ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ

Transcript

1 MOPIAKH BIOΛOΓIA ΦAPMAKEYTIKHΣ ΔIAΛEΞΕΙΣ 4 & 5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ

2 ΓENIKEΣ APXEΣ Eίναι απόλυτα αναγκαίο για ένα κύτταρο να μπορεί να ανταποκρίνεται σε περιβαλλοντικές αλλαγές Θα συζητήσουμε τους μηχανισμούς που χρησιμοποιεί το κύτταρο για να ρυθμίσει το εάν, το πότε και σε ποιά έκταση θα εκφρασθεί ένα γονίδιο

3 H ΓENETIKH ΠΛHPOΦOPIA BPIΣKETAI KΩΔIKOΠOIHMENH ΣTO DNA Προκαρυωτικό χρωμόσωμα Eυκαρυωτικό χρωμόσωμα Tο βακτήριο έχει ένα κυκλικό χρωμόσωμα Γονιδιακός τόπος Eυκαρυωτικά χρωμοσώματα Xρωμόσωμα Xρωμόσωμα Γονιδιακός τόπος

4 TO BAΣIKO ΔOΓMA THΣ MOPIAKHΣ BIOΛOΓIAΣ Γονιδιακή έκφραση Mεταγραφή Aγγελιαφόρο RNA (mrna) Kωδικόνιο Mετάφραση Πρωτείνη (πολυπεπτιδική αλυσίδα)

5 METAΓPAΦH, H METABIBAΣH THΣ ΓENETIKHΣ ΠΛHPOΦOPIAΣ TI EINAI METAΓPAΦH; Mεταγραφή είναι η παραγωγή μορίων RNA, με χρησιμοποίηση του DNA σαν μήτρα. Mόνο η μία αλυσίδα του DNA (κωδική) χρησιμοποιείται σαν μήτρα. H αλληλουχία των βάσεων του παραγομένου μορίου RNA είναι συμπληρωματική της μιάς αλυσίδας του DNA, δηλ. της αλυσίδας μήτρας.

6 Εικόνα 9.1 Η λειτουργία της RNA πολυμεράσης είναι να μεταγράφει μια αλυσίδα δίκλωνου DNA σε RNA.

7 O BAΣIKOΣ MHXANIΣMOΣ THΣ METAΓPAΦHΣ Nεοσυντιθέμενο RNA μετάγραφο RNA πολυμεράση Τριφωσφορικά ριβονουκλεοτίδια Διπλή έλικα DNA Θέση επανελίκωσης Θέση ξετυλίγματος του DNA Bραχύ τμήμα διπλής έλικας DNA/RNA Kατεύθυνση μεταγραφής

8 ΠPOKAPYΩTIKH RNA ΠOΛYMEPAΣH Bακτηριακή RNA πολυμεράση

9 Εικόνα 9.2 Μια μεταγραφική μονάδα μεταγράφεται σε ένα ενιαίο RNA.

10 H ΠPOKAPYΩTIKH RNA ΠOΛYMEPAΣH ΣYNΔEETAI ΣE ΣYΓKEKPIMENEΣ AΛΛHΛOYXIEΣ DNA MEΣΩ TOY ΠAPAΓONTA σ

11 ΠPOKAPYΩTIKH METAΓPAΦH

12 Εικόνα 9.18 Το κεντρικό ένζυμο προσδένεται αδιακρίτως σε οποιαδήποτε αλληλουχία DNA. Ο παράγοντας σίγμα μειώνει τη συγγένεια για τις τυχαίες αλληλουχίες και παρέχει εξειδίκευση για τους υποκινητές.

13 Εικόνα 9.20 Το μήκος του DNA που δεσμεύεται από την RNA πολυμεράση αλλάζει καθώς προχωρά από την έναρξη στην επιμήκυνση.

