10) Транскрипция биоинформации с днк на рнк как матричный процесс – фазы инициации, элонгации, терминации. Регуляция генной активности у про- и эукариот.
Транскрипция – это матричный процесс образования в соответствии с принципом комплементарности молекул РНК на матричной полинуклеотидной цепи биспирали ДНК;
Биоинформационно транскрипция является процессом “переписывания” или “переноса” части ДНК-текста на РНК с целью организации в цитоплазме синтеза полипептида с соответствующей аминокислотной последовательностью. Т.о. – это промежуточное звено, необходимое для перевода ДНК-биотекстов (генотип) в белковые биотексты (фенотип);
В эукариотических клетках три РНК-полимеразы. РНК- полимераза i – синтез пре-р-РНК, РНК-полимераза ii – синтез пре-и(м)РНК, транскрипция структурных (смысловых полипептидных) генов с последующей трансляцией, РНК-полимераза iii - транскрипция генов тРНК.
У эукариот транскрипция днк происходит частями, т.е. Неодновременно: - по времени (онтогенез), - по месту (тип клеток), - по интенсивности.
В силу экзон/интронной структуры генов эукариот сначала образуется первичный продукт – пре-и(м)РНК транскрипт, затем процессинг.
Фаза инициации
У эукариот в области промотора транскриптона, включающего “знаковые” (узнаваемые белками) нуклеотидные последовательности ( - тата -; - цаат -), образуется мультибелковый инициаторный комплекс. Среди белков комплекса – общие транскрипционные факторы, обусловливающие точную “посадку” на биспираль ДНК РНК-полимеразы, определение точки начала транскрипции и положения инициирующего кодона, взаимодействие с энхансерами и специфическими транскрипционными факторами. В месте “посадки” РНК-полимеразы биспираль ДНК расплетается и ее матричная цепь открывается для считывания биоинформации;
Осуществляется:
ДНК – зависимыми РНК – полимеразами
Оператором
Промотором, содержащим блок Прибнова 5' - ТАТААТ - 3', который является стартом транскрипции
Белковыми факторами инициации
Фаза элонгации
Наращивание РНК транскрипта идет в направлении 5́ → 3́; скорость транскрипции – 30 нуклеотидов/сек. “надежность” транскрипции – 1 ошибка на 2·104 включенных нуклеотида;
РНК-полимераза наращивает молекулу РНК транскрипта на 3́ конце путем присоединения из пула рибонуклеозидтрифосфатов – АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ – требуемого рибонуклеозидмонофосфата;
У прокариот еще до окончания транскрипции на РНК транскрипте с 5́ конца начинается трансляция. У эукариот первоначально образуется пре-и(м)РНК транскрипт, который отсоединяется от матрицы и подвергается процессингу с образованием зрелых и(м)РНК. пре-РНК транскрипты образуются для рРНК и, возможно, для тРНК.
Регуляторы скорости транскрипции: энхансеры – (ускоряют) и сайленсеры (замедляют)
Фаза терминации
Процесс транскрипции завершается, когда РНК-полимераза, перемещаясь вдоль матричной цепи ДНК, достигает кодона-терминатора (АТТ, АТЦ, АЦТ).
По завершении транскрипции эукариотические и(м)РНК на 3́ конце полиаденилируются;
По завершении транскрипции пре-и(м)РНК транскрипт (пре-рРНК транскрипт и, возможно, пре-тРНК транскрипт) отсоединяется от матрицы ДНК и подвергается процессингу.
Терминация транскрипции осуществляется палиндромом, который образует шпилечную структуру или фигуру «креста»
Регуляция генной активности:
Эукариоты
Различают неспецифическую и специфическую регуляцию генной активности;
Механизм неспецифической регуляции работает на всех уровнях организации генетического аппарата (генном, хромосомном, геномном) и заключается в гетерохроматизации генетического материала;
Главные участники специфической регуляции генной активности: промотор, энхансеры и сайленсеры, общие и специфические транскрипционные факторы, белки ядерного матрикса, метилирование азотистых оснований днк (цитозина);
“ген-господин” контролирует синтез ключевого белка-регулятора экспрессии многих генов (“гены-рабы”).
Регуляция генной активности идет за счет специальных регуляторных белков, которые кодируются регуляторными генами
Прокариоты
Для прокариот характерен полицистронный (цистрон = структурный ген) принцип организации генной активности. Цистроны объединяются в единую функциональную систему- оперон. Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований если они участвуют в одной цепи биохимических преобразований.
