Ekspresja genów

Alternatywny zapis:

na dwa główne etapy: na transkrypcję i na translację. a) Transkrypcja - etap syntezy RNA ● zachodzi w miejscach komórki, w których znajduje się DNA u prokariontów w cytoplazmie, u eukariontów w jądrach komórkowych, mitochondriach, plastydach b) Translacja - etap syntezy białka ● zachodzi u wszystkich organizmów w cytoplazmie, na rybosomach 3. TRANSKRYPCJA - proces syntezy RNA Transkrypcja jest procesem, w którym informacja genetyczna zostaje przepisana z DNA na RNA. Podczas transkrypcji zostaje utworzony łańcuch RNA. Jest on komplementarny do jednej z nici DNA - nici matrycowej. Jego sekwencja jest identyczna jak ta na drugiej nici DNA - nici kodującej, przy czym tymina będzie zastąpiona przez uracyl. Enzymem, który odpowiada za syntezę nici RNA, jest polimeraza RNA. Proces ten odbywa się wyłącznie na matrycy DNA i przebiega wyłącznie w kierunku od 5' do 3¹. Polimeraza RNA przesuwa się wzdłuż nici DNA kontynuując jej rozplatanie. Przykłada nukleotydy do końca 3' wydłużającej się cząsteczki RNA. Po ukończeniu transkrypcji danego odcinka DNA nici ponownie splatają się w podwójną helise Części regulatorowe decydują o początku i końcu transkrypcji: a) promotor - znajduje się przed odcinkiem ulegającym transkrypcji i jest miejscem przyłączenia polimerazy RNA b) druga część regulatorowa genu znajduje się za odcinkiem ulegającym transkrypcji i bierze udział w zakończeniu tego procesu W wyniku transkrypcji: a) genów kodujących RNA powstają wszystkie rodzaje RNA (tRNA, rRNA) z wyjątkiem mRNA b) genów kodujących białka powstają u bakterii - cząsteczki mRNA, a u eukariontów - cząsteczki pre-mRNA (prekursorowe RNA) 4. MODYFIKACJE POTRANSKRYPCYJNE RNA u organizmów eukariotycznych. Po transkrypcji powstaje łańcuch RNA wymagający modyfikacji potranskrypcyjnych, które zachodzą w jądrze komórkowym. Największych zmian wymaga pre- mRNA. Modyfikacje obejmują: a) składanie RNA- wycinanie i usuwanie intronów, łączenie eksonów b) modyfikacja budowy końców cząsteczki - przyłączenie do końca 5' czapeczki (nietypowy nukleotyd), a do końca 3' ogona poli(A), czyli szeregu nukleotydów adenylowych Modyfikacje te prowadzą do powstania dojrzałej ( gotowej do translacji) cząsteczki mRNA. 5. BUDOWA CZĄSTECZKI mRNA składa się z sekwencji kodującej, która ulega translacji na białko 6. ODWROTNA TRANSKRYPCJA - przepisywanie informacji genetycznej z RNA do DNA. Enzymem uczestniczącym jest odwrotna transkryptaza i występuje np. przy wirusie HIV, przy wirusach wywołujących nowotwory, a u roślin przy wirusie mozaiki kalafiora. 7. TRANSLACJA w komórkach eukariotycznych Cząsteczka mRNA opuszcza jądro komórkowe i dostaje się do cytoplazmy, gdzie zachodzi translacja. Translacja (biosynteza białka) - proces syntezy białka zachodzący w cytoplazmie komórki, a dokładniej w rybosomach. Sekwencja nukleotydów w mRNA jest tłumaczona na sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, zgodnie z regułami kodu genetycznego. Wyróżnia się 3 główne etapy translacji: etap 1: inicjacja translacji (rozpoczęcie) - następuje połączenie małej podjednostki rybosomu z tRNA transportującym aminokwas metioninę ( Met - tRNA). Następnie przyłącza się mRNA, którego kodon START o sekwencji AUG tworzy wiązanie wodorowe z antykodonem UAC Met - tRNA. Inicjacja kończy się przyłączeniem dużej podjednostki rybosomu. etap II: elongacja (wydłużenie łańcucha polipeptydowego) - następuje przyłączanie kolejnych aminoacylo - tRNA i wytwarzane są wiązania peptydowe między wcześniej powstałym fragmentem białka a nowym aminokwasem. Łańcuch wydłuża się. Cząsteczka tRNA pozbawiona aminokwasu zostaje odłączona, a rybosom przesuwa się, by odczytać kolejny kodon. Elongacja trwa do czasu kiedy wszystkie kodony zostaną odczytane, a wszystkie aminokwasy - połączone wiązaniami peptydowymi. etap III: terminacja (zakończenie translacji) - następuje przyłączenie do kodonu STOP białka zwanego czynnikiem uwalniającym. Czynnik uwalniający powoduje odłączenie łańcucha polipeptydowego od tRNA. Rybosom rozpada się na podjednostki małą i dużą. 8. TRANSLACJA w komórkach prokariotycznych (np. u bakterii) Przebieg podobny, główne różnice na etapie inicjacji, u bakterii do kodonu START przyłącza się tRNA transportujący fermylometioninę (pochodna metioniny). 9. ZWIĘKSZENIE WYDAJNOŚCI TRANSLACJI Cząsteczki mRNA charakteryzują się krótkim czasem półtrwania. Wydajność zwiększa się, gdyż z jedną cząsteczką mRNA często łączy się więcej niż jeden rybosom, tworząc polirybosom (polisom), a na każdym z rybosomów zachodzi synteza łańcucha polipeptydowego. Polirybosom pozwala na jednoczesną syntezę wielu identycznych łańcuchów polipeptydowych, co zwiększa syntezę białek w komórce czyli translację. 10. MODYFIKACJE POTRANSLACYJNE BIAŁEK W wyniku translacji powstaje nieaktywne białko o strukturze pierwszorzędowej. Białka po zakończonej translacji ulegają modyfikacjom potranslacyjnym, dzięki którym stają się aktywne biologicznie. Podczas modyfikacji zachodzi proces fałdowania (zwijania) czyli uzyskania przez białko ostatecznej struktury przestrzennej. Powstaje aktywne białko o strukturze trzeciorzędowej lub czwartorzędowej. Procesy modyfikacji pełnią także funkcję znakowania białek, dzięki czemu następuje ich sortowanie i kierowanie do odpowiednich miejsc w komórce bądź poza komórką.