лекция 13 общая биохимия

1.

Лекция 13
Синтез РНК
Транскрипция

2.

Транскрипция
• Транскри́пция (от лат. transcriptio — переписывание) —
процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве
матрицы, происходящий во всех живых клетках.
• Транскрипция идет на отдельных участках ДНК –
оперонах (у прокариот) или транскриптонах (у эукариот).
• Это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
• Продукты транскрипции – мРНК, рРНК, тРНК и все другие РНК.

3.

Принципы транскрипции
• Матричность
• Комплементарность
• Антипараллельность

4.

Ферменты и факторы транскрипции
• Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой
(Pol) (КФ 2.7.7.6 ).
У прокариот – она одна, у эукариот – 4-7.
Субстраты: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ
• Топоизомеразы
• Полиаденилат-полимераза (особая РНК-полимераза), синтезирующая полиАхвост
• Много вспомогательных белков, в том числе факторов транскрипции,
особенно у эукариот.

5.

Гены прокариот расположены
в единицах транскрипции – оперонах
регуляторная зона
промотор и оператор
Последовательности (элементы, сайты)
в промоторе,
необходимые для взаимодействия с
РНК-полимеразой:
Для σ-субъединицы
-10 5’-ТАТААТ-3’ (бокс Прибнова)
-35 5’-TTGACA-3’
α-субъединицы
-40 – 60 (UP-элемент)
кодирующая зона
Лидерный сайт (ЛС) - кодирует часть мРНК, соединяющуюся с рибосомой
Цистроны (А, В, С) - кодируют часть мРНК в которой записана последовательность
аминокислот в белке
Расстояние (спейсер) между цистронами может быть от 1 до 40 нуклеотидов
Трейлерный сайт (ТС) – кодирует концевую часть мРНК
Терминатор (Т) – останавливает транскрипцию
0 – соединение регуляторной и кодирующей зон
+1 нуклеотид – пурин (А или Г), часто это центральный нуклеотид в
последовательности САТ
Оператор – сайт взаимодействия с белками
репрессорами или активаторами
Все последовательности гена указываются по кодирующей цепи

6.

Гены прокариот расположены
в единицах транскрипции – оперонах
Оперон – полицистронный
Кодирует несколько белков

7.

РНК-полимераза прокариот
α-субъединицы связывают остальные элементы
фермента и распознают регулирующие факторы.
β: эта субъединица обладает полимеразной
активностью, катализирует синтез РНК. Осуществляет
инициацию процесса и управляет элонгацией.
Еще есть ω-субъединица
Общая масса холофермента около ~480 кДа
6 субъединиц: α2ββ'σω
Холофермент РНК-полимеразы прокариот
У бактерий 7 вариантов σ-субъединиц.
Индекс обозначает массу субъединицы в кДа

8.

9.

Общее представление об этапах
транскрипции:
• Инициация (связывание РНК-полимеразы с ДНК и инициация синтеза РНК)
– синтез РНК до первых 8-10 нуклеотидов.
• Элонгация идет, если “разрешил” оператор.
Скорость 50-90 н./c, ошибки чаще, чем при репликации, в 105 раз
• Терминация. ρ-зависимые и ρ-независимые терминаторы.

10.

Инициация
и элонгация
транскрипции
1.
2.
«Разрешение» оператора
Наличие всех четырех
субстратов: АТФ, УТФ, ЦТФ, ГТФ
Узнавание
промотора на
участке -35
Расхождение
(примерно на 17 п.о.)
цепей ДНК на участке
-10 (5’-ТАТААТ-3’)

11.

Транскрипция и трансляция происходят у бактерий
(прокариот) одновременно

12.

Терминация транскрипции

13.

Транскрипция у эукариот

14.

Особенности транскрипции у эукариот
1)
Другое устройство единицы транскрипции, огромные регуляторные зоны.
Энхансеры, сайленсеры, инсуляторы
2) РНК-полимеразы другого строения
3) Огромное разнообразие вспомогательных белков – белковых факторов
транскрипции и др.
4) Интрон-экзонная структура гена. Необходимость процессинга РНК (и мРНК,
и других РНК). Важность РНП. Альтернативный сплайсинг.

15.

Единица транскрипции эукариот - транскриптон
регуляторная зона
кодирующая зона
Регуляторные элементы:
э – энхансер,
промотор
сайленсер
т- терминатор
Кодирующие элементы:
лс – лидерный сайт,
эк – экзон (кодирует),
и – интрон (не кодирует),
тс – трейлерный сайт,
Регуляторные последовательности промотора
–75
(–25–30
домен Хогнеса)
Конститутивные элементы в базальном промоторе

16.

