Biológia | Genetika » Transzkripció, transzláció, bakteriális genetika

7. heti szeminárium Transzkripció, transzláció Bakteriális genetika A prokarióta sejtek genetikai állománya • bakteriális kromoszóma • plazmidok • bakteriofág genom – integrálódva – citoplazmában (esetleg körré záródva) A prokarióta sejtek genetikai állománya kromoszóma duplikáció és szétválás plazmid duplikáció és szétválás E. coli genom: kb 1,4 mm relaxált forma E. coli sejt: kb 2 μm negatív szuperhelikális feszülésű formák replikációs villa bakteriális kromoszóma replikációja – θ (theta)replikáció gördülő kerék mechanizmus – fágok és egyes plazmidok replikációja Az eukarióta sejtek genetikai állománya • a DNS nem egy molekula formájában van jelen, hanem több lineáris kromoszómába van szétosztva • a mitokondriumok és a kloroplasztok szintén tartalmaznak DNS-t (több kópiát), mely cirkuláris szerkezetű, és a bakteriális kromoszómára hasonlít mind szerkezetében,

mind működésében • virális genomok szintén előfordulhatnak Ember: 3,5 × 109 nukleotid pár 30 000 gén összesen 1,7 m 1500 replikációs origó A prokarióta és az eukarióta DNS duplikáció PROKARIÓTA • iniciálás (E. coli): – – – – DnaA: oriC-hez kötődik DnaB: helikáz, replikációs villa képzése giráz: topoizomeráz (II. tip) SSB: egyszálas DNS-hez kötődik, stabilizálja – primáz (DnaG): primer (kb. 10 kbp RNS) szintézise • fő enzim: DNS polimeráz III (multimer) EUKARIÓTA • iniciálás: – origin recognition complex (ORC) kapcsolódik az origóhoz – T-antigén: helikáz, replikációs villa képzése (minichromosome maintenance = MCM complex) – topoizomeráz (II. tip) – RPA: egyszálas DNS-hez kötődik, stabilizálja – DNS polimeráz α: primer (kb. 10 kbp RNS) szintézise – 5’ – 3’ elongációs aktivitás – 3’ – 5’ exonukleáz aktivitás (proofreading) • fő enzim: DNS polimeráz δ (PCNA

kapcsolódik hozzá) – 5’ – 3’ elongációs aktivitás – 5’ – 3’ exonukleáz aktivitás – 3’ – 5’ exonukleáz aktivitás (proofreading) • primer eltávolítása: pl.: RNázH, MF1 (a lyukat a DNS polimeráz δ foltozza be) • primer eltávolítása: DNS polimeráz I (a lyukat be is foltozza) • DNS ligáz: 3’ OH és 5’ OH (Pcsoportban) között hoz létre kovalens kötést (ATP igényes) – 5’ – 3’ elongációs aktivitás – 3’ – 5’ exonukleáz aktivitás (proofreading) – 5’ – 3’ exonukleáz aktivitás • DNS ligáz: 3’ OH és 5’ OH (Pcsoportban) között hoz létre kovalens kötést (ATP igényes) • mitokondriumban: DNS polimeráz γ DNS transzkripció mRNS transzláció fehérje kódoló (sense) DNS szál: a gén (és T helyett U-t írva a mRNS) szekvenciáját ez alapján adjuk meg, 5’ - 3’ irányú templát (antisense) DNS szál: a kódoló szál komplementere, erről szintetizálódik a mRNS, 3’ – 5’

