1 Биохимия и молекулярная биология Лекция 7. Транскрипция (Биосинтез РНК)
2 План лекции Транскрипция – общие представления Транскрипция у прокариот Этапы транскрипции Транскрипция у эукариот Отличия транскрипции у про- и эукариот Транскрипция (Биосинтез РНК)
3 Транскрипция- общие представления ■ Транскрипция – биосинтез РНК на матрице ДНК. ■ Транскрипция - начальная стадия реализации генетической информации в клетке. ■ В процессе транскрипции синтезируются мРНК, тРНК, рРНК и другие виды РНК, выполняющие структурные, регуляторные и каталитические функции. ■ Процесс транскрипции осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. Транскрипция (Биосинтез РНК)
4 Транскрипция –общие представления ■ Единица транскрипции – транскриптон, участок ДНК, ограниченный промотором (зоной начала транскрипции) и терминатором (зоной остановки транскрипции). ■ Транскриптоны бактерий называют оперонами. Транскрипция (Биосинтез РНК)
5 ПРИНЦИПЫ ТРАНСКРИПЦИИ Комплементарность : РНК-полимераза синтезирует комплементарную реплику с транскрибируемого участка ( A-U, G-C, C-G, T-A). Отсутствие потребности в затравке : транскрипция начинается с нуклеозидтрифосфата ( ATP, либо GTP) и не требует затравочных олигонуклеотидов. ■ Антипараллельность : с интезируемая цепь РНК направлена антипараллельно транскрибируемому участку. ■ Ассиметричность : т ранскрибируется лишь одна из цепей ДНК - матричная цепь. Униполярность : синтез нуклеотидной цепи всегда направлен 5 ʹ→ 3 ʹ. ■ Транскрипция (Биосинтез РНК)
6 Транскрипция –общие представления Транскрипция (биосинтез РНК)
7 Транскрипция- общие представления Т ранскрибируется только одна из комплементарных цепей ДНК, а именно матричная цепь. Другая цепь ДНК называется нематричной Транскрипция (биосинтез РНК)
8 Транскрипция- общие представления Транскрипция (биосинтез РНК)
9 Транскрипция (биосинтез РНК) РНК-полимераза E.coli
10 Транскрипция (биосинтез РНК) Структура бактериального промотора Промоторы • Промотор – специфическая последовательность ДНК, необходимая для образования комплекса РНК-полимеразы с ДНК-матрицей. •- 10 последовательность - ТАТААТ (блок Прибнова) • -35 последовательность - ТТГАЦА • Стартовая точка (+1) – нуклеотид, с которого начинается синтез РНК.
11 Этапы транскрипции Транскрипция (биосинтез РНК) Транскрипция осуществляется в три этапа: Инициация Элонгация Терминация
12 Транскрипция (биосинтез РНК) Этапы транскрипции Схема процесса транскрипции
13 Транскрипция (биосинтез РНК) ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ Этапы транскрипции
14 Транскрипция (биосинтез РНК) Этапы транскрипции Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль с матричной цепью ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по матричной цепи ДНК впереди неё происходит расхождение, а позади - восстановление двойной спирали ДНК.
15 Этапы транскрипции Транскрипция (биосинтез РНК) Rho - независимый механизм терминации транскрипции • Контролируется последовательностью нуклеотидов в ДНК-матрице. • РНК-полимераза доходит до CG-богатого участка. • Синтезированная молекула РНК формирует стебель-петлю, за которой расположено несколько урацилов, что приводит к отсоединению молекулы РНК от матрицы ДНК.
