Транскрипция у прокариот и эукариот


Содержание

Отличие процесса транскрипции у про- и эукариот

РН-полимераза прокариот обеспечивает транскрипцию генов, несущих информацию о последовательностях молекул РНК всех трех классов: рибосомной РНК (рРНК), транспорт-ной РНК (тРНК) и информационной (или матричной) РНК (мРНК).

В эукариотических клетках имеются три различные РНК-по-лимеразы, каждая из которых специфически узнает промоторы, контролирующие транскрипцию трех различных классов молекул РНК. РНК-полимераза I локализуется в ядрышке и синтезирует основные рибосомные РНК. РНК-полимераза III осуществляет транскрипцию транспортных РНК и одного ком-понента рибосом — 5SPHK. Транскрипция молекул мРНК, не-сущих информацию о структуре белков, осуществляется РНК-полимеразой II. Ферменты II и III типа локализуются в нуклеоплазме.

Процессы образования мРНК в прокариотических и эукариотических клетках характеризуются существенными различиями. В эукариотических клетках после инициации транскрипции происходит модификация 5′-трифосфата в образующейся цепи за счет присоединения так называемого кэпа – метилированного остатка гуанозина. Кроме того, у большинства транскриптов происходит также модификация 3′-концов — по окончании транскрипции к ним присоединяется цепочка из остатков аденина, образующая характерный ро1уА-«хвост» (исключением из этого правила являются мРНК гистонных белков). У всех эукариот при транскрипции ДНК образуются молекулы РНК трех вышеназванных классов. Все они участвуют в процессе трансляции — третьей разновидности матричных процессов передачи информации — от РНК к белку.

49. Асимметричность транскрипции

Принципы транскрипции

1.Комплемептарность. 2.Антипараллельность.

3.Униполярность. 4.Беззатравочностъ. 5.Асимметричность.

Асимметричность.

В качестве матрицы используется одна цепь ДНК. Не совсем ясно, как ферментная система осуществляет правильный выбор нужной цепи. Видимо, ключевую роль играют какие-то последовательности нуклеотидов на одной из цепей, узнаваемые системой.

50. РНК-полимеразы эукариотических организмов

Транскрипционный аппарат эукариотических клеток устроен значительно сложнее и изучен хуже, чем бактериальный. У эукариот обнаружены 3 ядерные РНК-полимеразы, отличающиеся разной локализацией в ядре и состоящие из большого числа субьединиц. Кроме того, в митохондриях и хлоропластах эукариотических клеток имеются свои собственные РНК-полимеразы.

Основная часть полимеразной активности приходится на долю РНК Pol І, которая обнаруживается в ядрышках и ответственна за транскрипцию генов рРНК. На долю этого фермента приходится 50-70% клеточного синтеза РНК и эта РНК-полимераза стимулируется в равной степени ионами Mn2+ и Mg2+

Другим важным ферментом является РНК Pol ІІ. Она локализована в нуклеоплазме (всё ядро за исключением ядрышка). Этот фермент синтезирует 20-40% всех молекул РНК в клетке и ответственен за синтез гетерогенныхядерных РНК (гяРНК), которые являются предшественниками иРНК. Эта РНК-полимераза намного сильнее стимулируется ионами Mn2+, чем ионами Mg2+.

РНК Pol ІІІ представляет собой минорную ферментативную активность, обеспечивающую 10% клеточного синтеза РНК, локализована в нуклеоплазме и осуществляет синтез малых ядерных РНК (мяРНК) и тРНК.

РНК-полимеразы эукариот имеют большую молекулярную массу и представляют собой комплекс мультимерных белков (500 –700 кД). От 14 до 17 субъединиц в зависимости от типа полимеразы.

НК-полимеразы различаются количеством субьединиц, их аминокислотным составом, и зависимостью от катионом магния и марганца. Для РНК-полимераз І и ІІІ необходимое для работы соотношение [Mn2+]/[Mg2+]=2. Для РНК-полимеразы ІІ — [Mn2+]/[Mg2+]=5.

Наиболее яркое различие – чувствительность к α-аманитину(токсину бледной поганки). Он полностью подавляет работу РНК-полимеразы ІІ в концентрации 10-8 М и РНК-полимеразы ІІІ (в концентрации 10-6 М). РНК-полимераза І фактически не чувствительна к этому токсину.

Помимо ядерных РНК-полимераз у эукариот есть ещё РНК-полимеразы хлоропластов и митохондрий. Они кодируются в ядре, а не в соответствующих органеллах.

В органеллах образуются свои tРНК и rРНК и рибосомные белки.

51. РНК-полимеразы прокариот

Прокариоты содержат одну РНК-полимеразу.

РНК- полимераза Е.Coli – белок, имеющий четвертичную структуру. В клетке присутствует около 7000 молекул РНК-полимеазы.

Субьединичный состав РНК-полимеразы Е.Coli:

2 αββ’ σ ω – holo-фермент (полный фермент).

2αββ’ω – core-фермент (150×115×110 А).

Без σ -фактора это core-фермент. σ -фактор – сменный фактор специфичности(σ 70 , σ 28 , σ 54 и др.)

Две α-субьединицы – каркас РНК-полимеразы. К ним крепятся остальные субьединицы.

β’ — субьединица отвечает за прочное связывание с ДНК за счёт кластера положительно заряженных аминокислот.

β – в субьединице находятся два каталитических центра. Один отвечает за инициацию, а другой – за элонгацию РНК-цепи. Один центр работает в holo-, а другой в core-ферменте.

