Добавил:
tg: @Yr66gi4 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Билеты к экзамену

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
13.01.2026
Размер:
2.63 Mб
Скачать

Вопрос 1 «Транскрипция. Определение, механизм, субстраты, матрицы, ферменты, продукты.»

Транскрипция это фундаментальный процесс экспрессии генов, представляющий собой синтез молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) на матрице дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В ходе этого процесса генетическая информация, хранящаяся в последовательности нуклеотидов ДНК, "переписывается" в комплементарную последовательность РНК, создавая рабочие копии генов. Эти копии в виде матричной РНК (мРНК) будут использованы для синтеза белка, а другие типы РНК (рибосомальная, транспортная и др.) выполнят структурные и функциональные роли в клетке.

Механизм транскрипции является циклическим и включает три строго последовательные стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. На всех этапах ключевую роль играет фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза, которая движется вдоль ДНК, расплетает двойную спираль и катализирует образование фосфодиэфирных связей между рибонуклеотидами.

Субстратами для реакции синтеза РНК служат четыре вида рибонуклеозидтрифосфатов (рНТФ): аденозинтрифосфат (АТФ), уридинтрифосфат (УТФ), гуанозинтрифосфат (ГТФ) и цитидинтрифосфат (ЦТФ). Энергия, необходимая для полимеризации, заключена в макроэргических связях этих молекул.

Матрицей для синтеза всегда выступает одна из цепей молекулы ДНК,

именуемая матричной (или антикодирующей) цепью. Именно ее нуклеотидная последовательность определяет порядок присоединения комплементарных рибонуклеотидов (А=У, Т=А, Г≡Ц, Ц≡Г). Продуктом же является цепь РНК, комплементарная этой матрице и идентичная (с заменой Т на У) второй, кодирующей цепи ДНК.

I.

Инициация

 

 

 

 

Прокариоты

Эукариоты

 

 

 

Узнавание комплекс кор-

РНК-полимераза

I

синтезирует

фермента РНК-полимеразы (α ββ'ω)

большую часть рРНК.

 

и сигма-фактора (σ-фактора).

 

 

 

 

 

РНК-полимераза II самая важная

 

 

для экспрессии генов; синтезирует

 

 

пре-мРНК, а также малые ядерные

 

 

РНК (snRNA)

и

микроРНК

 

 

(miRNA). Полимераза II является

 

 

мишенью для сложной регуляции.

 

 

РНК-полимераза III синтезирует

 

 

тРНК, 5S рРНК и другие малые

 

 

стабильные РНК.

 

 

Промотор (часто содержащий TATAбокс) сначала связывается фактор транскрипции TFIID, ключевым компонентом которого является TBP (TATA-binding protein). Затем к комплексу последовательно присоединяются другие общие факторы транскрипции (TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH),

формируя преинициаторный комплекс.

Только после сборки этого многокомпонентного комплекса к нему рекрутируется РНК-полимераза II (ответственная за синтез мРНК).

Факторы транскрипции это белки, которые, не обладая каталитической активностью РНК-полимеразы, абсолютно необходимы для регуляции: они обеспечивают правильное позиционирование фермента на старте гена, способствуют раскручиванию ДНки (как геликаза в составе TFIIH) и фосфорилированию "хвоста" РНК-полимеразы II, что служит сигналом для перехода к элонгации.

TFIID ключевой фактор сборки преинициирующего комплекса (PIC). Имеет два домена: TATA-связывающий белок (TBP) и связанные с ним факторы (TAFs).

TFIIA привлекается

к сборке

PIC TFIID для стабилизации комплекса.

TFIIB привлекается к сборке PIC после того, как к комплексу присоединится

TFIIA. Находится

близко к

месту начала инициации транскрипции.

TFIIF вероятно, связывается с

РНК-полимеразой, поэтому добавляется к

комплексу после того, как

TFIIB привлечёт

РНК-полимеразу II.

TFIIE привлекается

после

TFIIF

и

перед

TFIIH.

TFIIH центральный GTF сборки PIC, обладает свойствами киназы и геликазы. Способствует локальному распадению ДНК, чтобы могла начаться транскрипция.

BRE расположен до TATA-бокса. Связывает фактор TFIIB, помогая правильно сориентировать комплекс. DPE, DCE и MTE расположены после точки старта транскрипции. Характерны для промоторов без TATA-бокса. Связываются с TAFсубъединицами комплекса TFIID, выполняя аналогичную TATA-боксу якорную функцию для стабилизации комплекса на ДНК.

