WYKŁAD VI

BUDOWA GENÓW



Gen zawiera instrukcję dotyczącą

syntezy polipeptydu lub cząsteczki

strukturalnego RNA.



W sensie fizycznym jest odcinkiem

DNA o określonej sekwencji

nukleotydów kodującym sekwencje

aminokwasów polipeptydu lub tylko

nukleotydów w RNA.

Wielkość genów jest różna i waha się

od 100pz do kilku milionów pz.



U bakterii

geny tworzą

zespoły

(

operony

a u Euc.

większość jest

rozproszona lub

tworzą tzw.

rodziny

wielogenowe



Rodziny wielogenowe

nie podlegają

wspólnej regulacji,



mogą być proste lub złożone.

Rodziny wielogenowe u Euc.



Proste zawierają geny identyczne



Wielogenowe

rodziny

złożone

Wielogenowe

rodziny

złożone

składają się z genów podobnych

ale nie identycznych, jak np. geny

kodujące różne cząsteczki globin

różniące się między sobą tylko

pojedynczym aminokwasem.



U E. informacja kodująca w

genach

zapisana jest w segmentach sekwencji

nukleotydów zwanych

eksonami

, a

które są porozdzielane od siebie

sekwencjami niekodującymi –

intronami.



Ekson zawiera sekwencje, które po

transkrypcji uczestniczą w translacji,



w intronach sekwencje nie uczestniczą

w translacji, są wycinane po

transkrypcji z pre-mRNA.

Geny u Eucaryota



większość genów ma budowę

nieciągłą,



poza genemi histonów,



genami białek szoku cieplnego



i niektórych interferonów.



Geny z intronami i egzonami nazywa

się mozaikowymi



lub genami nieciągłymi.



Obecnie przyjmuje się, że mozaikowa

organizacja genów była pierwotna,



a ciągłe geny-bezintronowe są

zjawiskiem wtórnym.



Poszczególne geny różnią się:



długością – liczbą pz



liczbą i długością intronów



Liczba intronów w różnych genach

mieści się w granicach od

ponad 50.

Najmniejszy gen u człowieka

z 1 eksonu

liczącego

669pz



koduje białko

które kieruje

różnicowaniem gonady pierwotnej w

kierunku jąder



w genie kodującym u nas dystrofinę

jest ich aż 78 i jest to nasz najdłuższy

gen

(

(2,5mln pz koduje 3 685

aminokwasów i stanowi 0,6% dł.

całego genu)

Geny RNA



Geny, które kodują cząsteczki

funkcjonalnego RNA (tRNA lub rRNA),



również mogą zawierać introny,



ale przerwy te występują zdecydowanie

rzadziej niż w genach kodujących mRNA.



W wielu genach ilość DNA w

intronach przewyższa ilość DNA

eksonów,



może go być dziesięć razy więcej,



a w niektórych przypadkach nawet

ponad sto razy więcej.



Specyficzna budowa ludzkich

genów sprawia, że dzięki

wykorzystaniu instrukcji

zapisanych w poszczególnych

eksonach w różny sposób te same

geny mogą kierować produkcją

różnych białek.

W skład genu wchodzą

sekwencje początkowe i

końcowe genu,



które ulegają transkrypcji, ale nie

podlegają

translacji,

tym

podlegają

translacji,

tym

sekwencje promotorowe,



Czyli

sekwencje

związane

Czyli

sekwencje

związane

procesem inicjacji transkrypcji genu.

Na końcu 5’ i 3’ znajdują się

sekwencje



związane z rozpoczęciem obróbki

potranskrypcyjnej pre-mRNA



Nazywa się je sekwencjami

UTR

(Untranslations)



Ekspresja

genu

jest

ściśle

Ekspresja

genu

jest

ściśle

regulowana

przez

sekwencje

regulowana

przez

sekwencje

położone

powyżej

sekwencji

położone

powyżej

sekwencji

kodującej i jest to:



miejsce wiązania polimerazy RNA,



miejsce

wiązania

miejsce

wiązania

niezbędnych

czynników transkrypcyjnych



oraz miejsce PROMOTORA czyli

inicjacji syntezy cząsteczki RNA

Sekwencje promotorowe



Sekwencje te mogą być b. liczne w

niektórych genach,



dzieli

się

dzieli

się

sekwencje

promotora

podstawowego

promotora

podstawowego

–

położone

miejscu

składania

położone

miejscu

składania

kompleksu inicjacyjnego



oraz

sekwencje

położone

sekwencje

położone

powyżej promotora podstawowego.

Każda z trzech eukariotycznych

polimeraz RNA zależnych od DNA

rozpoznaje różne sekwencje

promotorowe



i to właśnie różnice pomiędzy

promotorami decydują o tym, która

polimeraza RNA zależna od DNA

przeprowadza transkrypcję których

genów.



Każda polimeraza RNA wykorzystuje

promotor innego typu.

