DNR Reparacija PDF

DNR Reparacija DNR reparacija yra esminis ląstelių procesas, kuris užtikrina genetinės informacijos tikslumą ir stabilumą. Ląstelės nuolat patiria įvairių tipų pažaidas, ir jų ištaisymas yra būtinas išgyvenimui ir tinkamai funkcijai. Pagrindiniai pažaidos tipai: 1. Viengrandžiai ir dvigran...

DNR Reparacija DNR reparacija yra esminis ląstelių procesas, kuris užtikrina genetinės informacijos tikslumą ir stabilumą. Ląstelės nuolat patiria įvairių tipų pažaidas, ir jų ištaisymas yra būtinas išgyvenimui ir tinkamai funkcijai. Pagrindiniai pažaidos tipai: 1. Viengrandžiai ir dvigrandžiai trūkimai: Atsiranda dėl radiacijos, cheminio poveikio ar mechaninių jėgų. Jei nėra ištaisomi, dvigrandžiai trūkimai gali būti letalūs. 2. Bazių modifikacijos: o Deaminacija: Citozino virtimas uracilu; adenino virtimas hipoksantinu. o Alkilinimas: DNR bazės metilinimas ar etilinimas. 3. Timino dimerai: o UV spinduliai sukelia kovalentinius ryšius tarp gretimų timino bazių. 4. Oksidaciniai pažeidimai: o Reaktyvios deguonies rūšys (ROS) oksiduoja bazes, pvz., guanino virtimas 8- oksoguaninu. Pažaidos pasekmės: Mutacijos; Genomo nestabilumas. Vėžio rizika (ypač dėl dvigrandžių trūkimų ar neištaisyto alkilinimo). DNR Reparacijos Mechanizmai 1. Neatitikimo (Mismatch) Reparacija Šalina replikacijos metu atsiradusias klaidas, kai nukleotidai neteisingai susiporuoja. Prokariotuose: o Baltymai: MutS, MutL, MutH. ▪ MutS: Atpažįsta neatitikimą. ▪ MutL: Koordinuoja veiklą. ▪ MutH: Kerpa nemetilintą naująją grandinę. o Spraga užpildoma DNR polimerazės ir sujungiama ligazės. Eukariotuose: o Homologai: MSH ir MLH baltymai. 2. Tiesioginė Reparacija Šalina pažaidas be grandinės nutraukimo.  o Fotoliazė: Naudoja UV-A šviesą timino dimerams ardyti. o O⁶-Alkilguanino metiltransferazė: Perneša metilo/etilo grupes nuo pažeistos bazės, tačiau pats fermentas tampa neaktyvus. 3. Bazių Iškirpimo Reparacija (BER) Šalina pavienes pažeistas bazes, pvz., oksiduotus guaninus arba deaminuotus citozinus. Procesas: 1. DNR glikozilazė atpažįsta pažeistą bazę ir ją pašalina, palikdama AP saitą. 2. AP endonukleazė įkerpa karkasą. 3. DNR polimerazė užpildo spragą. 4. DNR ligazė sujungia grandinę. 4. Nukleotidų Iškirpimo Reparacija (NER) Taiso didesnes pažaidas, pvz., UV sukeltus timino dimerus. Prokariotuose: o Baltymai: UvrA, UvrB, UvrC, UvrD. ▪ UvrA/B: Atpažįsta pažeidimą. ▪ UvrC: Kerpa DNR abipus pažeidimo (~12 nukleotidų). ▪ UvrD: Helikazė pašalina iškirptą fragmentą. Eukariotuose: o Baltymai: XPC/XPE (globali genomo reparacija) ir CSA/CSB (aktyvių genų reparacija). o Atpažintas fragmentas (~24–32 nukleotidai) pašalinamas helikazių (XPB/XPD), o spraga užpildoma polimerazėmis. 5. Rekombinacijos Reparacija Atkuria dvigrandžius trūkius, naudodama homologinę grandinę kaip šabloną. Homologinė rekombinacija (HR): o Tikslus procesas, vykstantis S ir G2 ląstelės ciklo fazėse. o Dalyvauja RecA (prokariotuose) arba RAD51 (eukariotuose). Netikslus galo sujungimas (NHEJ): o Greitas, bet klaidingas – galimi nukleotidų praradimai. o Dalyvauja Ku baltymai ir DNA-PK. 6. SOS Reparacija Aktyvuojama, kai pažaidos yra masinės ir trukdo replikacijai. Procesas: 1. RecA aktyvuoja SOS atsaką, slopindamas LexA represorių. 2. Aktyvuojamos pažeidas apeinančios polimerazės (TLS), kurios replikuoja per pažeistas vietas. Rezultatas: Ląstelė išgyvena, tačiau padidėja mutacijų rizika. 