Для элонгации необходим комплекс α2ββ’, а для инициации к нему должна быть присоединена σ−субъединица. σ−субъединицы различаются в зависимости от того, какую группу промоторов должна узнавать РНК-полимераза. После инициации σ−субъединица диссоциирует и к элонгирующей РНК-полимеразе могут присоединяться ассоциированные факторы. Когда РНК-полимераза доходит до терминатора транскрипции, синтез РНК останавливается, РНК-полимераза и синтезированная РНК диссоциируют.

Кор-фермент α2ββ’ω обладает полимеризующей активностью.

σ-фактор обеспечивает узнавание промотора и инициацию.

Полный фермент- холофермент (Mg2+) α2ββ’ω σ.

52. Строение РНК-полимеразы прокариотических организмов

РНК-полимераза бактерий сосотоит из 5 субьединиц – (кор-фермент)

2αββ’ω+ σ-фактор (полный holo-фермент).

У прокариот имеется 2 типа РНК-полимеразы: одна из них синтезирует РНК-затравки для фрагментов Оказаки, а другая — все остальные типы РНК.

Синтез РНК (транскрипция) осуществляется ферментами ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. РНК-полимеразы используют в качестве субстратов нуклеозидтрифосфаты и активны только в присутствии ионов Mg2+. РНК-полимеразы не нуждаются в праймере. Бактериальные РНК-полимеразы – сложные белки, состоящие из нескольких субъединиц. Наиболее изученный фермент кишечной палочки содержит 5 субъдиниц: две субъединицы α и по одной β, β´, ώ (основа фермента – кор). После присоединения к кору еще одной субъединицы – σ-фактора – образуется холофермент РНК-полимераза. Функцией холофермента РНК-полимеразы является связывание с промотором и инициация транскрипции. Кор-фермент (α,α,β,β´) осуществляет элонгацию, т.е. собственно синтез РНК.

53. Структура промоторов прокариотических организмов

Прокариотические промоторы варьируют в размерах–от 20 до 200п.н., но наиболее типичным является промотор, величиной 40п.н.

Промотор — это участок ДНК, ответственный за связывание с РНК-полимеразой. В случае прокариот, наиболее важными для регуляции транскрипции являются последовательности, обозначаемые «—35» и «— 10». Нуклеотиды, расположенные до инициирующего кодона («вверх по течению») записываются со знаком «-», а со знаком «+» — все нуклеотиды, начиная с первого в инициирующем кодоне (стартовая точка). Направление, в котором продвигается процесс транскрипции, называется «вниз по течению». Последовательность, обозначаемая «-35» (TTGACA), отвечает за узнавание промотора РНК-полимеразой, а последовательность «-10» (или бокс Прибнова) является тем участком, с которого начинается раскручивание двойной спирали ДНК. В состав этого бокса наиболее часто входят основания ТАТААТ. Такая последовательность оснований чаще всего встречается в промоторах прокариот, ее называют консенсусной. В состав ТАТА-бокса входят аденин и тимин, между которыми имеются только две водородные связи, что облегчает расплетание цепей ДНК в этом районе промотора. В случае замен пар оснований в указанных последовательностях промотора нарушается эффективность и правильное определение точки начала транскрипции, с которой фермент РНК-полимераза начинает синтез РНК. Когда благодаря действию специфических регуляторных элементов уровень экспрессии генов возрастает, регуляция называется позитивной. Позитивная регуляция может осуществляться путем связывания специфических белков с нуклеотидными последовательностями, расположенными в области промотора. Считается, что связанный активаторный белок способствует ассоциации РНК-полимеразы с промотором и, следовательно, увеличивает вероятность инициации транскрипции.

54. Строение мРНК эукариот

Эукариотические мРНК довольно стабильны. Период их полураспада измеряется часами и даже сутками. Эукариотические мРНК синтезируются в виде предшественников и проходят в своем биогенезе стадию довольно сложного созревания, или процессинга.

Каждая мРНК содержит информацию о составе той или иной полипептидной цепи, количество разных мРНК в клетке очень велико. линейная цепь мРНК содержит несколько областей с различной функциональной ролью:

а) На 5′-конце находится КЭП (участок из 1-4 модифицированных нуклеотидов). Такая стр-ра защищает 5‘-конец мРНК от экзонуклеаз.

б)У эукариот за «колпачком»(КЭП) идет 5′-нетранслируемый участок — последовательность из нескольких десятков нуклеотидов. Она комплементарна одному из отделов той рРНК, которая входит в малую субъединицу рибосомы. За счет этого она служит для первичного связывания мРНК с рибосомой,но сама не транслируется.

в) Трансляция мРНК начинается всегда с инициирующего кодона. Во всех мРНК он всегда один и тот же — АУГ,т. е. кодирует метионин. Поэтому после синтеза

пептидной цепи с ее N-конца,отщепляется метионин (если последний не нужен для функционирования белка).

г) За инициирующим кодоном в мРНК следует кодирующая часть, которая, содержит информацию о последоват-ти АК в белке.

У эукариот зрелые мРНК являются моноцистронными т. е. каждая из них несет информацию о структуре только одной полипептидной цепи. иногда пептидная цепь вскоре после образования на рибосоме разрезается на несколько более мелких цепей. У эукариот кодирующая часть зрелой мРНК лишена интронов — каких-либо вставочных некодирующих последовательностей.

д) По окончании кодирующего участка имеется кодон терминации — один из трех кодонов: УАА, УАГ или УГА.

е) За этим кодоном м.следовать еще 3′-нетранслируемый участок, значит.превышающий по длине 5′-нетранслируемую область.

ж)почти все зрелые мРНК эукар(кроме гистоновых мРНК)на З’-конце содержат поли(А)-фрагмент из 150-200 адениловых нуклеотидов.

