Транскрипция биосинтез на РНК. Регулация на транскрипцията при еукариоти

ТРАНСКРИПЦИЯ -
БИОСИНТЕЗ НА РНК
Регулация на транскрипцията
при еукариоти

Генна експресия
Експресията на гените е процес който осигурява реализиране
на информацията заложена в гена чрез синтез на
функционално активен протеин взаимодействащ с фактори от
околната среда и участващ в определянето на фенотипен
белег.
Експресията на гените е двустъпален процес :
• Първи етап – синтез на РНК от конкретна
нуклеотидна последователност (транскрипция).
•Втори етап – превеждане на нуклеотидната
секвенция в аминокиселинна последователност на
белтъчна молекула (транслация).
•При процеса на транслация клетката използва
генетичен код. Един и същ генетичен код се
използва при всички организми на планетата земя .
Почти всички клетки на един организъм имат еднакъв
генотип – последователност от нуклеотиди в техните
молекули ДНК, но различните клетки експресират само
определени гени. Генотипът е индивидуален признак.

Презаписването на информацията от ДНК на
молекула рибонуклеинова киселина (РНК) се нарича
транскрипция. Така се пренася част от генетичната
информация от ядрото в цитоплазмата
Преноса на генетична
информация се
осъществява в посоките:
Транскрибируем
участък от ДНК
– кодиращи и
некодиращи
секвенции

хя РНК (първичен транскрипт)-
непроцесирана РНК, съдържаща
интрони и екзони.
иРНК-матрица за синтез на
полипептидна верига; кратък
полуживот; най-малко количество
в клетката;
рРНК-изгражда рибозомите; в
най-голямо количество в клетката.
тРНК- отговаря за разпознаване
на мястото на АК.
мя РНК- в комплекс с ядрени
белтъци изгаждат РНП частици
участващи в спайсинга на хяРНК
микро (miРНК) – цитоплазмени
малки РНК, естествени
инхибитори на транслацията
малки интерфериращи (siРНК)
Видове РНК:

Не е необходимо да
запомняте този
слайд – обаче,
обърнете внимание
колко много различни
видове функционална
РНК съществуват в
еукариотната
клетка и колко
различни функции
могат да
изпълняват!

Синтеза на РНК се нарича презаписване или
транскрипция. Транскрипцията винаги протича като
матричната верига на ДНК се чете в посока 3’5’, а
формиращата се верига РНК нараства в посока 5’3’.
ДНК матрица;
четирите рибонуклеотидтрифосфати;
ДНК-зависими-РНК-полимеразни ензими;
Специфични белтъци;
Топоизомерази.
Участници в процеса транскрипция са:
Участъкът от ДНК-веригата, който се транскрибира в
една молекула РНК включва поне един структурен ген.
Участъкът, който се презаписва се нарича трансктиптон.

Транскрипцията включва три етапа: инициация, елонгация
и терминация
Инициация- към нуклеотидна последователност на ДНК
нар. промотор, която предхожда структурния ген, се свързва
белтък – транскрипционен фактор. Присъединява се ензима
ДНК зависимата РНК полимераза. Заема мястото си първия
нуклеотид, комплементарен на матрицата ДНК.
Елонгация-постепенно присъединяване на нуклеотиди към
3’-края на растящата полинуклеотидна верига с участието на
РНК полимеразата. В разплетения участък на ДНК възниква
временен ДНК-РНК хибрид. Суперспирализацията в ДНК се
отстранява от топоизомерази.
Терминация- РНК полимеразата достига до палиндром,
нат. терминатор. Белтъчни фактори предизвикват
дисоциацията й от ДНК-матрицата.

Обща схема на
транскрипцията
Основните разлики
в транскрипцията
между прокариотни
и еукариотните
организми се
наблюдават по
отношение на етапа
инициация и ензима
РНК полимераза.
Инициацията при
еукариоти е свързана
с диференциацията

Прокариотната РНК пол. се състои от пет субединици - 2’-
комплекс означаван като холоензим.
- субединицата разпознава и
свързва промотора. След
инициацията -субединицата
се отделя от холоензима.
Остава ”core”ензим- 2’,
който осъществява
елонгацията.
Изолирани са - субединици
с различна молекулна маса.
- субединицата както
повечето прокариотни ДНК-
свързващи белтъци
притежава helix- turn-helix
мотив или “спирала-
прегъване-спирала”.

Прокариотните промотори обхващат нуклеотиди от +1 до –40,
като с +1 се означава началната точка на транскрипцията.
10 нуклеотида наляво от началната точка (-10 място) се разполага
блок на Прибноу-консервативна секвенция от ТАТААТ.
Друга секвенция, също отговорна за свързването на -
субединицата е на –35-място и има секвенция: ТТГАЦА.
Основно на етап инициация на транскрипцията се осъществява
регулацията на процеса и зависи от структурата на промотора.
Различават се силни, средни и слаби промотори в замисимост от
силата на взаимодействие с - субединицата. При слабите
промотори са необходими и други белтъци-активатори или
репресори на транскрипцията.