7. Aktyviai Transkribuojamos DNR Reparacija Taiso pažaidas svarbiuose, aktyviai naudojamuose genuose. Eukariotuose: CSA/CSB nukreipia reparacijos fermentus į pažeistas transkribuojamas sekas. Reparacijos Defektų Reikšmė Genetinės Ligos: Xeroderma pigmentosum: NER defektai, didinantys jautrumą UV spinduliams. Cockayne sindromas: Aktyvių genų reparacijos defektai. Fanconi anemija: Dvigrandžių trūkių taisymo problemos. Onkologija: Reparacijos mechanizmų pažeidimai lemia genomo nestabilumą ir vėžio vystymąsi. Rekombinacija 1. Rekombinacijos bendrieji bruožai: Svarba: Mutacijos ir rekombinacija yra pagrindiniai genetinės įvairovės šaltiniai. Rekombinacija sukuria naujus genų derinius, didindama rūšių ir populiacijų genetinę įvairovę. Rekombinacijos procesas: Vyksta tarp dviejų DNR molekulių, keičiamasi genetine medžiaga. Rezultatas – genų persiskirstymas chromosomose. Organizmuose: Eukariotuose vyksta mejozės metu (lytinio dauginimosi procesas). Prokariotuose: genetinė medžiaga keičiasi transformacijos, transdukcijos ar konjugacijos būdais. 2. Rekombinacijos tipai: 1. Homologinė rekombinacija: Vyksta tarp homologinių DNR sekų. Svarbi lytiniame dauginimesi ir DNR taisyme. 2. Nehomologinė rekombinacija:  Tarp labai skirtingų arba nehomologinių DNR sekų. Daug retesnė. 3. Saitspecifinė rekombinacija: Vyksta specifinėse DNR sekose (pvz., virusų DNR integracija į šeimininko genomą). 4. Transpozicija: Transpozonų judėjimas genomuose, įskaitant paprastąją, replikacinę ir retrotranspoziciją. 3. Homologinė rekombinacija: Procesas: 1. DNR dvigubo trūkio susidarymas. 2. Viengrandžių fragmentų formavimas egzonukleazės veikimu. 3. Susidaro heterodupleksai (hibridinės DNR). 4. Holidėjaus jungties formavimas ir migracija. 5. Rezultatas – krosingoveris arba genų konversija. Pavyzdžiai: o Mejozės metu (krosingoveris tarp neseserinių chromatidžių). o DNR pažeidimų taisymas mitozėje. 4. Saitspecifinė rekombinacija: Esmė: Genetiniai mainai specifiniuose taškuose. Naudojama virusų (pvz., λ fagų) integracijai į šeimininkų genomą. Procesas: Saitų (attP ir attB) atpažinimas. Dvigrandžių trūkių sukūrimas ir jungimas specifiniais fermentais (pvz., integrase). 5. Transpozicija: Apibrėžimas: Judrieji genetiniai elementai (transpozonai) perkelia DNR segmentus į naujas vietas chromosomose. Transpozicijos tipai: 1. Paprastoji (konservatyvioji): ▪ Transpozonas iškirpamas ir įterpiamas naujoje vietoje. 2. Replikacinė: ▪ Transpozonas pasidvigubina, kopijos integruojamos į naujas vietas.  3. Retrotranspozicija: ▪ Transpozonai per RNR tarpininką sukuria kopijas, kurios grįžta į genomą kaip DNR. Pavyzdžiai: o Žmogaus genomo SINES ir LINES elementai. 6. Genų konversija: Vieno alelio pavertimas kitu aleliu. Atsiranda DNR spragų reparacijos metu arba vykstant bazių neatitikimų taisymui. 7. Holidėjaus jungties modelis: X formos struktūra, susidariusi homologinės rekombinacijos metu. Procesas: 1. Simetriški homologinių DNR grandinių trūkių susidarymas. 2. Holidėjaus jungties formavimas ir migracija (šakojimosi judėjimas). 3. Jungties karpymas (vertikaliai – krosingoveris, horizontaliai – genų konversija). 8. Rekombinacijos praktinė reikšmė: Naudojama genų terapijoje. Svarbi evoliuciniams tyrimams ir genetinei inžinerijai. Supratimas apie rekombinaciją padeda kurti vaistus ir diagnostinius metodus. Replikacijos 1. DNR replikacijos principai ir enzimologija: Pusiau konservatyvi: Nauja DNR sudaryta iš vienos senos ir vienos naujai susintetintos grandinės, užtikrinant genetinės informacijos tęstinumą. Etapai: 1. Inicijacija (pradžia): Replikacija prasideda specifinėse DNR vietose, vadinamose "origins" arba ori, kur DNR atpažįsta ir jungiasi iniciacijos baltymai. 2. Elongacija (ilginimas): DNR polimerazės sintetina naujas grandines, papildydamos jas atitinkamais nukleotidais pagal DNR matricą. 