И З’-нетранслируемый участок, и поли(А)-фрагмент имеют отношение к регуляции продолжительности жизни мРНК, поскольку разрушение мРНК осуществляется 3-экзонуклеазами.

В клетках молекулы мРНК практически всегда связаны с белками. Последние, стабилизируют линейную структуру мРНК, т. е. предупреждают образование в кодирующей части «шпилек». белки могут защищать мРНК от преждевременного разрушения. Такие комплексы мРНК с белками иногда называют информосомами.

55. Узнавание промотора в процессе транскрипции

Механизм транскрипции 4 этапа:

1.Узнавание промотора 2. Инициация

3.Элонгация 4.Терминация

Инициация транскрипции происходит на специфическом участке ДНК, называемом промотором. Для узнавания промотора необходим σ−фактор, причем различные σ−факторы отвечают за узнавание различных классов промоторов. Как правило узнаются блоки, отстоящие на 10 и 35 нуклеотидов от точки начала транскрипции. Затем присоединяется РНК-полимераза, представляющая собой тетрамер из субьединиц трёх видов: α, β, β’. В некоторых оперонах,например в лактозном, необходимо ещё предварительное взаимодействие с промотором дополнительного белка (CAP).

У эукариот всегда требуется предварительное связывание с промоторм целой совокупности белков – общих факторов транскрипции, с образование комплекса TFIID



Что служит матрицей для синтеза

Что слу́жит ма́трицей для си́нтеза

Ма́трицей для си́нтеза и- РНК слу́жит 1 цепо́чка ДНК.

И-РНК стро́ится по при́нципу комплементарности.

Уча́сток моле́кулы ДНК име́ет сле́дующий соста́в: Г-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц. Перечи́слите не ме́нее трёх после́дствий, к кото́рым мо́жет привести́ случа́йная заме́на седьмо́го нуклеоти́да тимина на цитозин (Ц).

Отве́т

1) Е́сли э́то тре́тий нуклеоти́д трипле́та иди́ некоди́рующий уча́сток ДНК, то мо́жет не произойти́ никаки́х измене́ний.2) Мо́жет произойти́ заме́на аминокисло́ты|аминокислоты́ в бе́лке|белке́, э́то приведёт к измене́нию фо́рмы его́ глобулы и измене́нию его́ рабо́ты.3) Е́сли э́то часть управля́ющего уча́стка (промотор, опера́тор), то си́нтез бе́лка|белка́ мо́жет прекрати́ться.

Чем объясня́ется огро́мное разнообра́зие белко́в, образующихся в живы́х органи́змах? Укажи́те не ме́нее трёх причи́н.

Отве́т

1) В соста́в белко́в вхо́дит 20 ви́дов аминокисло́т. Коли́чество вариа́нтов бе́лка|белка́, состоя́щего из ста аминокисло́т, составля́ет 20100.2) В соста́в белко́в мо́гут входи́ть разнообра́зные небелковые компоне́нты, наприме́р, углево́ды в гликопротеи́нах, гем в гемоглоби́не. 3) Генные мута́ции, постоя́нно происходя́щие в органи́змах, приво́дят к измене́нию структу́ры бе́лка|белка́, коди́руемого да́нным ге́ном|гено́м.

Какова́ роль нуклеи́новых кисло́т в биоси́нтезе бе́лка|белка́?

Отве́т

ДНК соде́ржит информа́цию для си́нтеза бе́лка|белка́, иРНК перено́сит э́ту информа́цию к рибосоме, рРНК вхо́дит в соста́в рибосом, тРНК доставля́ет к рибосоме аминокисло́ты|аминокислоты́.

Почему́ реа́кции биоси́нтеза бе́лка|белка́ называ́ют ма́тричными?

Отве́т

В осно́ве реа́кций ма́тричного си́нтеза лежи́т комплементарное взаимоде́йствие ме́жду нуклеоти́дами.

Образу́ются полиме́ры, строе́ние кото́рых по́лностью определя́ется строе́нием исхо́дного вещества́ – ма́трицы. ДНК явля́ется ма́трицей для си́нтеза иРНК, а иРНК явля́ется ма́трицей для си́нтеза бе́лка|белка́.

Что слу́жит ма́трицей для си́нтеза и-РНК?

Отве́т

и-РНК синтези́руется на ма́трице ДНК в проце́ссе транскри́пции.

Каки́е проце́ссы происхо́дят на рибосоме при биоси́нтезе бе́лка|белка́?

Отве́т

К кодону, находя́щемуся в А-уча́стке рибосомы, по при́нципу комплементарности присоединя́ется антикодон тРНК, несу́щей определённую аминокислоту́.2. рРНК катализи́рует образова́ние пепти́дной свя́зи ме́жду двумя́ находя́щимися ра́дом (в А- и П-уча́стках) аминокисло́тами.

При э́том вся цепо́чка, находи́вшаяся в П-уча́стке, «переве́шивается» на аминокислоту́, находя́щуюся в А-уча́стке.3. Рибосома сдвига́ется на оди́н кодон.

Пуста́я тРНК, стоя́вшая в П-уча́стке, ухо́дит в цитопла́зму, тРНК с полипептидом ока́зывается в П-уча́стке, а в А-уча́стке ока́зывается но́вый, ещё не трансли́рованный кодон.

В каки́х слу́чаях измене́ние после́довательности нуклеоти́дов ДНК не влия́ет на структу́ру и фу́нкции соотве́тствующего бе́лка|белка́?

