Инициация и терминация транскрипции у про- и эукариот, роль транскрипционных факторов в этих процессах.

инициация транскрипции начинается со сборки РНК-полимеразы, у прокариот она одна и состоит из:

- β и β ’ образуют каталитический центр

- α (2 штуки) – узнают промотор, взаимодействуют с регуляторныи факторами, собирают фермент

- σ – распознают промотор

- ω – стабилизация β ’

Холофермент можно разделить на 2 части:

- минимальный фермент (α 2β β ’) – способен осуществлять транскрипцию но не способен ее инициировать

- σ фактор

После инициации транскрипции σ освобождается и элонгация осуществляется только минимальным ферментом. Минимальный фермент связывается с ДНК в свободном участке связывания (любая последовательность ДНК), тк минимальный фермент не различает промоторов.

σ дестабилизирует фермент и он отсоединяется от ДНК, но приобретает способность узнавать промотор

1. холофермент + промотор = двойной закрытый комплекс (ДНК не расплетена)

2. закрытый комплекс преобразуется в открытый в результате плавления участка ДНК в пределах последовательности, связанной с ферментом

3. включение первых нуклеотидов и формирование тройного комплекса между ферментом, ДНК и новой РНК.

4. после завершения инициации σ освобождается

Инициация прокариот начинается с промотора.

Общие черты промотора:

- стартовая точка

- выше стартовой точки на 10пн находится ТАТА бокс (последовательность -10, консенсус ТАТААТ) – служит для преобразования открытого комплекса в закрытый

- последовательность -35 (содержит ТТГАЦА) – служит для распознавания РНК-полимеразой

- АТ богатая последовательность выше +10 и -35 – UP-элемент, он служит для взаимодействия с альфа-субъеденицей РНК-полимеразы

РНК-полимераза контактирует с -35, вокруг промотора собирается закрытый комплекс. Расплетание ДНК происходит в -10 и тогда закрытый комплекс становится открытым.

 

Сигма-факторы (σ )

Основной – σ 70(σ D), но есть вспомогательные для экстремальных условий

σ Н(σ 32) – активируется во время теплового шока

σ 28 – экспрессия флагеллярных генов

σ S – активируется когда фаза роста культуры переходит в сплошную (? ) фазу роста (стресс)

σ Е – ответ на еще более резкие сдвиги чем у σ Н

σ N(σ 54) – в условиях азотного глодания

σ F – инициирует транскрипцию генов хемотаксиса

Терминация транскрипции прокариот

2 вида:

- ρ -зависимая (терминация только в присутствии ρ фактора)

- ρ -независимая (терминация без каких-либо факторов)

Независимая

Независимая терминация имеет две структурные особенности:

- короткий инвертированный повтор, способный формировать шпильку

- участок, богатый урацилом

РНК-полимераза сталкивается со шпилькой и делает паузу (Если это не терминация, то потом она продолжает работу). В этот момент урацил-богатый участок дестабилизирует РНК-ДНК гибрид, тк связь ДНК-РНК слабая.

Зависимая

ρ -фактор – белок, действует на ρ зависимые терминаторы

этапы:

1. ρ фактор связывается с РНК, выходящей из транскрипционной единицы (rut-сайт)

2. ρ фактор начинает двигаться по РНК вверх пока не догонит полимеразу

3. когда полимераза достигает сайта терминации, ρ фактор взаимодейстует с гетеродуплексом ДНК-РНК и высвобождает РНК

Rut-сайт содержит много цитозина

ρ -фактор – АТФ зависимая хеликаза, гексамер, каждая субъединица имеет РНК-связывающий домен и АТФ-гидролизующий. После связывания с сайтом rut, ρ фактор, используя свою хеликазную активность и энергию гидролиза АТФ, начинает двигаться вверх. Когда фактор достигает гетеродуплекса, то расплетает его.

Инициация транскрипции эукариот:

Общие факторы транскрипции правильно располагают РНК-полимеразу на промоторе, содействуют разобщению цепей и помогают освободить РНК=полимеразу от промотора в режиме элонгации.

