生化学Ⅲ 第7回 生化学ⅢSBO-11 転写と翻訳のメカニズム-1 RNAの種類と働きについて説明できる RNATypesandFunctions 今回のSBOs RNAの種類と働きについて説明できる DNAからRNAへの転写について説明できる SBO-11課題(予習&復習) RNAの種類と機能に関連する基本的な用語の意味につい て確認し、ノートにまとめること。 SBO-11小テスト-1 真核生物のmRNAでは、5 末端側にキャップ構造が、 3 末端側にポリ(A)鎖が付加されている。 hnRNA、mRNA、tRNA、rRNA、snRNA、siRNA、リボ ザイム、RNAワールド、コドン、アンチコドン、 Yes キャップ構造、ポリ(A)鎖 復習 RNAは折りたたまれて独自の構造をとる RNAの相補的な塩基の間で塩基対がつくられることに より、立体構造が形成される。 RNAワールド説 DNAが遺伝物質として利用される前に、RNAが遺伝情報 の保存と化学反応を担う時代があった? 昔のRNAは、現在のDNAとタンパク質の働きを持っていた。 No RNAの種類 名称 特徴 タンパク質合成に必要なアミノ酸配 mRNA 列情報をコードする 特定のアミノ酸と結合し、タンパク tRNA 質合成時にmRNAのコドンを認識する rRNA リボソームの構成因子 mRNAのプロセシングと遺伝子調節に snRNA 関与する mRNAと二本鎖をつくって翻訳を停止 miRNA させる mRNAと二本鎖をつくって翻訳を制御 siRNA する(RNA干渉) 発展 教科書 p402-403 p403-404 p404-405 p405 p406 p406 生命進化とRNA-1 先RNA時代 RNAよりも単純な物質がRNA合成反応を触 媒 RNA時代 RNAが遺伝情報の保存と化学反応の触媒を 担う 発展 生命進化とRNA-2 RNA時代 RNAが遺伝情報の保存と化学反応の触媒を 担う RNA&タンパク質時代 RNAが遺伝情報の保存を担い、タンパク質 が化学反応の触媒を担う 復習 生命進化とRNA-3 発展 RNA&タンパク質時代 RNAが遺伝情報の保存を担い、タンパク 質が化学反応の触媒を担う 現在 DNAが遺伝情報の保存を担い、タンパク 質が化学反応の触媒を担う mRNAの構造と機能 mRNA 基本的に1本鎖(部分的に2本鎖にな ることがある)。 アミノ酸の配列情報を持ち、タンパク 質合成に利用される。 原核生物のmRNAの構造と機能 原核生物のmRNAはプロセッシング(化学修飾やスプライ シング)されない。 真核生物のmRNAの構造と機能 真核生物では、hnRNAがプロセッシング(化学修飾やス プライシング)されてmRNAになる。 真核生物のmRNAの構造と機能 真核生物のmRNAの5 末端には7-メチルグアノシンが付 加され(キャップ構造)、3 末端にはポリアデニル酸 (polyA)が付加される(ポリAテール)。 真核生物のmRNAの構造と機能 tRNAの特徴 真核生物では、1分子のmRNAに1つの遺伝子がコード されている。 真核生物のmRNAの構造と機能 真核生物のmRNAには原核生物のようなリボソーム結合 配列が存在せず、リボソームがmRNAの5 末端に結合す る。 生物系薬学Ⅱp76参照 70 90ヌクレオチドで構成される。 約60種類存在するtRNAの基本構造は同じ。 多くの修飾塩基を含んでいる。 分子内で塩基対を形成することにより三次構造 を形成している。 アンチコドンでmRNAのコドンを認識する。 アミノ酸ステムにアミノ酸が結合する。 tRNAの構造 タンパク質合成には、各コドンに対応したトランス ファーRNA(tRNA)が関与する。 転写後に化学修飾されるため、特殊な塩基を含 む。 修飾塩基の例 Ψ:プソイドウリジン D:ジヒドロウリジン tRNAの成熟過程 tRNAは前駆体として合成(転写)された後、プロセシン グされ、塩基を修飾されて成熟型tRNAになる。 アミノアシルtRNA tRNAの3 末端にそれぞれのコドンに対応したアミノ酸 が付加され、アミノアシルtRNAになる。 mRNAのコドンとアミノアシルtRNAのアンチコドン リボソームに取り込まれたアミノアシルtRNAのアンチ コドンがmRNAのコドンと塩基対を形成する。 tRNAの働き アミノアシルtRNAのアミノ酸残基のアミノ基が伸長中 のペプチド鎖末端のカルボキシル基と反応し、ペプチ ド結合で連結する(リボソーム必須、ATP不要)。 復習 原核生物と真核生物のリボソーム 真正細菌は70Sリボソームを持ち、真核生物は 80Sリボソームを持つ。 