Отве́т

1) Е́сли измени́лся тре́тий нуклеоти́д трипле́та и получи́лся трипле́т, коди́рующий ту же са́мую аминокислоту́.2) Е́сли измене́ния произошли́ в интроне, кото́рый бу́дет вы́резан в проце́ссе сплайсинга.

Регуляция транскрипции у прокариот и эукариот

В каки́х реа́кциях обме́на веще́ств осуществля́ется связь ме́жду ядро́м, ЭПС, рибосомами, митохондриями?

Отве́т

В реа́кциях биоси́нтеза бе́лка|белка́: в ядре́ синтези́руется иРНК, в шерохова́той ЭПС на рибосомах синтези́руется бе́лок|бело́к, митохондрии поставля́ют АТФ для э́тих проце́ссов.

В проби́рку помести́ли рибосомы из ра́зных кле́ток, весь набо́р аминокисло́т и одина́ковые моле́кулы и-РНК и т-РНК, созда́ли всё|все усло́вия для си́нтеза бе́лка|белка́.

Почему́ в проби́рке бу́дет синтези́роваться оди́н вид бе́лка|белка́ на ра́зных рибосомах?

Отве́т

Рибосома осуществля́ет сбо́рку моле́кулы бе́лка|белка́ в соотве́тствии с информа́цией, запи́санной в иРНК.

Поско́льку иРНК помести́ли одина́ковые, то и бе́лки|белки́ бу́дут одина́ковые.

ЗЗУБРОМИНИМУМ: гото́вимся к ЕГЭ бы́стро Зада́ния ча́сти А Зада́ния ча́сти В Зада́ния ча́сти С По́иск по зада́ниям ЕГЭ

Видео по теме : Что служит матрицей для синтеза

Молекулярный механизмы транскрипции у прокариот.Фазы транскрипции

1234Следующая ⇒

Структурная организация оперона

Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований.

Основой регуляции процессов синтеза белка является оперон – комплекс генов, включающий:

— ген-регулятор (Р), обеспечивающий синтез белка-репрессора (РЕП);

— ген-оператор (О), управляет включением и выключением считывания информации со структурных генов, способен взаимодействовать с белком-репрессором;

— ген-промотор (П) – место прикрепления РНК-полимеразы – фермента, осуществляющего процесс транскрипции;

— структурные гены (СГ, содержат информацию о последовательности аминокислот в ферментах).

Механизм функционирования системы регуляции синтеза белка был открыт в 1962 году Жакобом и Моно при исследовании культивирования кишечной палочки в лактозной среде и назван lac-опероном.

Транскриптон, его особенности организации.

Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор,транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции — транскриптон.

В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной.

Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения.

У эукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.

Молекулярный механизмы транскрипции у прокариот.Фазы транскрипции

• 1. Транскрипция в клетках прокариот

Транскрипцией называется перенос информации с двух-цепочечной молекулы ДНК на одноцепочечные молекулы РНК. Матрицей для синтеза РНК служит только одна цепь ДНК, называемая смысловой цепью.

В транскрипции, различают три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.Фермент, осуществляющий этот процесс, называют ДНК-зависимой РНК-полимеразой или просто РНК-полимеразой.

Молекулы РНК «считываются» с определённых участков хромосомной ДНК — «транскрипционных единиц».

В качестве субстрата используются рибонуклеозидтрифосфаты. Синтез РНК-транскрипта идёт в направлении от 5’ – к 3’ – концу. На 5’ – конце растущей цепи находится 5 – трифосфат, а 3 – гидроксильная группа на другом конце цепи служит центром образования очередной фосфодиэфирной связи при участии фермента РНК-полимеразы.

В зоне синтеза РНК происходит «расплетение» примерно двух витков (16-18 пар оснований) спирали ДНК, и таким образом экспонируется участок цепи ДНК-матрицы, «считы-ваемый» в направлении 3′ ®5‘. В некоторых транскрип-ционных единицах ДНК-матрицей для синтеза РНК служит одна из двух цепей, а в других — комплементарная ей вторая цепь молекулы ДНК.

Транскрипционные единицы в ДНК ограничены, с одной стороны, промотором — участком инициации транскипции, а с другой — участком остановки транскрипции терминатором.

Подробно изучена РНК-полимераза Е.

coli (рис. 1). Ее основу образует так называемый кор-фермент, состоящий из четырех полипептидных цепей — двух идентичных (a) и двух различных субъединиц (b и b’). Кор-фермент катализирует рост цепи за счет присоединения рибонуклеозидтрифосфатов к 3′-концу синтезируемой молекулы РНК.

Транскрипция у прокариот

Присоединение к кор-ферменту еще одной полипептидной цепи, называемой σ-субъединицей, приводит к образованию холоферментаРНК-полимеразы.

σ-субъединица обеспечивает точное узнавание промоторного участка и выбор одной из комплементарных цепей ДНК в качестве матрицы для начала транскрипции.

После того как синтез РНК уже начался, происходит диссоциация σ-субъ-единицы. Вместо нее с кор-ферментом соединяется другой белок — продукт гена nus А. Этот ферментативный комплекс продолжает транскрипцию вплоть до терминаторного участка, узнавание которого обеспечивается белком nus А.

Подробности молекулярного механизма терминации транс-крипции окончательно неизвестны, но есть основания пола-гать, что для высвобождения новосинтезированной цепи РНК из комплекса с РНК-полимеразой и ДНК кроме nus А необходим по крайней мере еще один белок, называемый r-фактором.

1234Следующая ⇒

Дата добавления: 2017-02-24; просмотров: 696 | Нарушение авторских прав

Похожая информация:

Поиск на сайте:

Инициация и терминация транскрипции у про- и эукариот, роль транскрипционных факторов в этих процессах.

