Транскрипция Транскрипция — это синтез всех видов

Транскрипция

Транскрипция - это синтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНКзависимой РНК-полимеразой. У прокариот синтез всех видов РНК осуществляется одним и тем же ферментом. У эукариот 3 ядерные РНК-полимеразы, митохондриальные РНК-полимеразы, хлоропластные РНК-полимеразы. Субстратами для РНК-полимераз служат рибонуклеозидтрифосфаты (активированные нуклеотиды). Весь процесс транскрипции осуществляется за счет энергии макроэргических связей актвированных нуклеотидов.

Принципы транскрипции: 1. 2. 3. 4. 5. Комплементарность. Антипараллельность. Униполярность. Беззатравочность. Асимметричность. РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК. Рост цепи РНК идет только в направлении 5'→ 3'. Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в полиили олигонуклеотидной затравке. Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата.

Транскрипция Синтез молекул РНК начинается в определенных местах ДНК – промоторах, а завершается в терминаторах. Промотор особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как посадочная площадка и старт синтеза РНК. Терминатор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как финиш транскрипции. Транскриптон – единица транскрипции; это участок ДНК между промотором и терминатором.

Асимметричность транскрипции В каждом транскриптоне копируется только одна из двух нитей ДНК – матричная (значащая). Какая именно, определяется положением промотора и терминатора.

Транскрипция Цистрон - последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая один полипептид (в большинстве случаев - белок) или одну т. РНК, или одну р. РНК. У эукариот продуктом транскрипции является моноцистронная РНК, т. к. в состав транскриптона входит только один ген. У прокариот большинство генов организованы в опероны. Продукт транскрипции оперона – полицистронная РНК.

РНК-полимеразы прокариот РНК-полимераза Е. coli - белок с четвертичной структурой. Одновременно в клетке присутствует около 7000 молекул РНКполимеразы. Субъединичный состав фермента: (2α)ββ’ - кор-фермент (Е). (2α)ββ’σ – холофермент (полный фермент, Е σ70). Фактор σ необходим для инициации транскрипции. Элонгация - продолжение синтеза РНК, и терминация - его остановка, осуществляются кор-ферментом.

РНК-полимеразы эукариот У эукариот существуют специализированные РНКполимеразы. В ядре выделяют 3 типа РНК-полимераз: РНК-полимераза I - синтезирует р. РНК (кроме 5 S р. РНК). РНК-полимераза II - синтезирует м. РНК и некоторые малые РНК-полимераза III - синтезирует т. РНК, 5 S р. РНК и некоторые малые. РНК.

РНК-полимеразы эукариот Каждая из ядерных РНК-полимераз – это многосубъединичный белковый комплекс, состоящий из 2 больших субъединиц (120 -220 к. Да) и 5 -13 малых (10 -100 к. Да) Помимо ядерных РНК-полимераз у эукариот есть еще РНК-полимеразы хлоропластов и митохондрий. Они кодируются в ядре, а не в соответствующих органеллах.

Цикл транскрипции Процесс транскрипции условно разделяют на 4 стадии: 1. Распознавание промотора и связывание молекул РНК-полимеразы с ДНК 2. Инициация 3. Элонгация 4. Терминация

Промоторы прокариот Промотор бактерий содержит две канонические последовательности: область -35 и область -10 (домен Прибнова). Обе эти последовательности специфически взаимодействуют с 2 участками σ-фактора.

Транскрипция у прокариот 1. Узнавание промотора σ-фактором и связывание РНК-полимеразы с ДНК. В каталитическом центре инициации транскрипции, находящемся в β-субъединице, оказывается +1 -ый нуклеотид оперона.

Транскрипция у прокариот 2. Происходит формирование инициационного комплекса, состоящего из РНК-полимеразы и ДНК. Инициация заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между пуринтрифосфатом (АТФ или ГТФ) и следующим нуклеотидом. После инициации σ-фактор покидает фермент, и формируется элонгирующий комплекс.