Субстратом на этой стадии выступает первый рибонуклеозидтрифосфат (часто пурин АТФ или ГТФ), который образует инициирующий комплекс.

Продуктом инициации является стабильный комплекс инициации с первыми 2-10 соединенными нуклеотидами РНК, после чего у прокариот σ-

фактор высвобождается, а у эукариот большинство факторов транскрипции отсоединяются.

II.Элонгация

После диссоциации σ-фактора (у прокариот) или факторов инициации (у эукариот) РНК-полимераза переходит в конформацию, активную для перемещения. Фермент (кор-РНК-полимераза у прокариот или РНК-полимераза II с фосфорилированным С-концевым доменом у эукариот) продвигается вдоль матричной цепи ДНК, раскручивая ее примерно на один виток впереди себя и позволяя спирали восстанавливаться позади. На этой стадии к растущему 3'-концу цепи РНК фермент последовательно присоединяет комплементарные субстраты рибонуклеозидтрифосфаты (рНТФ). Каждое присоединение сопровождается отщеплением пирофосфата (РРi), что делает реакцию необратимой.

Таким образом, продуктом стадии элонгации является непрерывно растущая цепь первичного транскрипта РНК, которая временно образует гибридную дуплексную структуру с матричной ДНК на коротком участке внутри транскрипционного пузыря.

III.Терминация

Синтез РНК продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не встретит

специфическую

сигнальную

последовательность

терминатор. У

прокариот существуют

два

основных

механизма. ρ-независимая

(интринсическая) терминация происходит, когда в транскрипте формируется шпилечная структура из Г-Ц пар, за которой следует ряд уридиловых остатков; это приводит к отсоединению РНК и фермента. При ρ-зависимой терминации вспомогательный белок ρ-фактор (хеликаза), двигаясь вдоль синтезированной РНК, догоняет полимеразу, остановившуюся на терминаторе, и вызывает диссоциацию комплекса.

У эукариот терминация для РНК-полимеразы II тесно связана с посттранскрипционным событием полиаденилированием. После того как в синтезируемую РНК встраивается сигнальная последовательность AAUAAA, специальный комплекс белков осуществляет ее эндонуклеолитическое

расщепление.

Затем

фермент поли(А)-полимераза использует

в

качестве субстрата АТФ

для наращивания на 3'-конце РНК поли(А)-

хвоста длиной 150-200 остатков. Само же расщепление РНК служит сигналом, который приводит к диссоциации РНК-полимеразы II от матрицы ДНК. Таким образом, конечным продуктом стадии терминации является отсоединенная цепь первичного транскрипта и высвобождение РНК-полимеразы.

Вопрос 2 «Структурно-функциональная организация прокариотических РНК-полимераз. Структура и функции субъединиц α, , ’, . Типы и функции субъединиц.»

Вопрос 3 «Инициация транскрипции у прокариотов.»

Вопрос 4 «Структурно-функциональная организация эукариотических РНКполимераз»

Вопрос 5 «Организация промоторов у прокариотов и эукариотов.»

Вопрос 6 «Роль цис-элементов и транс-факторов в организации процессов транскрипции»

Цис-элементы: коровые (главные) элементы промотора.

Прокариоты

Эукариоты

 

 

 

 

UP элемент - многократно усиливает

uBRE – узнавание преинициирующего

транскрипцию за счет связывания с

комплекса, ориентация для TFIIB;

 

αCTE;

TATA – бокс точное место сборки

TTGACA – бокс – первый сайт

преинициирующего комплекса;

 

связывания σ-фактора, образование

dBRE - узнавание преинициирующего

закрытого комплекса;

комплекса, ориентация для TFIIB;

 

Спейсер правильная ориентация и

Inr

последовательность,

посадка σ-фактора;

охватывающая точку старта (+1). Она

TATA – бокс – расплетание цепи ДНК

помогает

 

зафиксировать первый

и узнавание σ-фактора.

нуклеотид будущей РНК;

 

 

 

MTE;

 

DPE;

DCE

 

расположены после точки

старта

 

транскрипции.

Характерны

для

 

промоторов без

 

TATA-бокса.

 

Связываются

 

с TAF-

 

субъединицами комплекса TFIID,

 

 

выполняя аналогичную TATA-боксу

 

якорную функцию для стабилизации

 

комплекса на ДНК.

 

 

 

GC-бокс (консенсус GGGCGG) -

 

Сайт

 

связывания

фактора

 

транскрипции Sp1. Характерен

для

 

промоторов без

 

TATA-бокса.

