background image

1

 

 

First stage 

Biology 

Lec-2

 

2/12/2015

 

. د

 

The flow of genetic information

 

It  is  a  remarkable  fact  that  an  organism’s  characteristics  are  encoded  by  a  four-letter 

alphabet,  defining  a  language  of  three-letter  words.  The  letters  of  this  alphabet  are  the 

nitrogenous bases adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T). So how do these 

bases enable cells to function? The expression of genetic information is achieved ultimately 

via   proteins, particularly the enzymes that catalyse the reactions of metabolism. Proteins 

are  condensation  heteropolymers  synthesized  from  amino  acids,  of  which  20  are  used  in 

natural proteins. Given that a protein may consist of several hundred amino acid residues.  

The flow of genetic information is unidirectional, from DNA to protein, with  messenger RNA 

(mRNA) as an intermediate. The copying of DNA-encoded genetic information into RNA is 

known  as  transcription  (TC),  with  the  further  conversion  into  protein  being  termed 

translation  (TL).  This  concept  of  information  flow  is  known  as  the  Central  Dogma  of 

molecular biology and is an underlying theme in all studies of gene expression. 

Transcription and translation 

These two processes are the critical steps involved in producing functional proteins in the 

cell. Transcription involves synthesis of an RNA from the DNA template provided by the non-

coding  strand  of  the  transcriptional  unit  in  question.  The  enzyme  responsible  is  RNA 

polymerase.  In  prokaryotes  there  is  a  single  RNA  polymerase  enzyme,  but  in  eukaryotes 

there  are  three  types  of  RNA  polymerase  (I,  II,  and  III).  These  synthesize  ribosomal, 

messenger,  and  transfer/5S  ribosomal  RNAs,  respectively.  When  the  RNA  molecule  is 

released,  it  may  be  immediately  available  for  translation  (as  in  prokaryotes)  or  it  may  be 

processed  and  exported  to  the  cytoplasm  (as  in  eukaryotes)  before  translation  occurs. 

Translation requires an mRNA molecule, a supply of charged tRNAs (tRNA molecules with 

their  associated  amino  acid  residues),  and  ribosomes  (composed  of  rRNA  and  ribosomal 

proteins).  The  ribosomes  are  the  sites  where  protein  synthesis  occurs;  in  prokaryotes, 

ribosomes  are  composed  of  three  rRNAs  and  some  52  different  ribosomal  proteins.  The 


background image

2

 

 

ribosome is a complex structure that essentially acts as hold the mRNA in place so that the 

codons may be matched up with the appropriate anticodon on the tRNA, thus ensuring that 

the correct amino acid is inserted into the growing polypeptide chain. The mRNA molecule is 

translated in a 5'→3' direction. 

Transcription  ( RNA synthesis ) : 

Transfer of genetic information from DNA by the synthesis of a complementary RNA 

molecule under the direction of RNA polymerase . 

 

 

Transcription occurs in three stages : 

 

1- Initiation : 

 

Transcription begins when transcription factors help RNA polymerase bind to the    

promoter ( which is a special sequence that signals the start of the gene).  Transcription 

factor regulate which genes are transcriped in a particular cell type .

 

 

Figure: Setting the stage for transcription to begin: a- Proteins that initiate recognize 

specific sequences in the promoter region of a gene. b-A binding protein recognizes the 

TATA region and binds to the DNA. This allows other transcription factors to bind. c- the 

bound transcription factors form a pocket that allows RNA-polymerase to bind and begin 

making RNA. 

 


background image

3

 

 

2- Elongation :

 

RNA polymerase unwind the DNA double helix locally, RNA polymerase then adds RNA 

nucleotides to a growing chain, in a sequence complementary to the DNA template strand . 

RNA is transcribed from the template strand of DNA . 

 

 

The other DNA strand is called the coding strand .

 

3- Termination : 

 

   A termination sequence in the gene signals the end of transcription .

 

 

 

Figure: Transcription: Initiation is the control point that determines which genes are 

transcribed. RNA nucleotides are added during elongation. A termination sequence in the 

gene signals the end transcription. 

