Transcript โครงสร้างและการแสดงออกของยีน Central Dogma

โครงสร้างและการแสดงออกของยีน
Central Dogma
โครงสร้างยีน
- บริเวณที่กาหนดรหัสกรดอะมิโนในโปรตีน
structural sequence
- บริเวณที่ทาหน้ าที่ควบคุมการทางานของยีน
regulatory sequence
promoter
terminator
ด้าน 5’ ของ ss
ด้าน 3’ ของ ss
ยีนของโปรคารีโอท
Polycistronic gene
1 ชุด regulatory sequence
กลุ่มยีน (หลายชุด structural sequence)
ยีนของโปรคารีโอท
Promoter ขนาดประมาณ 6 นิวคลีโอไทด์
ตาแหน่ ง –35 และ –10
ยีนของโปรคารีโอท
การถอดรหัสจาก ดีเอ็นเอ เป็ น อาร์เอ็นเอ
เอนไซม์ RNA polymerase
ค้นหาโปรโมเตอร์
อ่านรหัสจนถึงเทอร์มิเนเตอร์
ยีนของโปรคารีโอท
RNA 1 โมเลกุล สร้างโปรตี นหลายชนิด
ขึน้ กับจานวนยีนที่อยู่ระหว่าง
promoter และ terminator
ยีนของยูคารีโอท
Monocistronic gene
1 regulatory sequence
1 structural sequence / gene
1 mRNA
1 protein
ยีนของยูคารีโอท
Structural sequence
exon
ลาดับเบสเป็ นรหัสพันธุกรรม
expressed region
intron
ลาดับเบสไม่เป็ นรหัสพันธุกรรม
intervening sequence
ยีนของยูคารีโอท
กระบวนการตัด intron ออกก่อนถูกแปลเป็ นโปรตีน
ยีนของยูคารีโอท
Promoter
TATA box / Hogness box
ตาแหน่ งจับของเอนไซม์
RNA polymerase
การแสดงออกของยีน
Gene Expression
ข้อมูลที่เก็บในรูปลาดับเบสในดีเอ็นเอ
โมเลกุลที่ทาหน้ าที่ในสิ่งมีชีวิตในรูปโปรตีน
ผ่านโมเลกุลตัวกลางในรูปอาร์เอ็นเอ
DNA
tx
RNA
tl
Protein
อาร์เอ็นเอ
RNA: ribonucleic acid
Polynucleotide: single strand
ประกอบด้วย
เบส เพียวรีน
เบส ไพริมิดีน
น้าตาล ไรโบส
หมู่ฟอสเฟต
Purine, Pu
Pyrimidine, Py
Ribose (2’-OH)
Phosphate group
อาร์เอ็นเอ
เบสเพียวรีน
เบสไพริมิดีน
อะดีนีน Adenine, A
กวานี น Guanine, G
ไซโตซีน Cytosine, C
ยูราซิล Uracil, U
อาร์เอ็นเอ
ขนาดสัน้ กว่าดีเอ็นเอ
ความยาวหลากหลาย ขึน้ กับขนาดยีนต้นแบบรหัส
มีความเสถียร น้ อยกว่าดีเอ็นเอ
เป็ นหนึ่ งในกลไกที่ใช้ควบคุมการแสดงออกของยีน
อาร์เอ็นเอที่เกี่ยวข้องกับ
การสร้างโปรตีน
Messenger RNA
mRNA
Ribosomal RNA
rRNA
Transfer RNA
tRNA
รหัสในการสร้างโปรตีน
องค์ประกอบของไรโบโซม
นากรดอะมิโนมาต่อเป็ นโปรตีน
การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ
องค์ประกอบ
- ดีเอ็นเอเส้นคู่ เป็ นแม่พิมพ์
Double stranded DNA, dsDNA
เอนไซม์ RNA polymerase
- นิวคลีโอไทด์ NTPs
ATP, GTP, CTP, UTP
*ไม่ต้องใช้ไพรเมอร์*
การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ
กระบวนการ transcription
เกิดที่ออกาเนลล์ที่มีดีเอ็นเออยู่