16 Транскрипция (биосинтез РНК) ТЕРМИНАЦИЯ Этапы транскрипции
17 Транскрипция (Биосинтез РНК) Комплекс инициации транскрипции у эукариот Этапы транскрипции В составе комплекса приведены общие факторы транскрип- ции (TFIIB, E, F, H и TBP), РНК-полимера- за II, медиатор и спе- цифический фактор транскрипции, связан- ный с энхансером
18 Транскрипция (Биосинтез РНК) Эукариотические мРНК синтезируются в виде предшественников и проходят в своем биогенезе стадию довольно сложного созревания, или процессинга. Процессинг включает в себя : 1.Кэпирование 5'-конца – присоединении к этому концу мРНК так называемой шапочки (кэп-структуры – 7-метилгуанозина); 2.Полиаденилирование 3'-конца – образование поли(A)-шлейфа, длиной до 200 нуклеотидов. 3. Сплайсинг – вырезание протяженных внутренних участков мРНК, так называемых интронов, и ковалентное воссоединение оставшихся фрагментов (экзонов) через обычную фосфодиэфирную связь. Процессинг первичных транскриптов РНК
19 Транскрипция (Биосинтез РНК) Процессинг первичных транскриптов РНК Кэпирование 5 ʹ -конца первичного транскрипта Кэпирование - присоединение к 5'-концу транскрипта 7-метилгуанозина через необычный для РНК 5',5'-трифосфатный мостик, а также метилирование остатков рибозы двух первых нуклеотидов. Функции кэпа: защита 5'-конца транскрипта от экзонуклеаз; участие в сплайсинге; экспорт мРНК из ядра; участие в инициации трансляции.
20 Транскрипция (Биосинтез РНК) Процессинг первичных транскриптов РНК Полиаденилирование 3 ʹ -конца первичного транскрипта Процесс полиаденилирования катализируется полиаденилат-полимеразой – поли(А)-полимераза.
21 Транскрипция (Биосинтез РНК) Процессинг первичных транскриптов РНК Сплайсинг пре-мРНК Сплайсинг - вырезание копий интронов из пре-мРНК и сшивание копий экзонов с образованием мРНК.
22 Транскрипция (Биосинтез РНК) Процессинг гяРНК Схематичное представление мРНК эукариот после процессинга
23 Транскрипция (Биосинтез РНК) Транскрипция у про- и эукариот Отличия транскрипции у про- и эукариот ● Сопряженная транскрипция-трансляция у прокариот. Разобщение транскрипции и трансляции в пространстве и времени у эукариот. ● Транскриптоны про- и эукариот. У прокариот транскриптоном является оперон, включающий несколько взаимосвязанных между собой генов. У эукариот транскриптоном является ген. ● РНК-полимеразы прокариот и эукариот. У прокариот единая РНК-полимераза, которая транскрибирует любые гены. У эукариот - три специализированные РНК-полимеразы.
24 Транскрипция (Биосинтез РНК) Транскрипция у про- и эукариот Отличия транскрипции у про- и эукариот . У эукариот гены состоят из экзонов и интронов. Необходим процессинг первичных транскриптов РНК. У прокариот процессируется пре-тРНК и пре-рРНК. ● Каждая мРНК у прокариот кодирует несколько белков (полицистронна). У эукариот каждая мРНК кодирует один белок. ● Бактериальные РНК-полимеразы транскрибируют ДНК с промежуточной скоростью - 50-100 н/с. Эукариотические РНК-полимеразы элонгируют цепи РНК in vivo со скоростью около 20-30 н/с. ● Срок «жизни» прокариотических мРНК — несколько минут, у эукариот — часы и даже сутки.
25 Транскрипция (биосинтез РНК) Строение Lac- оперона E.coli Регуляция транскрипции Ген lacZ - кодирует галактозидазу, расщепляющую галактозиды, в частности, лактозу на глюкозу и галактозу. Ген lacY - кодирует галактозидтрансферазу (пермеазу), необходимую для проникновения галактозидов через клеточную мембрану. Ген lacA - кодирует галактозидтрансацетилазу.
26 Транскрипция (биосинтез РНК) Регуляция экспрессии генов путем индукции на примере Lac- оперона Регуляция транскрипции
27 Транскрипция (биосинтез РНК) Регуляция экспрессии генов путем индукции на примере Lac- оперона Регуляция транскрипции
28 Транскрипция (биосинтез РНК) Регуляция экспрессии генов путем репрессии на примере trp - оперона Регуляция транскрипции