 

 

 

 


background image

4

 

 

mRNA Processing in Eukaryotes

 

In the nucleus a gene composed of  Exons ( coding sequences ) and Introns (non coding 

sequences). Both of these are transcriped to  pre- mRNA or primary transcripts (primary 

mRNA). Pre mRNA undergo 3 major modification prior to their transport to the cytoplasm 

for translation :

 

1- 7-Methyl guanosine caps are added to the 5' ends of the primary transcripts.

 

2- Poly (A) tails (a series of adenine molecules ) are added to the 3 ends of the transcripts . 

It is important for RNA stability and translation of polypeptide . 

 

3- Processing involves spliceosomes consist of  snRNAs  and  protein subunits in the nucleus 

to remove the intron and splice together the exon into mRNA. 

 

Mature  mRNA transmits to the cytoplasm where it directs protein synthesis. 

 

Transcription and RNA Processing occur in the nucleus while translation occurs in the 

cytoplasm.

 

 

Translation (Protein Synthesis )

 

The Process which the genetic information (which is stored in the sequence of nucleotides 

in an mRNA molecule ) is translated , according to the specification of the genetic code into 

the sequence of amino acids in the polypeptide gene product. A ribosome has two subunits  

(each composed of rRNA and various proteins)

 

 

small subunit and large subunit . Eukaryotic ribosome (80 S ) has small subunit (40 S ) 

and large subunit ( 60 S ) . 

 

 

 

 

 

 


background image

5

 

 

Protein synthesis consist of 3 phases :  

1- Initiation Phase : 

 

 

A small ribosomal subunit binds to mRNA : an initiator tRNA with the anticodon UAC 

pairs with the start codon AUG. 

 

 

The large ribosomal subunit completes the ribosome , initiator tRNA carry 

methionine occupies the P-site. The A-site is ready for the second tRNA 

 

 

The small and large subunit together form two tRNA binding sites P(Peptidyl) site 

and A ( Aminoacyl ) site .

 

 

 

 

2- Elongation Phase : Elongation consist of 3 steps : 

 

 

arged  tRNA with an anticodon complementary to the second codon 

A second ch

 

st

1

on mRNA binds to A-site .

 

( part of the large ribosomal

  

ransferase

t

Peptidyl 

Peptide bond formation : 

 

-

nd

2

 

 

subunit ) can catalyze formation of peptide bond between the amino acids carried by 

the two tRNAs . This bond forming reaction connects the methionine at the P-site to the 

amino acid carried by the tRNA at the A-site . It also disconnects methionine from the 

initiation tRNA as a result the tRNA at the A-site now carries two amino acids .

 


background image

6

 

 

Translocation : 

 

-

rd

3

 

 

Three concerted  movements occur , collectively called translocation : 

 

1- Uncharged -tRNA leave the P-site . 

 

2- The dipeptide-tRNA in the A-site moves to the P-site . 

 

3- The ribosome moves a long the mRNA by three nucleotides (codon ) to place the next 

codon in  the A-site .

 

The empty A-site now receives another tRNA whose identity is determined by the next 

codon in the mRNA and the ( peptide bond formation and translocation ) occurs once again 

.

 

 

 

3- Termination Phase : 

 

 

Termination of protein synthesis occurs when one of 3 stop codons  ( UAG , UAA , 

UGA ) appears in A-site of the ribosome . A protein called release factor recognize stop 

codons and hydrolysis the bond between the last tRNA at the P-site and the polypeptide 

releasing them . The ribosomal subunits dissociate . 

 

 

The resultant polypeptide chain may be enzyme , hormone , antibody , or structural 

proteins . 

 

 


background image

7

 

 

 

 

Features of the genetic code : 

1- Genetic code is Triplet : AAA  code for lysine .   

 

2- Unambiguous : each Triplet codon has only one meaning . 

 

3- The genetic code has start and stop signals . There is one start signals ( AUG ) .  and there 

is 3 stop signals ( UAA , UAG , UGA ) .

 

4- Universal : the code is the same and stable in all living organisms.

 

5- The genetic code is nonoverlapping and degenerate.

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 56 عضواً و 217 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل