Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Ekspresja genów – część 2. Transkrypcja i dojrzewanie pre-mRNA.
Ekspresja genów – część 2. Transkrypcja i dojrzewanie pre-mRNA.
Transkrypcja to proces mający na celu przepisanie informacji genetycznej z DNA na informacyjny RNA (mRNA). Mimo, iż RNA chemicznie różni się od DNA, to informacja może zostać przepisana, ponieważ obydwa kwasy nukleinowe posługują się tym samym językiem – językiem nukleotydów. W procesie transkrypcji biorą udział specyficzne enzymy – polimerazy, które są niezbędne np. do oddzielenia od siebie dwóch nici DNA czy przyłączenia czynników transkrypcyjnych. Proces transkrypcji odbywa się w trzech etapach: inicjacji, elongacji i terminacji.

W obrębie DNA występują charakterystyczne sekwencje, które są dla polimerazy RNA znakiem do rozpoczęcia procesu transkrypcji oraz do jego zakończenia. Noszą one nazwy odpowiednio promotora i terminatora, przy czym terminator pod postacią określonej sekwencji nukleotydów jest charakterystyczny dla bakterii. U organizmów eukariotycznych sygnał terminacji jest nieco bardziej skomplikowany. Odcinek, który podlega transkrypcji, nazywany jest jednostką transkrypcyjną.

Aby rozpocząć transkrypcję genu niezbędne jest rozpoznanie przez polimerazę RNA jego początku. Zazwyczaj polimeraza RNA luźno wiąże się z DNA i szybkim ruchem ślizgowym przemieszcza się po nici DNA w poszukiwaniu miejsca promotorowego, tworząc z nim kompleks. Po związaniu z promotorem, polimeraza RNA rozplata dwuniciowe DNA, a jedna z nici staje się matrycą do wytworzenia mRNA. Polimeraza RNA łączy dwa rybonukleotydy i w ten sposób zapoczątkowuje syntezę kwasu rybonukleinowego. Następnie proces transkrypcji wchodzi w fazę elongacji – do końca 3’ rosnącego łańcucha RNA dołączane są kolejne nukleotydy do momentu, aż polimeraza RNA nie napotka sekwencji terminującej. Wówczas polimeraza zatrzymuje się i uwalnia matrycę DNA oraz nowo zsyntetyzowany RNA. Mechanizm terminacji jest odmienny u organizmów prokariotycznych i eukariotycznych. Opisany mechanizm terminacji jest charakterystyczny dla bakterii. U eukariontów przebiega on nieco inaczej. Polimeraza II RNA przepisuje z DNA sekwencję sygnału poliadenylacji (AAUAAA), która jest miejscem kodowania sygnału poliadenylacji w pre-mRNA. W punkcie oddalonym od sygnału poliadenylacji o około 10-35 nukleotydów białka związane z transkryptem mRNA odcinają ją od polimerazy i uwalniają pre-mRNA.

Wszystkie etapy transkrypcji kontrolowane są przez szereg czynników transkrypcyjnych (TF – ang. transcription factors), wśród których można wyróżnić TFIIA, B, D i F. Pojedyncza jednostka transkrypcyjna może być transkrybowana przez kilka cząsteczek polimerazy jednocześnie. Zwiększa to ilość mRNA pochodzącego od danego genu co pozwala komórce produkować duże ilości białka.

Po zakończeniu transkrypcji występujące u eukariontów pre-mRNA ulega dojrzewaniu zanim opuści jądro komórkowe. Podczas tego procesu modyfikacji ulegają oba końce pierwotnego transkryptu mRNA (‘capping’ na końcu 5’, poliadenylacja na końcu 3’ transkryptu) oraz wycięte zostają sekwencje niekodujące – introny (splicing). Wszystkie te procesy przygotowują mRNA do odczytu trójkowego kodu i przepisania jego sekwencji na strukturę białka w procesie translacji. Jako pierwszy ulega obróbce koniec 5’, do którego zostaje przyłączona czapeczka (ang. cap). Chemicznie jest to zmodyfikowany nukleotyd guaninowy – trójfosforan 7-metylo-guanozyny (m7GTP). Z kolei poliadenylacja polega na enzymatycznym przyłączeniu od 50 do 250 nukleotydów adeninowych, tworzących ogon poli-A. Zarówno czapeczka jak i ogon poli-A ułatwiają eksport mRNA z jądra do cytoplazmy oraz wydają się chronić go przez degradacją przez enzymy hydrolityczne. Sekwencje te pomagają także przyłączyć się rybosomom do końca 5’ mRNA zaraz po jego wejściu do cytoplazmy.

Bardzo ważnym etapem dojrzewania pre-mRNA jest również splicing, czyli wycinanie sekwencji niekodujących i łączenie kodujących w jedną całość. Proces ten można przyrównać do montowania nagrań wideo. Większość genów u eukariontów ma długie odcinki niekodujące, nieulegające translacji, co oznacza, że struktura genu ma charakter nieciągły. Sygnałem dla splicingu RNA są krótkie sekwencje nukleotydowe na końcach intronu. Są one rozpoznawane przez małe jądrowe rybonukleoproteiny, czyli snRNPs. Kilka różnych cząsteczek snRNPs łączy się z białkami w kompleks zwany spliceosomem. Wycina on introny w określonych miejscach i łączy egzony w jedną całość. Tak przygorowane mRNA wchodzić będzie następnie w proces translacji.

 

Anna Byczkowska

Źródła

Źródła:

„Cytobiochemia. Biochemia niektórych struktur komórkowych” L. Kłyszejko-Stefanowicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002

„Podstawy biologii. Związek między strukturą i funkcją komórki eukariotycznej”, A. Kaźmierczak,  Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2012

„Biologia”, N. A. Campbell, J. B. Reece, L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, R. B. Jackson, Wydawnictwo Rebis, Poznań 2012

"Podstawy biologii komórki" B. Alberts, D. Bay, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007

KOMENTARZE
news

<Maj 2018>

pnwtśrczptsbnd
30
1
2
3
4
5
6
7
9
10
12
13
14
16
18
19
20
22
23
BioForum 2018
2018-05-23 do 2018-05-24
MedTrends
2018-05-23 do 2018-05-24
26
27
28
29
30
31
1
2
3
Newsletter