инициация транскрипции начинается со сборки РНК-полимеразы, у прокариот она одна и состоит из:

— β и β’ образуют каталитический центр

— α (2 штуки) – узнают промотор, взаимодействуют с регуляторныи факторами, собирают фермент

— σ – распознают промотор

— ω – стабилизация β’

Холофермент можно разделить на 2 части:

— минимальный фермент (α2ββ’) – способен осуществлять транскрипцию но не способен ее инициировать

— σ фактор

После инициации транскрипции σ освобождается и элонгация осуществляется только минимальным ферментом.

Минимальный фермент связывается с ДНК в свободном участке связывания (любая последовательность ДНК), тк минимальный фермент не различает промоторов.

σ дестабилизирует фермент и он отсоединяется от ДНК, но приобретает способность узнавать промотор

холофермент + промотор = двойной закрытый комплекс (ДНК не расплетена)

2. закрытый комплекс преобразуется в открытый в результате плавления участка ДНК в пределах последовательности, связанной с ферментом

3. включение первых нуклеотидов и формирование тройного комплекса между ферментом, ДНК и новой РНК.

4. после завершения инициации σ освобождается

Инициация прокариот начинается с промотора.

Общие черты промотора:

— стартовая точка

— выше стартовой точки на 10пн находится ТАТА бокс (последовательность -10, консенсус ТАТААТ) – служит для преобразования открытого комплекса в закрытый

— последовательность -35 (содержит ТТГАЦА) – служит для распознавания РНК-полимеразой

— АТ богатая последовательность выше +10 и -35 – UP-элемент, он служит для взаимодействия с альфа-субъеденицей РНК-полимеразы

РНК-полимераза контактирует с -35, вокруг промотора собирается закрытый комплекс.

Расплетание ДНК происходит в -10 и тогда закрытый комплекс становится открытым.

Сигма-факторы (σ)

Основной – σ70(σD), но есть вспомогательные для экстремальных условий

σН(σ32) – активируется во время теплового шока

σ28 – экспрессия флагеллярных генов

σS – активируется когда фаза роста культуры переходит в сплошную (?) фазу роста (стресс)

σЕ – ответ на еще более резкие сдвиги чем у σН

σN(σ54) – в условиях азотного глодания

σF – инициирует транскрипцию генов хемотаксиса

Терминация транскрипции прокариот

2 вида:

— ρ-зависимая (терминация только в присутствии ρ фактора)

— ρ-независимая (терминация без каких-либо факторов)

Независимая

Независимая терминация имеет две структурные особенности:

— короткий инвертированный повтор, способный формировать шпильку

— участок, богатый урацилом

РНК-полимераза сталкивается со шпилькой и делает паузу (Если это не терминация, то потом она продолжает работу).

В этот момент урацил-богатый участок дестабилизирует РНК-ДНК гибрид, тк связь ДНК-РНК слабая.

Зависимая

ρ-фактор – белок, действует на ρ зависимые терминаторы

этапы:

1. ρ фактор связывается с РНК, выходящей из транскрипционной единицы (rut-сайт)

ρ фактор начинает двигаться по РНК вверх пока не догонит полимеразу

3. когда полимераза достигает сайта терминации, ρ фактор взаимодейстует с гетеродуплексом ДНК-РНК и высвобождает РНК

Rut-сайт содержит много цитозина

ρ-фактор – АТФ зависимая хеликаза, гексамер, каждая субъединица имеет РНК-связывающий домен и АТФ-гидролизующий.

Отличие процесса транскрипции у про- и эукариот

После связывания с сайтом rut, ρ фактор, используя свою хеликазную активность и энергию гидролиза АТФ, начинает двигаться вверх. Когда фактор достигает гетеродуплекса, то расплетает его.

Инициация транскрипции эукариот:

Общие факторы транскрипции правильно располагают РНК-полимеразу на промоторе, содействуют разобщению цепей и помогают освободить РНК=полимеразу от промотора в режиме элонгации.

Промотор содержит последовательност – ТАТА-бокс.

Субъединица TF2D – TBP распознает и связывает ТАТА бокс, ДНК искажается. Затем садится TF2A фактор, и это вызывает связывание TF2B. Затем садится TF2F, который расплетает ДНК, и TF2E, который сдвигает границы промотора. Последними садятся фактор TF2H и РНК-полимекраза 2.

TF2H состоит из 9 субъединиц, 1 из них – хеликаза, она расплетает ДНК через гидролиз АТФ. Полимераза связывается с промотором и начинает делать короткие участни РНК, пока не сможет перейти к элонгации. TF2H (еще одна субъединица действует как протеинкиназа) фосфорилирует CTD участок полимеразы и она меняет конформацию и отделяется от факторов и может перейти дальше.

Терминация эукариот:

Терминация полимеразы 1: белковый фактор TTF1 распознает терминатор размером 18пн (аналогично ρ-зависимой терминации).

Он изгибает ДНК и выывает задержку комплекса на терминаторе. Происходит конформационное изменение полимеразы1, что ослабляет взаимодействие компонентов друг с другом.

Терминация полимеразы2: зависит от процессинга 3* конца. 3* конец пре-мРНК образует эндунуклеаза, разрезающая транскрипт после последовательности ААУААА (терминатор). Незащищенный кэпом 5* конец отщепленного конца транскрипта деградирует эндонуклеаза, что приводит к терминации. Пре-мРНК стабилизируется полиаденилированием.

Эндонуклеаза связывается с 5* концом и деградирует его быстрее чем она синтезируется. Затем рибосома отсоединяется от ДНК и наступает терминация (Как ρ-зависимая).

