Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση: Μεταγραφή

Κεφάλαιο 13 Γονιδιακή έκφραση: Μεταγραφή Η πρωτεΐνη ΤΒΡ (TATA-Βinding Protein) του ζυμομύκητα ενώ έχει προσδεθεί στο DNA, στην περιοχή ενός υποκινητή. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 1

Μεταγραφή και μετάφραση DNA RNA Πρωτεΐνη 2

Τα είδη μορίων RNA στο κύτταρο Είδος RNA Λειτουργία mrna rrna trna Μικρά RNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες είναι συστατικό του ριβοσωματίου και συμμετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών χρησιμοποιείται στην πρωτεϊνοσύνθεση ως μόριο προσαρμογής μεταξύ του mrna και των αμινοξέων χρησιμοποιούνται στη συρραφή του προ-mrna, στη μεταφορά των πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο και σε άλλες διεργασίες του κυττάρου 3

Μεταγραφή 4

Η χημική αντίδραση που καταλύεται από το ένζυμο της RNA πολυμεράσης κατά τη σύνθεση του RNA επάνω σε μια αλυσίδα-μήτρα του DNA. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 5

Δομή ενός τυπικού γονιδίου: περιοχή του υποκινητή, αλληλουχία που κωδικοποιεί το RNA και τερματιστής. Ο υποκινητής βρίσκεται ανοδικά της κωδικής αλληλουχίας και ο τερματιστής καθοδικά. Η κωδική αλληλουχία ξεκινά στο νουκλεοτίδιο +1. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 6

The Prokaryotic Transcription Process: Initiation of Transcription Promoters in E. coli generally involve two DNA sequences, centered at -35bp and -10bp upstream from the +1 start site of transcription. The common E. coli promoter that is used for most transcription has these consensus sequences: For the -35 region the consensus is 5 -TTGACA-3. For the -10 region (previously known as a Pribnow box), the consensus is 5 -TATAAT-3. igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 7

Αλληλουχίες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη μεταγραφή Βάσεις πριν από αυτή έχουν αρνητική αρίθμηση ενώ κατόπιν θετική. Δεν υπάρχει βάση μηδέν Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 8

The Prokaryotic Transcription Process: Initiation of Transcription Transcription initiation requires the RNA polymerase holoenzyme to bind to the promoter DNA sequence. Holoenzyme consists of: Core enzyme of RNA polymerase, containing four polypeptides (two α, one β, and one β ). Sigma factor (σ). Sigma factor binds the core enzyme, and confers ability to recognize promoters. 9

The Prokaryotic Transcription Process: Initiation of Transcription RNA polymerase holoenzyme binds promoter in two steps: 1. First, it loosely binds to the -35 sequence of dsdna (closed promoter complex). 2. Second, it binds tightly to the -10 sequence, untwisting about 17bp of DNA at the site, and in position to begin transcription (open promoter complex). Promoter sequences often deviate from consensus. The associated genes will show different levels of transcription, corresponding with sigma s ability to recognize their sequences. 10

The Prokaryotic Transcription Process: Initiation of Transcription Most E. coli genes have a σ70 promoter, the most abundant sigma factor in the cell. Other sigma factors may be produced in response to changing conditions: 1. σ70 recognizes the sequence TTGACA at -35, and TATAAT at -10. 2. σ32 recognizes the sequence CCCCC at -39 and TATAAATA at -15. Sigma32 arises in response to heat shock and other forms of!stress. 3. σ23 recognizes the sequence TATAATA at position -15. Sigma23 is present in cells infected with phage T4. igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 13