3. Terminacija (užbaigimas): Replikacija užbaigiama, kai replikacinės šakutės susitinka arba pasiekia specifines terminacijos sekas. Replikacijos pradžios taškai: o Prokariotuose: Vienas pradžios taškas (pvz., oriC E. coli chromosomoje).  o Eukariotuose: Daugybė pradžios taškų kiekvienoje chromosomoje (žmogaus genome jų yra ~60 000). Fermentai: o DNR polimerazės: Pagrindiniai fermentai, atsakingi už naujų grandinių sintezę, prijungiant deoksiribonukleotidus prie esamos grandinės 3'-OH galo. o Helikazės: Naudoja ATP energiją DNR dvivijės atvyniojimui, kad susidarytų viengrandinės sritys. o Praimazės: Sintetina trumpus RNR pradmenis, reikalingus DNR polimerazės veikimui pradėti. o SSB baltymai: Stabilizuoja viengrandę DNR ir apsaugo ją nuo antrinių struktūrų susidarymo. o Topoizomerazės: Pašalina torsinę įtampą, susidarančią dėl DNR atvyniojimo. o DNR ligazės: Sujungia Okazaki fragmentus, užtikrinant vientisą DNR struktūrą. 2. Replikacija prokariotuose ir eukariotuose: Panašumai: o Abu procesai vyksta pusiau konservatyviai ir dviem kryptimis nuo pradžios taško. o Dalyvauja replisomos – kompleksiniai baltymų ir fermentų rinkiniai, atsakingi už DNR sintezę. Skirtumai: o Prokariotai: ▪ Vienas pradžios taškas (pvz., oriC E. coli chromosomoje). ▪ Greitis – ~1000 nukleotidų per sekundę. ▪ Procesas paprastesnis dėl mažesnio baltymų ir fermentų komplekso poreikio. o Eukariotai: ▪ Kiekviena chromosoma turi daug pradžios taškų (žmogaus genome ~60 000 ori). ▪ Greitis – ~50 nukleotidų per sekundę dėl sudėtingesnės chromatinės struktūros. ▪ Dalijama į ląstelės ciklo S fazę, kurioje replikacija vyksta griežtai kontroliuojamai. 3. E. coli replikacijos fermentai: DNR polimerazės: o Pol I: Pašalina RNR pradmenis (5'→3' egzonukleazinis aktyvumas), užpildo tarpus tarp Okazaki fragmentų, dalyvauja klaidų taisyme.  o Pol II: Dalyvauja DNR reparacijoje, ypač esant UV pažeidimams, turi aukštą tikslumą dėl 3'→5' egzonukleazinio aktyvumo. o Pol III: Pagrindinė replikacijos polimerazė, sudaro holofermentą, apimantį slystantįjį žiedą (β subvienetas) ir šerdinį fermentą, atsakingą už polimerizaciją ir klaidų taisymą. Replikacinės šakutės fermentai: o Helikazės (DnaB): Naudoja ATP energiją DNR išvyniojimui. o Praimazės (DnaG): Sintetina trumpus RNR pradmenis, reikalingus Pol III sintezei pradėti. o SSB baltymai: Stabilizuoja viengrandę DNR, apsaugodami ją nuo rehybridizacijos. o Topoizomerazės: Pašalina torsinę įtampą, susidarančią prieš šakutę. 4. Replikacijos iniciacija E. coli: Prasideda oriC srityje (245 bp): o DnaA dėžutės: Penki atpažinimo motyvai, prie kurių jungiasi DnaA baltymai. o DUE elementas: AT-turtinga sritis, kur lengvai atsiskiria dvigrandė DNR. Procesas: 1. DnaA baltymai su ATP jungiasi prie oriC ir destabilizuoja DNR dviviję struktūrą. 2. Helikazė (DnaB) prijungiama DnaC baltymo pagalba, pradeda atvyniojimą. 3. Praimazė (DnaG) sintetina RNR pradmenis. 4. Pol III holofermentas pradeda naujų grandinių sintezę. 5. Replikacijos terminacija: Ter sritis: Specifinės terminacijos sekos (ter), prie kurių jungiasi baltymai Tus. Tus baltymai blokuoja helikazės DnaB judėjimą, sustabdydami replikacijos šakutę. Topoizomerazės: Pašalina torsinę įtampą ir atskiria susipynusias DNR molekules, užtikrindamos pilną replikacijos pabaigą. 6. Eukariotų replikacija: Fermentai ir baltymai: o MCM baltymai: Heksamerinės helikazės, atsakingos už DNR atvyniojimą replikacijos pradžioje. o DNR α polimerazė-praimazė: Sintetina pradmenis, sudarytus iš RNR ir trumpo DNR fragmento (~20 nukleotidų).  