U kręgowców wyróżnia się trzy

różniące się strukturą typy

promotorów:



1.Promotory rozpoznawane przez

polimerazę RNA I

składają się z

promotora

podstawowego

który obejmuje miejsce startu transkrypcji

położonego między nukleotydami –45 a +20 -

sekwencje te warunkują zajście transkrypcji

oraz

elementu kontrolnego

UCE (

pstream

ontrol

lement

) znajdującego się +100 pz

powyżej miejsca startu (czyli przed miejscem

startu)



Polim RNA I (RNA Pol I) transkrybuje

większość genów rRNA, znajduje się w

jąderku.

2. Promotory rozpoznawane przez

polimerazę RNA II



są b. różne i znajdują się w odległości do kilku

tys. pz powyżej miejsca startu transkrypcji.



Promotor podstawowy składa się z dwóch

segmentów:



z bloku –25 zwanego sekwencją TATA lub

kasetą TATA i z sekwencji inicjatorowej – Inr



Do pełnej aktywności promotora niezbędne są

inne sekwencje występujące w rejonie od -40

do -110.



W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG

powtarzane

wielokrotnie

są

nazywane

powtarzane

wielokrotnie

są

nazywane

wysepkami CpG, s

ważnym elementem w

inicjacji transkrypcji.



Sekwencje CCAAAT w odległości 70-90pz

od miejsca inicjacji transkrypcji położone

przed blokiem TATA są również ważne w

trans

krypcji,

są miejscem wiązania

innych czynników transkrypcyjnych.



Polim RNA II (RNA Pol II)

transkrybuje wszystkie geny

kodujące białka i niektóre geny

małych jądrowych RNA (snRNA-

small nuclear RNA), znajduje się w

nukleoplaźmie

Obszar promotorowy genu znajduje się

na jego 5' końcu i zawiera kilka

istotnych rejonów rozpoznawanych przez

polimerazę RNA oraz czynniki

transkrypcyjne



najbardziej powszechnym jest kaseta
TATA ( tzw. TATA-box ).



Jest to 7-nukleotydowa sekwencja
położona w odległości ok. 25 p.z. od
miejsca startu transkrypcji, która w
pełni prezentuje się następująco: 5'-
TATAAAA -3'.



Obecność kasety TATA, choć niezbędna

w przypadku prawie wszystkich genów;

nie jest wystarczająca, aby z promotora

ruszyła transkrypcja. Kaseta TATA

stanowi tzw. część rdzeniową promotora.



W 56% genów są sekwencje bogate w

pary CG powtarzane wielokrotnie i są

nazywane wysepkami CpG, s

ważnym

elementem w inicjacji transkrypcji.



3. Promotory dla

polimerazy RNA

III

są nietypowe, gdyż znajdują się

wewnątrz genów i znacznie się

różnią



ch element podstawowy to

sekwencja licząca od 50 do 100pz

podzielone na dwa bloki.



Polim III (RNA Pol III) transkrybuje

geny tRNA, 5S rRNA, kilka snRNA,

znajduje się w nukleoplaźmie

Wiele

genów zawiera

dodatkowe sekwencje



Są one

położone w różnych odległościach od

genów, ale mimo nawet znacznej odległości

gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to



sekwencje

wzmacniające

sekwencje

wzmacniające

ehnacerowe,

które znacznie stymulują transkrypcję i

znajdują się poza miejscem promotorowym,



wyciszające

silencerowe,

które hamują

transkrypcję



Sekwencje terminacji –

takie znaczenie

mają sewkencje palindromowe

Enhancery



enhancery tkankowo-specyficzne

wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie

obecne są białka wiążące się w ich obrębie



tylko w niektórych komórkach wykazują

aktywność wzmacniającą



Możliwość oddziaływań enhancer :

promotor mimo odległości pomiędzy nimi

wynoszącej niekiedy kilka tys. p.z. istnieje

dzięki dużej elastyczności nici DNA. Owa

elastyczność objawia się zdolnością DNA do

dowolnego wyginania się.

Silencery - (ang. silence -

cisza ),



sekwencje służące wyciszeniu aktywności

promotora; podobnie jak enhancery mogą być w

różnym stopniu oddalone od genu w obu

kierunkach, a także występować w jego wnętrzu.



Np. w genach kodujących immunoglobuliny

(białka syntetyzowane jedynie w limfocytach B)

silencer wbudowany jest w obrębie enhancera,

jego znaczenie uwidocznia się w komórkach

innych niż limfocyty B. Jest to swoiste

zabezpieczenie przed ekspresją genów

immunoglobulin związane z inaktywacją

enhancera.

Struktura genu

prokariotycznego



Promotor (przed miejscem inicjacji

transkrypcji) zawiera dwie ramki:



+10 (AT)



+35 (TTGACA)



Obie ramki są miejscami wiązania

polimerazy RNA zależnej od DNA.

Document Outline