background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

1

 

RNA Synthesis and Processing 

 
Objectives: 

1.  To understand the transcription process  
2.  To understand how RNA polymerase generate a new single-stranded RNA 
3.  To define prmotors and promoter sequence  
4.  To describe RNA processing eukaryotic cells 

 

Transcription 

 
The process of RNA synthesis directed by a DNA template is termed transcription, and occurs 
in three phases: initiation, elongation and termination. 
In transcription, DNA is copied to RNA by an enzyme called RNA polymerase .  
 
 
Transcription to yield an mRNA is the first step of protein biosynthesis 

1.  initiation of transcription 

i.  Promoter  sequences.  Unlike  the  initiation  of  replication,  transcriptional  initiation  does 

not  require  a  primer.  Promoter  sequences  are  responsible  for  directing  RNA 
polymerase  to  initiate  transcription  at  a  particular  point.  Promoter  sequences  differ 
between prokaryotes and eukaryotes 

In  genetics,  a  promoter  is  a  DNA  sequence  that  enables  a  gene  to  be  transcribed.  The 
promoter is recognized by RNA polymerase (RNAP), which then initiates transcription.  

1.  Prokaryotic  promoters.    The  promoters  for  most  prokaryotic  genes  have  three 

sequence elements. 
a. 

Initiation  site  (startpoint).  Transcription  for  most  genes  always  starts  at  the 
same base (position one). The startpoint is usually purine. 

b. 

Pribnow box. : lies 9-18 base pairs upstream of the startpoint. 

i. 

Its either identical to or very similar to the sequence TATAAT. 

ii. 

The pribnow box also called  -10 sequence because it is usually found 
10 bp upstream of the startpoint. 

c. 

The  -35  sequence  is  a  component  of  a  typical  prokaryotic  promoter.  It  is  a 
TTGACA. Called -35 sequence because it is usually found 35bp upstream of 
the startpoint. 

<--upstream                 

 

 

                                 

          downstream --> 

2.  Eukaryotic Promoters.  Each type of eukaryotic RNA polymerase uses a different 

promoter.  The  promoters  used  by  RNA  polymerase  I  and  II  are  similar  to  the 
prokaryotic  promoter  in  that  they  are  upstream  of  the  startpoint.  However,  the 
promoters  used  by  RNA  polymerase  III  are  unique  because  they  are  usually 
downstream of the startpoint. 


background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

2

 

ii.  Initiation factors:   

1. 

Prokaryotic σ factor is required for accurate initiation of transcription. 

2.  Eukaryotic  initiation  factors:  the  initiation  of  transcription  in  eukaryotes  is 

considerably  more  complex  than  in  prokaryotes,  partly  because  of  the  increased 
complexity  of  eukaryotic  RNA  polymerases  and  partly  because  of  the  diversity  of 
their promoters. 

 

2.  Elongation: 

The basic requirement and fundamental mechanism of the elongation phase of RNA synthesis 
is the same in prokaryotes and eukaryotes
1)  Template:  A  single  strand  of  DNA  acts  as  a  template  to  direct  the  formation  of 

complementary RNA during transcription. 

2)  Substrates:  the  four  nucleosides  triphosphates  are  needed  as  substrates  for  RNA 

synthesis.  

3)  Direction of synthesis: RNA chain growth proceeds in the 5' to 3' direction. 
4)  Enzyme:  

a.  Prokaryotes have a single RNA polymerase responsible for all cellular synthesis.The 

structure of RNA polymerase is complex: 

 

 

 

b.  Eukaryotes  have  one  mitochondrial  and  three  nuclear  RNA  polymerase.  The  latter 

are distinct enzymes that function to synthesize different RNAs. 

 

3.  Termination: 

i. 

In prokaryotices: 

There are two basic classes of termination event in prokaryotes 

1.  Intrinsic termination (Rho-independent termination) involves terminator sequences within the 

RNA as it is being made that signal the RNA polymerase to stop. The terminator sequence 
is usually a palindromic DNA sequence that forms a hairpin. 

2.  Rho-dependent termination uses a termination factor called 

ρ factor to stop RNA synthesis 

at specific sites. When ρ-factor reaches the RNAP, it causes RNAP to dissociate from the 
DNA, terminating transcription.  


background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

3

 

 

 

ii.  In eukaryotices: Very little is known about how they terminate transcription  

 


background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

4

 

Posttranscriptional RNA processing 

 

Once a gene transcript has been synthesized, numerous post-transcriptional modification or 

processing events may be needed before the transcript is functional. 

1.  Prokaryotes:  post-transcriptional  processing  of  RNA  is  not  as  extensive  in  prokaryotes 

as in eukaryotes; however, some processing does occur. 