o Pol δ: Atsakinga už vėluojančiosios grandinės sintezę ir Okazaki fragmentų užpildymą. o Pol ε: Pirmaujančiosios grandinės sintezės fermentas. o PCNA: Slystantysis žiedas, padidinantis polimerazių procesyvumą. o RPA: Stabilizuoja viengrandę DNR, apsaugodamas ją nuo antrinių struktūrų susidarymo. Procesas: 1. Iniciacija: ORC (origin recognition complex) atpažįsta ori sritį, surenka pre-RC kompleksą (MCM, Cdc6, Cdt1). 2. Elongacija: Pol δ ir Pol ε sintetina naujas grandines, PCNA užtikrina procesyvumą. 3. Terminacija: Okazaki fragmentų užbaigimas ir sujungimas DNR ligazėmis. 7. DNR polimerazių funkcijos: 1. Pol α: Inicijuoja replikaciją, sintetindama pradmenis (RNR + trumpas DNR fragmentas). 2. Pol β: Dalyvauja bazinio iškirpimo reparacijoje (BER), užpildydama mažus plyšius DNR. 3. Pol γ: Replikuoja mitochondrijų DNR, užtikrindama aukštą tikslumą. 4. Pol δ: Atsakinga už vėluojančiosios grandinės sintezę ir klaidų taisymą. 5. Pol ε: Pagrindinis pirmaujančiosios grandinės sintezės fermentas. 8. Replikacijos svarba: Genetinės informacijos perdavimas: o Užtikrina tikslų genetinės medžiagos perdavimą iš vienos ląstelės kartos kitai. Tikslumas: o Proofreading mechanizmai, vykdomi DNR polimerazių, sumažina klaidų dažnį iki ~1 klaidos per 10⁶ nukleotidų. Gyvybinė funkcija: o Replikacija būtina ląstelių dalijimuisi, augimui ir organizmo vystymuisi. Bendrieji RNR brendimo bruožai RNR sintezė: o RNR polimerazė sintetina RNR, naudodama DNR matricą transkripcijos metu. o Kai kurios bakterijų RNR iš karto tampa funkcionalios po transkripcijos. o Eukariotuose dauguma RNR molekulių po transkripcijos dar nėra funkcionalios ir turi subręsti. RNR brendimas:  Tai procesas, kurio metu pirminis RNR transkriptas (pre-RNR) virsta subrendusia funkcionalia RNR molekule. Modifikacijos apima sekų pašalinimą, naujų sekų prijungimą ir nukleotidų kovalentinę modifikaciją. Funkcijos: Genų raiškos valdymo taikinys. Padidina stabilumą, apsaugodama nuo ribonukleazių. RNR iš branduolio pernešama į citozolį, kur vykdo savo funkcijas. Pre-tRNR brendimas Prokariotuose: Policistroniniai transkriptai: o Viename transkripte dažnai būna keli tRNR pirmtakai. o Pre-tRNR molekulės atskeliamos endoribonukleazių ir sutrumpinamos. 5’ galo brendimas: o RNazė P atpažįsta specifinę erdvinę struktūrą ir skelia lyderinę seką, formuojant funkcionalų 5’ galą. o Šis procesas vyksta dar transkripcijos metu, užtikrinant tRNR funkcionalumą. 3’ galo brendimas: o Jei 5’CCA3’ seka yra koduojama gene, priekabos sekos suardomos ribonukleazių pagalba. o Jei 5’CCA3’ seka nekoduojama, ji prijungiama fermento tRNR nukleotidiltransferazės pagalba. Eukariotuose: Sekų šalinimas: o Lyderinės ir priekabos sekos pašalinamos palaipsniui ribonukleazių veikimu. Intronų pašalinimas: o Intronai pašalinami per specifinį splaisingo procesą, jungiant egzonus į vientisą funkcionalią tRNR molekulę. 3’CCA3’ sekos prijungimas: o Jei nekoduojama gene, fermentas tRNR nukleotidiltransferazė prijungia seką po kitų 3’ galo procesų. Pre-rRNR brendimas Prokariotuose: Ribosomų RNR:  o Prokariotuose yra 16S, 23S ir 5S rRNR molekulės. o Pirminis transkriptas – 30S rRNR – suskaidomas RNazės III veikimu į atskiras rRNR molekules. Modifikacijos: o 5’ ir 3’ galai toliau apdorojami endoribonukleazių ir egzoribonukleazių pagalba, kol rRNR tampa funkcionali. Eukariotuose: Ribosomų RNR: o 18S, 28S, 5S ir 5.8S rRNR molekulės. o 18S, 28S ir 5.8S sintezuojamos RNR polimerazės I, o 5S – RNR polimerazės III. Sekų pašalinimas: o Išorinės ir vidinės transkribuojamosios sekos (ITS ir VTS) pašalinamos skeliant fermentais, pvz., RNazė MRP. Nukleotidų modifikacijos: o Ribozių metilinimas ir uridino izomerizacija stabilizuoja rRNR molekules ir keičia jų erdvinę struktūrą, prisidedant prie ribosomų funkcionalumo. Ribosomų surinkimas: o Subrendusios rRNR molekulės kartu su ribosominiais baltymais montuojamos į ribosomines subvienetes. Eukariotuose šis procesas prasideda branduolėlyje, o baigiasi citozolyje. Pre-iRNR brendimas eukariotuose 5’ galo modifikacija – „kepurės“ struktūra: o Prie 5’ galo prijungiamas guanozinas per 5’-5’ trifosfatinį ryšį, vadinamą „kepure“. o Kepurė stabilizuoja molekulę, apsaugo nuo egzonukleazių ir padeda transliacijos iniciacijai bei iRNR pernašai iš branduolio į citozolį. 