Терминация полимеразы3: распознается последовательность из много У, расположенная после ЦГ-богатого участка (как ρ-независимая терминация).

Трансляция.

Основные свойства генетического кода. Аминоацилирование тРНК. Роль РНК и белков в процессе трансляции. Энергозатраты на включение одного аминокислотного остатка в растущую полипептидную цепь.

Трансляция — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК, осуществляемый рибосомой.

Свойства генетического кода:

Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов

Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте

Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений)

Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

Аминоацилирование тРНК — процесс присоединения АК к тРНК, катализируемый аминоацил-тРНК-синтазами (их 20 шт.

разных).

Механизм:

1. Аминокислота активируется (аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + пирофосфат)

2. С активным центром связывается 3′-конец тРНК, антикодон которого соответствует активируемой этой синтазой аминокислоте

3. Аминокислотный остаток переносится на ОН-группу рибозы последнего аденина на 3′-конце (аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ)

Роль РНК и белков в процессе трансляции.

Следует сказать, что РНК гораздо более значимый компонент рибосомы, чем белки.

Структурно и функционально, рибосома — это прежде всего, её РНК.

РНК в составе рибосомы имеет сложную третичную структуру и плотно инкрустирована рибосомными белками (50/80 шт. про/эукариоты, в основном это умеренно-основные белки), выполняющими вспомогательные функции.

В процессе трансляции выделяют инициацию, элонгацию и терминацию. Белки принимают участия во всех трёх этапах (факторы инициации, факторы элонгации и релизинг-факторы).

Рибосомная РНК образует главные функциональные центры рибосомы и определяет принципиальное устройство рибосомы как молекулярной машины, осуществляющей синтез белка.

Именно РНК катализирует пептидилтрансферазную реакцию (перенос пептидила из состава пептидил-тРНК на поступившую в аминоацильный центр очередную аминоацил-тРНК).

Энергозатраты синтеза белка с n шт. аминокислот:

2n => АТФ на зарядку (активацию) тРНК (АТФ => АМФ + пирофосфат)

1 шт. => ГТФ на инциацию (IF2)

n-1 => ГТФ на доставку тРНК для n-1 шт.

пептидных связей (EF-Tu)

n-1 => ГТФ на n-1 шт. шагов транслокации рибосомы (EF-G)

1 шт. => ГТФ на терминацию (RF-3)

Всего: 4n, т.е. 4 высокоэнергетические связи затрачиваются на включение одной аминокислоты.

Предыдущая19202122232425262728293031323334Следующая

Транскрипция

Общие сведения

Транскрипция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
В процессе транскрипции генов происходит биосинтез молекул РНК, комплементарных одной из цепей матричной ДНК, сопровождаемый полимеризацией четырех рибонуклеозидтрифосфатов (ATP, GTP, CTP и UTP) с образованием 3’–5′-фосфодиэфирных связей и освобождением неорганического пирофосфата.
Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5′- к 3′- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3′->5′
РНК-полимеразы могут состоять из одной или нескальких субъединиц.

У митохондрий и некоторых бактериофагов, например SP6, T7 с небольшим числом генов простых геномов, где отсутствует сложная регуляция РНК-полимераза состоит из одной субъединицы. Для бактерий и эукариот, с большим числом генов и сложными системами регуляции РНК-полимеразы состоят из нескольких субъединиц. Показано, что фаговые РНК-полимеразы состоящие из одной субъединицы могут взаиодействовать с белками бактерий, которые меняют их свойства [Патрушев, 2000].
У прокариот синтез всех видов РНК осуществляется одним и тем же ферментом.
У эукариот — 3 ядерные РНК-полимеразы, митохондриальные РНК-полимеразы, хлоропластные РНК-полимеразы.
Субстратами для РНК-полимераз служат рибонуклеозид-трифосфаты (активированные нуклеотиды).

Весь процесс транскрипции осуществляется за счет энергии макроэргических связей актвированных нуклеотидов.

Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата.
Факторы транскрипции — белки взаимодействующие с друг другом, регуляторными участками ДНК и РНК-полимеразой с образованием транскрипционного комплекса и регулирующие транскрипцию. Благодаря факторам транскрипции и регуляторным последовательностям генов становится возможным специфический синтез РНК.
Принципы транскрипции
комплиментарность — mRNA комплиментарна матричной цепи ДНК и аналогична кодирующей цепи ДНК
антипараллельность
униполярность
беззатравочность — РНК-полимераза не требует праймера
асимметричность
Стадии транскрипции

  1. распознавание промотора и связывание — РНК-полимераза связывается с ТАТА-боксом 3’-промотора при помощи основных факторов транскрипции, дополнительные факторы ингибируют или стимулируют присоединение
  2. инициация — образование первой фосфодиэфирной связи между Pu и первым нуклеотидом.

    К пуринтрифосфату присоед нуклеотид комплиментарный второму нуклеотиду ДНК с отщеплением пирофосфата от нуклеозидтрифосфата с образ диэфирной связи

  3. элонгация ( 3’→5’)- мРНК гомологичная нематричной (кодирующей, смысловой) ДНК, синтезируется на матричной ДНК; какая из двух цепей ДНК будет матрицей, определяется направлением промотора
  4. терминация

Транскрипционные фабрики

Существует ряд экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что транскрипция осуществляется в так называемых транскрипционных фабриках: огромных, по некоторым оценкам, до 10 МДа комплексах, которые содержат около 8 РНК-полимераз II и компоненты последующего процессинга и сплайсинга, а также пруф-ридинга новосинтезированного транскрипта.