irányultságú egy bázistriplet = kodon a kodon a mRNS-en található bázistriplet • univerzális • redundáns (degenerált) • lötyög A prokarióta és az eukarióta gének PROKARIÓTA EUKARIÓTA • a DNS bármely szálán találhatóak gének A DNS bármely szálán találhatóak gének A prokarióta és az eukarióta gének PROKARIÓTA • a gének egy nagyobb szabályozási egység (operon) részeként helyezkedhetnek el a genomban (nem csak úgy) • a gének előtt, az operon elején helyezkedik el a promóter, ahová az RNS polimeráz kapcsolódni tud • a gének intronmentesek (nem tartalmaznak nem kódoló részeket) EUKARIÓTA • a gének nem rendeződnek operonokba, minden gén önálló szabályozási egység • minden gén előtt saját promóter helyezkedik el, operonok nem alakulnak ki • a gének exonokból (kódoló részek) és intronokból (nem kódoló szakaszok) állnak operonba nem rendeződő gének elhelyezkedése egy

baktérium kromoszómán operonba rendeződő gének elhelyezkedése egy baktérium kromoszómán mind az 5 gén átírását egy promóter kontrolálja A prokarióta és az eukarióta gének PROKARIÓTA • szabályzó elemek a DNSen az operátor régió, ahová represszor molekulák képesek kapcsolódni, meggátolva az átírást, ill. maga a promóter, ahová az RNS polimeráz kötődését segítő molekulák kapcsolódhatnak EUKARIÓTA • szabályozó elemek a DNSen az enhancer (serkentő) és a silencer (elnémító) szekvenciák • az enhancer szekvenciákhoz transzkripciós aktivátorok és transzkripciós faktorok kötődnek, melyek kapcsolatot létesítenek a promóterhez kapcsolódó más transzkripciós faktorokkal és az RNS polimerázzal A prokarióta és az eukarióta gének PROKARIÓTA • a promóter (és az operátor) mindig az operon (vagy gén) előtt helyezkedik el (5’ irányban), irányultságuk 5’ – 3’ • egy génből ált. egy kópia –

egy allél található, hiszen a prokarióták haploidok EUKARIÓTA • a silencer szekvenciákhoz transzkripciót gátló faktorok kapcsolódhatnak • a silencerek és enhancerek a génhez képest bárhol lehetnek (5’ és 3’ irányban is) • a promóter mindig a gén előtt helyezkedik el (5’ irányban, vagy másképp: upstream), irányultsága 5’ – 3’ • egy génből ált. két kópia – két allél található, hiszen az eukarióták ált. diploidok Egy prokarióta gén -35 TTGACAT -10 TATAAT TATA-box = Pribnow-box Egy eukarióta gén és a róluk átíródó mRNS-ek A prokarióta és az eukarióta transzkripció iniciálása PROKARIÓTA EUKARIÓTA • a promótert a TBP (TATA-box binding protein = TATA-box kötő fehérje) ismeri fel • az RNS polimeráz promóter felismerését a σ (szigma) -faktor teszi lehetővé A prokarióta és az eukarióta transzkripció terminációja PROKARIÓTA EUKARIÓTA • az at (antiterminációs

faktor) felismer egy AATAAA szekvenciát, leválik az RNS polimerázról, ami a legközelebbi T-gazdag szakasznál leválik a DNS-ről • az RNS polimerázt – vagy a ρ (rhó) –faktor – vagy egy, az RNS-en kialakuló attenuátor szekvencia választja le a DNS-ről A prokarióta és az eukarióta transzkripció PROKARIÓTA EUKARIÓTA • a DNS a sejtmagban nukleoidban található, szeparálva van a található, vagyis nincs citoplazmától szeparálva a citoplazmától • a DNS • a DNS-ről mRNS íródik át • a DNS-ről hnRNS íródik át, melyből átszabás (intronok eltávolítása) és érés után keletkezik mRNS • a mRNS több génről is tartalmazhat információt (policisztronális) • a mRNS csak egy génről tartalmazhat információt (monocisztronális) A prokarióta és az eukarióta transzkripció PROKARIÓTA EUKARIÓTA • Egy prokarióta RNS polimeráz van. A szigmafaktor adja a promóter szelektivitást. • A rRNS-ek és a tRNS-ek a