TFII

Промотор содержит последовательност – ТАТА-бокс. Субъединица TF2D – TBP распознает и связывает ТАТА бокс, ДНК искажается. Затем садится TF2A фактор, и это вызывает связывание TF2B. Затем садится TF2F, который расплетает ДНК, и TF2E, который сдвигает границы промотора. Последними садятся фактор TF2H и РНК-полимекраза 2. TF2H состоит из 9 субъединиц, 1 из них – хеликаза, она расплетает ДНК через гидролиз АТФ. Полимераза связывается с промотором и начинает делать короткие участни РНК, пока не сможет перейти к элонгации. TF2H (еще одна субъединица действует как протеинкиназа) фосфорилирует CTD участок полимеразы и она меняет конформацию и отделяется от факторов и может перейти дальше.

Терминация эукариот:

Терминация полимеразы 1: белковый фактор TTF1 распознает терминатор размером 18пн (аналогично ρ -зависимой терминации). Он изгибает ДНК и выывает задержку комплекса на терминаторе. Происходит конформационное изменение полимеразы1, что ослабляет взаимодействие компонентов друг с другом.

Терминация полимеразы2: зависит от процессинга 3* конца. 3* конец пре-мРНК образует эндунуклеаза, разрезающая транскрипт после последовательности ААУААА (терминатор). Незащищенный кэпом 5* конец отщепленного конца транскрипта деградирует эндонуклеаза, что приводит к терминации. Пре-мРНК стабилизируется полиаденилированием. Эндонуклеаза связывается с 5* концом и деградирует его быстрее чем она синтезируется. Затем рибосома отсоединяется от ДНК и наступает терминация (Как ρ -зависимая).

Терминация полимеразы3: распознается последовательность из много У, расположенная после ЦГ-богатого участка (как ρ -независимая терминация).

 

Трансляция. Основные свойства генетического кода. Аминоацилирование тРНК. Роль РНК и белков в процессе трансляции. Энергозатраты на включение одного аминокислотного остатка в растущую полипептидную цепь.

 

Трансляция — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК, осуществляемый рибосомой.

 

Свойства генетического кода:

Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов

Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте

Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений)

Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

 

Аминоацилирование тРНК - процесс присоединения АК к тРНК, катализируемый аминоацил-тРНК-синтазами (их 20 шт. разных).

Механизм:

1. Аминокислота активируется (аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + пирофосфат)

2. С активным центром связывается 3'-конец тРНК, антикодон которого соответствует активируемой этой синтазой аминокислоте

3. Аминокислотный остаток переносится на ОН-группу рибозы последнего аденина на 3'-конце (аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ)

 

Роль РНК и белков в процессе трансляции.

Следует сказать, что РНК гораздо более значимый компонент рибосомы, чем белки. Структурно и функционально, рибосома - это прежде всего, её РНК.

РНК в составе рибосомы имеет сложную третичную структуру и плотно инкрустирована рибосомными белками (50/80 шт. про/эукариоты, в основном это умеренно-основные белки), выполняющими вспомогательные функции.

В процессе трансляции выделяют инициацию, элонгацию и терминацию. Белки принимают участия во всех трёх этапах (факторы инициации, факторы элонгации и релизинг-факторы).

Рибосомная РНК образует главные функциональные центры рибосомы и определяет принципиальное устройство рибосомы как молекулярной машины, осуществляющей синтез белка. Именно РНК катализирует пептидилтрансферазную реакцию (перенос пептидила из состава пептидил-тРНК на поступившую в аминоацильный центр очередную аминоацил-тРНК).

 

Энергозатраты синтеза белка с n шт. аминокислот:

2n => АТФ на зарядку (активацию) тРНК (АТФ => АМФ + пирофосфат)

1 шт. => ГТФ на инциацию (IF2)

n-1 => ГТФ на доставку тРНК для n-1 шт. пептидных связей (EF-Tu)

n-1 => ГТФ на n-1 шт. шагов транслокации рибосомы (EF-G)

1 шт. => ГТФ на терминацию (RF-3)

 

Всего: 4n, т.е. 4 высокоэнергетические связи затрачиваются на включение одной аминокислоты.

⇐ Предыдущая24252627282930313233Следующая ⇒

Поделиться: