sinteza rna- transkripcijaibk.mf.uni-lj.si/teaching/biokemija2/predavanja/biosintezarna1213.pdf ·...

Sinteza RNA- transkripcija

Prof. dr. B. Črešnar, Inštitut za biokemijo, MF

Biokemija II

Glavne skupine RNA

mRNA tRNA rRNA

Velikosti 0.1 – 110 kb 0.07 – 0.13 kb 0.01 – ~ 2 kb

Vloga Zapis za sintezo

peptidov in

proteinov

Prenos amino

kislin iz citosola

v ribosome,

prevod

nukleotidnega v

aminokislinsko

zaporedje

Strukturne in

funkcionalne

komponente

ribosomov,

Podobnosti med podvojevanjem

DNA in sintezo RNA

• potekata v smeri 5´3´z enakim kemičnim

mehanizmom

• potrebujeta matrično DNA

• encimi so procesivni

• novo sintetizirane nukleinske kisline so

komplementarne in antiparalelne matrici

• procesa zajemata začetek (iniciacijo),

podaljševanje (elongacijo) in zaključek

(terminacijo)

Vloga verig DNA pri transkripciji

5’–TCAGCTCGCTGCTAATGGCC–3’

3’–AGTCGAGCGACGATTACCGG–5’

5’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’

kodirajoča veriga

ali nematrična veriga

matrična DNA

prepis RNA

transkripcija

Primer organizacije kodirajoče

informacije pri virusu

DNA

3,6 x 104 bp

prepisi

RNA

Polimeraza RNA (E. coli)

a

a

s

bb’w

jedro encima

(a2, bbw) ( ~ 390 KDa)

določa pomotorsko

specifičnost

- vezane so prehodno na jedro encima

- so različnih velikosti

a- podenoti - sestava encima

in prepoznava promotorja (vsaka po 40 KDa)

w- podenota-

vloga ni poznana

b- podenoti-

katalitski center ( 155 in 160kD)

Značilnosti najobičajnejših

promotorjev pri E. coli

-40 do -60

5’- -3’

ohranjeni področji

Promotorsko področje gena

polimeraze RNA z s70

5’-TTGACA— 16-18 —TATAAT— 6-8 — NAC--NATG...– 3’

3’-AACTGT— 16-18 —ATATTA— 6-8 — NTG--NTAC...– 5’

pppAC--NAUG...– 3’

Met...

Začetek

transkripcije

-1 +1

Začetek

translacije

~+40

Pribnow-o

zaporedje

-10 področje

-35 področje

Začetek

prepisovanja

RNA in

podaljševanje

+ NusA

Podaljševanje verige pri E. coli

Model r-odvisenega zaključka

biosinteze RNA

-poveže se z RNA na

specifičnih mestih in sledi

polimerazi RNA

-protein r se aktivira ob

prisotnosti nukleotidnih

zaporedij bogatih s citozini

in adenini v sintetizirani RNA

-destabilizacija kompleksa in

odmik polimeraze RNA od

matrice

polimeraza RNA

RNA-DNA helikaza

Model r-neodvisnega zaključka

biosinteze RNA Signal:

- prepis palindromskega

GC-bogatega področja, ki

mu sledi AT-bogato

področje

Posledica:

- polimeraza RNA se

ustavi hitro za strukturo

lasnice, ker struktura

prekine A-Tpovezave; se

pepisovanje zaključi

5´ 3´

A T T A G G G T G T ~~~~~T A A A A 3´ 5´

RNA

DNA

Model r-neodvisenega zaključeka

Podenote

evkariontske RNA-

polimeraze II

(S. cerevisae)

Evkariontske polimeraze RNA

Encim Lokalizacija

v jedru

Produkt

RNA-polimeraza I

nukleolus Preribosomalna RNA

(28S; 5,8S; 18S)

RNA-polimeraza II nukleoplazma mRNA in nekatere

specializirane RNA

RNA-polimerazaIII nukleoplazama tRNA, 5S rRNA in

nekatere male

specializirane RNA

Kljub medsebojni različnosti in kompleksnosti imajo določene

skupne komponente in komponente podobne jedru prokariontske

polimeraze !

Nukleotidna zaporedja skupna

številnim promotorjem RNA-

polimeraze II

Pri mnogih genih nujno za

učinkovito prepisovanje pri

drugih določa samo pravilno

mesto začetka prepisovanja.

zaporedje iniciator Različna nukleotidna

zaporedja vključena v

uravnavanje izražanja

Povečanje prepisovanja mRNA s

ojačevalnimi zaporedji

Funkcije splošnih transkripcijskih

dejavnikov pri sintezi mRNA

Iniciacijski transkripcijski dejavniki:

• namestitev RNA-polimeraze II na promotor

• nastanek aktivnega transkripcijskega kompleksa

• nadzor prehoda iniciacije v elongacijo

Elongacijski transkripcijski dejavniki:

• povečanje aktivnosti RNA-polimeraze II

• preprečevanje ustavitve RNA-polimeraze II

• kordiniranje interakcij s proteini, ki sodelujejo pri ko-transkripcijskem zorenju primarnega prepisa mRNA.

Ponovitve na CTD

--YSPTSPS-

DNA

zaprt kompleks pol. II in

traskripcijskih dejavnikov

odvitje DNA s helikazno

aktivnostjo

odprt kompleks

fosforilacija polimeraze, konformacijske

spremembe, iniciacija in odmik s promotorja

EF-ji podaljševaje

zaključek

sprostitev polimeraze,

defosforilacija

helikazna in

kinazna

aktivnost

Sestavljanje kompleksov

polim. I in polim. III

Remodeliranje

kromatina in

transkripcija

histonske acetiltransferaze

deacetilaze

histonska

metiltransferaza

acetiltransferaza

Acetilacija omogoči

delovanje ATP

odvisnih dejavnikovi

Metilacije in demetilacije

promotorjev

INAKTIVACIJA GENA

metilcitozin vezujoči proteini

metilacija DNA

AKTIVACIJA GENA

Vezava transkripcijskih

faktorjev

mesto začetka transkripcije

Vezavno mesto

polimeraze

Razlike med sintezami mRNA pri

prokariontih in evkariontih

prokarionti evkarionti

ena polimeraza RNA, ki

prepozna promotor na osnovi

različnih s- podenot

tri različne polimeraze RNA,

ki potrebujejo transkripcijske

dejavnike z različnimi

funkcijami

proces poteka v citosolu proces poteka v jedru

zreli prepisi mRNA so v veliki

večini kolinearni z geni

zreli prepisi mRNA v veliki

večini niso kolinearni z geni

sintetizirane mRNA so pogosto

policistronske

sintetizirane mRNA so v

veliki večini monocistronske

Razlike med podvojevanjem DNA

in sintezo RNA

• kot matrica služi ena od verig DNA

• RNA se prepisujejo le z določenih področij ob določenem času

• začetek in zaključek določajo za transkripcijo specifična nukleotidna zaporedja

• za začetek sinteze RNA ni potreben začetni oligonukleotid

• encimi nimajo 3´ 5´ekzonukl. aktivnosti, aktivnost je največja ob vezavi na dvoverižno DNA

• primarni prepisi RNA imajo na 5´koncu vezan trifosfat

Inhibitorji sinteze RNA

Inhibitor Organizem Mesto delovanja

aktinomicin D in

akridin

evkarionti

prokarionti

DNA

rifampicin prokarionti b-podenota

polimeraze

streptolidigin prokarionti polimeraza RNA

a-amanitin evkarionti RNA-polimerazaII

(RNA-polimeraza III)