14 YΠAPXOYN ΠEPIΣΣOTEPOI AΠO ENAΣ ΠAPAΓONTEΣ σ Παράγοντας σίγμα Υποκινητές που αναγνωρίζει Τμήμα - 35 Τμήμα - 10 σ 70 Τα περισσότερα γονίδια TTGACAT TATAAT σ 32 σ 28 σ 38 Γονίδια που επάγονται από θερμική καταπόνηση (heat- shock) Γονίδια που εμπλέκονται στη κινητικότητα και στη χημειοταξία Γονίδια της στατικής φάσης ανάπτυξης και της απόκρισης σε στρες TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA CTAAA CCGATAT?? Τμήμα - 24 Τμήμα - 12 σ 54 Γονίδια του μεταβολισμού του αζώτου αλλά και άλλων λειτουργιών CTGGNA TTGCA

15 ΔOMH ΠPOKAPYΩTIKOY ΓENETIKOY YΛIKOY KAI METAΓPAΦH Oργάνωση ενός τυπικού προκαρυωτικού οπερονίου ΔOMIKA ΓONIΔIA Yποκινητής Xειριστής Pυθμιστικό γονίδιο Yποκινητής ρυθμιστικού γονιδίου Πεπτίδιο 1 Πεπτίδιο 2 Πεπτίδιο 3 Tα δομικά γονίδια κωδικοποιούν πολυπεπτίδια (μετά από μεταγραφή & μετάφραση) Tο οπερόνιο της λακτόζης (lac) Tμήμα που ρυθμίζει τη μεταγραφή Oπερόνιο λακτόζης (lac)

16 ΘETIKH KAI APNHTIKH METAΓPAΦIKH PYΘMIΣH TΩN ΠPOKAPYΩTIKΩN OΠEPONIΩN H έκφραση των περισσοτέρων προκαρυωτικών οπερονίων ρυθμίζεται ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου είτε θετικά (επαγωγή) ή Αρνητικά (καταστολή)

17 ENEPΓOΠOIHTEΣ & KATAΣTOΛEIΣ Tόσο οι ενεργοποιητές όσο και οι καταστολείς είναι πολυπεπτίδια που κωδικοποιούνται από ρυθμιστικά γονίδια Oι ενεργοποιητές και οι καταστολείς συνδέονται με ρυθμιστικά τμήματα του DNA σχετικά κοντά στο σημείο έναρξης της μεταγραφής Oι ενεργοποιητές ενεργοποιούν (επάγουν) τη μεταγραφή οι καταστολείς την καταστέλουν Oι δράση των ενεργοποιητών και των καταστολέων είναι ρυθμιζόμενη

18 PYΘMIZOMENH METAΓPAΦH ΣTO OΠEPONIO THΣ ΛAKTOZHΣ Tο μοντέλο των Jacob & Monod RNA πολυμεράση Oπερόνιο λακτόζης (lac) lac καταστολέας Λακτόζη του θρεπτικού υλικού Λακτόζη Tρανσακετυλάση του θειογαλακτοσιδίου Περμεάση της λακτόζης β- γαλακτοσιδάση Nεοσυντιθέμενες πολυπεπτιδικές αλυσίδες

19 KINHTIKH THΣ EΠAΓΩΓHΣ TOY OΠEPONIOY THΣ ΛAKTOZHΣ

20 H EKΦPAΣH TOY OΠEPONIOY THΣ ΛAKTOZHΣ PYΘMIZETAI AΠO TH ΣYNΔYAΣMENH ΔPAΣH ENOΣ KATAΣTOΛEA KAI ENOΣ ENEPΓOΠOIHTH

21 ΘETIKH PYΘMIΣH TOY OΠEPONIOY THΣ ΛAKTOZHΣ AΠO ENAN ENEPΓOΠOIHTH

22 H ΣYNΔYAΣMENH ΔPAΣH ENEPΓOΠOIHTΩN KAI KATAΣTOΛEΩN EINAI YΠEYΘYNH ΓIA TH ΠΛHPH PYΘMIΣH TOY lac OΠEPONIOY

23 PYΘMIΣH TOY OΠEPONIOY trp

24 PYΘMIΣH ME EΞAΣΘENIΣTEΣ

25 ΣYΣTHMATA METAΔOΣHΣ ΣHMATOΣ ΔYO ΣYΣTATIKΩN & METAΓPAΦIKH PYΘMIΣH ΣTA BAKTHPIA

26 Συστήματα μεταφοράς σήματος δύο συστατικών Αισθητήριες Κινάσες Κυτταρική µεµβράνη P P ATP ADP P P ATP ADP Ρυθµιστής απόκρισης P P P P Μεταγραφή Ρυθµιστική περιοχή/ Υποκινητής Γονίδια του οπερονίου (ή του ρεγουλονίου)

27 ENEPΓOΠOIHΣH THΣ METAΓPAΦHΣ AΠO ΡΥΘΜΙΣΤΕΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣYΣTHMATΩN ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΔYO ΣYΣTATIKΩN

28 Εικόνα 9.46 Οι αλληλουχίες DNA που απαιτούνται για τον τερματισμό εντοπίζονται πριν την αλληλουχία τερματισμού. Ίσως είναι αναγκαίος ο σχηματισμός μιας φουρκέτας στο RNA.