3’ galo modifikacija – poli(A) uodega: o Prie 3’ galo prijungiama poliadenilinimo seka (poli(A) uodega), kuri apsaugo molekulę nuo degradacijos ir padidina transliacijos efektyvumą. Splaisingas: o Intronai pašalinami, o egzonai sujungiami į vientisą funkcionalią iRNR molekulę splaisosomos pagalba. o Splaisosomą sudaro 5 snRNP dalelės (U1, U2, U4, U5, U6), kurios tiksliai atpažįsta intronų ribas.  Alternatyvusis splaisingas: o Leidžia iš vienos pre-iRNR sukurti kelias skirtingas subrendusias iRNR molekules, prisitaikančias prie skirtingų ląstelės poreikių. o Alternatyvusis splaisingas svarbus žmogaus genų raiškai – net 95% genų patiria šį procesą. Kovalentinės modifikacijos tRNR modifikacijos: o Stabilizuoja tRNR erdvinę struktūrą ir užtikrina efektyvią transliaciją ribosomose. rRNR modifikacijos: o Ribozių metilinimas padidina hidrofobiškumą ir stabilumą, o uridino izomerizacija keičia rRNR struktūrą, prisidedant prie jos funkcionalumo ribosomose. RNR brendimo svarba Užtikrina funkcionalių RNR molekulių susidarymą, reikalingą transliacijai ir kitoms ląstelių funkcijoms. Padeda reguliuoti genų raišką įvairiuose ląstelės procesuose. Apsaugo RNR nuo degradacijos ir užtikrina efektyvų transportą bei panaudojimą citozolyje. Transkripcija 1. Transkripcijos esmė Apibrėžimas: Procesas, kurio metu pagal DNR matricą sintetinama jai komplementari RNR molekulė. Pagrindiniai bruožai: o RNR yra komplementari nekoduojančiai DNR grandinei. o RNR vietoje timino (T) turi uracilą (U). o DNR struktūra transkripcijos metu nesikeičia. o Transkripcija yra pirmasis genų ekspresijos žingsnis, kuriame vyksta reguliacija. 2. Transkripcijos mechanizmas 1. DNR išskyrimas: o Dviguba DNR grandinė išsiskiria, atidengiant sritį, kur vyks RNR sintezė. 2. RNR sintezė: RNR polimerazė sintetina RNR molekulę, remdamasi nekoduojančia DNR grandine kaip matrica. Kryptis: 5' → 3'.  3. Gautas produktas: RNR molekulė yra identiška koduojančiai DNR grandinei, išskyrus uracilo buvimą vietoje timino. 3. Transkripcijos stadijos 1. Iniciacija: o Promotoriaus atpažinimas: RNR polimerazė ir transkripcijos veiksniai prisijungia prie promotoriaus. o Komplekso susidarymas: Atidengiamas transkripcijos burbulas – vieta, kur vyks RNR sintezė. 2. Elongacija: RNR polimerazė juda išilgai DNR grandinės, sintetindama RNR transkriptą. DNR ir RNR sujungimas (hibridas) yra laikinas. 3. Terminacija: Terminacijos signalas sustabdo transkripciją. RNR polimerazė atsiskiria nuo DNR, o RNR transkriptas išsiskiria. 4. Transkripcija prokariotuose ir eukariotuose Prokariotuose: Operonai leidžia vienai RNR molekulei koduoti kelis baltymus. Prieš geną yra promotorius, kuris kontroliuoja genų raišką. Transkripcijos pradžios nukleotidas (+1) skiria netransliuojamąją 5' UTR sritį nuo koduojančios sekos. Eukariotuose: Daug sudėtingesnis procesas. Naudojamos trys pagrindinės RNR polimerazės: 1. RNR polimerazė I: Sintetina rRNR. 2. RNR polimerazė II: Sintetina iRNR. 3. RNR polimerazė III: Sintetina tRNR ir mažas RNR molekules. 5. RNR polimerazės struktūra ir funkcijos RNR polimerazės yra baltymai, atsakingi už RNR sintezę. Skirstomos į bakterijų, archėjų ir eukariotų polimerazes. Subvienetai: o Aktyviojo centro formavimui. o Pagalbiniams ryšiams su transkripcijos veiksniais. 