New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Exam III Study Guide

by: Joseph Merritt Ramsey

Exam III Study Guide CELL 2050

Marketplace > Tulane University > Science > CELL 2050 > Exam III Study Guide
Joseph Merritt Ramsey

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

All Past Notes and Diagrams Compiled into a Comprehensive Study Guide
Dr. Meenakshi Vijayaraghavan
Study Guide
50 ?




Popular in Genetics

Popular in Science

This 56 page Study Guide was uploaded by Joseph Merritt Ramsey on Monday April 11, 2016. The Study Guide belongs to CELL 2050 at Tulane University taught by Dr. Meenakshi Vijayaraghavan in Winter 2016. Since its upload, it has received 70 views. For similar materials see Genetics in Science at Tulane University.


Reviews for Exam III Study Guide


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 04/11/16
March 16, 2016 Chapter 11: DNA Replication  Chargaff’s Rule is Important to Consider o Complementarity is what allows Replication to occur o So replication depends on the C­G and A­T matching  Discovery of the Process o There Were Three Old Models to Explain DNA Replication Copies o Cultured E. coli, specifically in a heavy Nitrogen medium ( N)  Heavy Isotope, swapped the Medium to Light Isotope ( N) 14  Bacterial Replication o Bacteria have circular DNA with a single origin of replication o Components of oriC (About 100­200bp long)  AT Rich Regions  DnaA Box Regions  Roughly five spots present  GATC Methylation Site  The Overall Process o 1. Prepping  A. Methylation must take place to loosen up the strands  Occurs on Adenines  This is the preliminary requirement  This is the first thing that is looked for, that Adenines  on both strands (Fully Methylated) are Methylated  In the GATC Methylation Sites  B. Then DnaA­Box/ATP Complex Proteins bind to the  DnaA­Box Sequences  This continues to add strain and opens up the DNA  Each Box is 9 Nucleotides Long  20 Proteins Recruited  ATP Complex gives the proteins and affinity for the  DnaA­Box Region  This binding causes strain in the AT­Rich region trying to wrap around the complex, opening the strand  HU (Histone Like) and HIF (Histone Like  Integration Factor) also help binding and recruitment  C. AT­Rich Regions  About 13bp Long  There are only two Hydrogen Bonds present, so they  are more susceptible to separation  Very close to DnaA­Box Sequence  This is the First Event, the break occurs in the AT­ Rich Region  D. DnaC protein recruits DnaB Protein (Helicase),  breaking the hydrogen bonds  ATP dependent action  This continues the action started by the DnaA­Box  Proteins  One Helicase binds to one strand, another binds to the other o Forms the Replication Forks  Requires ATP Hydrolysis for energy  E. The Strands need to remain unwound, so Single Strand  Binding Protein comes in to stabilize the single strands  This way they can act as a template to make daughter  strands  F. Gyrase (Topoisomerase II) acts as a sort of path­paver  ahead to loosen Positively Supercoiled regions o 2. Synthesizing  A. DNA Primase  This is the First Protein that comes in in the  Synthesis process  Like RNA Polymerase  Makes 10­12bp long RNA primer, so DNA Polymerase  does not immediately and directly act  o DNA Polymerase does not have the innate  capacity to initiate replication   B. DNA Polymerase  II, IV, and V have repair functions  I and III have normal replication functions  DNA Polymerase III acts first and works with the  Continuous Leading Strand first followed by the  Lagging Strand with the creation of Okizaki  Fragments  But it Never Starts the Synthesis Polymerase I Polymerase III  Single Polypeptide  Hollow Enzyme, So Contains Several Subunits (10   Removes RNA  Total) Primers (made by   These subunits give the functionality, and the others  DNA Primase) and  merely aid these functioning Substitutes them  o  ▯–  catalysis  o ? – clamp with DNA  Nucleotides o ? – clamp loader o ? – exonuclease  Each Subunit has a Specific Function o  ▯– Catalyzes Phosphodiester Bonds o ? – Allows Polymerase III to hold onto the template; vital subunit o ? – Loads onto the clamp; important in lagging  strand o ? – exonuclease activity to fix incorrect nucleotide  addition  Does the most work replicating the DNA o 3. Polymerase Action  It can never start synthesis  Two Drawbacks  1. Cannot Initiate Synthesis – DNA Primase Helps  2. Can Only Add Nucleotides in 5’ to 3’ Direction –  need the 3C Hydroxyl Group o Catalyzes Diester Bond Formation in 5’ of  incoming nucleotide and 3’ on existing  The above Polyermases act