В ядре клетки происходит постоянный обмен между пулами растворимой и задействованной РНК-полимеразы. Активная РНК-полимераза задействована в таком комплексе, который в свою очередь является структурной организовывающей компактизацию хроматина единицей.

Последние данные. свидетельствуют о том, что транскрипционные фабрики существуют и в отсутствие транскрипции, они фиксированы в клетке (пока не ясно, взаимодействуют ли они с матриксом клетки или нет) и представляют собой независимый ядерный субкомпартмент. Попытки выделить белковый функциональный комплекс транскрипционной фабрики пока не привели к успеху ввиду его огромных размеров и низкой растворимости.

Транскрипция у эукариот

РНК-полимеразы эукариот

У эукариот имеется 3 типа РНК-полимераз (не считая митохондриальной и хлоропластной):
РНК полимеразаI — синтезирует в ядрышках рибосомные RNA (18S и 28S рРНК, кроме 5S);
РНК-полимеразаII — синтезирует mRNA и некоторых sRNA;
РНК-полимеразаIII — синтезирует tRNA, sRNA, 5S rRNA.
RNA-полимеразы эукариот отличаются: количеством субъединиц – 2 большие (120-220кДа) и до 8 малых (10-100кДа), потребностью в ионах Mg и Mn, чувствительностью к – амонитину — токсину бледной поганки — пептиду включающему D-аминокислоты: polI — устойчива, polII — ингибируется при концентрации 10-8М, polIII — при 10-6М амонитина.

РНК-полимеразы I,II,III кодируются в ядре. Большие субъединицы гомологичны β и β`-субъединицам эубактерий.

РНК-полимераза I

РНК-полимераза II

PolII Человека содержит более 10 субъединиц, слабо ассоциирующих друг с другом.

Некоторые из них принадлежат к основным факторам транскрипции (GTF).
Белки holo-фермента PolII дрожжей [Патрушев, 2000].
Pol II — РНК-Полимеразная активность, взаимодействует с множеством общих и тканеспецифических факторов транскрипции, участвует в выборе точки инициации транскрипции.
TFIIB — Связывает Pol II и TBP на промоторе, участвует в выборе точки инициации транскрипции
TFIIF — Взаимодействует с Pol II, стимулирует элонгацию транскрипции Pol II, компонент субкомплекса SRB/медиатор
TFIIH — Активность ДНК-зависимой ATPазы, ДНК-геликазная активность, обладает активностью CTD-киназы
SRB2, SRB5 — Участвуют в образовании инициационного комплекса, стимулируют базальный и индуцированный синтез РНК,
взаимодействуют с TBP, компоненты субкомплекса SRB/медиатор
GAL11/SPT13 — Участвуют в образовании инициационного комплекса, стимулируют базальный и индуцированный синтез РНК,
компоненты субкомплекса SRB/медиатор, предположительно взаимодействуют с активаторами транскрипции
SUG1 — Компонент субкомплекса SRB/медиатор, предположительно взаимодействует с активаторами транскрипции
SRB4, SRB6, SRB7, SRB8, SRB9, SRB10, SRB11 — Компоненты субкомплекса SRB/медиатор, предположительно
взаимодействуют с CTD-доменом Pol II

РНК-полимераза III

Факторы транскрипции

Инициация

Инициация транскрипции происходит на кэп-сайте кодирующем первый нуклеодид первого экзона мРНК.
ТАТА-бокс локализуется в 25-30 пн выше кэп-сайта связывая РНК-полимеразу перед кэп-сайтом.

Промотор — примерно 200 пн выше кэп-сайта. Энхансеры обычно имеют длину 100-200 пн.

Элонгация

Терминация

Терминация на сайте полиаденилирования.

Вновь синтезированная РНК генов связывается с ядерными белками — информомерами, подвергается различным посттранскрипционным модификациям и транспортируется из ядра (см. обзор Процессинг) для последующей трансляции (см.

обзор Трансляция).

Транскрипция у прокариот

РНК-полимераза E.coli

РНК-полимераза E.coli осуществляет транскрипцию всех бактериальных генов и состоит из нескольких субъединиц: α-35кДа, β‘-165кДа, β-155кДа, σ-чаще 70кДа (σ70). РНК-полимераза состава ααββ’σ70 называется holo-фермент (Еσ70), состава ααββ’- core-фермент (E).
σ — сменный фактор специфичности, который диссоциирует после инициации транскрипции.

Элонгация и терминация осуществляется core-ферментом. У Е.coli ~10 видов σ-субъединиц. Транскрипция генов теплового шока, оперонов gln или nif осуществляется σ54 в составе holo-фермента Eσ54 (54 кДа).
Все субъединицы заряжены отрицательно: σ>α>β>β’ – расположены по убыванию заряда.

В каждой субъединице имеется кластер (+)-заряженных участков, которыми они связываются с ДНК. Наибольшее число кластеров у – β’, который участвует в связывании фермента с ДНК, β-субъединица содержит активные центры — инициации и элонгации, α-субъединицы обеспечивают правильное взаимодействие фермента с промоторами. Рифампицин – блокирует инициацию, стрептолидигин – блокирует элонгацию, что говорит о разнесении активных центров в РНК-полимеразе.
Узнавание и связывание RNA-pol с промотором осуществляется holo-ферментом
Одновременно в клетке присутствует около 7000 молекул РНК-полимеразы.

Только holo-фермент обладает высоким сродством к специфической последовательности нуклеотидов — промотору, сродство к остальным случайным последовательностям ДНК у него снижено в 10000 раз. У core-фермента одинаковое сродство к любой последовательности нуклеотидов.
Сам по себе сигма — фактор обладает наименьшим сродством к ДНК по сравнению с другими субьединицами РНК-полимеразы, однако он придает holo-ферменту такую конформацию, которая обладает повышенным сродством к промотору.
Стадии узнавания и связывания, а также инициации осуществляются holo-ферментом.

Элонгация и терминация осуществляются core-ферментом.
Две α субъединицы — каркас РНК-полимеразы. К ним крепятся остальные субъединицы.
β’ — субъединица отвечает за прочное связывание с ДНК за счет кластера положительно заряженных аминокислот.
В β — субъединице находятся два каталитических центра.

Один отвечает за инициацию, а другой — за элонгацию. Один центр работает в holo-, а другой — в core- ферменте.

Инициация транскрипции

РНК-полимераза Ecoli узнает два 6н разделенных 25н

Элонгация транскрипции

Терминация транскрипции

Регуляция транскрипции

Схема негативной индукции Жакоба и Моно

Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении.
Z-β — галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу).
Y-β- галактозидпермеаза (переносит лактозу через мембрану клетки).
А — тиогалактозидтрансацетилаза (ацетилирует галактозу).
В отсутствие в клетке лактозы lac-оперон выключен.

Активный белок — репрессор, кодируемый в моноцистронном опероне (LacI) , не имеющем оператора, связан с оператором lac-оперона. Поскольку оператор перекрывается с промотором, даже посадка РНК-полимеразы на промотор невозможна.
Как только некоторое количество лактозы попадает в клетку, две молекулы субстрата (лактозы) взаимодействуют с белком — репрессором, изменяют его конформацию — и он теряеет сродство к оператору.
Тут же начинается транскрипция lac-оперона и трансляция образующейся mРНК; три синтезируемых белка участвуют в утилизации лактозы.
Когда вся лактоза переработана, очередная порция репрессора, свободного от лактозы, выключает lac-оперон.

Схема позитивной индукции


В Аra-опероне E. сoli 3 цистрона, которые кодируют ферменты, расщепляющие сахар арабинозу.

В норме оперон закрыт. Белок — репрессор связан с оператором.

Когда в клетку попадает арабиноза, она взаимодействует с белком — репрессором. Белок — репрессор меняет конформацию и превращается из репрессора в активатор, взаимодейсивующий с промотором и облегчающий посадку РНК-полимеразы на промотор.
Эта схема регуляции называется позитивной индукцией, поскольку контролирующий элемент — белок — активатор «включает» работу оперона.

Схема позитивной репрессии

В опероне синтеза рибофлавина у Вacilus subtilis располагаются цистроны ферментов синтеза рибофлавина. Есть белок-активатор, обеспечивающий посадку РНК-полимеразы на промотор. В норме оперон открыт. Образуется N молекул рибофлавина.

N+1-ая молекула (лишняя) взаимодействует с активатором и он теряет способность активировать посадку РНК-полимеразы на промотор.

Позитивная репрессия, поскольку в регуляции участвует белок — активатор, а сама регуляция заключается в выключении транскрипции.

Схема негативной репрессии

В опероне синтеза триптофана у E.

сoli имеется 5 цистронов, которые кодируют ферменты последовательной цепи реакций синтеза триптофана. В норме оперон включен. Белок — репрессор неактивен (в форме апо-репрессора), он не способен садиться на оператор.

Клетке нужно N молекул триптофана.

N+1-ая молекула взаимодействует с апо-репрессором. Он меняет конформацию, садится на оператор и синтез РНК прекращается.

Схема регуляции — негативная репрессия, потому что белок репрессор «выключает» оперон.

Позитивный контроль работы lac-оперона

Lac-оперон, подчиняющийся схеме негативной индукции, имеет и позитивный контроль.

цАМФ образуется из АТФ ферментом аденилатциклазой. Фосфодиэстераза превращает цАМФ в АМФ. Глюкоза активирует второй и инактивирует первый фермент. Чем больше в клетке глюкозы, тем меньше цАМФ.

Если нет глюкозы, то цАМФ соединяется с белком катаболической репрессии (САР) и образуется комплекс САР•цАМФ, активирующий посадку РНК-полимеразы на промотор.

В присутствии лактозы lac-оперон включается и работает. Если же в клетке есть еще и глюкоза (более экономичный источнок энергии), то нет цАМФ — и активатор не образуется, lac-оперон работает слабо, без дополнительной индукции.

Транскрипция у эукариот

Транскрипция и трансляция у прокариот

«Механизмы» сборки полинуклеотидных и полипептидных цепочек у прокариот и эукариот не различаются. Но в связи с тем, что гены прокариот не имеют экзонов и интронов (исключение — гены архебактерий), располагаются группами, и на эту группу генов приходится один промотор, появляются следующие особенности транскрипции и трансляции у прокариот.

В результате транскрипции образуется полицистронная иРНК, кодирующая несколько белков, совместно обеспечивающих определенную группу реакций.

2. иРНК имеет несколько центров инициации трансляции, терминации трансляции и НТО.

Не происходят КЭПирование, полиаденилирование и сплайсинг иРНК.

4. Трансляция начинается еще до завершения транскрипции; эти процессы не разделены во времени и пространстве, как это имеет место у эукариот.

1 — ДНК; 2 — РНК-полимераза; 3 — Нуклеозидтрифосфаты ГТФ, ЦТФ, АТФ, УТФ.

Можно добавить, что срок «жизни» прокариотических иРНК — несколько минут (у эукариот — часы и даже сутки).

Предыдущая29303132333435363738394041424344Следующая

Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 639;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *