Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση:...

1 Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009

Κεφάλαιο 13

Γονιδιακή έκφραση: Μεταγραφή

Η πρωτεΐνη ΤΒΡ (TATA-Βinding Protein) του ζυμομύκητα ενώ έχει προσδεθεί στο DNA, στην περιοχή ενός υποκινητή.

Μεταγραφή και μετάφραση

DNA RNA Πρωτεΐνη

2

Τα είδη μορίων RNA στο κύτταρο

3

Είδος RNA Λειτουργία

mRNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες

rRNA είναι συστατικό του ριβοσωματίου και συμμετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών

tRNA χρησιμοποιείται στην πρωτεϊνοσύνθεση ως μόριο προσαρμογής μεταξύ του mRNA και των αμινοξέων

Μικρά RNA χρησιμοποιούνται στη συρραφή του προ-mRNA, στη μεταφορά των πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο και σε άλλες διεργασίες του κυττάρου

Μεταγραφή

4


Η χημική αντίδραση που καταλύεται από το ένζυμο της RNA πολυμεράσης κατά τη σύνθεση του RNA επάνω σε μια αλυσίδα-μήτρα του DNA.


περιοχή του υποκινητή, αλληλουχία που κωδικοποιεί το RNA και τερματιστής. Ο υποκινητής βρίσκεται ανοδικά της κωδικής αλληλουχίας και ο τερ- ματιστής καθοδικά. Η κωδική αλληλουχία ξεκινά στο νουκλεοτίδιο +1.

Δομή ενός τυπικού γονιδίου:

iGenetics 7 Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009

Initiation of Transcription • Promoters in E. coli generally involve two DNA sequences,

centered at -35bp and -10bp upstream from the +1 start site of

transcription.

• The common E. coli promoter that is used for most transcription

has these consensus sequences: – For the -35 region the consensus is 5’-TTGACA-3’.

– For the -10 region (previously known as a Pribnow box), the consensus is 5’-TATAAT-3’.

The Prokaryotic Transcription Process:


Αλληλουχίες που παίζουν σημαντικό

ρόλο στη μεταγραφή

Αλληλουχίες που παίζουν σημαντικό

ρόλο στη μεταγραφή Βάσεις πριν από αυτή

έχουν αρνητική αρίθμηση ενώ

κατόπιν θετική.

Δεν υπάρχει βάση μηδέν

9

• Transcription initiation requires the RNA polymerase holoenzyme

to bind to the promoter DNA sequence.

• Holoenzyme consists of: – Core enzyme of RNA polymerase, containing four polypeptides • (two α, one β, and one β’).

– Sigma factor (σ).

• Sigma factor binds the core enzyme, and confers ability to

recognize promoters.


Initiation of Transcription

10

• RNA polymerase holoenzyme binds promoter in two steps: 1. First, it loosely binds to the -35 sequence of dsDNA (closed promoter

complex).

2. Second, it binds tightly to the -10 sequence, untwisting about 17bp of

DNA at the site, and in position to begin transcription (open promoter

complex).

• Promoter sequences often deviate from consensus. – The associated genes will show different levels of transcription,

corresponding with sigma’s ability to recognize their sequences.




•Most E. coli genes have a σ70 promoter, the most abundant sigma factor in the cell.

•Other sigma factors may be produced in response to changing conditions:

1. σ70 recognizes the sequence TTGACA at -35, and TATAAT at -10.

2. σ32 recognizes the sequence CCCCC at -39 and TATAAATA at -15. Sigma32 arises in response to heat shock and other forms of!stress.

3. σ23 recognizes the sequence TATAATA at position -15. Sigma23 is present in cells infected with phage T4.




Η διαδικασία της μεταγραφής.

Η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται στους προκαρυωτικούς οργανισμούς από το ένζυμο της RNA πολυμεράσης ενώ στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς από άλλες πρωτεΐνες. Στη συνέχεια, η RNA πολυμεράση καταλύει τη σύνθεση μιας μονόκλωνης αλυσίδας

RNA, ξεκινώντας από το σημείο «έναρξη της μεταγραφής». Η αλυσίδα του RNA συντίθεται με κατεύθυνση 5΄ προς 3΄. Στην αντίδραση χρησιμοποιείται η μία μόνο

αλυσίδα του DNA ως μήτρα για τον καθορισμό της αλληλουχίας των βάσεων.


Η δράση της RNA πολυμεράσης της E. coli κατά την έναρξη και την επιμήκυνση της μεταγραφής.


Η αλληλουχία ενός ρ-ανεξάρτητου τερματιστή και η αντίστοιχη δομή του RNA μετά τη μεταγραφή του.


Τρισδιάστατη δομή της RNA πολυμεράσης ΙΙ του ζυμομύκητα.


Επόμενο μάθημα

Ευκαρυωτικά RNA

22

Είδος RNA Λειτουργία

mRNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες

rRNA είναι συστατικό του ριβοσωματίου και συμμετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών

tRNA χρησιμοποιείται στην πρωτεϊνοσύνθεση ως μόριο προσαρμογής μεταξύ του mRNA και των αμινοξέων

Μικρά RNA χρησιμοποιούνται στη συρραφή του προ-mRNA, στη μεταφορά των πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο και σε άλλες διεργασίες του κυττάρου

Οι ευκαρυωτικές RNA πολυμεράσες

23

ΠΟΛΥΜΕΡΑΣΕΣ ΡΟΛΟΣ

RNA Πολυμεράση Ι σύνθεση 28S 18S 5,8S rRNA στον πυρηνίσκο

RNA Πολυμεράση ΙΙ σύνθεση mRNA, snRNA

RNA Πολυμεράση ΙΙΙ σύνθεση tRNA, 5S rRNA, snRNA


Η τυπική δομή ενός μορίου mRNA στα προκαρυωτικά και στα ευκαρυωτικά κύτταρα.