6. Transkripcijos skirtumai nuo replikacijos RNR sintezė: o Nereikia pradmens (skirtingai nei replikacijai). o RNR molekulė trumpesnė už DNR. o Susidaro laikinas DNR-RNR hibridas transkripcijos burbule. 7. Iniciacijos ir terminacijos mechanizmai 1. Prokariotuose: o Sigma veiksnys: Atpažįsta promotoriaus -35 ir -10 sritis. o Nepriklausoma terminacija: Plaukų segtuko struktūra RNR suardo DNR-RNR hibridą. o Priklausoma terminacija: Rho baltymas išsuka DNR-RNR kompleksą. 2. Eukariotuose: o Reikalingi transkripcijos veiksniai (pvz., TFIID, TFIIH). o Mediatoriaus kompleksas užtikrina veiksmingą transkripciją. 8. Promotoriaus struktūra ir reguliacija Eukariotų promotoriai: o TATA dėžutė: Svarbi tiksliam transkripcijos pradžios nustatymui. o Reguliaciniai elementai: Stiprikliai, slopikliai, izoliatoriai. Prokariotuose: o Promotoriaus -35 ir -10 sritys atpažįstamos sigma veiksnio. Transkripcijos valdymas 1. Transkripcijos valdymo esmė Apibrėžimas: Procesas, kurio metu genų raiška yra reguliuojama didinant arba mažinant geno aktyvumą pagal organizmo poreikius. Svarbiausi faktai: o Kai kurie genai ekspresuojami nuolat (konstitutyviniai genai), o dauguma – tik tam tikromis sąlygomis. o Valdymas vyksta skirtingais genų raiškos etapais, dažniausiai – transkripcijos metu. o Transkripcijos reguliavimas leidžia ląstelėms efektyviai prisitaikyti prie aplinkos pokyčių ir palaikyti homeostazę. 2. Transkripcijos valdymo mechanizmai prokariotuose  1. Valdymo lygiai: Transkripcijos (dažniausias). Transkriptų brendimo. Transliacijos. 2. Reguliaciniai genai ir sekos: o Struktūriniai genai: Koduoja produktus (baltymus ar RNR). o Reguliatoriniai genai: Koduoja baltymus ar RNR, reguliuojančius kitų genų transkripciją. o Cis-veiksniai: Šalia geno esantys reguliaciniai elementai (pvz., promotoriai, operatoriai). o Trans-veiksniai: Reguliaciniai baltymai, atpažįstantys cis-sekas. Aktyvikliai ir represoriai Teigiamas reguliavimas: o Aktyvikliai padeda aktyvuoti transkripciją, prisijungdami prie reguliacinių sekų ir palengvindami RNR polimerazės prisijungimą. Neigiamas reguliavimas: o Represoriai blokuoja transkripciją, jungdamiesi prie promotoriaus ar operatoriaus. o Signalinės molekulės (induktoriai) gali keisti represorių aktyvumą, leidžiant transkripciją. o Kai kurie represoriai veikia tik tada, kai prisijungia korepresoriai (pvz., triptofano operonas). 3. Operonų sistema prokariotuose Apibrėžimas: Operonai – genų sankaupos, kurios transkribuojamos kaip viena RNR molekulė. Struktūra: o Promotorius: Sritis, kur jungiasi RNR polimerazė. o Operatorius: Sritis, kur jungiasi represoriai arba aktyvikliai. o Struktūriniai genai: Koduoja baltymus, būtinus tam tikrai funkcijai. Pavyzdys: Laktozės operonas (lac operonas): o Sudėtis: lacZ, lacY, lacA genai ir reguliaciniai elementai (promotorius, operatorius). o Reguliavimas: ▪ Be laktozės: Represorius (LacI) blokuoja transkripciją, prisijungdamas prie operatoriaus. ▪ Su laktoze: Alolaktozė (laktozės izomeras) prisijungia prie represoriaus, jį inaktyvuojant ir leidžiant transkripcijai.  o Transkripciją veikia ir gliukozės kiekis (CRP aktyviklio reguliacija cAMP pagalba). 4. Kiti operonų pavyzdžiai Triptofano operonas (trp operonas): Slopinimas: o Kai triptofano yra pakankamai, jis veikia kaip korepresorius. o Triptofanas prisijungia prie represoriaus (TrpR), kuris blokuoja operoną, jungdamasis prie operatoriaus. Aktyvacija: o Kai trūksta triptofano, represorius atsiskiria nuo operatoriaus, leidžiant transkripciją. Griežtasis atsakas: Sukeliamas dėl maistinių medžiagų trūkumo. Ribojama rRNR ir tRNR sintezė, sumažinant baltymų sintezės aktyvumą. Leidžia ląstelėms išgyventi stresines sąlygas, sustabdant energijos resursų eikvojimą. Temperatūrinio šoko atsakas: Esant aukštai temperatūrai, aktyvinami šaperoninų ir proteazių genai, kurie apsaugo baltymus nuo pažeidimų arba skaido netinkamai susilanksčiusius baltymus. 