in very specific manners to create DNA copies  A. Polymerase III o Continues to add Nucleotides to the DNA  Primer made from DNA Primase o Leading Strand moves towards the replication  fork o On the Lagging side, sections Loop and Unloop   B. Polymerase I  Looping in the Lagging  Looping occurs with 1,000­2,000bp Fragments in  Prokaryotes, 100­200 in Eukaryotes o The created fragments are called Okizaki  Fragments  Looping causes it to look like Synthesis is moving  towards replication fork o But after it is unwound synthesis is away from  fork  Primase Initiates the Looping Process itself  The looping causes a small delay  Reaction of DNA Polymerase Prepping Actor Acts On 1 Methylation Adenine )  Must occur in order for replication to start This is the preliminary requirement GATC Region 2 DnaA­Box Proteins DnaA­Box Sequences ) Form a Protein/ATP Complex HU and IHF also help DnaA Bind 5­6 Box Regions Present Each Box 9bp Induces Separation DnaA­Box Proteins create friction on the DNA Strand After the separation occurs, DNA­ATP complex becomes DNA­ADP Complex Protein Complex formed of about 20 Proteins These regions are next to AT­Rich regions which are susceptible to  unwinding under stress DnaC DnaB­Helicase 3 ) Helicase is recruited to continue opening up the strands This is a 6­Protein Subunit Creates a replication fork ATP dependent Process 4 Single Strand Binding Proteins Unwound DNA Strands ) Binding needs to occur to keep the strands separated Small Proteins that Specifically Bind to Single Stranded DNA 5 Gyrase/Topoisomerase II ) Continues to loosen the DNA ahead as well Synthesizing 1 DNA Primase ) Has the same function as RNA Polymerase Makes a 10­12bp Long strand of RNA Primer This initiates the Synthesis, not Polymerase III Primase also acts to initiate the Looping Process 2 DNA Polymerase III Leading ) Leading Strand Starts adding on at the open 3’ Locations Can go continuously Follows the primer Strands 3 DNA Polymerase III Lagging ) Lagging Strand Has to add through a Looping Process because addition cannot occur in the 5’  location After the Loop is formed and coded, it flips back These loops are about 100­200bp Long in Eukaryotes, 1000­2000 In Prokaryotes Polymerase III Action Why Towards the 5’ End? The 3’ end is the available end and is the only one that can be added onto, so it needs to be  the open side Restrictions of DNA  Polymerase 1. Cannot Initiate Synthesis 2. Can Only Add  in 5’­3’ March 18, 2016 Chapter 11: DNA Replication  Chargaff’s Rule is Important to Consider o Complementarity is what allows Replication to occur o So replication depends on the C­G and A­T matching  Discovery of the Process o There Were Three Old Models to Explain DNA Replication Copies o Cultured E. coli, specifically in a heavy Nitrogen medium ( N)  14 Heavy Isotope, swapped the Medium to Light Isotope ( N)  Bacterial Replication o Bacteria have circular DNA with a single origin of replication o Components of oriC (About 100­200bp long)  AT Rich Regions  DnaA Box Regions  Roughly five spots present  GATC Methylation Site  The Overall Process o 1. Prepping  A. Methylation  B. DnaA­Box/ATP Complex Proteins   C. DNA Helicase   D. Single Strand Binding Protein   E. Gyrase (Topoisomerase II)  o 2. Synthesizing  A. DNA Primase  B. DNA Polymerase  II, IV, and V have repair functions  I and III have normal replication functions o 3. Polymerase Action  DNA Polymerase Actors  A. Polymerase III  B. Polymerase I o DNA Polymerase I removes the RNA Primer Cap  and adds in the 5’ to 3’ direction o It latches on to the second Primer nucleotides  and removes from the first primer when it adds  DNA nucleotides o Primer removed so synthesis can be completed o Works in conjunction with Polymerase III  Reaction of DNA Polymerase  Role of the ­▯ Subunit o They come in as Triphosphates o Pyrophosphate given up in formation of Diester  Bond  Dehydration Synthesis o Results in the Phosphate adjacent to the sugar  being the one that binds to the next Nucleotide o This catalysis is done by the ­▯Subunit  Importance of the ?