Общие представления о структуре гена.

Современные исследования, проведенные как на клетках прокариот, так и на клетках эукариот показали, что гены состоят из двух основных частей: регуляторной и кодирующей.

Кодирующая часть гена имеет мозаичную структуру и состоит из функционально разных участков – экзонов и интронов.

С одних – экзонов в дальнейшем считывается информация о белке, в других – интронах не закодирована информация о белке. Объем, занимаемый интронными участками гена, значительно превышает экзонные. (см. Табл. 6). Каждый ген или группа генов отделены друг от друга специальным участками ДНК, называемые спейсерами. Каждый структурный ген имеет свой промотор

Промотор – это небольшой участок ДНК, расположенный перед структурной частью гена и предназначенный для связывания РНК-полимеразы и белков-регуляторов перед началом синтеза РНК. У высших эукариот в состав промотора входят многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов: ТАТА, ЦААТ, ГЦ

РНК-полимераза эукариот (даже при наличии промотора) не может самостоятельно начинать процесс транскрипции, для этого необходим комплекс специальных белков-факторов транскрипции. Их обнаружено более 50!

Регуляторные участки гена эукариот, с которыми связываются факторы транскрипции, располагаются за сотни пар нуклеотидов от участка промотора активируемого гена – они получили название - энхансеры.

На генах эукариот обнаружены специальные участки, расположенные даже за тысячи пар нуклеотидов от промотора, но способные при связывании со специальными регуляторными белками активировать или подавлять процесс транскрипции. Открытые в 1976 году эти участки получили название – энхансерны (от англ. enchance – усиливать). Значение энхансеров заключается в их способности связываться с РНК-полимеразой и факторами транскрипции, что приводит к изменению формы ДНК и способствует связыванию участка промотора, энхансера и регуляторных белков, перед началом транскрипции (синтез и-РНК)

Схема организации типичного гена эукариот и его регуляторные элементы:

1 – экзоны; 2 – интроны; 3 – промотор; 4 – РНК-полимераза II; 5 – главные факторы транскрипции; 6 – регуляторные белки; 7 – энхансеры (регуляторные участки гена); 8 – спейсерные участки; 9 – ТАТА блок – инициирующая часть промотора; стрелка – начало процесса транскрипции

Транскрипция. Синтез и созревание информационной рнк

Транскрипция (считывание) – синтез различных видов РНК на определенных участках ДНК. Это первый этап реализации генетической информации в клетке.

Транскрипция, как процесс считывания информации с днк, имеет ряд важных особенностей:

- у всех эукариот – ДНК линейная и представлена двойной спиралью.

- информация считывается только с одной (главной или смысловой) нити ДНК в направлении от 3’ > 5’ концу нити ДНК.

- синтез РНК идет антипараллельно нити ДНК, т.е. в направлении 5’ > 3’ концу нити РНК и подчиняется общебиологическому закону комплементарности нуклеотидов.

- синтез нити РНК осуществляется с помощью целого комплекса ферментов. Главными из них являются ДНК-зависимые РНК полимеразы I,II,III (далее в тексте: РНК-полимеразы I, II, III).

- транскрипция – это очень энергоемкий процесс – на присоединение к синтезируемой нити РНК одного нуклеотида тратиться 1 молекула АТФ

- участок ДНК, с которого считывается РНК называется транскриптационной единицей или транскриптоном.

-транскрипция включает несколько этапов: инициации, элонгации (роста нити РНК), терминации

- после считывания информации с ДНК молекула и-РНК претерпевает целый комплекс преобразований (процессинг и сплайсинг), в процессе которых она приобретает зрелую структуру. Именно эта молекула и-РНК выходит из ядра.

- скорость транскрипции составляет 40-50 нуклеотидов в секунду (у прокариот) и около 60 нуклеотидов в секунду у эукариот.

- транскрипция возможна только при условии деконденсации хроматина.

- у эукариот все процессы синтеза, процессинга и сплайсинга молекул РНК проходят в ядре.

Начало (инициация) транскрипции связано, как отмечалось ранее, с комплексом белков, называемых транскрипционными факторами. Они связываются с блоком нуклеотидов ТАТА, входящим в состав регуляторной части гена – промотора. Только после этого РНК-полимераза II связывается с промотором и начинается синтез цепи пре- и-РНК.

В периоде роста (стадия элонгации транскрипции) молекула РНК-полимеразы II движется вдоль нити ДНК, добавляя нуклеотиды в 3’ конец растущей нити РНК. Один ген может транскрибироваться несколькими РНК-полимеразами, двигающимися вдоль молекулы ДНК друг за другом, как конвой. Почти одновременное считывание с одного гена нескольких молекул и-РНК приводит к интенсификации белкового синтеза в клетке.

Транскрипция завершается, когда РНК-полимераза II доходит до конца гена и начинает считывать участок ДНК, называемый терминатором (стадия терминации транскрипции). Он состоит из многократно повторяющихся последовательностей нуклеотидов ААУААА. Пройдя участок терминатора в 10-35 нуклеотидов, РНК-полимераза и синтезируемая молекула и-РНК отделяются от нити ДНК. В результате формируется молекула первичного транскрипта – молекула пре-иРНК, которая содержит информацию, считанную со всего гена, как с экзонных, так и с интронных участков гена