Procesy realizácie genetickej informácie

1. enhancer aktivátor RNA polymeráza II molekula adaptora TATA box smer transkripcie kódujúca oblasť regulačná oblasť - promótor - 90 -80 -35 -10 ..3´ 5´... UTR intrón GC CAAT intrón UTR TATA exón1 exón2 exón3 ATG GT AG GT AG TAA AATAAA TAG TGA miesto naviazania syntéza pre-mRNA transkripčných faktorov (napr. TF II D) posttranskripčná úprava pre-mRNA mRNA translácia MEDZI ZÁZRAKY PRÍRODY PATRÍ AJ TO, ŽE VLASTNOSTI BIELKOVÍN ZÁVISIA PREDOVŠETKÝM OD ICH PRIMÁRNEJ ŠTRUKTÚRY, ČIŽE PORADIA (SEKVENCIE) AMINOKYSELÍN, Z KTORÝCH SA SKLADAJÚ. TOTO PORADIE JE ZAKÓDOVANÉ V ŠTRUKTÚRNYCH GÉNOCH V DNA. V PROCESE TRANSKRIPCIE (PREPISU) SA PODĽA GÉNU ZHOTOVÍ JEHO KÓPIA – MOLEKULA MEDIÁTOROVEJ RIBONUKLEOVEJ KYSELINY (mRNA), KTORÁ PREJDE Z JADRA DO CYTOPLAZMY, AŽ K RIBOZÓMOM. REALIZÁCIA GENETICKEJ INFORMÁCIE NASTANE V PROCESE TRANSLÁCIE (PREKLADU), KEĎ SA, POMOCOU GENETICKÉHO KÓDU, PREVEDIE PORADIE DUSÍKOVÝCH BÁZ DO PORADIA AMINOKYSELÍN PROTEÍNU (BIELKOVINY). PROTEÍNY SÚ NÁSLEDNE CHEMICKY UPRAVOVANÉ A SPÁJANÉ DO VYŠŠÍCH KOMPLEXOV V ENDOPLAZMATICKOM RETIKULE A V GOLGIHO APARÁTE. V NIEKTORÝCH BUNKÁCH, AKO DÔSLEDOK DIFERENCIÁCIE, DOCHÁDZA K ALTERNATÍVNEMU POUŽITIU GENETICKEJ INFORMÁCIE –ZMENOU ZAČIATKU TRANSKRIPCIE ALEBO ÚPRAVOU mRNA SA DOSAHUJE STAV, ŽE SA PO TRANSKRIPCII TOHO ISTÉHO GÉNU V RÔZNYCH BUNKÁCH SYNTETIZUJÚ RÔZNE PROTEÍNY. Pre samotnú proteosyntézu – transláciu,sú okrem mRNA, ktorá v svojej štruktúre nesie informáciu, potrebné ešte aj transferové ribonukleové kyseliny (tRNA) a ribozómy (v ktorých sa proces uskutočňuje). Transferové RNA sú molekuly, ktorémajú v plošnej schéme tvar trojlístka (A) a v priestore (B) tvar písmena „L“, ramená ktorého majú iný uhol, u každej z tRNA. Z funkčného hľadiska má tRNAdva dôležité sekvencie – antikodón (komplementárny k niektorému z kodónov v mRNA a tzv. akceptorové rameno – na ktoré sa pripájapríslušná aminokyselina. Ribozóm cicavov sa skladá z dvoch podjednotiek, ktoré sú komplexom štyroch typov rRNA a 82 proteínov: Veľká podjednotka sa skladá z 3 typov rRNA (28S, 5,8S a 5S) a 49 proteínov. Malá podjednotka má 1 typ rRNA (18S) a 33 proteínov. Kompletný ribozóm sa v bunke vyskytuje len vtedy, keď vykonáva svoju funkciu – syntézu bielkoviny. Inak sú podjednotky disociované. Proces translácie má 3 etapy – iniciáciu, elongáciu a termináciu. Iniciácia translácie má 6 etáp: 1) Po disociácii ribozómu sú na malú podjednotku naviazané eukaryotické iniciačné faktory eIF-1A a eIF-3.2) Ak má proces začať, vznikne tetramér zložený z GTP, eIF_2 a tRNA+metionín.3) Tetramér sa spojí s malou podjednotkou ribozómu – vznikne - tzv. prediniciačný komplex.4) Prediniciačný komplex rozpozná čiapočku mRNA a pripojí sa na ňu a na 5´UTR.5) Celý komplex sa pohybuje po mRNA, kým nenájde štart-kodón, na ktorý sa svojim antikodónom pripojí tRNA. Regulačné proteíny sa odpoja.6) Pripojí sa veľká podjednotka ribozómu a aktivujú sa v nej funkčné miesta:A – aminokyselinové, kde sa aminokyselina naviaže na príslušnú tRNA, P – peptidové, kde sa aminokyseliny navzájom spájajú peptidovými väzbami, E - pre odchod syntetizovanej bielkoviny z ribozómu, R - pre odchod tRNA, ktorá odovzdala aminokyselinu. Začína sa elongácia – samotná syntéza proteínu. Následne sa antikodónom na nasledujúci triplet v mRNA pripojí (za pomoci elongačného faktora EF-Tu) ďalšia tRNA, nesúca svoju aminokyselinu, ktorá sa dostáva najprv do A miesta. Prvá a druhá aminokyselina sa spoja peptidovou väzbou (v P mieste) a mRNA v ribozóme sa posunie (pôsobením elongačného faktora EF-G) o jeden triplet ďalej k 3´ koncu. tRNA, ktorá priniesla prvú aminokyselinu vypadne (cez R miesto na ribozóme). Zároveň príde tretia tRNA nesúca svoju aminokyselinu.Vo veľkej podjednotke sa spojí druhá a tretia aminokyselina. Ribozóm sa posunie o jeden triplet. Druhá