UTR UTR

Μάτισμα Από την Live-Pedia.gr

•η πρόσθεση ενός κομματιού από το ίδιο υλικό πάνω σε κάποιο πράγμα που αυξάνει έτσι το μήκος του •η σύνδεση των άκρων δυο σχοινιών ή νημάτων. "με το μάτισμα μεγάλωσαν τα δίχτυα".

ΠΙΚΡΙΑ …

Tί να σου τάξω, ατίθασο παιδί, να σε κρατήσω; Παρηγοριά μου ο σάκος μου, σ' Aμερική και Aσία. Σύρμα που εκόπηκε στα δυο και πώς να το ματίσω; Kατακαημένε, η θάλασσα μισάει την προδοσία….

Νίκος Καββαδίας 7-2-1975


Τα βασικά βήματα σχηματισμού του ευκαρυωτικού mRNA.


Roberts και Sharp, βραβείο Nobel 1993


Οι διαδικασίες σύνθεσης ενός λειτουργικού mRNA στα προκαρυωτικά και στα ευκαρυωτικά κύτταρα.


Συγκρότηση της μεταγραφικής μηχανής κατά την έναρξη.

ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ

30

video

ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ mRNA


Τροποποίηση 5’ άκρου

Τροποποίηση 3’ άκρου


Η δομή της καλύπτρας στο 5΄ άκρο ενός ευκαρυωτικού

mRNA.

Η καλύπτρα δημιουργείται από την προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου γουανίνης στο 5΄ άκρο του mRNA και δύο μεθυλομάδων στα δύο πρώτα νουκλεοτίδια του μορίου.


Διαγραμματική απεικόνιση του 3΄ άκρου του mRNA και προσθήκης της ουράς πολυ(Α).

ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ mRNA

35

video


Το μοντέλο της απομάκρυνσης των ιντρονίων από το σωμάτιο

ματίσματος.

2’-5’ δεσμός

ΜΑΤΙΣΜΑ mRNA

38

video


Η αντίδραση αυτο-ματίσματος του ιντρονίου της ομάδας Ι του pre-

rRNA του πρωτοζώου Tetrahymena. .

Αρχικά, πραγματοποιείται μια τομή στην 5΄ θέση ματίσματος η οποία συ- νοδεύεται από την προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου G στο ελεύθερο 5΄ άκρο του ιντρονίου. Μια δεύτερη το- μή στην 3΄ θέση ματίσματος απελευ- θερώνει το ιντρόνιο και στη συνέχεια τα δύο εξόνια συνενώνονται. Το ιν- τρόνιο αναδιπλώνεται μετά από τη σύνδεση του νουκλεοτιδίου που βρίσ- κεται στο 3΄ άκρο του με ένα εσωτε- ρικό νουκλεοτίδιο, δημιουργώντας ένα μόριο σχήματος λάσου. Η τομή αυτού του μορίου παράγει ένα κυκλικό και ένα γραμμικό μόριο RNA.


Tom Cech, βραβείο Nobel 1989


Σύγκριση των αλληλουχιών DNA του γονιδίου της υπομονάδας ΙΙΙ της οξειδάσης του κυτοχρώματος (COIII) των πρωτοζώων Trypanosome brucei (Tb), Crithridia fasiculata (Cf) και Leishmania tarentolae (Lt), οι οποίες έχουν στοιχιστεί με την αλληλουχία του

συντηρημένου mRNA του Tb.

Με πεζό γράμμα (u) συμβολίζονται τα νουκλεοτίδια U που προστίθενται στο μετάγραφο μέσω στοιχειοθεσίας RNA. Τα κατάλοιπα Τ της αλληλουχίας DNA του γονιδίου Tb που

απουσιάζουν από το μετάγραφο RNA φαίνονται με κίτρινο χρώμα.


gRNA - Editosome


C to U deamination


Editing of Angiosperm Mt RNAs

1. Most RNAs are edited 2. Most events are C U, but also U C 3. Preferential editing of coding regions,

but introns and untranslated regions are also edited.

4. Editing produces translatable RNAs, and restores conserved amino acids (i.e, functional proteins).


Το μοντέλο του ριβοσώματος (70S) της E. coli.

Η μικρή ριβοσωμική υπομονάδα (30S) φαίνεται με κίτρινο χρώμα και η μεγάλη (50S) με κόκκινο.


Η σύσταση του πλήρους ριβοσώματος και των ριβοσωμικών υπομονάδων στα κύτταρα των θηλαστικών.


Τα γονίδια rRNA και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στην E. coli.


Τα γονίδια rRNA και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

(α) Διαγραμματική απεικόνιση μιας επαναλαμβανόμενης μονάδας ευκαρυωτικού ριβοσωμικού DNA. Οι κωδικές αλληλουχίες των 18S, 5,8S και 28S rRNA φαίνονται με πράσινο χρώμα. NTS = μη μεταγραφόμενη ενδιάμεση

αλληλουχία, ETS = εξωτερική μεταγραφόμενη ενδιάμεση αλληλουχία, ITS = εσωτερική μεταγραφόμενη ενδιάμεση αλληλουχία. (β) Η διαδικασία μεταγραφής και επεξεργασίας του 45S pre-rRNA, απ’ όπου προκύπτουν τα ώριμα 18S,

5,8S και 28S rRNA.


Τα γονίδια rRNA και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.


Μεταφορικό RNA.

γ)


Χλωροπλαστικό DNA και κωδικοποίηση μεταφορικών RNA


DNA του πυρήνα και κωδικοποίηση μεταφορικών RNA

Michaud et al. The Plant Journal, (2011), 66, 80–93

Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση:...

Documents

Transcript of Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση:...