ДНК – РНК – БЕЛКИ

Отличия РНК от ДНК

• Рибоза вместо 2’-O-дезоксирибозы

• Урацил вместо тимина

Что есть «консенсус»?

WEB-LOGO

TATGTTCATGATTATGCTTACTGTTGTCATTTAACTTAGACTTAGGTTTATGATTATAATTATAATTATTAT

• Высота стэка букв отражает консервативность

• Высота индивидуальных буквы отражает частоту встречаемости нуклеотидов (аминокислот)

Расположение промоторов в ДНК (аденовирус)

Важное отличие РНК-полимераз от ДНК-полимераз: им не нужна затравка (праймер)

Роль σ-субъединицыσ -35 -10

E.coli σ70 TTGACA TATAAT

E.coli σ32 TCTC-CCCTTGAA CCCCAT-TA

E.coli σ54 (-24)CTGG-A (-12)TTGCA

B. sub σA TTGACA TATAAT

B. sub σΒ AGGTTTAA GGGTAT

B. sub σD CTAAA CCGATAT

B. sub σE ATATT ATACA

B. sub σK AC CATA---T

B. sub σH CAGGA GAATT—T

SPO1σgp28 AGGAGA TTT-TTT

T4σgp55 - TATAAATA

Разные σ-субъединицы регулируют разные гены

Уровни регуляции экспрессии генов

• На уровне транскрипции

• На уровне стабильности мРНК

• На уровне трансляции

• На уровне стабильности белка

Анти-σ факторы

• Связывают σ-фактор, препятствуя инициации транскрипции

• Обычно регулируют специфические σ-факторы, необходимые для споруляции и т.д.

• Некоторые бактериофаги кодируют свои анти-σ-факторы, чтобы заблокировать синтез клеточных мРНК

Транскрипция генов бактериофага SPO1

• Транскрипция ранних мРНК, среди которых есть мРНК σ28, осуществляется клеточным σ-фактором.

• σ28 запускает транскрипцию средних генов, в том числе и σ34.

• σ34 отвечает за транскрипцию поздних мРНК.

Элонгация транскрипции•Белок NusA вызывает паузы при

элонгации на определенных последовательностях

•Белок NusG, наоборот, препятствует паузам

•GreA и GreB узнают «арестованные» комплексы, в

которых РНК-полимераза «съехала» назад и содержит в

активном центре не 3’-конец РНК, а дуплекс РНК-ДНК

•Mfd узнает комплексы, в которых полимераза наткнулась на

непреодолимое препятствие, например, тиминовый димер.

Структура полимеразного комплекса

• Скорость транскрипции 20-50 нуклеотидов в секунду при 37оС

Транскрипция и трансляция

•У прокариот трансляция начинается еще до того, как

синтезируется полноразмерная мРНК.•У эукариот процессы

транскрипции и трансляции разделены в пространстве и

во времени.

Регуляция лактозного оперона•Лактоза – менее питательный субстрат

для бактерий, чем глюкоза

•Белок LacI в отсутствие лактозы связывается с промоторной областью оперона и блокирует транскрипцию.

•Когда лактоза есть, LacI связывает ее, и не связывает ДНК.

•В отсутствие глюкозы в клетке накапливается cAMP, связывая

который активируется CAP (catabolism activation protein).

•Активированный САР связывается с с лактозным опероном, и включает его

транскрипцию.

Искусственные системы на основе lac-оперона

• Можно заставлять клетку (бактериальную) включать или выключать синтез мРНК с введенного в клетку гена

• Для активации можно использовать негидролизуемый аналог лактозы: IPTG

Оперон

• Функциональная единица транскрипции

• В одной мРНК закодированы несколько белков, участвующих в одном и том же процессе

• У эукариот (за редчайшим исключением!) в одной мРНК всегда закодирован один единственный белок

Терминация транскрипции (ρ-зависимая)

Фактор ρ (ро) – РНК-зависимая АТФаза (хеликаза)

Садится на мРНК и «ползет» в направлении 5’->3’ и, когда «догоняет» РНК-полимеразу, терминирует транскрипцию

Терминация транскрипции (ρ-независимая)

В других случаях терминация транскрипции происходит вследствие сигнала в самой мРНК: стабильная шпилька, за которой следует U-

богатый участок

Рибосома и РНК-полимераза. Кто-кого? I

При недостатке в клетке UTP рибосома ползет быстрее, но когда UTP много – полимераза успевает синтезировать терминаторный сигнал.

Регуляция синтеза мРНК, кодирующей

белок, необходимый

для синтеза UTP. Соответственно,

когда UTP в клетке

достаточно - этот белок не нужен.

Альтернативные структуры в РНК

Рибосома и РНК-полимераза. Кто-кого? II

Когда в клетке мало триптофана, рибосома ползет медленно и образуется более стабильная структура мРНК, предотвращающая терминацию.

Регуляция белка,

необходимого для синтеза триптофана.

Когда триптофана в клетке много - этот белок не

нужен.

Регуляция trp-оперона у Bacillus subtilis

«Незаряженная тРНК» как сигнал для транскрипции

Когда вся тРНК проаминоацилирована - транскрипция не идет

РНК-полимеразы эукариот

Полимераза Функция

I 18S, 4.5S, 28S rRNA

II mRNA, snoRNA, snRNA

III 5S rRNA, tRNA, U6 sRNA, vRNA

РНК-полимераза II

Базовая структура промотра

Отличия от прокариот

• Больше ДНК• Хроматин• Ядро

• По умолчанию у прокариот гены включены, у эукариот - выключены

Как следствие, больше возможностей для регуляции

Еще сложнее!

• Альтернативные факторы транскрипции

• Альтернативные промоторы• Альтернативные терминаторы

транскрипции• Альтернативный сплайсинг

И еще сложнее!

• Энхансеры могут регулировать транскрипцию на огромном расстоянии

• Иногда находятся вообще на другой хромосоме

• α-аманитин• Ингибирует РНК-

полимеразы II и III• 5-6 мг летальны

для человека• Смерть наступает через

несколько дней, и это отражает время жизни мРНК у человека