­Subunit o Holds DNA Polymerase III in place in order to  react, works up to 500,000bp  Most significant for continuity o Mutations in the Beta Subunit result in  significantly less efficient replication, falls off  every 10bp and goes from 750bp/sec to  20bp/sec  o 4. DNA Ligase  Ligase stitches things together  Powered by  NADPH  Acts about every  500,000bp, When Poly III Hops off  Acts after Poly I has removed the Primers  Catalyzes the one Covalent that is needed between Long  Strand from III and Sh+rt Strand of I  Prokaryotes use NAD , Eukaryotes ATP  Broken down into Nicotinamide Monoamine and  Adenosine  o 5. Termination  The replication forks eventually come together in Bacteria  But the Ter Sequence also plays a role  They are present in both directions, the clockwise  movement and the anticlockwise movement  So Two Sequences present  Ter Does not actually cause termination  Tus binds to the Ter Sequence and triggers  termination on the opposite side  1 Tus (Termination Utilization Substance) is  sufficient to stop replication (one continues to the  termination portion) o Tus stops the same side (binding to clockwise  side allows counterclockwise to proceed)  Ligase comes in after the Tus initiated termination  Stiches normal spots together  Sometimes Ligase has errors, but Topoisomerase II  comes in to help fix o Makes a cut and Ligase comes in to “Remend”  DNA Replication Complexes (they form to increase efficiency) o 1. Primosome  Works to break H­Bonds and Lay Primers  This process occurs within a unit  Done by Helicase and DNA Primase o 2. Replisome  With the activity of Polymerase III, the unit gains another  functionality  Becomes the Replisome  Does not include Ligase and Poly I o 3. DNA Polymerase III Unit  The protein is dimerized, so they move along together  Proofreading Mechanisms o Fidelity – retaining the correct DNA sequence o Three Manners  I. Inherent Instability of Mismatched Bases  Improper H­Bonding creates mismatches that twist the DNA out of shape  Torsion and turning occurs  Can occur at a rate of 1/1000bp  II. ­▯Subunit Specificity  Catalysis cannot occur if the match isn’t exact  Only allows matched base pairs to bind together  Has induced fit model  The mismatched pairs cannot fit into the Alpha  Domain Subunit  The Induced Fit changes error rate from 1/100,000 to 1/1,000,000  III. ?psilon­Subunit has a Proofreading Function  Compared to Poly I (Removes and Synthesizes in 5’ to  3’)  Exonuclease Polymerase III Subunit digests 3’ to 5’  and adds the repair in 5’ to 3’ o Addition is the same direction, but digestion is  different  Still a part of Polymerase III, just located behind the  Alpha­Unit  So no the error rate is changed to 1/100,000,000  How Does the Cell Coordinate Replication with Division? – Components  are Needed o 1. Methylation (Adenine Mutation)  After the replication two strands are not methylated  So both strands are not methylated (Fully Methylated)  Results in Hemimethylated strands  o 2. DNAa­Box Proteins  Similarly, the box protein complexes go from ATP to ADP  complexes   No more affinity is present, so fewer complexes  The necessary concentration of Box proteins is no longer  present immediately after replication either  Because there are more DNAa Boxes (mores strands)  20 DnaA Proteins to bind with the 5 Boxes Present o 3. Cell Growth and the Dam Gene  When the cell grows to a certain extent and reaches a  particular level  This occurs on Adenine for GATC Methylated Regions  Dam (DNA Adenine Methyltransferase) acts to Methylate  Adenine  Confirmation of Triphosphate Theory – Arthur Kornberg o Background  In vitro experiment  Wanted to see how the Nucleotides formed  He theorized the Triphosphates were recruited to form  Nucleotides o Set Up and Procedure  Took all the necessary proteins and components to  necessary to synthesize (Complete System) as well as a  DNA template  Did a control without the template as well   Then labeled the Triphosphates to be able to observe them  Add the end of the replication period (30min), Perchloric  Acid was added to destroy the remaining bases  Kept the strand in­tact, broke down nucleotides  The centrifuged and took the DNA Pellet  o Findings  Complete the template, found radioactivity present ( P)2  Without the template present, all nucleotides broken down  and no radioactivity was present March 30, 2016 Chapter 11: DNA Replication  Chargaff’s Rule is Important to Consider  Discovery of the Process  Bacterial Replication  The Overall Process o 1. Prepping  A. Methylation  B. DnaA­Box/ATP Complex Proteins   C. DNA Helicase   D. Single Strand Binding Protein   E. Gyrase (Topoisomerase II)  o 2. Synthesizing  A. DNA Primase  B. DNA Polymerase  II, IV, and V have repair functions  I and III have normal replication functions o 3. Polymerase Action  DNA Polymerase Actors  A. Polymerase III  B. Polymerase I  Reaction of DNA Polymerase  Role of the ­▯Subunit  Importance of the β­Subunit o 4. DNA Ligase  Acts about every 500,000bp, When Poly III Hops off +  Prokaryotes use NAD , Eukaryotes