5. Transkripcijos valdymas eukariotuose 1. Sudėtingesnė struktūra: o Genai yra branduolyje, apsaugoti histonų ir nukleosomų. o Reikalingi papildomi baltymai (pvz., chromatino pertvarkymo kompleksai). o Transkripcijos valdymas eukariotuose vyksta skirtinguose audiniuose ir skirtingais vystymosi etapais. 2. Transkripcijos aktyvikliai: o Tikrieji aktyvikliai: Sąveikauja su transkripcijos veiksniais ties promotoriais, skatindami RNR polimerazės aktyvumą. o Antirepresoriai: Pertvarko chromatino struktūrą, leidžiant genams būti aktyvuotiems. o Architektūriniai baltymai: Lenkiant DNR, suartina transkripcijai reikalingus komponentus, palengvindami reguliacinių baltymų sąveiką. 3. Transkripcijos represoriai: Veikia slopindami aktyviklius arba blokuodami transkripcijos veiksnių prisijungimą ties promotoriais. Gali blokuoti genų raišką užimdami aktyviklių atpažinimo sekas (pvz., CAAT dėžutės). 6. Reguliacijos elementai  Promotoriai: o Pavyzdys: TATA dėžutė eukariotuose, būtina tiksliam transkripcijos pradžios taško nustatymui. o Turi papildomus elementus, tokius kaip BRE, kurie stiprina transkripcijos aparato prisijungimą. Stiprikliai ir slopikliai: o Veikia net dideliais atstumais nuo promotoriaus, stiprindami arba slopindami transkripciją. o Slopikliai gali sumažinti aktyviklių efektyvumą arba blokuoti jų sąveiką su transkripcijos kompleksu. Atsako elementai: Trumpi DNR motyvai, atpažįstami specifinių aktyviklių (pvz., HSE – temperatūrinio šoko atsako elementas). Leidžia koordinuotą genų raišką reaguojant į specifinius signalus, tokius kaip hormonai ar stresiniai veiksniai. 7. RNR vaidmuo reguliacijoje 1. Mažosios RNR: o miRNR: Slopina transliaciją arba skatina iRNR degradaciją, prisijungdamos prie komplementarių sekų iRNR molekulėje. o siRNR: Skaldo iRNR, dažniausiai kilusi iš egzogeninių šaltinių, tokių kaip virusų RNR. o piRNR: Slopina transpozonų aktyvumą lytinėse ląstelėse, užtikrindamos genomų stabilumą. 2. RNR interferencija: o Mechanizmas, kai mažosios RNR reguliuoja genų raišką, pavyzdžiui, slopindamos specifines iRNR molekules. o Naudojama tiek natūraliai ląstelėse, tiek eksperimentinėje genetikoje genų raiškos valdymui. Transliacija 1. Transliacijos esmė Apibrėžimas: Transliacija – tai procesas, kurio metu genetinė informacija, užkoduota iRNR, yra išverčiama į baltymo aminorūgščių seką. Pagrindiniai dalyviai: o iRNR: Veikia kaip matrica, perduodanti informaciją apie aminorūgščių seką. o rRNR: Ribosomų struktūrinė dalis, katalizuojanti peptidinių ryšių susidarymą.  o tRNR: Perneša aminorūgštis į ribosomą pagal iRNR kodonus. o Ribosomos: Kompleksai, atsakingi už baltymų sintezę. Svarba: Transliacija yra galutinis genų ekspresijos etapas, kurio metu genetinė informacija paverčiama į funkcinį baltymą. 2. Genetinis kodas Kodonai: o iRNR nukleotidai nuskaitomi grupėmis po tris – tokie trejetai vadinami kodonais. o Yra 64 kodonai (4 nukleotidų tipai, derinami po tris: 4^3). o 61 kodonas koduoja aminorūgštis, 3 yra STOP kodonai (UAA, UAG, UGA). Genetinio kodo savybės: o Universalumas: Daugelyje organizmų tie patys kodonai koduoja tas pačias aminorūgštis (pvz., AUG – metioninas). o Degeneracija: Viena aminorūgštis gali būti koduojama daugiau nei vieno kodono (pvz., leucinas – UUA, UUG). o Nesanklotinis: Vienas kodonas nepersidengia su kitu. o Išimtys: Kai kuriose mitochondrijose ir pirmuonių organizmuose kodonų reikšmės gali skirtis. 