 

Стабилизирует

преинициаторный

 

комплекс,

 

обеспечивая

базальный

 

уровень транскрипции "домашних"

 

генов. Работает на близком расстоянии.

 

CAAT-бокс (консенсус CCAAT) - Сайт

 

связывания фактора NF-Y. Расположен

 

около

 

-80.

 

Необходим

 

для эффективной

 

 

 

 

инициации транскрипции.

Влияет

на

 

правильное

позиционирование РНК-

 

полимеразы II и повышает общую

 

эффективность работы промотора.

 

 

UAS - аналог энхансера. Сайт

 

связывания

 

 

 

для

специфических активаторных белков. Активатор, связавшийся с UAS, рекрутирует коактиваторы и медиатор, что приводит к усилению транскрипции целевого гена. Может работать на некотором расстоянии.

Транс-факторы - компоненты базальной машины транскрипции.

Прокариоты

Эукариоты

 

 

 

 

 

 

 

 

TFIID ключевой

фактор

сборки

 

преинициирующего

комплекса (PIC).

 

Имеет

два

домена:

TATA-

 

связывающий белок (TBP) и связанные

 

с ним факторы (TAFs).

 

 

 

 

 

TFIIA привлекается

к

сборке

PIC

 

TFIID для стабилизации комплекса.

 

TFIIB привлекается

к

сборке

PIC

 

после того, как к комплексу

 

присоединится

TFIIA.

Находится

 

близко к месту начала инициации

 

транскрипции.

 

 

 

 

 

 

 

TFIIF вероятно, связывается с РНК-

 

полимеразой, поэтому добавляется к

 

комплексу после того, как TFIIB

 

привлечёт

РНК-полимеразу

II.

 

TFIIE привлекается

после

TFIIF и

 

перед

 

 

 

 

 

TFIIH.

 

TFIIH центральный

GTF

сборки

 

PIC, обладает свойствами киназы и

 

геликазы.

Способствует

локальному

 

распадению ДНК, чтобы могла

 

начаться транскрипция

 

 

 

 

Вопрос 7 «Инициация транскрипции эукариотической РНК-полимеразы II (сборка базальной машины транскрипции)»

1.Распознавание промотора комплексом TFIID

Комплекс TFIID первым связывается с ядром промотора. Его ключевая субъединица TBP встраивается в малую бороздку ДНК, специфически

взаимодействуя

с TATA-боксом (если

он есть),

вызывая его резкое

изгибание (~80°).

 

 

 

На TATA-less

промоторах эту

функцию

выполняют TAF-

субъединицы TFIID, которые связываются с другими элементами: Inr, DPE, DCE.

TFIIA стабилизирует связывание TFIID с ДНК, выступая как антирепрессор.

2.Рекрутирование TFIIB и формирование DAB-комплекса

TFIIB связывается одновременно с TBP и с ДНК, взаимодействуя с элементами, расположенными как выше (BREu), так и ниже (dBRE) TATAбокса.

Функция TFIIB критична: Он выступает в роли "молекулярного моста", который, во-первых, еще больше стабилизирует комплекс TFIID на ДНК, а во-вторых, и это главное, создает специфическую площадку для последующего связывания Pol II. TFIIB задает полярность комплекса и определяет направление транскрипции.

3.Привлечение РНК-полимеразы II с "помощником" TFIIF

Pol II не может присоединиться к промотору сама по себе. Она доставляется в комплекс в виде преформированного "модуля" Pol II–TFIIF.

TFIIF выполняет несколько функций: (а) облегчает доставку Pol II к промотору, (б) способствует ее стабильному связыванию, (в) препятствует неспецифической адгезии Pol II к ДНК в других местах.

4.Завершение сборки комплекса: присоединение TFIIE и TFIIH

TFIIE присоединяется к растущему комплексу и служит рекрутером и регулятором следующего критического фактора — TFIIH.

TFIIH — это многофункциональный белковый комплекс с ферментативной активностью, "мотор" инициации. Он содержит две ключевые активности: o АТФ-зависимая хеликаза (субъединицы XPB, XPD): Использует

энергию АТФ для расплетания двойной спирали ДНК вокруг точки старта транскрипции, формируя транскрипционный пузырь (~13

п.н.).

o Киназная активность (субъединица CDK7): Фосфорилирует C- концевой домен (CTD) РНК-полимеразы II. CTD состоит из множественных гептадных повторов (YSPTSPS). факторов инициации (TFIIB, TFIIE, TFIIH).

Соседние файлы в предмете Экспрессия генов