Транскрипция при прокариоти
Свързването на РНК
пол с промотора
образува затворен
комплекс
След това се
образува отворен
комплекс, когато
частта от ДНК TATAAT
в -10 региона се
разгъва
След инициацията,
която е завършена
със синтеза на
първите 8-9 N, Sigma
(а) се дисоциира и
елонгацията протича
с коре ензима.

Елонгация
•РНК пол свързва
нуклеотидите
последователно като
катализира
изграждането на
РНК в посока 5’ - 3’
Придвижването на
ензима създава
„мехурче“ като
разделя двете вериги
на ДНК матрицата
•Зад ензима двойната
спирала се
възстановява

РНК полимеразата достига до палиндром от ДНК богат на G-C
двойки, нар. терминатор и го транскрибира. Тази част от РНК
образува бримка, която предизвиква дисоциация на комплекса
ДНК-РНК-РНК полимераза.
При някои
прокариотни гени
палиндомните
секвенции липсват и
при тях терминацията
се осъществява с
помощта на белтъчен
фактор- ро белтък,
който подпомага
дисоциацията на
комплекса.

Rifampicin,
противотуберкулозен антибиотик
Свързва се
с бета
субедениц
ата на
бактериалн
ата РНК
пол

Транскрипция при еукариоти
Процесът на транскрипция при еукариоти се различава от
този в прокариоти основно на етапа на инициация, най-
вече поради свързването на ДНК с белтъци в хроматинова
структура.
РНК пол I транскрибира рРНК гените;
РНК пол II транскрибира гените за прекурсори на
иРНК (hnRNA); повечето малки ядрени РНК
(snRNA) и микро РНК (miRNA);
РНК пол III транскрибира гените за останалите
малки РНК, всички тРНК както и 5SрРНК.
При еукариотите има три различни РНК полимерази:

Бактериална РНК пол Ещньриотна (дрождева РНК пол )
Transcribed DNA
(upstream)
5′
Jaw
Clamp
Rudder
Catalytic
site
Wall
Bridge
NTPs enter
through a pore
Mg
2+
Entering DNA
(downstream)
Transcription
Lid
Exit
3′
3′
5′
5′
Структура на
РНК пол
17

Трите РНК пол. се различават по
хроматографската си подвижност,
молекулно тегло и чувствителност към
инхибиращото действие на гъбния
токсин -  аманитин.
Amanita phalloides
Agaricus campestris
РНК полимераза II
е чувствителна към
 аманитин
 аманитина
възпрепятства
транскрипцията на
гени за иРНК-и.

Структура на
Промотор за РНК полимераза ІІ
РНК полимераза ІІІ- промоторите за нея са хетерогенни и
разположени надясно от стартовата точка. Промоторът на гените за
тРНК се състои от два блока съответно на +8 до +30 и +51 до +72.

Като матрица за транскрипцията на иРНК винаги служи само
едната от двете вериги ДНК (матрична или антисенс верига) и е
различна за всеки ген.
ДНК веригата идентична на новосинтезираната РНК се нар.
кодираща или сенс верига.

Свързването на еукариотните
РНК полимерази с
промоторите е индиректно и
се осъществява с помощта на
базичните транскрипционни
фактори (ТF).
ТF разпознават определена
нуклеотидна
последователност в
промотора. Те се означават с
номера на РНК полимеразата
и главната латинска буква на
конкретния фактор-ТFIIA
Заедно те изгражда основния
транскрипционен апарат.

Инициация на транскрипцията от РНК полимераза ІІ и
главни транскрипционни фактори (TF)
ТАТА секвенцията се
разпознава от TFIID, а не
директно от РНК пол ІІ.
Присъединяват се TFIIB и
TFIIF, който ескортира РНК
пол II. В комплекса участват
също TFIIE, TFIIH и др.
При еукариотите
елонгацията не се различава
от тази при прокариоти.
Терминацията при
еукариотите е приоритет на
РНК полимеразата.

Регулацията на транскрипцията при еукариоти се
осъществява от:
Нуклеотидни
последователности от
същата верига ДНК.
Към цис елементите се
отнасят: промотори и
енхансери
Енхансерите (enhancer) са
локус-специфични
регулаторни ДНК-
секвенции на разстояние до
2 или повече килобази от
стартовата точка.
Белтъчни продукти на
нуклеотидни
последователности от друга
верига ДНК.
Към транс елементите се
отнасят:
1)транскрипционните
фактори, 2)хроматин-
ремоделиращите комплекси
и 3)хистон-
модифициращите ензими.
цис-регулаторни eлементи транс-регулаторни фактори

В проксималната промоторна област има много
секвенции, разпознавани от различни, регулаторни
транскрипционни фактори
Чрез регулаторните
транскрипционни
фактори се осигурява
координирана експресия
на няколко различни, но
функционално свързани
гени
Различни комбинации от
транскрипционни
фактори могат да
повлияят на експресията
на даден ген.

Дисталните части на
промотора се наричат
енхасери
Енхансерите се
разпознават от ДНК-
свързващи белтъци,
които увеличават
афинитета на РНК
полимеразите към
промотора.
При голяма част от
проучените
еукариотни гени са
установени повече от
един енхансер.