70S 複合体 真正細菌型 真核生物型 16SrRNA 18SrRNA 30S 40S 50S 60S 5SrRNA 23SrRNA 5SrRNA 5.8SrRNA 28SrRNA Sは沈降係数 リボソームRNA(rRNA)の生成 80S 複合体 大腸菌16SrRNAの構造 rRNAは前駆体として合成(転写)された後、塩基が修飾 され、プロセシングされて成熟型rRNAになる。 生物系薬学Ⅱp77参照 rRNAは分子内で塩基対を形成し、特異的な二次 構造を形成している。 3'末端付近にmRNA認識に関わる配列を持つ。 1,540nt rRNAの立体構造 リボソームの構造の2/3を占めるrRNAが中 心(コア)になって、その周囲にリボソーム タンパク質が結合する。 snRNAの機能 各種のsnRNAはそれぞれ特定のタンパク質と結合し、 RNAのスプライシングなどに関与する。 miRNAの機能 核内で合成されたmiRNAの初期転写産物が核外に移行し、 ダイサーによって切断され、タンパク質と結合する。 miRNAとmRNAが二本鎖を形成すると、mRNAが分解される か、翻訳が抑制される。 RNA干渉(RNAinterfering) RNA干渉はウイルスなどの二本鎖RNAの排除や、遺伝子 発現制御のために真核細胞がもつ機構と考えられてい る。二本鎖RNAと相補的なRNAが分解される。 RNA干渉の発見 mRNAと相補的な外来RNAによる翻訳阻害 加えたRNAの量に応じて阻害効果が得られると期待したら・・・ 転写因子(トランスポゾン) 翻訳阻害 ウイルスの二本鎖RAN 相補的RNA mRNA RNA干渉の発見 siRNAの生成 mRNAと相補的な外来RNAによるmRNAの分解 加えたRNAよりも大きい効果が得られた 二本鎖RNAがダイサーなどを含むタンパク質複合体によ り切断され、21 25塩基対の断片(siRNA)が生じる。 siRNAの機能 RNA分解 miRNAと同様にsiRNAがRISCと結合し、相補的なRNAを分 解する。 mRNA 相補的RNA 生化学ⅢSBO-12 SBO-12課題(予習&復習) DNAからRNAへの転写について説明できる Transcription 転写に関連する基本的な用語の意味について確認し、 ノートにまとめること。 RNAポリメラーゼ、センス鎖、アンチセンス鎖 RNAポリメラーゼの種類 SBO-12小テスト-1 RNAポリメラーゼは、鋳型となるDNA鎖の3 末端側から 5 末端側に向けて塩基配列を読み取り、相補的な塩基 配列を持つRNAを合成する。 真核細胞には3種類のRNAポリメラーゼが存在し、細 胞内局在と転写するRNAの種類が決まっている。 原核生物 種類 Yes 復習 No 真核生物 1種類 RNAポリメラーゼⅠ RNAポリメラーゼⅡ RNAポリメラーゼⅢ 局在部位 細胞質 核小体 核質 核質 転写産物 全RNA 23SrRNA 18SrRNA 5.8SrRNA mRNA miRNA siRNA snRNAの一部 5SrRNA tRNA snRNAの一部 遺伝子の転写 転写 DNA(遺伝子)はRNA合成酵素(RNA polymerase)の 働きによってRNAに転写される。 (transcription) 真正細菌の転写に必要な因子 転写因子 A遺伝子 B遺伝子 RNA 合成酵素 C遺伝子 RNA RNA合成酵素はDNAをRNAに 転写する(コピーする)。 1,転写制御因子 2,RNAポリメラーゼ 3,ヌクレオチド(4種類) Recipefortranscription 復習 復習 細菌遺伝子の基本構造 プロモーター (promoter) 転写開始点 TAA TGA TAG 5' ATG 3' 転写終結点 DNAの鋳型鎖とコード鎖 コード鎖をセンス鎖、非コード鎖をアンチセンス鎖と 呼ぶことがある 3' コード鎖(センス鎖) 5' 二本鎖DNA DNA UAA UGA UAG SD配列 5' AUG mRNA 3' RNA 非コード鎖=鋳型鎖(アンチセンス鎖) 翻訳開始コドン 翻訳終止コドン 日本薬学会編生物系薬学Ⅱ参照 遺伝子の方向性 復習 復習 遺伝子はそれぞれのDNA鎖にコードされるが、複数の 遺伝子がDNAの同じ領域に重複してコードされること は希である。 矢印は遺伝子の向き(転写時にRNAポリメラーゼが進む方向)を 示す。遺伝子aのコード鎖は下側のDNA鎖で、遺伝子bのコー ド鎖は上側のDNA鎖になる。 細菌のプロモーター配列 細菌の遺伝子には、転写開始点上流にプロモーターと 呼ばれる共通配列が存在する。 -35領域 -10領域 転写開始点 5'--TTGACA---------TATAAT------A--3' 3'--AACTGT---------ATATTA------T--5' 共通配列 非共通配列 共通配列 6塩基対 約17塩基対 6塩基対 非共通配列 約10塩基対 (promotersequence) 細菌のシグマ因子の働き 復習 復習 シグマ因子はプロモーター配列を認識し、RNAポリメ ラーゼを転写開始点に誘導する。 -35領域 -10領域 復習 5'-GTCGAGAGGCGCACTAGCCTCTCAAG-3' 3'-CAGCTCTCCGCGTGATCGGAGAGTTC-5' RNAポリメラーゼ 細菌の転写ターミネーター 5'-GTCGAGAGGCGCACTAGCCTCTCAAG-3' DNAやRNAは相補的な配列があると、同一鎖内でも二次 構造をつくることがある。 転写 開始点 5'--TTGACA---------TATAAT------A----3' 3'--AACTGT---------ATATTA------T----5' シグマ因子 (sigmafactor) 細菌の転写ターミネーター AC CT 相補的な塩基対で二次 GA 構造をつくる。 C=G G=C 核酸の二次 高次構造は随 G=C 所に存在し、様々な細胞機 A=T 能と密接に関係する。 G=C A=T 5'-GTCAAG-3' G=C 復習 細菌の基本的転写システム 1. 制御因子がプロモーター付近に結合し、 発現を制御する(例外有)。 2. シグマ因子とRNAポリメラーゼ複合体が転 写開始点に結合する。 3. アンチセンス鎖DNAを鋳型に、RNA鎖が 5'→3'方向に合成される。 4. 転写終結点で転写が終了する。 復習 復習 細菌遺伝子の発現モデル 細菌遺伝子の発現モデル プロモーター (promoter) 転写開始点 DNA 5' 3' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 転写単位 シグマ因子 RNAポリメラーゼ 復習 復習 細菌遺伝子の発現モデル RNAポリメラーゼ RNAポリメラーゼはアンチセンス鎖DNAを鋳型にして、 5'→3'方向にRNAを合成する。 転写終結点 コード鎖 5' 3' 3' 5' RNA AAGCCCTAGGAGGTCATCTATGC DNA 転写開始点 UTP RNA 5'----3' AAGCCCUAGGAGGUCAUCUA-3' 5'- 3'----5' TTCGGGATCCTCCAGTAGATACG 非コード鎖 (鋳型鎖) 復習 転写終結点 伸長方向→ RNAポリメラーゼ (RNApolymerase) p446図36-11真核細胞の転写 転写終結点(terminator)のステ ムループ構造により、RNAポリメ ラーゼの進行が停止する。 AC CT ループ GA C=G G=C G=C ステム A=T GTCATCTATGC G=C DNA A=T AC 5'-- TTTAAT--3' GUCAUCUAUGC-3' 3'-- TGAAATTA--5' CAGTAGATACG RNA 真核細胞のRNAポリメラーゼⅡ前開始複合体形成のモデ ル A.段階的結合 GTF(基本転写因子)、PolⅡ(RNAポリメラーゼⅡ)、メディエー ター因子がプロモーターに順番に結合する。 B.ホロ酵素形成 polⅡ、メディエーター因子、6つのGTFが1つの複合体を形成 した後にプロモーターに結合する。 T=A C=G T=A C=G C=G G=C CT GA TG RNAポリメラーゼ 真核細胞の転写-1 TFIIDのTBPサブユニットがTATAボックス を認識してDNAと結合 TBP:TATA結合タンパク質 DNAと結合したTFIIDの隣にTFIIBが結合 TFIIF、TFIIE、TFIIHなどとRNAポリメ ラーゼが転写開始点付近に結合 真核細胞の転写-2 TFIIHがATPを使って転写開始点付近の二 本鎖DNAを解離させる TFIIHがRNAポリメラーゼのC末端領域 (CTD)をリン酸化する 転写基本因子のほとんどが解離し、RNAポ リメラーゼによる転写が始まる 真核細胞の転写開始に必要な転写基本因子 因子名 サブユニット数 TFIID TBPサブユニット 転写開始における役割 1 TFIID TAFサブユニット 約11 転写開始点付近の配列を認識と、TBPのDNA 結合の調節。 TFIIB 1 プロモーターのBRE配列認識と、RNAポリメ ラーゼの配置。 TFIIF 3 RNAポリメラーゼ、TBP、TFIIBの結合安定 化。TFIIEとTFIIHの引き寄せ。 TFIIE 2 TFIIHの引き寄せと調節。 TFIIH 9 転写開始部位のDNAをほどき、RNAポリメ ラーゼのCTDのSer5をリン酸化し、RNAポリ メラーゼをプロモーターから解離させる。 TATAボックスの認識。
© Copyright 2024