56 ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ Основные положения Экспрессия генов

56 ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ Основные положения Экспрессия генов – это процесс реализации информации, закодированной в структуре ДНК, на уровне РНК и белков. ДНК-зависимая РНК-полимераза Генетический код: однозначность и вырожденность. т. РНК Инициация трансляции: рамка считывания и код «без запятых» GUA CGU AAG UAA GUA UGG Регуляция экспресии генов на уровне транскрипции и на уровне трансляции.

57 CИНТЕЗ РНК ПО ДНК-МАТРИЦЕ РНК-полимераза расплетает дуплекс ДНК в месте транскрипции Рибонуклеотиды: A, U, C, G РНК-транскрипты и матричные ДНК Смысловая цепь (-) Несмысловая цепь (+), матрица РНК

58 ДНК-ЗАВИСИМЫЕ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ РНК-полимераза E. coli Кор-фермент a 2 bb w Холофермент a 2 bb ws Thermus aquaticus RNA polymerase holoenzyme

59 ДНК-ЗАВИСИМЫЕ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ «Рабочий цикл» s-субъединицы s-факторы E. coli Участия различных s-субъединиц в споруляции Bacillus subtilis

60 ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ Типичный промотор E. coli -35 -10 Прибнов-бокс Нуклеотидные последовательности смысловой цепи ДНК до сайта инициации транскрипции различных генов E. coli и бактериофагов

61 ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ Связывание холоферментной формы РНК-полимеразы с областью промотора Считается, что белок перекрывает область длиной 50 нуклеотидов, начинающуюся немного раньше -35 последовательности и кончающуюся внутри транскрибируемого участка. Связывание стимулирует расплетание спирали и транскрипцию.

62 ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ +1 Влияние мутаций в -10 - и -35 -последовательностях на силу промотора

63 ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ GC-богатый участок Участок из остатков U r-независимые терминаторы r-зависимый терминатор GC-богатый участок Примеры шпилек в r-независимых и r-зависимых терминаторах транскрипции r - ро, rho Участок из остатков U

63. 5 ρ-НЕЗАВИСИМАЯ ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ

pλ pΔ p 58. 21 Гасанов Е. В. и др. Мол. генетика, микробиол. и вирусол. 2007. № 2. С. 31 -32.

64 ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ Влияние r-белка (фактора) на остановку РНК-полимеразы в терминаторе, сопровождающуюся терминацией транскрипции с отделением фермента и синтезированной РНК r-белок – геликаза, расплетающая дуплекс РНК-ДНК и использующая для этого РНК-зависимый гидролиз АТФ. r-белок движется медленнее, чем РНК-полимераза

A Rho factor acts on an RNA substrate. Rho's key function is its helicase activity, for which energy is provided by an RNA-dependent ATP hydrolysis. The initial binding site for Rho is an extended (~70 nucleotides, sometimes 80– 100 nucleotides) single-stranded region, rich in cytosine and poor in guanine, called the rho utilisation site(rut), in the RNA being synthesised, upstream of the actual terminator sequence. Several rho binding sequences have been discovered. No consensus is found among these, but the different sequences each seem specific, as small mutations in the sequence disrupts its function. Rho binds to RNA and then uses its ATPase activity to provide the energy to translocate along the RNA until it reaches the RNA–DNA helical region, where it unwinds the hybrid duplex structure. RNA polymerase pauses at the termination sequence, which is because there is a specific site around 100 nt away from the Rho binding site called the Rho-sensitive pause site. So, even though the RNA polymerase is about 40 nt per second faster than Rho, it does not pose a problem for the Rho termination mechanism as the RNA polymerase allows Rho factor to catch up.

65 ПРОЦЕССИНГ РНК У ПРОКАРИОТ Локализация на хромосомной карте Е. соli семи транскрипционных единиц р. РНК. Схематическое представление трех типичных транскрипционных единиц р. РНК Е. соli. Указаны кодирующие участки для 5 S-, 16 S- и 23 S-р. РНК. молекул т. РНК и спейсерные сегменты. Сайты расщепления РНКазой III в предшественниках р. РНК. Для расщепления РНКазой III должна сформироваться пространственная структура р. РНК.

66 ПРОЦЕССИНГ РНК У ПРОКАРИОТ РНКза D РНКза P CCAдобавляющая полимераза Типичные кластеры генов т. РНК E. coli и их первичные транскрипты Различные этапы образования зрелой т. РНК из предшественника (т. РНКTyr E. coli) В определенных позициях у всех т. РНК находятся модифицированные основания Псевдоуридин -

163. 5 Schematic diagram of T. maritima RNase P RNA. b, c, Sequence and secondary structure diagrams of the P RNA showing major interactions observed in the crystal structure. Filled circles represent non-canonical base pairing; dashed lines correspond to other types of interactions; arrows indicate 5’ to 3’ direction; and lines linking boxed nucleotides represent tertiary interactions. Shaded boxes correspond to regions in the smaller of the two layers.

163. 6 Model of RNase P–t. RNA interactions

Различные этапы образования зрелой т. РНК из предшественника (т. РНКTyr E. coli)

L-конфигурация т. РНК Structure of the class I CCAadding polymerase and t. RNA minihelix complex. a, Overall structure. b, Recognition of the t. RNA TYC-loop by the tail domain. c, Recognition of 39 terminus of RNA at the catalytic site. Nomenclature of the nucleoside positions in the catalytic cleft is shown. d, Recognition of the t. RNA acceptor/TYC helices by the enzyme neck (green) and body (yellow) domains.

Schematic of the mechanism of CCA-adding dynamics. Throughout the reaction, the enzyme tail domain anchors the t. RNA TΨC-loop to prevent its translocation. For the first CMP incorporation, the t. RNA acceptor stem expands to fit the discriminator directly into the active site, and snaps back. The first and second CMP incorporations are driven by an “open” to “closed” transition of the polymerase head domain. In contrast, the final AMP incorporation is directed by the locked active-site structure. Dissociation of the pyrophosphate byproduct reopens the gate and the mature t. RNA is released.

Expansion and contraction of the primer RNA helix at the mini-D stage. a, Extended structure at the mini-D stage in schematic representation. b, Contracted structure at the mini-DC and other stages in schematic representation.

67 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД Аминоацил-т. РНК - синтетазы связывают одну-единственную аминокислоту с одной или несколькими родственными т. РНК Гентический код избыточен (вырожден) Гентический код универсален (3’) т. РНК играет роль адаптера между нуклеиновой кислотой и белком (5’) Аминокислотная последовательность белков соответствует нуклеотидной последовательности кодирующих их генов

67. 5 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

68. 5 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД Для любой полинуклеотидной последовательности существует альтернативный набор триплетов, или рамок считывания ВОТ КОТ ТОМ ЕЩЕ МАЛ УХО УСЫ НОС В ОТК ОТТ ОМЕ ЩЕМ АЛУ ХОУ СЫН ОС ВО ТКО ТТО МЕЩ ЕМА ЛУХ ОУС ЫНО С Мутации со сбивкой и восстановлением рамки считывания ВОТ КОТ ТAО МТО МЕЩ ЕМА ЛУО УСЫ НОС Вставка A Делеция Х

68 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД Открытая рамка считывания (open reading frame, ORF) - протяженная последовательность нуклеотидов от стартового до стоп кодона, т. е. потенциально способная кодировать белок