3. tRNR ir jos vaidmuo Struktūra: o Sudaryta iš stiebų ir kilpų: ▪ Akceptorinis stiebas: 3’ gale jungiasi aminorūgštis. ▪ Antikodonas: Sąveikauja su iRNR kodonu. ▪ D ir T kilpos: Reikalingos tRNR atpažinimui fermentų ir ribosomų. o tRNR 3D struktūra primena L raidę, optimizuotą sąveikai su ribosoma ir aminorūgštimis. Funkcija: o tRNR molekulės prisijungia specifines aminorūgštis ir jas perneša į ribosomas. o Antikodonas atpažįsta iRNR kodoną pagal komplementarumo principą. Nevienareikšmė sąveika (wobble): o Trečiasis kodono nukleotidas gali sąveikauti ne pagal standartines poravimo taisykles, leidžiant tam pačiam tRNR atpažinti kelis kodonus. 4. Aminorūgščių aktyvinimas  Procesas: Aminorūgštis prijungiama prie tRNR 3’ galo naudojant fermentus aminoacil-tRNR sintetazes. Etapai: 1. Aminorūgšties aktyvinimas: ▪ Aminorūgštis reaguoja su ATP, sudarydama aminoaciladenilatą (aminoacil- AMP). 2. tRNR prijungimas: ▪ Aminorūgštis perkeliama prie tRNR, sudarant aminoacil-tRNR kompleksą. Specifiškumas: Kiekviena aminorūgštis turi savo sintetazę, kuri atpažįsta tik jai skirtas tRNR molekules. 5. Ribosomų struktūra ir funkcijos Ribosomos: Ribonukleoproteininiai kompleksai, susidedantys iš rRNR ir baltymų. Atsakingos už baltymų sintezę pagal iRNR informaciją. Subvienetai: o Prokariotuose: 30S (mažasis) ir 50S (didysis), sudaro 70S ribosomą. o Eukariotuose: 40S (mažasis) ir 60S (didysis), sudaro 80S ribosomą. Funkcinės sritys: 1. A sritis (aminoacil-tRNR): Naujos tRNR prisijungimo vieta. 2. P sritis (peptidil-tRNR): Polipeptidinės grandinės laikymo vieta. 3. E sritis (exit): tRNR išėjimo vieta. rRNR vaidmuo: Veikia kaip ribozimas, katalizuojantis peptidinio ryšio susidarymą. Užtikrina tikslią iRNR ir tRNR išdėstymą ribosomoje. 6. Transliacijos etapai 1. Iniciacija Prokariotuose: o Mažasis ribosomos subvienetas jungiasi prie iRNR Šaino-Dalgarno sekoje. o Iniciatorinė tRNR su N-formilmetioninu (fMet-tRNA) jungiasi prie P srities. o Prisijungia didysis ribosomos subvienetas, sudarant 70S kompleksą. Eukariotuose:  o Mažasis ribosomos subvienetas jungiasi prie iRNR kepurėlės (5’ galas). o Iniciatorinė tRNR su metioninu (Met-tRNA) suranda pirmą AUG kodoną. o Prisijungia didysis ribosomos subvienetas, sudarant 80S kompleksą. 2. Elongacija Nauja aminoacil-tRNR prisijungia prie A srities (padeda EF-Tu ir GTP). Peptidiltransferazės centras katalizuoja peptidinio ryšio susidarymą tarp P ir A sričių aminorūgščių. Ribosoma pasistumia viena kodono pozicija, perkeliant polipeptidą iš A į P sritį, o E sritis atlaisvinama. 3. Terminacija STOP kodonas (UAG, UAA arba UGA) pasiekiamas A srityje. Terminacijos veiksniai (RF) atpažįsta STOP kodoną ir aktyvuoja polipeptido atpalaidavimą. Ribosomos subvienetai disocijuoja, atpalaiduojant iRNR ir tRNR. 7. Poliribosomos Apibrėžimas: Kelių ribosomų kompleksas, kuris vienu metu sintetina kelis baltymus iš vienos iRNR molekulės. Prokariotuose: Transliacija ir transkripcija vyksta vienu metu. Eukariotuose: Transliacija vyksta atskirai nuo transkripcijos. 8. Eukariotų ir prokariotų transliacijos skirtumai 1. Ribosomos dydis: o Prokariotuose: 70S (30S + 50S). o Eukariotuose: 80S (40S + 60S). 2. Iniciatorinė tRNR: o Prokariotuose: N-formilmetioninas (fMet). o Eukariotuose: Metioninas (Met). 3. iRNR atpažinimas: o Prokariotuose: Šaino-Dalgarno seka. o Eukariotuose: Kepurėlė (5’ galas) ir poli(A) uodega. 4. Lokalizacija: o Prokariotuose: Transliacija vyksta kartu su transkripcija citozolyje. o Eukariotuose: Transkripcija vyksta branduolyje, transliacija – citozolyje.