Генетическая информация, транскрипция

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГ БОУ ВПО «ПГУ»

ПЕНЗЕНСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ИМ. В.Г.БЕЛИНСКОГО

Реферат по микробиологии

на  тему:

“Генетическая информация,

транскрипция”.

Выполнила: студентка  гр.11ГБ2

Естественно – научного факультета

Колесникова А.Ю.

Пенза 2013 г

Молекулы ДНК  —носители генов — Организованы внутри клеток в особые структуры хромосомы. Термин хромосома был введен для ядерных структур эукариотических клеток, но позже стал использоваться с определенными оговорками и для ДНК-структуры бактерий. Бактериальные клетки содержат, как правило, только одну хромосому. Независимо от хромосомной или внехромосомной локализации генов всю их совокупность у данного микроорганизма называют геномом.      Организация и использование генегической информации в клетках эукариот, бактерий и архей существенно различаются. У эукариот генетическая информация заключена главным образом в генах, причем их кодирующие участки (экзоны) прерываются некодирующими участками (интронами). Транскрипционная единица у эукариот обычно включает один ген; его РНК-копия образуется в ядре и там же претерпевает модификацию, при которой происходит удаление интронов и соединение экзонов. При этом формируется сплайсома — многокомпонентный рибонуклеопрогеиновый комплекс.  У бактерий многие транскрипционные единицы включают несколько генов и, как правило, не содержат интронов. Транскрипция и трансляция у них тесно сопряжены и происходят в цитоплазме.      Цистрон, или структурный ген, представляет собой функциональную единицу генетического материала. Гены включают, помимо цистронов, регуляторные нукдеотидные последовательности, такие как операторы, которые служат цис-действующими элементами, проявляющими свой эффект только в отношении генов, расположенных рядом с ними (цис- доминантность). В то же время гены способны проявлять и транс-активность если кодируют транс-активные белки. Характерная особенность бактерий состоит в том, что у них несколько цистронов могут транскрибироваться с образованием общей полицистронной мРНК. Организованные таким образом цистроны составляют оперон(транскрипционная единица, содержащая промотор, оператор и структурные гены функционально связанные между собой). При их совместной транскрипции и трансляции часто имеют место полярные эффекты, ими,объясняется то, что мутация в одном цистроне может влиять на экспрессию другого цистрона, расположенного полярно, т. е. ниже в данной молекуле мРНК по направлению транскрипции.           Процесс экспрессии генов включает два этапа — транскрипции и трансляции. Транскрипцией называют синтез РНК на матрице ДНК (матричной цени ДНК). Образующаяся РНК может представлять собой конечный продукт гена (как, например рРНК, тРНК или антисмысловая РНК) либо матрицу (мРНК) для синтеза белка в процессе трансляции. Термин трансляция означает перевод информации, которую несет нуклеотидная последовательность, в аминокислотную последовательность кодируемого белка на основе генетического кода.         Бактериальные клетки содержат РНК по меньшей трех типов. В наибольшем количестве (до 80% всей РНК) в них присутствует рибосомная РНК (рРНК), т. е. РНК, входящая в состав рибосом. Второй тип РНК — по транспортная РНК (тРНК); молекулы тРНК связываются с кодонами соответствующих аминокислот. Молекулы РНК третьего типа наиболее разнообразны это информационная (матричная) РНК (мРНК), т. е. промежуточная матрица, но средством которой генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется в виде аминокислотной последовательности белковой молекулы. Еще один, редко встречающийся тип РНК недавно обнаружен у миксобактерий. Он представляет собой гибрид ДНК-РНК, образуемый с участием обратной транскриптаэы; функции такого гибрида пока неизвестны. Все типы РНК в бактериальной клетке синтезируются путем транскрннции. Транскрипционная единица может включать один или (в случае оперонов) несколько цистронов. Транскрипция, осуществляемая на матрице ДНК,—это процесс полимеризации рибонуклеозидтрифосфатов с образованием рибонуклеиновой кислоты и высвобождением одной молекулы пирофосфата на каждую образовавшуюся фосфодиэфирную связь. Подобно любому процессу синтеза биологических макромолекул, транскрипция вклкачает три функционально различных этапа — инициации, элонгации и терминации; процесс катализируется ДНК-зависимой РНК-полимеразой (РНП). Как только растущая цепь мРНК начинает высвобождаться из комплекса белок—нуклеиновая кислота, система трансляции узнает определенные сигналы и на мРНК начинается синтез белка. Такое непосредственное сопряжение транскрипции и трансляции является характерной особенностью бактерий.        Инициация транскрипции происходит на участках ДНК, называемых промоторами, которые распознаются ДНК-завиеимыми РНК-полимеразами. Основу этих ферментов составляют четыре полипептида: две  α-субъединицы, одна β- и одна β'-субъединицы, которые образуют четвертичную структуру α2 β β'. Для инициации транскрипции РНК-полимераза должна содержать дополнительную σ -субъединицу. Эта субъединица обеспечивает специфичесое узнавание сайта начала транскрипции - промотора —и связывание с ним. Комплекс α2 β β'σ имеет название холофермент РНК-полимераза. Сигма-субьединицы придают бактериальной ДНК-зависимой РНК-полимеразе специфичность к нуклеотидным последовательностям. Эти субъединицы распознают промоторы генов, которые должны экспрессироваться в данных условиях.

