25
Sinteza RNA- transkripcija Prof. dr. B. Črešnar, Inštitut za biokemijo, MF Biokemija II

Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Sinteza RNA- transkripcija

Prof. dr. B. Črešnar, Inštitut za biokemijo, MF

Biokemija II

Page 2: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Glavne skupine RNA

mRNA tRNA rRNA

Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01 – ~ 2 kb

Vloga Zapis za sintezo

peptidov in

proteinov

Prenos amino

kislin iz citosola

v ribosome,

prevod

nukleotidnega v

aminokislinsko

zaporedje

Strukturne in

funkcionalne

komponente

ribosomov,

Page 3: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Podobnosti med podvojevanjem

DNA in sintezo RNA

• potekata v smeri 5´3´z enakim kemičnim

mehanizmom

• potrebujeta matrično DNA

• encimi so procesivni

• novo sintetizirane nukleinske kisline so

komplementarne in antiparalelne matrici

• procesa zajemata začetek (iniciacijo),

podaljševanje (elongacijo) in zaključek

(terminacijo)

Page 4: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Vloga verig DNA pri transkripciji

5’–TCAGCTCGCTGCTAATGGCC–3’

3’–AGTCGAGCGACGATTACCGG–5’

5’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’

kodirajoča veriga

ali nematrična veriga

matrična DNA

prepis RNA

transkripcija

Page 5: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Primer organizacije kodirajoče

informacije pri virusu

DNA

3,6 x 104 bp

prepisi

RNA

Page 6: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Polimeraza RNA (E. coli)

a

a

s

bb’w

jedro encima

(a2, bbw) ( ~ 390 KDa)

določa pomotorsko

specifičnost

- vezane so prehodno na jedro encima

- so različnih velikosti

a- podenoti - sestava encima

in prepoznava promotorja (vsaka po 40 KDa)

w- podenota-

vloga ni poznana

b- podenoti-

katalitski center ( 155 in 160kD)

Page 7: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Značilnosti najobičajnejših

promotorjev pri E. coli

-40 do -60

5’- -3’

ohranjeni področji

Page 8: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Promotorsko področje gena

polimeraze RNA z s70

5’-TTGACA— 16-18 —TATAAT— 6-8 — NAC--NATG...– 3’

3’-AACTGT— 16-18 —ATATTA— 6-8 — NTG--NTAC...– 5’

pppAC--NAUG...– 3’

Met...

Začetek

transkripcije

-1 +1

Začetek

translacije

~+40

Pribnow-o

zaporedje

-10 področje

-35 področje

Page 9: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Začetek

prepisovanja

RNA in

podaljševanje

+ NusA

Page 10: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Podaljševanje verige pri E. coli

Page 11: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Model r-odvisenega zaključka

biosinteze RNA

-poveže se z RNA na

specifičnih mestih in sledi

polimerazi RNA

-protein r se aktivira ob

prisotnosti nukleotidnih

zaporedij bogatih s citozini

in adenini v sintetizirani RNA

-destabilizacija kompleksa in

odmik polimeraze RNA od

matrice

polimeraza RNA

RNA-DNA helikaza

Page 12: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Model r-neodvisnega zaključka

biosinteze RNA Signal:

- prepis palindromskega

GC-bogatega področja, ki

mu sledi AT-bogato

področje

Posledica:

- polimeraza RNA se

ustavi hitro za strukturo

lasnice, ker struktura

prekine A-Tpovezave; se

pepisovanje zaključi

5´ 3´

A T T A G G G T G T ~~~~~T A A A A 3´ 5´

RNA

DNA

Page 13: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Model r-neodvisenega zaključeka

Page 14: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Podenote

evkariontske RNA-

polimeraze II

(S. cerevisae)

Page 15: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Evkariontske polimeraze RNA

Encim Lokalizacija

v jedru

Produkt

RNA-polimeraza I

nukleolus Preribosomalna RNA

(28S; 5,8S; 18S)

RNA-polimeraza II nukleoplazma mRNA in nekatere

specializirane RNA

RNA-polimerazaIII nukleoplazama tRNA, 5S rRNA in

nekatere male

specializirane RNA

Kljub medsebojni različnosti in kompleksnosti imajo določene

skupne komponente in komponente podobne jedru prokariontske

polimeraze !