Η διαδικασία της μεταγραφής. Η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται στους προκαρυωτικούς οργανισμούς από το ένζυμο της RNA πολυμεράσης ενώ στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς από άλλες πρωτεΐνες. Στη συνέχεια, η RNA πολυμεράση καταλύει τη σύνθεση μιας μονόκλωνης αλυσίδας RNA, ξεκινώντας από το σημείο «έναρξη της μεταγραφής». Η αλυσίδα του RNA συντίθεται με κατεύθυνση 5 προς 3. Στην αντίδραση χρησιμοποιείται η μία μόνο αλυσίδα του DNA ως μήτρα για τον καθορισμό της αλληλουχίας των βάσεων. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 14

Η δράση της RNA πολυμεράσης της E. coli κατά την έναρξη και την επιμήκυνση της μεταγραφής. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 15

Η δράση της RNA πολυμεράσης της E. coli κατά την έναρξη και την επιμήκυνση της μεταγραφής. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 16

Η αλληλουχία ενός ρ-ανεξάρτητου τερματιστή και η αντίστοιχη δομή του RNA μετά τη μεταγραφή του. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 19

Τρισδιάστατη δομή της RNA πολυμεράσης ΙΙ του ζυμομύκητα. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 20

Επόμενο μάθημα igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 21

Ευκαρυωτικά RNA Είδος RNA Λειτουργία mrna rrna trna Μικρά RNA κωδικοποιεί πρωτεΐνες είναι συστατικό του ριβοσωματίου και συμμετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών χρησιμοποιείται στην πρωτεϊνοσύνθεση ως μόριο προσαρμογής μεταξύ του mrna και των αμινοξέων χρησιμοποιούνται στη συρραφή του προ-mrna, στη μεταφορά των πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο και σε άλλες διεργασίες του κυττάρου 22

Οι ευκαρυωτικές RNA πολυμεράσες ΠΟΛΥΜΕΡΑΣΕΣ ΡΟΛΟΣ RNA Πολυμεράση Ι RNA Πολυμεράση ΙΙ RNA Πολυμεράση ΙΙΙ σύνθεση 28S 18S 5,8S rrna στον πυρηνίσκο σύνθεση mrna, snrna σύνθεση trna, 5S rrna, snrna 23

Η τυπική δομή ενός μορίου mrna στα προκαρυωτικά και στα ευκαρυωτικά κύτταρα. UTR UTR Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 24

Μάτισμα Από την Live-Pedia.gr η πρόσθεση ενός κομματιού από το ίδιο υλικό πάνω σε κάποιο πράγμα που αυξάνει έτσι το μήκος του η σύνδεση των άκρων δυο σχοινιών ή νημάτων. "με το μάτισμα μεγάλωσαν τα δίχτυα". ΠΙΚΡΙΑ Tί να σου τάξω, ατίθασο παιδί, να σε κρατήσω; Παρηγοριά μου ο σάκος μου, σ' Aμερική και Aσία. Σύρμα που εκόπηκε στα δυο και πώς να το ματίσω; Kατακαημένε, η θάλασσα μισάει την προδοσία. Νίκος Καββαδίας 7-2-1975

Τα βασικά βήματα σχηματισμού του ευκαρυωτικού mrna. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 26

Roberts και Sharp, βραβείο Nobel 1993 igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 27

Οι διαδικασίες σύνθεσης ενός λειτουργικού mrna στα προκαρυωτικά και στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 28

Συγκρότηση της μεταγραφικής μηχανής κατά την έναρξη. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 29

ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ video 30

igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 31

ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ mrna Τροποποίηση 5 άκρου Τροποποίηση 3 άκρου igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 32

Η δομή της καλύπτρας στο 5 άκρο ενός ευκαρυωτικού mrna. Η καλύπτρα δημιουργείται από την προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου γουανίνης στο 5 άκρο του mrna και δύο μεθυλομάδων στα δύο πρώτα νουκλεοτίδια του μορίου. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 33

Διαγραμματική απεικόνιση του 3 άκρου του mrna και προσθήκης της ουράς πολυ(α). Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 34

ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗ mrna video 35

Το μοντέλο της απομάκρυνσης των ιντρονίων από το σωμάτιο ματίσματος. 2-5 δεσμός Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 37

