Базовые знания по теме «Транскрипция»

Базовые знания по теме «Транскрипция»

Транскрипция – ситез РНК на матрице ДНК.

Условия транскрипции:

1.  ДНК – марица

2.  Рибонуклеозидтрифосфаты

3.  РНК-полимеразы

4.  Белковые факторы трансляции

5.  Mg2+, Ca2+

6.  АТФ

Этапы транскрипции: инициация, элонгация, терминация

Структура генов прокариот:

Гены прокариот объединены в опероны.

Р – промотор – место присоединения РНК-полимеразы;

О – опретор – место присоединения регуляторных белков;

А, B, C – структурные гены (цистроны) – кодируют информацию о структуре белков;

Т – терминатор – место окончания транскрипции.

Структура генов эукариот: Гены эукариот (кодирующие белки) имеют прерывистое строение – состоят из последовательности экзонов и интронов.

Экзон – последовательность нуклеатидов, кодирующих последовательность аминокислот белка;

Интрон – последовательности нуклеотидов, в которых не закодирована информация о последовательности аминокислот в белке.

Регуляторные области генов прокариот (промотор):

1.  Блок Прибнова 5’ТАТА3’ (-10)

2.  Область узнавания 5’ТТГАЦА3’ (-35)

Регуляторные области генов эукариот:

1.  ТАТА-бокс (-30)

2.  СААТ-бокс (блок Хогнесса) (-80-50)

3.  GC-мотивы (-50-100)

4.  Энхансеры (-1000-20000)

5.  Сайленсоры (-1000-20000)

6.  Цис-элементы (-300-400)

Терминатор: в области терминаторов прокариот находится специфическая последовательность – палиндром.

Палиндром (инвертированный повтор) –последовательность ДНК, которая читается одинаково в обеих цепях, если каждую цепь читать в направлении 5’- 3’.

Строение РНК-полимеразы прокариот:

Функция холофермента – инициация (σ-фактор узнает последовательность промотора -35)

Функция кор-фермента – элонгация

РНК-полимеразы эукариот:

РНК-полимераза I – транскрипция генов рРНК (18S, 28S, 5,8S);

РНК-полимераза II – транскрипция генов мРНК и мяРНК (U1-U5);

РНК-полимераза III – транскрипция генов тРНК, 5SрРНК, мяРНК (U6)

РНК-полимеразы клеточных органелл (митохондрии, пластиды) – транскрипция всех типов РНК.

Механизм транскрипции: (схемы смотри в разделе «Молекулярная биология», по ссылке «Транскрипция»)

Инициация:

1.  Образование двойного закрытого комплекса (холофермент РНК-полимеразы+промотор);

2.  Образование двойного открытого комплекса (внутри фермента РНК-полимеразы происходит разрыв водородных связей в области ТАТА-бокса);

3.  Присоединение первых двух рибонуклеотидов к матричной цепи

Элонгация:

δ – фактор отделяется, минимальный фермент РНК-полимеразы (кор-фермент) осуществляет синтез цепи РНК комплементарно матричной цепи ДНК. Вместе с РНК-полимеразой движется зона расплетения цепей ДНК.

Терминация:

Окончание синтеза РНК происходит в области терминатора. У прокариот в области терминатора образуется шпилька, способствующая отделению РНК-полимеразы от ДНК и освобождению синтезированной РНК.

В случае ρ-зависимых терминаторов необходим дополнительный белковый фактор терминации (ρ-фактор).

Регуляция транскрипции у прокариот:

I.  Механизм работы лактозного оперона.

Лактозный оперон – катаболитный индуцируемый оперон с негативной (отрицательный) регуляцией

1.  При отсутствии в среде лактозы оперон выключен.

В случае отсутствия в клетке лактозы происходит репрессия (выключение) лактозного оперона.

Ген Lac I синтезирует репрессор, который в форме тетромера связывается с оператором и предотвращает транскрипцию структурных генов.

2.  При наличии в среде лактозы оперон включен.

Лактоза является индуктором, она соединяется с активным белком-репрессором. Белок-репрессор становится неактивным, отделяется от оператора и РНК-полимераза считывает структурные гены. Полицистронная мРНК кодирует 3 фермента метаболизма лактозы.

II.  Триптофановый оперон

(схему и механизм регуляции смотри в разделе «Молекулярная биология»)

Триптофановый оперон – анаболитный репрессируемый оперон с негативной (отрицательной) регуляцией.

Процессинг.

Процессинг – процесс посттранскрипционной модификации (созревания) молекул РНК.

У прокариот процессингу подвергаются рРНК и тРНК.

У эукариот процессингу подвергаются все типы РНК (рРНК, тРНК, мРНК).

Этапы процессинга мРНК эукариот:

1.  Кэпирование – присоединение к 5’-концу КЭП (7-метилгуанозин);

2.  Полиаденилирование – присоединение к 3’-концу остатков аденина (поли(А)-хвост).

3.  Сплайсинг – процесс вырезания интронов и сшивания экзонов

Типы сплайсинга: (схемы смотри на учебном портале в разделе «Молекулярная биология»)

1.  Аутосплайсинг

2.  Собственно сплайсинг (с участием мяРНК, формирующих сплайсингосому);

3.  Альтернативный сплайсинг. Образование разных зрелых мРНК из одной молекулы-предшественника (гяРНК). Образующиеся зрелые мРНК имеют разный набор экзонов и кодируют синтез изоформ (вариантов) белков одного семейства.

Регуляция экпресии генов у эукариот.

1.  Регуляция экспресии генов с помощью транскрипционных факторов;

2.  Деконденсация хроматина в зоне активной транскрипции (эухроматин)

Гистоны предотвращают связывание факторов транскрипции с ДНК.

Фосфорилироване гистонов приводит к ослаблении их связи с ДНК и активации транскрипции.

3. Активация экспресии генов с помощью гормонов.

Ответная реакция на воздействие гормона заключается в изменении экспрессии гена посредством фосфорилирования соответствующего транскрипционного фактора.

4. Метилирование ДНК.

Активное состояние генов связано с отсутствием метилирования в регуляторных сайтах. Гиперметилирование приводит к уменьшению экспрессии генов.

5. РНК-интерференция.

Подавление экспрессии генов с помощью siРНК (малые интерферирующие РНК).