2.  Eukaryotes:  Overall,  post-transcriptional  processing  is  more  extensive  in  eukaryotes 

than  in  prokaryotes.  This  partly  is  due  to  the  presence  of  a  nucleus  from  which  most 

RNAs must be transported. RNAs are processed during this transport. Processing gives 

them  the  characteristics  they  need  to  be  functional  in  the  cytoplasm  such  as  an 

increased stability of mRNAs as well as allowing for another level of gene regulation. 

a.  The primary transcript (hnRNA) is capped at its 5' end as it is being transcribed. 

b.  A poly  (A)  tail,  20  to  200  nucleotide in  length  is being  added  to  the 3'  end  of  he 

transcript. 

c.  Splicing reactions remove introns and connect the exons. 

 

(The most common cause of 

-thalassemia are defects in mRNA splicing of the 

-globin gene. 

Mutations  that  affect  the  splicing  create  aberrant  transcript  that  are  degraded  before  they  are 

translated.  If  patients  inherit  a  single  mutant  gene  thalassemia  minor,  the  disease  manifests 

itself  with  a  mild  anemia.  However,  patents  with  homozygous  mutations  thalassemia  major 

have sever transfusion-dependent anemia. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 


background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

5

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

Lecture 3

 

2014  

                                 Professor H.D.El-Yassin 

6

 

 
Conclusion: 

1. 

Synthesis of RNA from a DNA template is called transcription 

2. 

Genes are transcribed by enzymes called RNA polymerases that generate a single-
stranded RNA 
identical in sequence (with the exception of U in place of T) to one of the 
strands of the double-stranded DNA. The DNA strand that directs the sequence of 
nucleotides in the RNA by complementary base-pairing is the template strand. The 
RNA strand that is initially generated is the primary transcript. The DNA template is 
copied 
in the 3' to 5' direction, and the RNA transcript is synthesized in the 5' to 3' 
direction. RNA polymerases differ from DNA polymerases in that they can initiate the 
synthesis of new strands in the absence of a primer. 

3. 

In addition to catalyzing the polymerization of ribonucleotides, RNA polymerases must 
be able to recognize the appropriate gene to transcribe, the appropriate strand of the 
double-stranded DNA to copy, and the startpoint of transcription . Specific sequences 
on DNA, called promoters, determine where the RNA polymerase binds and how 
frequently it initiates transcription. Other regulatory sequences, such as promoter-
proximal elements 
and enhancers, also affect the frequency of transcription. 

4. 

In bacteria, single RNA polymerase produces the primary transcript precursors for all 
three major classes of RNA: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), and 
transfer RNA (tRNA). Because bacteria do not contain nuclei, ribosomes bind to mRNA 
as it is being transcribed, and protein synthesis occurs simultaneously with transcription. 
Eukaryotic genes are transcribed in the nucleus by three different RNA polymerases, 
each principally responsible for one of the major classes of RNA. The primary transcripts 
are modified and trimmed to produce the mature RNAs. The precursors of mRNA 
(called pre-mRNA) have a guanosine 

“cap” added at the 5_-end and a poly(A) “tail” at 

the 3_-end. Exons, which contain the coding sequences for the proteins, are separated 
in pre-mRNA by introns, regions that have no coding function. During splicing  
reactions, 
introns are removed and the exons connected to form the mature mRNA. In 
eukaryotes, tRNA and rRNA precursors are also modified and trimmed, although not as 
extensively as pre-mRNA. 

 

 

Nice to know: 
Clinical case: 
Anne Niemick 
is a 4-year-old girl of Mediterranean ancestry whose height and body weight are below 
the 20th percentile for girls of her age. 
She is listless, tires easily, and complains of loss of appetite and shortnessof breath on exertion. A dull 
pain has been present in her right upper quadrant for the last 3 months. Her complexion is slate-gray 
and she appears pale. Initial laboratory studies indicate a severe anemia (decreased red blood cell 
count) with a hemoglobin of 6.2 g/dL (reference range, 12

–16). A battery of additional hematologic tests 

shows that Anne has 

+

 -thalassemia, intermediate type. 

 
The thalassemias are a heterogenous group of hereditary anemias that constitute the most common 
gene disorder in the world, with a carrier rate of almost 7%. The disease was first discovered in countries 
around the Mediterranean Sea and was named for the Greek word “thalassa” meaning “sea”. However, it 
is also present in areas extending into India and China that are near the equator. The thalassemia 
syndromes are caused by mutations that decrease or abolish the synthesis of the 

 or 

 chains in the 

adult hemoglobin A tetramer. Individual syndromes are named according to the chain whose synthesis is 
affected and the severity of the deficiency. Thus, in

°  thalassemia, the superscript 0 denotes none of 

the 

 chain is present; in

+

 thalassemia, the + denotes a partial reduction in the synthesis of the 

 chain. 

More than 170 different mutations have been identified that cause 

 thalassemia; most of these interfere 

with the transcription of 

-globin mRNA or its processing or translation. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 184 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