10/26/2009

1

ЭкпрессияЭкпрессия геновгенов

ДНКДНК мРНКмРНК БелокБелок

рРНКрРНК

тРНКтРНК

TTPP +1+1 18S18S 5,8S5,8S 28S28S

ТранскрипцияТранскрипция

ПроцессингПроцессинг

18S18S 5,8S5,8S 28S28S

ДНКДНК

ПроПро--рРНКрРНК

рРНКрРНК

Этапы экспрессии генов Этапы экспрессии генов II классакласса

ОбразованиеОбразование RNPRNP 40S40S ии 60S60S

18S18S + 33 + 33 белка белка = = 40S40S 28S28S + 5,+ 5,8S8S ++ 5S5S + 49 + 49 белкабелка = = 60S60S

TTPP

ТранскрипцияТранскрипция

Перенос Перенос RNPRNP в цитоплазмув цитоплазму

Этапы экспрессии генов Этапы экспрессии генов IIII классаклассаEE EE EE EEII II IIДНКДНК

ПроПро--мРНКмРНК

ПроцессингПроцессингмРНКмРНК 7MeGppp AAAAAAAAAAAAA..........

ТрансляцияТрансляция

КонформацияКонформация белкабелка

7MeGppp AAAAAAAAAAAAA..........

БелокБелок

ТранскрипцияТранскрипция

Перенос Перенос тРНКтРНК в цитоплазмув цитоплазму

Этапы экспрессии генов Этапы экспрессии генов IIIIII класса (класса (тРНКтРНК))

ПроцессингПроцессинг тРНКтРНК

AA

TTДНКДНК

BB

+1+1

тРНКтРНК

Образование Образование аминоациламиноацил--тРНКтРНКАминоацилАминоацил--тРНКтРНК

ПроПро--тРНКтРНК

План лекции1. Общая характеристика процесса транскрипции.

2. Аппарат транскрипции.

3. Этапы транскрипции.

4. Процессинг РНК.

5. Особенности траскрипции у прокариот и эукариот.

6. Регуляция активности генов на уровне транскрипции.

10/26/2009

2

Транскрипция – это молекулярный

процесс копирования генетической

информации с ДНК на РНК.

Общая характеристика транскрипции

Транскрипция происходит:

- в ядре (98%) и митохондриях (2%),

- в интерфазе, особенно активно в G1фазе,

- по принципу комплементарности,

- в направлении 5‘- 3‘,

- при участии ферментов и белковых факторов транскрипции,

- только на одной цепи ДНК (3 →5 -некодогенной).

Аппарат транскрипции

Последовательности ДНК (ген)

Ферменты (РНК-полимераза)

Факторы транскрипции

Мономеры - NTP

РНК-полимераза

РНК-полимераза I

РНК-полимераза II

РНК-полимераза III

эукариотпрокариот

РНК -полимераза

Факторы транскрипции

• это сайт-специфические белки, которые

связываются с промотором

• известно около 1000 факторов

транскрипции (1999),

• кодируются регуляторными генами,

• различают общие и специфические

факторы транскрипции.

для каждого класса геновI II III

UBF TF II D (TBP) TF III ASL 1 TF II A TF III C

TF II B TF IIIB

TF II F; E; H

распознают промотор и взаимодействуютс РНК-полимеразой,

обеспечивают инициацию и определяют направление транскрипции

Общие факторы траскрипции

10/26/2009

3

Специфические факторы транскрипции

тканеспецифичны,

различны в разных клетках и на разных этапах онтогенеза.

Модулирующие последовательности

содержат высоко повторяющиеся

последовательности,

связывают белки, которые усиливают

или ослабляют скорость транскрипции

Мономеры синтеза РНК

Этапы транскрипции

1. Инициация

2. Элонгация

3. Терминация

Инициация

узнавание промотора специальными белковыми факторами;

денатурация участка ДНК;

присоединение РНК-полимеразы;

чтение и присоединение первых двух нуклеотидов с образование фосфорно-диэфирной связи

Инициация

транскрипции

у прокариот-10-20-30-40 +1 +10 +20 +30

TAFs

TFIID

TFIIA

TFIIB

РНК-полимераза II

TFIIF

TFIIE

Инициация транскрипции генов Инициация транскрипции генов IIII классакласса

10/26/2009

4

PP OO 11 22 33 TT5’5’ 3’3’

Промотор Оператор Терминатор

Структурные гены

PP OO 11 22 33 TT5’5’ 3’3’

Репрессор

РНК-полимераза

PP OO 11 22 33 TT5’5’ 3’3’

Индуктор

Строение оперона (Строение оперона (транскриационнойтранскриационной единицы у единицы у

прокариот)прокариот)

20 din 24

Инициация транскрипции у прокариотИнициация транскрипции у прокариот

ПромоторПромотор ГеныГены

МинимальМинималь

ныйный

ферментфермент

ФакторФактор

+1

Элонгация

изменение в комплексе

белковых факторов;

удлинение цепи мРНК;

поступление сигналов о

блокировке

Терминация

образование палиндромной

петли;

остановка и освобождение

РНК-полимеразы;

диссоциация

транскрипционного комплекса.

