Посттранскрипционный процессинг рнк у прокариот.

2.10.12

Постранскрипционный процессинг у прокариот – процесс созревания, при котором первичный транскрипт модифицируется и превращается в зрелую РНК. Характер и степень модификации зависит от типа РНК. мРНК прок-т не процессируется, у некоторых транскрипция и трансляця сопрежены, а 5»конец мРНК может транслироваться на рибосоме и затем подвергаться деградации ещё до завершения синтеза 3»конца. Молекулы тРНК синтезируются в виде про-тРНК, которая на 20% длиннее зрелой тРНК. Лишние последовательности расположены на 5»конце(удаляется РНКазой Р, которая отщеплет лидерную последовательность, длиной 41 нуклеотид с образованием 5»конца зрелой тРНК), на 3»конце(3 лишних остатка отщепляются РНКазой D, обнажая триплет CCA), вариабельная петля. Затем происходит модификация с образование дигидроуридина, псевдоуридина. Иногда молекула про-тРНК состоит из 2х и более молекул т-РНК соединённых между собой. Превращение обычных оснований в минорные так же происходит посттранскрипционно.

Гены рРНК расположены в транскрипционных блоках. 3 гена рРНК(шифрующие 23S, 16S, 5S) распологаются вместе с генами некоторых тРНК и транскрибируются в виде одной молекулы РНК. В ДНК они разделены спейсерами. Расщипление первичного транскрипта катализирует рибонуклеаза-Q – фермент, специфичный к двуцепочечной РНК, как следствие в области спейсеров должны быть двуцепочечные шпильки, которые фермент узнаёт и вырезает.

Регуляция транскрипции у прокариот. Репрессор – белок, блокирующий транскрипцию генов, связываясь с оператором. Индуктор – низкомолекулярное вещество, которое связывается с белком супрессором и переводит его в неактивную форму, не способную связываться с оператором. Согласованная регуляция групп родственных генов(кодируют белки одного и того же метаболического пути или определяющие близкородственные функции). Согласованная регуляция – экспрессия таких генов начинается, продолжается и заканчивается в ответ на один и тот же регуляторный сигнал. Для прокариот для жизнеспособности не обходима химически благоприятная среда.

Предположение об индукции синтеза ферментов. Жакоб и Мано (1961) для объяснения реакции бактериальной клетки на изменение окружающей среды. Регуляция:

-Индукция

--негативное(лак-опрерон) информация о ферментах расщипления лактозы

--позитифное(ара-оперон) арабинозы

-репрессия

--негатив. (триптофан)

--позитив оперон синтеза рибофлавина.

Негативная индукция. Лак-оперон

Ген зет – индуцибельный, поскольку кодируемый им фермент синтезируется только когда в клетке есть сахара с бета-галактозильными остатками. Бета-галактозидаза – фермент расщипляющий лактозу на глюкозу и галактозу.

Ген У – бета-галактозидперемеаза – участвует в проиникновении бета-галактозидов в клетку через мембрану.

Ген А – бета-галактозидтрансацетилаза – ацелирует галактозу.

Ген и шифрует лак-репресор.

СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ-ВЫКЛЮЧЕНИЯ. В норме лак-оперон закрыт: лек-репрессор на операторе, слдеовательно рнк-полимераза не может прочно связаться с промотором. При появлении в клетке лактозы – индуктора, она соединяется с белком репрессором, преводит его в неактивную форму – не способную связываться с оператором. В результате рнк-полимераза узнаёт и прочно связывается в области промотора. Для экспрессии лак-оперона и других индуцибельных оперонов метаболизма сахаров необходимо не только снять репрессию оперона, но и получить некий дополнительный сигнал, усиливающий транскрипцию с этого оперона. Таким сигналом для лак-оперона, является комплекс БАК*цАМФ. Этот комплекс связывается с ДНК в промоторе за несколько нуклеотидов до места присоединения ДНКполимеразы. БАК – димер из идентичных полипептидных цепей.