prokariótáknál is érésen mennek át. • Három eukarióta RNS polimeráz van. – RNS polimeráz I: • 28S rRNS • 18S rRNS • 5,8S rRNS – RNS polimeráz II: • mRNS – RNS polimeráz III: • tRNS • 5S rRNS A prokarióta és az eukarióta riboszómák A prokarióta rRNS és tRNS érése Az eukarióta rRNS érése A prokarióta és az eukarióta transzláció PROKARIÓTA EUKARIÓTA • a fehérjeszintézis még az • a fehérjeszintézis csak a mRNS végleges kialakulása előtt megkezdődhet, hogy és a citoplazmába történő a transzkripció transzportja után befejeződne kezdődhet meg • egy mRNS-ről egyféle • egy policisztronális fehérje íródik át mRNS-ről annyi féle fehérje készül, ahány génről hordoz információt • a génekről más géntermék • minden gén egyféle íródhat át a sejt fehérjét kódol funkciójától ill. fejlődési stádiumától függően Egy eukarióta gén – több lehetséges fehérje

A prokarióta transzkripció és transzláció a riboszóma-kötőhely a Shine-Dalgarno szekvencia, minden kódoló szakasz előtt van egy a riboszóma legnagyobb valószínűséggel az első Shine-Dalgarno szekvenciához fog kötődni, de bizonyos valószínűséggel kötődhet a második vagy az az utáni kódoló szakasz Shine-Dalgarno szekvenciájához minden kódoló szakasz STOP kodonnal ér véget, ahol a riboszóma leválik a mRNS-ről A prokarióta és az eukarióta transzláció PROKARIÓTA • a riboszóma kis alegysége kapcsolódik a Shine-Dalgarno szekvenciához (iniciációs faktor is szükséges) EUKARIÓTA • iniciátor tRNS (Met) kapcsolódik a riboszóma kis alegységéhez (iniciációs faktor is szükséges) • tRNS kapcsolódik az első AUG (esetleg GUG vagy UUG) kodonhoz (formil-Met) • a kis alegység felismeri a mRNS sapka régióját, és attól kiindulva keresi az első, megfelelő környezettel rendelkező AUG kodont (Kozak-szekvencia) •

nagy alegység is kapcsolódik • kapcsolódik a nagy alegység • az iniciációhoz összesen kell 3 iniciációs faktor és GTP • az iniciációhoz összesen kell 9 iniciációs faktor, GTP és ATP • elongációhoz elongációs faktorok • elongációhoz elongációs faktorok és GTP szükségesek és GTP szükségesek • a terminációhoz terminációs faktorok (kétféle van) szükségesek • a terminációhoz terminációs faktor (egyféle van) és GTP szükségesek A génexpresszió kontrolálási pontjai 1. 2. 3. 4. 5. 6. Transzkripció regulációja RNS processzálás Transzláció kontrollja mRNS stabilitása Poszttranszlációs kontroll DNS átrendeződés (rearrangement) Transzkripció regulációja prokaryótákban • Negatív regulációhoz tartozó indukálható és represszálható rendszerek • Pozitív reguláció Negatív reguláció katabolikus (metabolikus) operonok anabolikus operonok Pozitív reguláció Laktóz

metabolizmus és a génreguláció operonális rendszere • Lac- mutánsok • Indukálható és konstitutív szinzézis és represszió • Represszor • Operátor régió • Promóter régió • Transzkripció reguláció operonális rendszere • A Lac operon pozitív regulációja A lac operon indukciójának következményei A laktóz (lac) operon ciklukus AMP (cAMP) A lac operon különböző regulációs állapotai A lac operon regulációs szekvenciái Az E. coli triptofán (trp) operon Az E.coli trp operon szabályozása A trp leader (vezető) mRNS és a leader (vezető) polipeptid szekvenciája A trp operon regulációja attenuációval A trp attenuátor terminális régiója A hisztidin (A) és a fenilalanin (B) operon vezető mRNS-e és vezető peptidje Reguláció riboswitch-ekkel