Строение гена
Организация генов у про- и у эукариот имеет целый ряд различий.
Цистрон - фрагмент ДНК или РНК цепи, который кодирует аминокислотный состав одной полипептидной цепи. По факту этот несколько устаревший термин аналогичен понятию «ген».
Строение гена эукариот
В гене выделяется регуляторная и кодирующая зоны.
Кодирующая зона будет определять структуру РНК и в дальнейшем белков.
Регуляторная зона включает в себя:
- промотор,
- оператор
- терминатор.
Промотор - участок (сайт) прикрепления РНК-полимеразы - фермента, катализирующего синтез и-РНК.
Оператор – участок ДНК, который включает и выключает структурные гены (или цистроны).
Если на операторный участок садится белок-репрессор, он мешает продвижению РНК-полимеразы и блокирует транскрипцию.
Терминатор - нуклеотидная последовательность ДНК, на которой завершается транскрипция гена или оперона.
Интроны — участки ДНК, копии которых удаляются из первичного транскрипта и отсутствуют в зрелой РНК.
Экзоны - участки ДНК, копии которых составляют зрелую РНК.
Строение гена прокариот
Специфичным для прокариот является оперонная система организации генов.
Оперон - группа структурных генов (цистронов), управляемая одним оператором.
Гены одного оперона расположены в кольцевой хромосоме рядом и контролируют ферменты, осуществляющие последовательные реакции синтеза.
Сравним строение гена прокариот и эукариот:
1. ДНК прокариот замкнута в кольцо, ДНК эукариот линейной формы.
2. Для эукариот не характерна оперонная организация генов. Каждый ген имеет свою собственную регуляторную область.
3. У эукариот кодирующая часть гена делится на интроны и экзоны. У прокариот интроны отсутствуют.
4. Из-за отсутствия физического барьера (ядерной мембраны) у прокариот трансляция сопряжена с транскрипцией (трансляция начинается ещё до завершения транскрипции). У эукариот сопряжение трансляции и транскрипции отсутствует.
Этапы транскрипции
Транскрипция включает три этапа:
- Инициация
- Элонгация
- Терминация
После синтеза первичного транскрипта (пре-РНК) происходит процессинг, включающий:
- Сплайсинг
- Кэпирование
- Полиаденирование
Инициация транскрипции
Инициация транскрипции — это связывание ДНК-зависимой РНК-полимеразы (катализатора транскрипции) с промотором. Активация промотора осуществляется белком ТАТА-фактором, который взаимодействует с последовательностью нуклеотидов промотора, известной как ТАТА-бокс (ТАТААА). После присоединения фермента происходит локальное раскручивание двойной спирали ДНК, разъединяя комплементарные цепи.
Если белок-репрессор свяжется с оператором, транскрипция блокируется, и синтез мРНК и соответствующих белков не происходит.
Элонгация транскрипции
РНК-полимераза перемещается вдоль молекулы ДНК, синтезируя комплементарную цепочку РНК. Она считывает последовательность нуклеотидов транскрибируемой цепи только в направлении 3' → 5', тогда как синтез РНК осуществляется антипараллельно, от 5'-конца к 3'-концу.
Терминация транскрипции
Терминатор — это нуклеотидная последовательность, по достижении которой РНК-полимераза завершает транскрипцию.
Терминаторы содержат инвертированные повторы (GC-богатые участки).
При достижении терминатора фермент отделяется от молекулы ДНК и освобождает синтезированную РНК.
Процессинг
После транскрипции образуется первичный транскрипт — незрелая молекула РНК (пре-РНК).
У прокариот первичные транскрипты функционируют как мРНК без дальнейших модификаций, так как не содержат интронов.
У эукариот пре-РНК содержит интроны.
Сплайсинг — это процесс вырезания интронов и сшивки экзонов.
Кэпирование — присоединение метилированного остатка гуанозинтрифосфата на 5'-конец, защищающего РНК от гидролиза 5'-экзонуклеазами.
Полиаденирование — присоединение полиаденилатной последовательности длиной 150-200 нуклеотидов на 3'-конец, что образует поли-А-хвост.
После такой подготовки, мРНК эукариот покидает ядро и может участвовать в трансляции.
Ещё о строении гена:
Альтернативный сплайсинг или как из одного гена получить несколько белков