Строение транскриптона более подробно
Последовательности промотора:

17.

Единица транскрипции эукариот - транскриптон
Транскриптон –
моноцистронный
Кодирует один белок

18.

РНК-полимеразы эукариот
РНК-полимеразы:
3 в ядре:
I – синтезирует – 18S, 28S, 5,8S рРНК
II –
мРНК, мяРНК, мякРНК, miRNA
III –
5S рРНК, тРНК,
1 в митохондриях (синтез всех РНК митохондрий)
–
–
–
По субъединичному составу:
сложные (мультисубъединичные) эукариотические в ядре
фагового типа (как у вирусов) (1 субъединица) - у митохондрий

19.

Факторы транскрипции
общие
Свои для каждой РНК-полимеразы:
РНК-пол I,
РНК-пол II,
РНК-пол III
специфические
Работают в разных тканях,
в разном возрасте, при разных
воздействиях
Факторы инициации
Для РНК-пол II выделено
6 общих факторов транскрипции:
TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH
ТАТА-связывающий белок (TBP) TFIID узнает
и связывается с ТАТА-боксом промотора
Факторы элонгации
Факторы терминации
См. подробно в методичке Нуклеиновые кислоты

20.

Общие факторы инициации транскрипции
РНК-полимеразы II
Фактор
Функция
TFIIA
Помощь TFIID
TFIIB
Связывание и позиционирование РНК-полимеразы II, участвует в
выборе точки инициации транскрипции
TFIID
Узнавание промотора (ТАТА-элемента и других)
TFIIE
Стимуляция и модуляция TFIIH
TFIIF
Привлечение РНК-полимеразы II на промотор, участие в элонгации,
взаимодействие с белками, связанными с энхансером
(медиаторными белками)
TFIIH
Хеликаза и протеинкиназа (фосфорилирует CTD РНК-полимеразы II)

21.

Инициация транскрипции. Роль TF
Последовательность
Хогнеса (-25–30)
TFIID
Расплавленные нити ДНК в области
последовательности Хогнеса (-25–30)
См. подробно в методичке Нуклеиновые кислоты

22.

Инициаторный (базальный) комплекс
на промоторе эукариот

23.

Элонгация
• Нужны белковые факторы элонгации транскрипции
Терминация
• Нужны вспомогательные белки
• Происходит дефосфорилирование С-конца РНК-полимеразы

24.

Созревание РНК - процессинг
Интроны нужно убрать
Экзоны соединить

25.

События процессинга (для премРНК)
1) кэпирование,
2) вырезание интронов и сшивание экзонов (сплайсинг)
3) полиаденилирование,
4) редактирование мРНК (химическая модификация некоторых оснований,
например, появляется N6-метиладенозин (m6A).

26.

Кэпирование премРНК
2. Метилирование
остатков рибозы двух
первых нуклеотидов
1. Присоединение
7-метилгуанозина в КЭПе на мРНК
через 5',5'-трифосфатный мостик.

27.

Функции КЭПа
защита 5'-конца транскрипта от экзонуклеаз;
участие:
в сплайсинге;
в процессинге 3'-конца мРНК;
в экспорте мРНК из ядра;
в инициации трансляции.

28.

Сплайсинг
Интроны всегда имеют
на 5’-конце пару последовательностей GU,
а на 3’-конце – AG.
В центре – точку ветвления - А
В процессе принимают участие рибозимы –
рибонуклеопротеины,
в состав которых входит
мяРНК, богатая урацилом – U-частицы
См. подробно в методичке Нуклеиновые кислоты
Сшитые экзоны

29.

30.

ПолиА-хвост
• Нужна сигнальная последовательность 5'- AAUAAA-3' на 3'конце транскрипта, за которой следует 5'-CA-3'
• Фермент – полиаденилат-полимераза
• ПолиА из 80 – 200 аденилатов (фАфАфА...).
• Функция – защита, определение числа копий белков

31.

Вопросы для подготовки к опросу:
1.
Строение оперона прокариот
2.
Строение транскриптона эукариот
3.
Транскрипция у прокариот. Протомор. РНК-полимераза.
4.
Транскрипция у эукариот. Факторы транскрипции.
5.
Процессинг РНК
При освоении темы обязательно использовать материалы методички «Нуклеиновые кислоты»
рекомендуется также электронное учебно-методическое пособие Стручкова И.В. Брилкина А.А., Веселов А.П.
«Регуляция биосинтеза белка».