29 Εικόνα 9.47 Οι ενδογενείς αλληλουχίες τερματισμού περιλαμβάνουν παλινδρομικές περιοχές οι οποίες σχηματίζουν φουρκέτες (δομές στελέχους- βρόχου) με ποικίλο μήκος, από 7-20 bp. Η δομή στελέχους- βρόχου περιλαμβάνει μια περιοχή πλούσια σε G- C και ακολουθείται από μια σειρά καταλοίπων U.

30 Εικόνα 9.48 Ένας Rho- εξαρτώμενος τερματιστής έχει αλληλουχία πλούσια σε C και φτωχή σε G, και εντοπίζεται πριν από την ακριβή θέση (ή θέσεις) τερματισμού. Η αλληλουχία παρουσιάζεται με τη μορφή του RNA. Αντιπροσωπεύει το 3 άκρο του RNA.

31 Εικόνα 9.49 Ο παράγοντας Rho «καταδιώκει» την RNA πολυμεράση κατά μήκος του RNA και μπορεί να προκαλέσει τερματισμό όταν προλάβει το στάσιμο ένζυμο σε μια Rho- εξαρτώμενη αλληλουχία τερματισμού.

32 Εικόνα 9.50 Η δράση του παράγοντα Rho μπορεί να συνδέσει τη μεταγραφή με τη μετάφραση όταν η Rho- εξαρτώμενη αλληλουχία τερματισμού βρίσκεται λίγο μετά από μια ανερμηνεύσιμη μετάλλαξη.

33 Εικόνα 9.51 Ο αντιτερματισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της μεταγραφής, καθορίζοντας το αν η RNA πολυμεράση θα τερματίσει τη σύνθεση του RNA ή αν θα πραγματοποιήσει αναγνωστική διέλευση προχωρώντας προς την περιοχή που ακολουθεί.

34 Εικόνα 9.52 Μια πρωτεΐνη αντιτερματισμού μπορεί να επιδράσει στην RNA πολυμεράση επιτρέποντας την αναγνωστική διέλευσή της από μια ειδική αλληλουχία τερματισμού.

35 Εικόνα 9.53 Η RNA πολυμεράση του ξενιστή μεταγράφει τα γονίδια του φάγου λ και τερματίζει τη μεταγραφή στις θέσεις t. Η πρωτεΐνη pn επιτρέπει την αναγνωστική διέλευση της RNA πολυμεράσης από τις αλληλουχίες τερματισμού tl και tr. Η πρωτεΐνη pq επιτρέπει την αναγνωστική διέλευση της RNA πολυμεράσης από την αλληλουχία τερματισμού tr. Τα σημεία στα οποία δρα η pn (nut) και η pq (qut) εντοπίζονται αντίστοιχα σε διαφορετικές σχετικές θέσεις στις μεταγραφικές μονάδες.

36 Εικόνα 9.54 Βοηθητικοί παράγοντες προσδένονται στην RNA πολυμεράση καθώς διέρχεται από τη θέση nut. Αυτοί εμποδίζουν τον Rho να προκαλέσει τερματισμό, όταν η πολυμεράση φτάσει στην αλληλουχία τερματισμού.

37 Εικόνα 9.55 Βοηθητικοί παράγοντες προσδένονται στην RNA πολυμεράση καθώς διέρχεται από συγκεκριμένες θέσεις. Η θέση nut αποτελείται από δύο αλληλουχίες. Ο παράγοντας NusB- S10 ενώνεται με το κεντρικό ένζυμο καθώς αυτό διέρχεται από το boxa. Στη συνέχεια, προσδένονται οι πρωτεΐνες NusA και pn καθώς η πολυμεράση διέρχεται από το boxb. Η παρουσία της pn επιτρέπει την αναγνωστική διέλευση του ενζύμου από την αλληλουχία τερματισμού. Έτσι, παράγεται ένα ενιαίο mrna που περιέχει αμέσως πρώιμες αλληλουχίες ενωμένες με καθυστερημένες πρώιμες αλληλουχίες.

38 TEPMATIΣMOΣ THΣ METAΓPAΦHΣ KAI ANTITEPMATIΣMOΣ