Транскрипция. Молекулярная биотехнология. Часть 2

Т Р А Н С К Р И П Ц И Я
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ ч. 2

Транскрипция - это синтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

Принципы транскрипции:
1. Комплементарность.
2. Антипараллельность.
3. Униполярность.
4. Беззатравочность.
5. Асимметричность.
РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК. Рост цепи РНК идет только в направлении 5'→3'. Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в поли- или олигонуклеотидной затравке.
Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата.

Понятие об опероне
Оперон - единица транскрипции у прокариот

Промотор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как посадочная площадка и старт синтеза РНК.
Только с промотора может начаться синтез специфической РНК.
Терминатор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как финиш транскрипции.
Цистрон - последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая один полипептид (в большинстве случаев - белок) или одну тРНК, или одну рРНК

Оператор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая белком-репрессором.

Асимметричность
Транскрибируются обе цепи ДНК, но в каждом отдельном опероне только одна из них. Какая именно, определяется положением промотора и терминатора.

Особенности структуры промотора

Узнавание и прочное связывание происходит на разных участках ДНК.
Эти участки отличаются и по первичной, и по вторичной структуре. Путем секвенирования выявили структуру многих промоторов. У большинства из них имеется общее свойство.

Структура ДНК-зависимой РНК-полимеразы E.coli
6 субъединиц: 2α β β’ ω δ - холофермент
2α β β’ ω - core-фермент
Кофактор: ионы Mg

Этапы транскрипции
1. Узнавание и прочное связывание

Примерно 5% промоторов у прокариот имеют только участок "-10", однако, тем не менее, хорошо узнаются РНК-полимеразой. Такие промоторы представлены палиндромными последовательностями, принимающими форму креста при суперспирализации кольцевых молекул ДНК.
Палиндромы - последовательности, которые читаются одинаково слева направо и справа налево.

2. Инициация заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между пурин-трифосфатом (АТФ или ГТФ) и следующим нуклеотидом. После инициации - фактор покидает фермент.
3. Элонгация - последовательное наращивание цепи РНК (или продолжение транскрипции).
4. Терминация. Специфическая терминация бывает:- - независимой и - зависимой.
"Мотором" транскрипции является энергия, высвобождающаяся при отщеплении пирофосфата от каждого рибо-НТФ.
Ингибиторы транскрипции
Рифампицин - ингибитор инициации.
Связывается с центром инициации holo-РНК-полимеразы E. сoli.
Стрептолидигин - ингибитор элонгации.
Связывается с центром элонгации core-РНК-полимеразы E. сoli.

СХЕМА ЭТАПОВ ТРАНСКРИПЦИИ

- независимая - зависимая
терминация терминация

- независимая терминация

Регуляция транскрипции у прокариот
Схема негативной индукции Жакоба и Моно
Lac-оперон E. coli содержит 3 гена, отвечающие за образование белков, участвующих в переносе в клетку дисахарида лактозы и в ее расщеплении.
Z - галактозидаза (расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу).
Y - галактозидпермеаза (переносит лактозу через мембрану клетки).
А - тиогалактозидтрансацетилаза (ацетилирует галактозу).

Эта схема называется так потому, что контролирующим транскрипцию фактором является негативный фактор, "выключатель" - белок - репрессор. Индукция (включение) происходит при потере сродства белка - репрессора к оператору

Схема позитивной индукции Аra-оперон E. сoli
Эта схема регуляции называется позитивной индукцией, поскольку контролирующий элемент - белок - активатор "включает" работу оперона.

Схема позитивной репрессии
Оперон синтеза рибофлавина у Вacilus subtilis.
Позитивная репрессия, поскольку в регуляции участвует белок - активатор, а сама регуляция заключается в выключении транскрипции.

Схема негативной репрессии
Оперон синтеза триптофана у E. сoli.
Схема регуляции - негативная репрессия, потому что белок репрессор "выключает" оперон

Задание
1. Термины по темам структура нуклеиновых кислот, репликация и транскрипция.
2. Каков порядок нуклеотидов в мРНК, синтез которой осуществляется по ДНК со следующим порядком пар нуклеотидов
промотор 5’- TGCCAGGTTGA – 3’
3’ – ACGGTCCAACT – 5’
3. По приведенной ниже последовательности нуклеотидов одной из цепочек ДНК постройте комплементарную цепочку. Найдите в этой последовательности палиндром. Изобразите возможную вторичную структуру этого участка ДНК.
ATCCCAGACTGGTATCCAGCCAGTCTGGCAA.