ดีเอ็นเอต้นแบบถูกอ่าน ทิศทางจาก 3’ ไป 5’
จากบริเวณโปรโมเตอร์ ถึง เทอร์มิเนเตอร์
เส้นใหม่ถกู สร้าง ทิศทางจาก 5’ ไป 3’
อาร์เอ็นเอที่ได้ เป็ นเส้นเดี่ยว
ดีเอ็นเอแม่พิมพ์กลับเป็ นเส้นคู่เหมือนเดิม
การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ
ลาดับเบสในอาร์เอ็นเอเป็ นคู่สม
กับลาดับเบสในเส้นดีเอ็นเอที่เป็ นแม่พิมพ์
template / noncoding / antisense strand
ลาดับเบสในอาร์เอ็นเอเหมือนกับ
ลาดับเบสในเส้นดีเอ็นเอที่ไม่ใช่แม่พิมพ์
nontemplate / coding / sense strand
ยกเว้น T เปลี่ยนเป็ น U
กระบวนการ transcription
กระบวนการ transcription
กระบวนการ transcription
การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ
อาร์เอ็นเอที่สร้างจากยีนในจีโนมของนิวเคลียส
nuclear RNA, pre-mRNA
primary transcript
ประกอบด้วย exon และ intron
กระบวนการ RNA processing
ดัดแปลงอาร์เอ็นเอก่อนเข้าสู่ไซโตพลาสซึม
เพื่อเป็ นแม่พิมพ์ในการสร้างโปรตีน
การเปลี่ยนรูปอาร์เอ็นเอ
ประกอบด้วย 3 ขัน้ ตอน
5’ Capping
เติม 7-methyl guanosine nucleotide
Splicing
ตัด intron ออก แล้วต่อ exon เข้าด้วยกัน
3’ Polyadenylation
เติม poly A tail (100-250 A residues)
การเปลี่ยนรูปอาร์เอ็นเอ
mRNA, mature RNA, mature transcript
การเปลี่ยนรูปอาร์เอ็นเอ
โครงสร้างที่เพิ่มขึน้ (cap and tail)
มีบทบาทสาคัญในการขนส่งอาร์เอ็นเอ
เพิ่มความเสถียรของอาร์เอ็นเอ
ป้ องกันการทาลายโดยเอนไซม์ในไซโตพลาสซึม
เพิ่มประสิทธิภาพของการสร้างโปรตีน
ช่วยกระตุ้นกระบวนการ translation
การแสดงออกของยีน
ในโปรคารีโอท และ ยูคารีโอท
โครงสร้างที่แตกต่างของ mRNA
ในโปรคารีโอท และ ยูคารีโอท
การสังเคราะห์โปรตีน
กระบวนการ translation
เปลี่ยน / แปล รูปแบบข้อมูล
จากนิวคลีโอไทด์ในอาร์เอ็นเอ
เป็ นกรดอะมิโนในโปรตีน
รหัสพันธุกรรม หรือ genetic code
ถูกอ่านครัง้ ละ 3 เบส (1 codon)
แปลเป็ นกรดอะมิโน 1 ชนิด
การสังเคราะห์โปรตีน
โคดอน ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 ตาแหน่ ง
เบสในอาร์เอ็นเอมี 4 ชนิด (A, U, C, G)
รหัสพันธุกรรม (4*4*4) 64 แบบ
รหัสเริ่มสร้างโปรตีน (translation initiation)
start codon = AUG = methionine
รหัสหยุดสร้างโปรตีน (translation termination)
stop codon = UAA, UAG, UGA = no aa
การสังเคราะห์โปรตีน
รหัสพันธุกรรมสาหรับแปลเป็ นโปรตีน
61 แบบ สาหรับ กรดอะมิโน 20 ชนิด
อย่างน้ อย 1 รหัส ต่อ 1 กรดอะมิโน
รหัสพันธุกรรมมากกว่า 1 ชนิด สาหรับ 1 aa
degeneracy of the code
degenerate codon