У Е. coli в наибольшем количестве относительно других σ -факторов присутствует фактор σ 70(RpoD), ответственный за узнавание большинства «вегетативных» (регулирующих экспрессию белков фазы роста культур) промоторных последовательностей. Последние содержат консенсусные элементы TTGACA, расположенные на 35 п.н. выше точки начала транскрипции, и ТАТААТ— на 10 п.н. выше этого сайта; это так называемые сегменты —35 и —10. Консервативные последовательности расположены также перед -10-сегментом (расширенный -10-район), и около позиции —43 (здесь это АТ-богатая последовательность, называемая вышерясположгнной активирующей областью)

Инициация транскрипции происходит в три этапа. Первый этап — это термодинамически регулируемое узнавание и связывание холофермента РНК-полимеразы с промоторной последовательностью, приводящее к образованию так называемого закрытого комплекса. При связывании участвует АТ-богатая вышерасположенная активирующая область. На втором этапе происходит кинетически регулируемая изомеризация с формированием открытого комплекса —расхождение цепей ДНК на участке длиной примерно 10 п.н. вокруг точки начала транскрипции и образование первой фосфодиэфирной связи между двумя рибонуклеотидтрифосфатами, т. е. динуклеотида РНК, от которого начинается удлинение цепи РНК. Таким образом, открытый комплекс характеризуется наличием одноцепочечного вздутия (глазка) ДНК. В открытом комплексе синтезируется короткий фрагмент РНК длиной примерно 10 нуклеотидов. Если он диссоциирует от комплекса, завершается цикл абортивной инициации. Третий этап, называемый высвобождением промотора, представляет собой переход от инициации транскрипции к элонгации.

Элонгация. После образования фрагмента РНК длиной примерно 12 нуклеотидов σ -фактор покидает ннициаторный комплекс и молекула РНК-полимеразы переходит в состояние, характерное для этапа элонгации. Фермент продвигается вдоль цепи мРНК, непрерывно раскручивая двойную спираль ДНК впереди точки полимеризации и вновь закручивая ее позади этой точки, т. е. высвобождая новосинтезировапную цень мРНК. Скорость этого процесса не постоянна — синтез может остановливаться во многих участках, главным образом в области палиндромных последовательностей, способных образовывать шпилькообразные структуры в растущей цепи РНК. На каждом участке остановки РНК-полимераза может либо возобновить элонгацию, либо преждевременно завершить синтез. Термннацию синтеза РНК па З'-конце транскрибируемой последовательности обеспечивают присутствующие в цепи ДНК сигналы терминации транскрипции (стоп-сигналы) двух типов.        Стоп-сигналы I типа —это сайты фактор- независимой терминации, в которых остановку РНК-полимеразы вызывают GC-богатые участки ДНК, образующие петлеобразную структуру.          Стоп-сигналы II типа вызывают терминацию при участии терминирующего транскрипцию белка — Rho-фактора. Этот гексамерный РНК-связывающий белок предположительно сворачивает растущую цепь РНК позади РНК-полимеразы. Остановка транскрипции. В завершении синтеза р-,т- РНК участвуют дополнительные белки, названные антитерминаторами. Деградация мРНК происходит под действием экзонуклеаз (с З'-конца или под действием эндонуклеаз (главным образом в районе 5'-конца). Общие заключения относительно периода полужизни мРНК невозможно сделать из-за их огромного структурного разнообразия, однако предполагается, что многие мРНК стабильны благодаря трансляции, поскольку связывание с рибосомой, по видимому, маскирует участки, подвергающиеся расщеплению.