Лактозный оперон e. Coli. Негативная регуляция - в отсутствие в среде лактозы ген-оператор (часть промотора) заблокирован белком-репрессором (продукт гена-регулятора). Появившаяся лактоза инактивирует репрессор. Ген-оператор активируется, РНК-полимераза “допускается” к промотору и оперон транскрибируется; позитивная регуляция – основана на наличии белка-активатора (cap), который увеличивает сродство промотора к РНК-полимеразе и активирует оперон, но в условиях высокой концентрации цамф (ситуация глюкозного “голода”, необходим переход к использованию лактозы и некоторых др. Сахаров).
11) Транкриптон: единица генетической (транскрипционной) активности ДНК у эукариот.
Единица генетической активности ДНК у эукариот – транскриптон
Инициирующий транскрипцию кодон (ТАЦ –Метионин), за которым следует первый значимый Кодон;
Экзоны (функциональная часть: транскрибируются, транслируются)
Интроны ( НЕинформативные участки: транскрибируются, НЕтранслируются)
Завершающий транскрипцию кодон-терминатор (АТТ, АТЦ или АЦТ), следующий за последним значимым кодоном;
12) Посттранскрипционные процессы – процессинг пре-и(м)РНК (гяРНК) транскрипта, сплайсинг гяРНК, ядерно-цитоплазматический транспорт и(м)РНК, ядерные и цитоплазматические информосомы.
После окончания транскрипции, как у прокариот, так и у эукариот происходит цепь биохимических реакций, которая приводит к созреванию молекул предшественников: транспортной РНК(пре-тРНК) и рибосомной РНК (пре-рРНК) и пре-мРНК (только у эукариот). Совокупность реакций, приводящая к формированию зрелой (готовой к трансляции) молекулы мРНК, называется процессингом.
Особенности транскрипции у эукариот. Процессинг мРНК. Процессннг включает следующие преобразования молекулы мРНК:
1) метилирование и кэпирование;
2) полиаденилирование;
3) сплайсинг.
Эукариотические мРНК несут, как правило, на 5'-конце дополнительную группу: КЭП-модифицированный в 7-положении метилированный остаток гуанозин-5'-трифосфата, соединенный с концевым нуклеозидом 5'-5'-способом, Кэпирование РНК осуществляется ферментами: гуанилтрансферазой и метилтрансферазой. Предполагают, что КЭП необходим для регуляции трансляции и для стабилизации мРНК, (он предохраняет ее от действия 5'-экзонуклеаз), К 3'-концу РНК после завершения ее синтеза с помощью фермента поли(А)-полимеразы присоединяется последовательность полиадениловой кислоты. Этот процесс называют полиаденилированием. Остальные варианты преобразования пре-мРНК: вырезание нитронов и сшивание экзонов (сплайсинг) в эукариотических генах, а также образование различных сочетаний экзонов, входящих в зрелую мРНК (альтернативный сплайсинг) .
Эукариотические мРНК в отличие от прокариотических стабильны в течение часов и суток. Это объясняется, во-первых, стабилизацией 5'- и 3'-концов, а во-вторых, связыванием мРНК с белками (т.е. образованием информосом). Пре-мРНК на всех стадиях процессинга и после него связана с белками. Информосомы могут быть ядерными и цитоплазматическими. Ядерные информосомы - это рибонуклеопротеиновые (РНП) частицы с константой седиментации 30S.
Посттранскрипционный внутриядерный перенос пре-мРНК из ядра в цитоплазму осуществляется с помощью ядерных информосом. При этом переносе зрелой мРНК происходит замена связанных с мРН К белков. Ядерные информоферы (белковые глобулы) остаются в ядре, а мРНК после перехода в цитоплазму объединяется с новыми белками, образуя цитоплазматические информосомы. Цитоплазматические информосомы не обязательно транслируются, т.е. могут быть свободными.
Пре-и(м)рнк транскрипт эукариот содержит транслируемую (соответствует экзонам ДНК) и нетранслируемую (соответствует интронам ДНК) части;
В области сплайосом транскрипт разрывается и интронные участки удаляются;
Экзонные участки пре-и(м)РНК транскрипта соединяются – сплайсинг – с образованием зрелых и(м)РНК;
Зрелые и(м)РНК комплексируются с белками (информоферы) – ядерные информосомы, которые перемещаются к ядерной оболочке (возможно, к порам);
Сплайсинг - вырезание интронов и сшивание экзонов (сплайсосомы –мярнк + белки) идет в ядре
Альтернативный сплайсинг - путем различных комбинаций экзонных участков из одного пре-и(м)РНК транскрипта образуется несколько зрелых и(м)РНК.
Кепирование – на 5,-конце мрнк образуется защита – кэп(шапочка) путем + метилированного гуанозина ч/з остаток фосфорной кислоты)
Полиаденилирование – на 3, конце мрнк защита – «поли (а)хвост» идет + адениловых остатков (до200)