ΜΑΤΙΣΜΑ mrna video 38

Η αντίδραση αυτο-ματίσματος του ιντρονίου της ομάδας Ι του prerrna του πρωτοζώου Tetrahymena.. Αρχικά, πραγματοποιείται μια τομή στην 5 θέση ματίσματος η οποία συνοδεύεται από την προσθήκη ενός νουκλεοτιδίου G στο ελεύθερο 5 άκρο του ιντρονίου. Μια δεύτερη το- μή στην 3 θέση ματίσματος απελευθερώνει το ιντρόνιο και στη συνέχεια τα δύο εξόνια συνενώνονται. Το ιντρόνιο αναδιπλώνεται μετά από τη σύνδεση του νουκλεοτιδίου που βρίσκεται στο 3 άκρο του με ένα εσωτερικό νουκλεοτίδιο, δημιουργώντας ένα μόριο σχήματος λάσου. Η τομή αυτού του μορίου παράγει ένα κυκλικό και ένα γραμμικό μόριο RNA. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 40

Tom Cech, βραβείο Nobel 1989 igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 41

Σύγκριση των αλληλουχιών DNA του γονιδίου της υπομονάδας ΙΙΙ της οξειδάσης του κυτοχρώματος (COIII) των πρωτοζώων Trypanosome brucei (Tb), Crithridia fasiculata (Cf) και Leishmania tarentolae (Lt), οι οποίες έχουν στοιχιστεί με την αλληλουχία του συντηρημένου mrna του Tb. Με πεζό γράμμα (u) συμβολίζονται τα νουκλεοτίδια U που προστίθενται στο μετάγραφο μέσω στοιχειοθεσίας RNA. Τα κατάλοιπα Τ της αλληλουχίας DNA του γονιδίου Tb που απουσιάζουν από το μετάγραφο RNA φαίνονται με κίτρινο χρώμα. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 42

grna - Editosome igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 43

C to U deamination igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 44

Editing of Angiosperm Mt RNAs 1. Most RNAs are edited 2. Most events are C U, but also U C 3. Preferential editing of coding regions, but introns and untranslated regions are also edited. 4. Editing produces translatable RNAs, and restores conserved amino acids (i.e, functional proteins). igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 45

Το μοντέλο του ριβοσώματος (70S) της E. coli. Η μικρή ριβοσωμική υπομονάδα (30S) φαίνεται με κίτρινο χρώμα και η μεγάλη (50S) με κόκκινο. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 46

Η σύσταση του πλήρους ριβοσώματος και των ριβοσωμικών υπομονάδων στα κύτταρα των θηλαστικών. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 47

Τα γονίδια rrna και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στην E. coli. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 48

Τα γονίδια rrna και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. (α) Διαγραμματική απεικόνιση μιας επαναλαμβανόμενης μονάδας ευκαρυωτικού ριβοσωμικού DNA. Οι κωδικές αλληλουχίες των 18S, 5,8S και 28S rrna φαίνονται με πράσινο χρώμα. NTS = μη μεταγραφόμενη ενδιάμεση αλληλουχία, ETS = εξωτερική μεταγραφόμενη ενδιάμεση αλληλουχία, ITS = εσωτερική μεταγραφόμενη ενδιάμεση αλληλουχία. (β) Η διαδικασία μεταγραφής και επεξεργασίας του 45S pre-rrna, απ όπου προκύπτουν τα ώριμα 18S, 5,8S και 28S rrna. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 49

Τα γονίδια rrna και η παραγωγή του ριβοσωμικού RNA στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 50

Μεταφορικό RNA. γ) Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 51

Χλωροπλαστικό DNA και κωδικοποίηση μεταφορικών RNA igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 52

DNA του πυρήνα και κωδικοποίηση μεταφορικών RNA Michaud et al. The Plant Journal, (2011), 66, 80 93 igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 53