5’ AUG GUC GCC ACG CCG UCG UAA 3’
Met Val Ala Thr Pro Ser Stop
Genetic Code Table
การสังเคราะห์โปรตีน
องค์ประกอบ
mRNA:
genetic code
Ribosome: alignment
tRNA:
amino acid carrier
others
การสังเคราะห์โปรตีน
บริเวณสังเคราะห์
ไซโตพลาสซึม และ ออกาเนลล์
Ribosome
rRNA
rProtein
Small subunit
Large subunit
tRNA
Structure
Clover leaf
Complementary base
Form loops
การสังเคราะห์โปรตีน
Small subunit ของไรโบโซม
จับบน mRNA
Large subunit ของไรโบโซม
กาหนดแนว tRNA
ไรโบโซม เคลื่อนตัวค้นหา
รหัสเริ่มต้น AUG
การสังเคราะห์โปรตีน
tRNA สาหรับ Methionine
เคลื่อนเข้าสู่ไรโบโซมที่ P site
ทาปฏิกิริยากับ start codon
tRNA สาหรับกรดอะมิโน
ตัวถัดไป ขึน้ กับชนิดโคดอน
เข้าสู่ไรโบโซมที่ A site
Peptide bond formation
การสังเคราะห์โปรตีน
ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปด้าน 3’
ครังละ
้ 1 โคดอน
tRNA ตัวที่ ว่างหลุดออกจาก
E site
tRNA ตัวใหม่ทาปฏิกิริยา
ที่ stop codon ไม่มี tRNA
หยุดการสังเคราะห์
สายโพลีเพพไทด์
โปรตีน
Amino terminal ---------- Carboxyl terminal
สัมพันธ์กบั ทิศทาง 5’ ----------- 3’ ใน mRNA
Protein folding การปรับโครงสร้างของสายโพลีเพพไทด์
เพื่อให้เป็ นโปรตีนที่ทาหน้ าที่ในเซลล์ได้อย่างถูกต้อง
โครงสร้างและการแสดงออกของยีน
Central Dogma
Reverse transcription
กระบวนการเปลี่ยน RNA เป็ น DNA
เอนไซม์ reverse transcriptase
สารตัง้ ต้น dNTPs
การควบคุมการแสดงออกของยีน
Control of gene expression
การแสดงออกของยีน
ไม่ได้เป็ นแบบสุ่ม
การควบคุมการทางานให้มีความจาเพาะ
ในการทาหน้ าที่ของโปรตีนผลผลิต
การควบคุมการแสดงออกของยีน
Housekeeping genes
แสดงออกตลอดเวลา ในทุกบริเวณ
Specific/Inducible genes
แสดงออกตลอดเวลา ในบางอวัยวะ
แสดงออกเมื่อมีการกระตุ้น (อวัยวะ - ระยะการพัฒนา)
การควบคุมการแสดงออกของยีน
Transcriptional control**
-Transcription switch on/off
ปฏิสมั พันธ์ระหว่าง ดีเอ็นเอ และ โปรตีน
ดีเอ็นเอ คือ บริเวณโปรโมเตอร์ 5’ ของ TATA box
โปรตีน คือ Transcription factor
ควบคุมให้ยีนมีการแสดงออกในอวัยวะและระยะที่เหมาะสม
โดยกระตุ้น หรือ ยับยัง้ การทางานขององค์ประกอบที่ TATA box
การควบคุมการแสดงออกของยีน
- อัตราเร็ว ของกระบวนการทรานสคริปชัน
ปฏิสมั พันธ์ระหว่าง ดีเอ็นเอ และ โปรตีน
Enhancer/ Repressor
- ความเสถียรของ mRNA
การควบคุมการแสดงออกของยีน
Translational control
- ประสิทธิภาพของกระบวนการทรานสเลชัน
- การทาหน้ าที่ของโปรตีน
- ความเสถียรของโปรตีน
อื่นๆ
- จานวนชุดของยีน