При появлении арабинозы – индуктора, она связывается с репрессором, он превращается в белок активатор, который взаимодействует с промотором и облегчает посадку РНК-полимеразы на него.

Позитивная репрессия.

В норме оперон открыт из-за присутствия белка-активатора, облегчающего посадку РНКполимеразы на промотор. Таким образом считываются 4 структурных гена этого оперона, с них транслируются ферменты синтеза рибофлавина. И далее синтезируется N молекул рибофлавина. N+1 молекул рибофлавина взаимодействует с белком-активатором, превращает его в неактивный, который не способен облегчать посадку РНКполимеразы. Таким образом транскрипция этого участка прекращается.

Негативная репрессия. Оперон синтеза триптофана.

Структурные гены Е-А несут информацию о ферментах участвующих в стадиях превращения хоризмовой кислоты в Л-триптофан. Этот оперон регулируется по двум механизмам. 1: схема включения-выключения. 2: аттенуация(ослабление).

В норме оперон открыт по скольку в клетке присутствует не активный апо-репрессор – не способный связываться с оператором. Как следствие РНКполимераза осуществляет узнавание и прочное связывание с оператором, как следствие транскрибируются все пять структурных генов, как следствие получаем пять ферментов, как следствие хоризмат превращается в Л-триптофан. Таким образом синтезируется Н молекул триптофан. Н+1 молекул триптофана взаимод-вуют с апо-репрессором, превращает его в активный способный связываться с опреатором репрессор, тем самым мешая посадке РНК полимеразы. Транскрипции нет – нет триптофана.

12.10.12

Аттенуация.

За счёт участка трпЛ (100-140 п.о. от начал транскрипции) - лидерный сегмент. В нём есть аттунарная последовательность которая вынуждает РНКполимеразу прервать транскрипцию как раз перед началом гена трпЕ с отделением фрагмента ДНК длиной 141 нуклеотид. Подобная терминация происходит при уровне триптофана в клетке от среднего до высокого. При низком уровне триптофана терминация транскрипции в пределах аттенуаторной последовательности блокируется, транскрипция происходит через терминатор с образованием полуразмерной мРНК. На аттенуацию влияет трансляция идущая одновременно с транскрипцией. трпЛ имеет 4 сигмента которые взаимокомплиментарны друг другу. Могут образовывать шпильки 1-2 3-4 – терминирующий сигнал и шпильку 2-3 – аттенуированный сигнал. Первый участок кодирует короткий полипептид из 14 аминокислот, 2 из которых – тандем триптофановых остатков. Если образуются шпильки 1-2 3-4, то опосредуются ро-независимая терминация транскрипции на нескольких расположенных подряд остатков урацила. Если шпилька 2-3 а 1 и 4 одноцепочечные, то это сигнал разрешающий транскрипцию до конца оперона. То какая шпиленая структура образуется зависит от того транслируется ли рибосомами полная последовательность длиной 14 АК. если синтез лидерного пептида инициируется в кодоне АУГ, то рибосома транслирует следующие 13 кодонов при условии присутствия всех необходимых аминоацил-тРНК. Если триптофан недоступен, есть недостаток триптофанил-тРНК, рибосома застревает на 1 участке (где тандемные трп-повторы), как следствие 2 и 3 слипаются и обазуют шпильку, а сегмент 4 остаётся одноцепочечными, эта структура не препятствует продолжению транскрипции с образованием полноразмерной трп-мРНК. Если триптофан доступен, есть трп-тРНК – достаточно для трансляции тандемных триптофановых кодонов. Рибосомы движутся до терминаторного кодона лидерного пептида(сегмент 2), поскольку сегмент 2 ассоциирован с рибосомой спариваются сегменты 3 и 4 в шпильку, которая узнаётся РНК-полимеразой как сигнал прекращения транскрипции. И синтез трп-мРНК прерывается. Таким образом аттенуаты позволяют РНКполимераз косвенно или опосредована почувствовать концентрацию триптофаил-тРНК через расположение рибосом.