tRNA vypadne a príde štvrtá tRNA nesúca svoju aminokyselinu, atď.. Vznikajúci proteín sa cez E miesto vysúva z ribozómu. Proces pokračuje až kým sa v mRNA nevyskytne stop triplet. Na stop-triplet je naviazaný zvláštny proteín, ktorý spôsobí, že sa ribozóm rozpadne a translácia sa ukončí– termináciatranslácie. Ako bolo už uvedené, v rámci diferenciácie buniek sa alternatívnym využitím genetickej informácie dosahuje stav, že výsledkom expresie toho istého génu sú rôzne proteíny. Keďže vlastnosti bielkovín závisia len od poradia aminokyselín, z ktorých sa skladajú, 1) Alternatívny štart transkripcie (napr. génu pre dystrofín) vznikajú proteíny, ktoré majú rôznu dĺžku a rovnaký majú len koniec. V bunkách svalov má dystrofínový proteín 427 aminokyselín, ale v bunkách neuroglie má len 71. 2) Alternatívny zostrih (RNA processing) je proces, pri ktorom sa z pre-mRNA vystrihnú nielen intróny, ale aj niektorý(é) z exónov. Príkladom je gén pre kalcitonín, ktorý má 5 exónov. V štítnej žľaze využívajú prvé 4 z nich a v nervovej sústave chýba štvrtý exón, ale je tam piaty. 3) Editovanie RNA je proces, pri ktorom sa cielene a zámerne, enzymatickým zásahom zmení niektorý z kodónov na signál pre poly(A)polymerázu alebo na stop-triplet, napríklad v géne pre apolipoproteín B. V pečeni má apoB100 4536 aminokyselín, kým v čreve má apoB45 len 2152. Procesy realizácie genetickej informácie Realizácia genetickej informácie sa uskutočňuje v procesoch transkripcie (prepisu) a translácie (prekladu). Molekula DNA obsahuje nielen samotnú kódujúcu informáciu a regulačné oblasti, ktoré riadia jej priebeh, ale aj gény, kódujúce proteíny, ktoré celý proces zabezpečujú a riadia. Schéma transkripcie: Transkripcia začína tým, že sa do veľkého závitu DNA pred génom naviaže doména (regulačný proteín). Nasleduje rozpad nukleozómov a linearizácia DNA. Enzým helikáza oddelí od seba reťazce DNA a pomocné proteíny ich stabilizujú. Proces (tzv. inicializácie) pokračuje tým, že sa na hlavné regulačné „boxy“ (TATA, CAAT, GC) postupne naviažu v správnom poradí regulačné bielkoviny – transkripčné faktory (IID + IIB + RNA polymeráza II + IIF +IIE +IIH). Hlavným transkripčným faktorom je RNA polymeráza II. Proces sa ale ešte nemôže začať, pretože sa k tomuto „sendviču“ musí (zmenou konformácie DNA) cez molekuly adaptora a aktivátora pripojiť hlavná regulačná oblasť – enhancer (urýchľovač) alebo silencer (spomaľovač), ktorý rozhoduje o rýchlosti procesu: Transkripcia (syntéza pre-mRNA) začína na UTR, 10 báz pred štart tripletom a prebieha až do konca UTR za posledným exónom. Za ním nasleduje sekvencia AATAAA, ktorá je miestom pre väzbu a aktiváciu enzýmu poly(A) polymeráza, ktorý vytvorí na konci molekuly reťazec z niekoľkých desiatok až stoviek adenínov. Tento polyA „chvostík“ nielen chráni molekulu budúcej mRNA z tohto (3´) konca, ale má aj zásadný význam pri riadení toho, koľko krát sa môže použiť tá istá mRNA na transláciu. Transkripciou vzniká tzv. primárny transkript (pre-mRNA), ktorá sa musí ešte upraviť (tzv. maturácia mRNA). Maturácia mRNA spočíva v dvoch procesoch: 1) Na 5´začiatok pre-mRNA sa väzbou 5´ 5´ pripojí metylguanozín, čím vznikne tzv. čiapočka (cap). Jej úlohou je nielen chrániť mRNA na jej dlhej ceste z jadra k ribozómom v cytoplazme, ale má zásadný význam pri tzv. iniciácii (začatí) translácie tým, že sa podieľa na aktivácii ribozómu. 2) Nepotrebné kópie intrónov sa musia odstrániť – enzymaticky vystrihnúť (tzv. splicing). Na začiatku a na konci každého intrónu sú typické sekvencie dusíkových báz (GU a AG), ktoré sú rozpoznávané tzv. malými jadrovými RNA (tzv. snRNA), ktoré sa na ne naviažu. snRNA rozpoznajú príslušné enzýmy, úsek nimi ohraničený vystrihnú a spoja kópie exónov. Na zrelú mRNA sa naviažu stabilizačné proteíny a „vyvedú“ ju z jadra do cytoplazmy.