Процессинг мРНК

1. Кэппирование 5‘-конца: -начинается еще в ходе транскрипции, - заключается в присоединение метилированного

гуанина с образованием неспецифической связи 5‘-5‘.

2. Полиаденилирование 3‘-конца: - добавление 100-200 остатков

полиадениловой кислоты к 3‘-концу.

3. Сплайсинг: - удаление интронов и соединение экзонов, - происходит при участии сплайсосомы.

TT

CAPCAP--ированиеирование

ПроцессингПроцессинг мРНКмРНК у эукариоту эукариотEE EE EE EEII II II

ПроПро--мРНКмРНК

ПолиаденилированиеПолиаденилирование

7Me7MeGpppGppp

7Me7MeGpppGppp AAAAAAAAAAAA....

мРНКмРНК

7Me7MeGpppGppp AAAAAAAAAAAA....

СплайсингСплайсинг

10/26/2009

5

CAPCAP--ированиеирование мРНКмРНК

* * Присоединение Присоединение

метилированногометилированного GTPGTP

((7Me7MeGTPGTP) )

* * Осуществляется Осуществляется

гуанилатгуанилат--трансферазойтрансферазой

* * связьсвязь 55’’ppp5ppp5’’

CAP:CAP:

! ! Стабилизация Стабилизация 55’’ конца конца

мРНКмРНК

! ! Является сайтом для Является сайтом для

узнавания для рибосомузнавания для рибосом

Молекулярный механизм

полиаденилирования

СплайсингСплайсинг

Типы сплайсинга

Конститутивный – все интроны удаляются, а

экзоны сшиваются в той же последовательности.

Альтернативный – интроны удаляются, а экзоны

соединяются выборочно.

Транс-сплайсинг – из нескольких пре-мРНК

образуется одна зрелая мРНК (у трепаносом,

нематод).

Типы Типы сплайсингасплайсинга мРНКмРНК Процессинг РНК для генов I класса

• сначала переписывается

первичный транскрипт 45S,

который затем разрезается

на три рРНК при участии

ферментов,

• сайты расщепления

расположены в спейсерах.

10/26/2009

6

ЭлектроннограммаЭлектроннограмма процесса транскрипции процесса транскрипции

генов генов II класса в ядрышкекласса в ядрышке

Процессинг тРНК

Сначала переписывается полицистронный первичный транскрипт;

Затем отщепляется 5 лидерная последовательность и происходит расщепление в межцистронных участках при участии специального фермента РНК-азы Р;

тРНК-нуклеотидилтрансфераза осуществляет добавление последовательности ССА к 3 концу;

Зрелая тРНК имеет форму клеверного листа и состоит из 70-80 нуклеотидов.

Особенности транскрипции у

прокариот

происходит на уровне оперонов;

мРНК имеет полицистронное строение, быстро расщепляется;

один тип РНК-полимеразы, которая состоит из нескольких функциональных единиц и выполняет несколько функций;

транскрипция и трансляция не разделены ни

в пространстве, ни во времени.

Особенности транскрипции у

эукариот

происходит в ядре;

требует участия сложного комплекса белковых факторов;

три типа РНК-полимеразы (для генов каждого класса свой тип);

трансрипционные единицы могут перекрываться;

интроны одного гена могут быть экзонами другого гена;

сопровождается процессингом РНК.

Транскрипция и трансляция

у прокариот

у эукариот

Транскрипция у прокариот и эукариот

10/26/2009

7

Прокариотная и эукариотная мРНК

Транскрипционный контроль

один из основных уровней,

осуществляется при участии факторов

транскрипции и модуляторных

последовательностей,

характеризуется двумя механизмами:

- негативный контроль

- позитивный контроль.

Негативный и позитивный контрольПосттранскрипционный контроль

осуществляется после транскрипции;

характеризуется следующими механизмами:

- процессинг и сплайсинг,

- инактивация мРНК,

- эдитирование мРНК,

- селективная деградация мРНК.

Продолжительность жизни мРНК Механизмы деградации мРНК