Page 16: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Nukleotidna zaporedja skupna

številnim promotorjem RNA-

polimeraze II

Pri mnogih genih nujno za

učinkovito prepisovanje pri

drugih določa samo pravilno

mesto začetka prepisovanja.

zaporedje iniciator Različna nukleotidna

zaporedja vključena v

uravnavanje izražanja

Page 17: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Povečanje prepisovanja mRNA s

ojačevalnimi zaporedji

Page 18: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Funkcije splošnih transkripcijskih

dejavnikov pri sintezi mRNA

Iniciacijski transkripcijski dejavniki:

• namestitev RNA-polimeraze II na promotor

• nastanek aktivnega transkripcijskega kompleksa

• nadzor prehoda iniciacije v elongacijo

Elongacijski transkripcijski dejavniki:

• povečanje aktivnosti RNA-polimeraze II

• preprečevanje ustavitve RNA-polimeraze II

• kordiniranje interakcij s proteini, ki sodelujejo pri ko-transkripcijskem zorenju primarnega prepisa mRNA.

Page 19: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Ponovitve na CTD

--YSPTSPS-

DNA

zaprt kompleks pol. II in

traskripcijskih dejavnikov

odvitje DNA s helikazno

aktivnostjo

odprt kompleks

fosforilacija polimeraze, konformacijske

spremembe, iniciacija in odmik s promotorja

EF-ji podaljševaje

zaključek

sprostitev polimeraze,

defosforilacija

helikazna in

kinazna

aktivnost

Page 20: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Sestavljanje kompleksov

polim. I in polim. III

Page 21: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Remodeliranje

kromatina in

transkripcija

histonske acetiltransferaze

deacetilaze

histonska

metiltransferaza

acetiltransferaza

Acetilacija omogoči

delovanje ATP

odvisnih dejavnikovi

Page 22: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Metilacije in demetilacije

promotorjev

INAKTIVACIJA GENA

metilcitozin vezujoči proteini

metilacija DNA

AKTIVACIJA GENA

Vezava transkripcijskih

faktorjev

mesto začetka transkripcije

Vezavno mesto

polimeraze

Page 23: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Razlike med sintezami mRNA pri

prokariontih in evkariontih

prokarionti evkarionti

ena polimeraza RNA, ki

prepozna promotor na osnovi

različnih s- podenot

tri različne polimeraze RNA,

ki potrebujejo transkripcijske

dejavnike z različnimi

funkcijami

proces poteka v citosolu proces poteka v jedru

zreli prepisi mRNA so v veliki

večini kolinearni z geni

zreli prepisi mRNA v veliki

večini niso kolinearni z geni

sintetizirane mRNA so pogosto

policistronske

sintetizirane mRNA so v

veliki večini monocistronske

Page 24: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Razlike med podvojevanjem DNA

in sintezo RNA

• kot matrica služi ena od verig DNA

• RNA se prepisujejo le z določenih področij ob določenem času

• začetek in zaključek določajo za transkripcijo specifična nukleotidna zaporedja

• za začetek sinteze RNA ni potreben začetni oligonukleotid

• encimi nimajo 3´ 5´ekzonukl. aktivnosti, aktivnost je največja ob vezavi na dvoverižno DNA

• primarni prepisi RNA imajo na 5´koncu vezan trifosfat

Page 25: Sinteza RNA- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/BiosintezaRNA1213.pdf · Glavne skupine RNA mRNA tRNA rRNA Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01

Inhibitorji sinteze RNA

Inhibitor Organizem Mesto delovanja

aktinomicin D in

akridin

evkarionti

prokarionti

DNA

rifampicin prokarionti b-podenota

polimeraze

streptolidigin prokarionti polimeraza RNA

a-amanitin evkarionti RNA-polimerazaII

(RNA-polimeraza III)