ДНК – РНК – БЕЛКИ

Что есть «консенсус»?

Расположение промоторов в ДНК (аденовирус)

Важное отличие РНК-полимераз от ДНК-полимераз: им не нужна затравка (праймер)

Роль σ-субъединицыσ -35 -10

E.coli σ70 TTGACA TATAAT

E.coli σ32 TCTC-CCCTTGAA CCCCAT-TA

E.coli σ54 (-24)CTGG-A (-12)TTGCA

B. sub σA TTGACA TATAAT

B. sub σΒ AGGTTTAA GGGTAT

B. sub σD CTAAA CCGATAT

B. sub σE ATATT ATACA

B. sub σK AC CATA---T

B. sub σH CAGGA GAATT—T

SPO1σgp28 AGGAGA TTT-TTT

T4σgp55 - TATAAATA

Разные σ-субъединицы регулируют разные гены

Sigma subunit Type of gene controlled # of genes controlled

RpoD Growth/housekeeping ~1000

RpoN N2; stress response ~15

RpoS Stationary phase, virulence ~100

RpoH Heat shock ~40

RpoF Flagella-chemotaxis ~40

RpoE ? ~5

FecI Ferric citrate transport ~5

Extreme heat shock, unfolded proteins

Анти-σ факторы

• Связывают σ-фактор, препятствуя инициации транскрипции

• Обычно регулируют специфические σ-факторы, необходимые для споруляции и т.д.

• Некоторые бактериофаги кодируют свои анти-σ-факторы, чтобы заблокировать синтез клеточных мРНК

Элонгация транскрипции• Белок NusA вызывает паузы при

элонгации на определенных последовательностях

•Белок NusG наоборот препятствует паузам

• GreA и GreB узнают «арестованные» комплексы, в

которых РНК-полимераза «съехала» назад и содержит в активном

центре не 3’-конец РНК, а дуплекс РНК-ДНК

• Mfd узнает комплексы, в которых полимераза наткнулась на непреодолимое препятствие, например, тиминовый димер.

Структура полимеразного комплекса

• Скорость транскрипции 20-50 нуклеотидов в секунду при 37оС

Транскрипция и трансляция

• У прокариот трансляция начинается еще до того, как синтезируется полноразмерная

мРНК.

• У эукариот процессы транскрипции и трансляции разделены в пространстве и во

времени.

Регуляция лактозного оперона•Лактоза – менее питательный субстрат

для бактерий, чем глюкоза

• Белок LacI в отсутствие лактозы связывается с промоторной областью оперона и блокирует транскрипцию.

• Когда лактоза есть, LacI связывает ее, и не связывает ДНК.

• В отсутствие глюкозы в клетке накапливается cAMP, связывая

который активируется CAP (catabolism activation protein).

•Активированный САР связывается с с лактозным опероном, и включает его

транскрипцию.

Искусственные системы на основе lac-оперона

• Можно заставлять клетку (бактериальную) включать или выключать синтез мРНК с введенного в клетку гена

• Для активации можно использовать негидролизуемый аналог лактозы: IPTG

Терминация транскрипции (ρ-зависимая)

Фактор ρ (ро) – РНК-зависимая АТФаза (хеликаза)

Садится на мРНК и «ползет» в направлении 5’->3’ и, когда «догоняет» РНК-полимеразу, терминирует транскрипцию

Терминация транскрипции (ρ-независимая)

В других случаях терминация транскрипции происходит вследствие сигнала в самой мРНК: стабильная шпилька, за которой следует U-

богатый участок

Рибосома и РНК-полимераза. Кто-кого? I

При недостатке в клетке UTP рибосома ползет быстрее, но когда UTP много – полимераза успевает синтезировать терминаторный сигнал.

Регуляция синтеза мРНК, кодирующей белок, необходимый для синтеза UTP. Соответственно, когда UTP в клетке достаточно - этот белок не нужен.

Альтернативные структуры в РНК

Рибосома и РНК-полимераза. Кто-кого? II

Когда в клетке мало триптофана, рибосома ползет медленно и образуется более стабильная структура мРНК, предотвращающая терминацию.

Регуляция белка, необходимого для синтеза триптофана.

Когда триптофана в клетке много - этот белок не нужен.

Регуляция trp-оперона у Bacillus subtilis

«Незаряженная тРНК» как сигнал для транскрипции

Когда вся тРНК проаминоацилирована - транскрипция не идет

РНК-полимеразы эукариот

Полимераза Функция

I 18S, 4.5S, 28S rRNA

II mRNA, snoRNA, snRNA

III 5S rRNA, tRNA, U6 sRNA, vRNA

РНК-полимераза II

Базовая структура промотра

Отличия от прокариот

• Больше ДНК • Хроматин • Ядро

!

• По умолчанию у прокариот гены включены, у эукариот - выключены

Как следствие, больше возможностей для регуляции

Еще сложнее!

• Альтернативные факторы транскрипции

• Альтернативные промоторы • Альтернативные терминаторы транскрипции

• Альтернативный сплайсинг

И еще сложнее!

• Энхансеры могут регулировать транскрипцию на огромном расстоянии

• Иногда находятся вообще на другой хромосоме

• α-аманитин

• Ингибирует РНК- полимеразы II и III

• 5-6 мг летальны

для человека

• Смерть наступает через несколько дней, и это отражает время жизни мРНК у человека