транскрипция ДНК репликация трансляция РНК белок Особенности

транскрипция ДНК репликация трансляция РНК белок

Особенности транскрипции Инициация в специфических участках – промоторах Инициация синтеза РНК с мононуклеотидов, без затравки Использование рибонуклеозидтрифосфатов Копирование одной из цепей ДНК (матричная цепь) Направление синтеза от 5’- к 3’-концу РНК нематричная ДНК 5’ 3’ 3’ РНК матричная ДНК 5’ РНК-полимераза 3’ 5’

Транскрипционный цикл промотор Инициация (промотор) Терминация (терминатор) Для узнавания промоторов нужны дополнительные белки ( -субъединица у бактерий) Основная стадия регуляции Элонгация

Промоторные элементы бактерий Холофермент UP 3 Кор-фермент 4 2 TTGACA -35 2 2 1 TATAAT -10 и -35 элементы промотора узнаются районами 2 и 4 сигма-субъединицы Некоторые сильные промоторы (например, промоторы рибосомальных РНК) содержат дополнительный UP-элемент (от upstream) левее -35 области, который узнается кор-ферментом РНКП Плавление ДНК не требует затрат АТФ, осуществляется за счет контактов района 2 сигма-субъединицы с -10 элементом в нематричной ДНК

NTP Gre. A, Gre. B 3’ Смещение назад 3’-РНК Синтез РНК Элонгационный комплекс 1. Высокая «процессивность» : синтез РНК без диссоциации 2. Высокая точность: селекция субстратов 3. Активный центр РНКП способен расщеплять РНК Исправление ошибок (proof-reading) 4. Узнавание сигналов пауз транскрипции

Структурная модель элонгационного комплекса 3’-РНК ДНК 5’-РНК 3’-РНК вторичный канал (НТФ)

Механизмы терминации -независимая терминация Терминация Синтезиуемая РНК способна образовывать различные вторичные структуры, что имеет важное регуляторное значение -зависимая терминация

Регуляция транскрипции у прокариот Большинство бактерий содержат несколько -субъединиц, которые отвечают за узнавание разных типов промоторов и транскрипцию различных групп генов, объединенных какой-то общей функцией (регулон). Escherichia coli: 70 – гены “домашнего хозяйства” 32 – тепловой шок 38 – стрессовые условия плавление промотора без затрат АТФ зависит от суперспирализации 54 – условия азотного голодания плавление промотора при участии белка-активатора с затратами АТФ РНКП -120 +1

Регуляция транскрипции у прокариот Бактериальные гены организованы в опероны Оперон - группа генов, транскрибируемых в составе одной РНК; регулируются совместно и обычно обладают общей функцией. Регулон - группа совместно регулируемых оперонов, обладающих какой-либо общей функцией

Регуляция транскрипции у прокариот Активация Репрессия оператор активатор репрессор индуктор оператор Белок-регулятор – связывается в промоторной области и влияет на инициацию транскрипции Оператор – участок связывания регуляторного белка Индуктор – молекула (клеточный метаболит - лактоза, галактоза), контролирующая связывание активаторов и репрессоров с операторами Активаторы обычно привлекают РНКП к промотору Репрессоры – мешают связыванию РНКП с промотором

Узнавание ДНК регуляторными белками Узнавание пар нуклеотидов аминокислотами Узнавание специфической последовательности ДНК белками helix-turn-helix

Регуляция транскрипции у прокариот СAP – catabolite activator protein c. AMP (синтезируется в отсутствие глюкозы) TGTGA ACACT Взаимодействие с -субъединицей РНКП TCACA AGTGT Активация катаболитных оперонов

Регуляция транскрипции у прокариот 1. Связывание белка-активатора 2. Удаление белка-репрессора СAP R R R Активация специфического оперона индуктор

Регуляция транскрипции у прокариот: рибопереключатели (riboswitches) Инициация транскрипции В отсутстве метаболита: происходит синтез полноразмерной РНК В присутствии метаболита: образуется структура терминатора транскрипции

Регуляция транскрипции у прокариот: аттенюация гены биосинтеза Trp Рибосома РНКП нехватка Trp достаточно Trp

Регуляция транскрипции у прокариот: рибозимы Рибозимы – молекулы РНК, обладающие каталитической активностью Консервативный элемент в 5’-концевой области гена glm. S B. subtilis: В присутствии глутамина происходит активация рибозима и расщепление РНК

Сравнение транскрипции у прокариот и эукариот Про- Эу- -Одна РНК-полимераза -Три РНК-полимеразы -Уровень транскрипции определяется промотором -Уровень транскрипции определяется регуляторными участками (энхансеры) -Связь с трансляцией -Трансляция независима от транскрипции -Гены непрерывны -Гены состоят из экзонов и интронов, процессинг РНК -Каждая м. РНК обычно кодирует несколько белков -Каждая м. РНК обычно кодирует один белок

Транскрипция у эукариот РНК-полимераза I – синтез р. РНК-полимераза II – синтез м. РНК-полимераза III – синтез т. РНК Бактерии Дрожжи • 10 -14 субъединиц • пять субъединиц гомологичны РНКП бактерий Rpb 1 – Rpb 2 – Rpb 3 – Rpb 11 – Rpb 6 – • некоторые субъединицы общие для всех трех РНКП

Промоторы РНКП II эукариот Три типа промоторных элементов: – «Коровые» промоторные элементы (-45 to +40) • Связывание главных транскрипционных факторов (GTF) – Проксимальные промоторные элементы (-1 kb to +200) • Связывание белков-регуляторов, участвующих в активации или репрессии транскрипции (для больших групп генов) – Энхансеры/сайленсеры (десятки тыс. п. н. ) • Связывание белков-регуляторов, участвующих в активации или репрессии транскрипции (уникальны для данного промотора)

Узнавание коровых элементов промотора ТАТА-бокс (ТАТААА) - самый характерный элемент промоторов, ~25 нт от старта Инициатор – в районе старта GTF - general transcription factors (главные транскрипционные факторы): TFIID (TBP – TATA binding protein) TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH Плавление ДНК – TFIIH: хеликаза, затраты АТФ

Узнавание коровых элементов промотора ТАТА-бокс (ТАТААА) - самый характерный элемент промоторов, ~25 нт от старта Инициатор – в районе старта GTF - general transcription factors (главные транскрипционные факторы): TFIID (TBP – TATA binding protein) TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH

Узнавание коровых элементов промотора ТАТА-бокс (ТАТААА) - самый характерный элемент промоторов, ~25 нт от старта Инициатор – в районе старта GTF - general transcription factors (главные транскрипционные факторы): TFIID (TBP – TATA binding protein) TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH Плавление ДНК – TFIIH: хеликаза, затраты АТФ

Структура TBP связывается с ТАТА-боксом

Регуляция транскрипции у эукариот энхансеры (сайленсеры) Коактиваторы – белки-посредники между активаторами и РНКП Медиатор комплекс коактиваторов проксимальный участок «коровый» район промотора Два основных класса активаторов транскрипции: 1. Взаимодействуют с РНКП и медиатором. 2. Изменяют структуру хроматина.

Роль CTD в транскрипции CTD - С-terminal domain, в самой большой субъединице РНКП II 2 5 (Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)n n = 27 у дрожжей 52 у человека Фосфорилируются в процессе инициации и элонгации СTD является местом связывания многих коактиваторов на стадии инициации, а также факторов элонгации транскрипции и белков, участвующих в процессинге РНК (в частности, в вырезании интронов)