Транскрипция у прокариот 3. Элонгация - последовательное наращивание цепи РНК (присоединение нуклеотидов к 3’концу растущей цепи). При этом Скорость элонгации 40 -50 нукл. /сек.

Транскрипция у прокариот 4. Терминация бывает ρ-независимой и ρ-зависимой. • При ρ-независимой терминации в терминаторе присутствует палиндром. В синтезируемой РНК формируется шпилька. Шпилька меняет конформацию РНК-полимеразы и фермент теряет сродство к ДНК. • Во втором случае необходимо участие белкового фактора ρ. Он способен узнавать 5`-конец синтезируемой РНК, садиться на него и двигаться по РНК с такой же скоростью, с которой РНК-полимераза движется по ДНК. Когда РНК-полимераза замедляет ход, ρ-фактор ее догоняет, изменяет конформацию фермента, и синтез РНК прекращается.

ρ-независимая терминация

ρ-зависимая терминация

Промоторы эукариот Промоторы, узнаваемые РНК-полимеразой II, содержат три семейства регуляторных последовательностей: 1. Базальные элементы • ТАТА-последовательность • инициатор 2. Проксимальные элементы 3. Дистальные элементы • энхансеры – последовательности, стимулирующие транскрипцию • Сайленсеры – последовательности, подавляющие транскрипцию

Промоторы эукариот

Промоторы эукариот На расстоянии -25 п. н. от +1 нукл. находится ТАТА-бокс. Его позиция определяет точку инициации транскрипции. А на расстоянии -60 -80 п. н. находится ЦААТ-бокс, который не является абсолютно необходимым, но присутствует перед большинством генов. Расстояние между ЦААТ и ТАТА большое и РНКполимераза не способна накрыть всю эту область. ЦААТ опознается своим белком, а ТАТА - своим.

Транскрипция у эукариот 1. РНК-полимеразы эукариот не способны самостоятельно связываться с ДНК. Базальные факторы транскрипции - белки, необходимые для инициации транскрипции: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ

Транскрипция у эукариот 2. Инициация. Формирование инициационного комплекса. Освобождение промотора.

Транскрипция у эукариот 3. Элонгация. Участвуют белковые факторы элонгации: основные и регуляторные. Основные факторы: P-TEFb, TFIIS, TFIIF, элонгин(SIII). 4. Терминация. Участвуют факторы терминации. Известны 3 фактора терминации транскрипции – по одному на каждую РНК-полимеразу.

Механизмы взаимодействия факторов транскрипции с ДНК 1) Домены типа «цинковые пальцы» 2) мотив «спиральповорот-спираль» 3) домены «лейциновая застежка»

Регуляция транскрипции у прокариот Связана с деятельностью особых белковрегуляторов. 1. Негативная: белки-регуляторы присоединяются к особым последовательностям ДНК и мешают РНКполимеразе инициировать транскрипцию 2. Позитивная: белки-регуляторы присоединяются к особым последовательностям ДНК и помогают РНКполимеразе инициировать транскрипцию

Негативная регуляция транскрипции Белки-регуляторы (репрессоры) присоединяются к определенным участкам ДНК (операторам) и мешают РНКполимеразе инициировать транскрипцию. Многие репрессоры связываются с оператором при участии низкомолекулярных веществ – эффекторов. 2 вида эффекторов: индукторы и корепрессоры

Негативная регуляция транскрипции Индукторы снижают сродство репрессора и оператора. В присутствии индуктора репрессор теряет способность связываться с оператором → промотор активируется. Корепрессоры увеличивают сродство репрессора и оператора. Репрессор связывается с оператором только в присутствии корепрессора → промотор неактивен.

Позитивная регуляция транскрипции Белки-регуляторы, осуществляющие позитивную регуляцию транскрипции, активаторы. Они связываются с регуляторными последовательностями ДНК и способствуют инициации транскрипции. Такая транскрипция называется индуцированной.

Функционирование лактозного оперона у E. coli

Аттенюация экспрессии гена