17. Porównanie procesu transkrypcji u Procaryota i Eucaryota

Transkrypcja- przepisanie informacji zawartej w DNA na RNA przy udziale enzymów polimeraz RNA. Dwie nici helisy DNA sa odpowiednio nazywane: nicią matrycową i nicią niematrycową. Powstający RNA jest nicią komplementarną do nici matrycowej, a wiec ma sekwencję nici niematrycowej. Z tego powodu nić niematrycowa jest nazywana nicią sensowną lub kodującą. Produkt transkrypcji czyli RNA nazywany jest transkryptem. Transkrypt powstaje w kierunku od 5' do 3'.

Transkrypcja u Procaryota

• Proces transkrypcji u prokariotów obejmuje 3 etapy: inicjację, elongację i terminację.

• W procesie tym bierze udział tylko jeden rodzaj polimerazy RNA, która przeprowadza syntezę wszystkich rodzajów RNA(przyłącza się bezpośrednio do promotora). Polimeraza ta zbudowana jest z 5 podjednostek. Wazna jest zdolność dysocjacji podjednostki σ, w wyniku czego powstaje wolna podjednostka σ i rdzeń enzymu.

• terminacja polega na wytworzeniu spinki terminacyjnej.

• Powstający po transkrypcji mRNA u prokariontów nie wymaga dalszej obróbki, ponadto jest policistronowy tzn. zawiera zwykle kopie kilku genów leżących kolejno za sobą( a więc transkrypcji ulegają zestawy genów)

Inicjacja transkrypcji

Polega na rozpoznaniu przez polimerazę RNA sekwencji nukleotydów promotora. Promotor zawiera specyficzne sekwencje będące miejscem przyłączenia polimerazy RNA. U E. coli rozpoznawane sekwencje to sekwencja -10 i sekwencja-35. Za rozpoznanie i wiązanie się polimerazy z promotorem odpowiedzialna jest podjednostka σ, która prawdopodobnie rozpoznaje sekwencje -35. Dwuniciowy odcinek DNA (promotor) połączony z polimerazą stanowi tzw. zamknięty kompleks promotorowy. Następnie dwuniciowa helisa ulega dysocjacji w rejonie sekwencji -10 (bogatej w A-T) tworząc otwarty kompleks promotorowy (otwarty kompleks inicjujący). Podjednostka σ oddysocjowuje od otwartego kompleksu, pozostaje tylko rdzeń enzymu. Równocześnie dochodzi do przyłączenie dwóch pierwszych nukleotydów

Elongacja

Podczas elongacji polimeraza RNA dołącza nukleotydy do końca 3' cząsteczki RNA w kolejności dyktowanej przez sekwencję nukleotydów matrycy DNA. Enzym przesuwa się wzdłuż DNA rozplatając krótkie fragmenty dwuniciowej helisy(ok. 12-17 par zasad). Wydłużający się koniec 5' syntetyzowanego RNA stopniowo oddziela się od matrycy co umożliwia odtworzenie dwuniciowej helisy DNA

Terminacja- zakończenie transkrypcji (w miejscu zwanym terminatorem)

Zachodzi tylko w określonych miejscach znajdujących się w pewnej odległości za sekwencją kodującą genu. U e. coli terminacja zachodzi przy sekwencjach palindromowych-pierwsza połowa danej sekwencji jest komplementarna do drugiej połowy co umożliwia w jednoniciowem RNA tworzenie struktury spinki. To właśnie powstająca spinka działa jako sygnał terminacji powodując spowolnienie polimerazy. Za strukturą spinki w RNA znajduje się ciąg UUU które powodują całkowite zatrzymanie polimerazy i odłączenie transkryptu. Brak ciągu UUU powoduje że polimeraza przesuwa się dalej. W niektórych przypadkach zamiast ciągu UUU występuje specyficzne białko które zrywa wiązanie między matrycą a transkryptem i powoduje jego oddzielenia.

Transkrypcja u Eukariontów

• Zachodzi w podobny sposób jak u prokariontów, jednak proces inicjacji jest bardziej skomplikowany.

• Podczas inicjacji polimeraza RNA nie przyłącza się bezpośrednio do promotora, potrzebuje odpowiednich czynników transkrypcyjnych, które rozpoznają odpowiednie sekwencje promotora, łączą się z nim i umożliwiają przyłączenie polimerazy.

• Niektóre promotory mogą wiązać czynniki transkrypcyjne stymulujące lub hamujące inicjację.

• Na inicjację( w przypadku polimerazy RNAII) wpływają też tzw. sekwencje wzmacniające- enhancerowe leżące poza promotorem i często w dużej odległości od genu; łączą się z czynnikiem transkrypcyjnym a następnie doczepiają do pierwszego napotkanego promotora( podobnie działają sekwencje wyciszające)

• terminacja nie polega na wytworzeniu spinki terminacyjnej

• transkrypcją katalizują 3 enzymy (polimeraza RNA I, II, III) z których każdy transkrybuje inny zestaw genów.

• Transkrypcji ulegają pojedyncze geny( każdemu odpowiada więc jeden promotor, a powstający mRNA określa się jako monocistronowy)

• Poawtający mRNA w dalszych etapach ulega obróbce.

Polimeraza RNA I

• Transkrybuje 3 z 4 genów kodujących rRNA (18S; 28S; 5,8S rRNA)

• Promotor zbudowany jest z 2 bloków położonych w odpowiedniej odległości. Są to element rdzeniowy będący miejscem startu transkrypcji i element kontrolny-stymuluje szybkość inicjacji transkrypcji

• Rozpoznaje 1 promotor

• Sygnałem terminacji jest sekwencja o długości ok. 18pz za końcem genu

Polimeraza RNA II

• Transkrybuje geny kodujące białka

• Przy udziale szeregu czynników transkrypcyjnych przyłącza się zwykle do kasety TATA (może występować inny element inicjujący)promotora

• Terminacja następuje w jakimś miejscu za końcem sekwencji kodującej białko

Polimeraza RNA III

• Transkrybuje zestaw krótkich genów kodujących tRNA i 5S rRNA.

• Promotory położone są powyżej albo poniżej miejsca inicjacji transkrypcji, w obrębie sekwencji kodującej gen

• Polimeraza i czynniki transkrypcyjne przyłączają się do bloku AiB (tRNA) lub bloku C (5S rRNA) w obrębie promotora

• Rozpoznaje kilkanaście różnych promotorów

• Terminacja polega na rozpoznaniu przez polimerazę bloku kilku TTT zlokalizowanym w niewielkiej odległości za genem