ATP o 5. Termination  But the Ter Sequence also plays a role  Tus binds to the Ter Sequence and triggers termination  Ligase comes in after the Tus initiated termination  Sometimes Ligase has errors, but Topoisomerase II  comes in to help fix Catenanes  DNA Replication Complexes (they form to increase efficiency) o 1. Primosome (H­Bonds and Primers) o 2. Replisome (With Poly III) o 3. DNA Polymerase III Unit  Proofreading Mechanisms o Fidelity – retaining the correct DNA sequence  I. Inherent Instability of Mismatched Bases  II. ­▯Subunit Specificity  III. Εpsilon­Subunit has a Proofreading Function  How Does the Cell Coordinate Replication with Division? – Components  are Needed o 1. Methylation (Adenine Mutation) ­ Results in Hemimethylated  strands  o 2. DNAa­Box Proteins o 3. Cell Growth and the Dam Gene  Confirmation of Triphosphate Theory – Arthur Kornberg o He theorized the Triphosphates were recruited to form Nucleotides o Set Up and Procedure  Took all the necessary proteins and components to necessary  to synthesize (Complete System) as well as a DNA template  Add the end of the replication period (30min), Perchloric  Acid was added to destroy the remaining bases  The centrifuged and took the DNA Pellet  o Findings  Complete the template, fεound radioactivity present ( P)  Without the template present, all nucleotides broken down  and no radioactivity was present  Mutants and Quest for Discovering Protein Function o How could the function of various replication proteins be  discovered and determined?  If mutants were observed, the functionality could be  determined  Allowed them to discover DNA Polymerase II and III in  Bacteria o Conditional Mutants  The mutations had to be screened  One by one, Brute Force Screening to what mutations were  present  They couldn’t induce a specific locus to mutate  Specifically observed a particular type that were sensitive to  the environment (Temperature Sensitive, ts)  These would act in Permissive Temperatures o Experimental Procedure  I. Mutagenic Agent (usually  Radiation)  II. Agar Plating  III. RepliPlating  They touch the bacterial colony onto a disk  They then grow that colony and simultaneously touch two other plates in order to replicate  IV. Permissive vs. Non­Permissive Temperature o Experimental Findings Rapid Stop Slow Stop  Vital to Replication   Important in the Second  process, causes  Round, so Replication  immediate stop  halts after one go  Polymerase I,III,   Not enough DnaA­Box  Helicase, Primase Proteins  All are vital to   DnaC cannot recruit  Replication Helicase  Dam does not function  properly o Importance of Understanding  1) Identification of Proteins Function  2) Mapping of Given Genes  3) Genetic Cloning (cDNA) could now Occur Eukaryotic Replication  Overview o Prokaryotic Comparisons (Highlight Similarities in Replication  Processes)  1. OriC Locations – one in prokaryotes, various in Eukaryotes (every 100,000bp)  2. DNA Nature – linear with histones vs. naked circular   3. Cell Cycle Regulation Checkpoints – protein checkpoints to push forward, complex methods o Still utilize many of the same proteins as well:  1. Gyrase  2. Single Stranded Binding Proteins  3. A form of Primase  Process o I. Prepping  1) Origin of Replication (ARS)  50bp Long in Eukaryotes  Known as Autonomously Replicating Sequences  (ARS) Element  Contain: o 1] These sequences have AT­Rich Regions in  them o 2] They also have a protein binding sequence  analogous to DnaA­Box Regions  2) Pre­Replication Complex (with the Origin Recognition  Complex)  The PreRC is made of 14 Proteins  This occurs during the G1 Phase  A particular complex within the PreRC determines  initial recognition o Origin Recognition Complex (ORC) o Made of 6 Proteins o Forms an ATP complex and binds to ARS  (analogous to DnaA­Proteins)  This binding initiates the S Phase (leads to MCM)  3) MCM Helicase  MCM Helicase initiates the replication process (this is  the beginning of S Phase)  This first break is in the AT Regions of the ARS  MCM Helicase must be present to form replication  forks (wherever it is present, replication forks form) o II. Primer Formation  4) Polymerase­ ▯Action (with  Primase)  Works in conjunction with Primase to make DNA  Polymerase / ▯ Primase Complex  Forms a 10bp RNA Primer and 20­30bp DNA Strand  This is the Primer Stage  Theory is that  ▯only has a  20­30bp capacity o III. Synthesizing  5) Secondary Polymerase Action  After the Alpha/Primer Complex has acted, Alpha falls  off and either ? (Delta) or ? (Epsilon)  Leading o ? works in the leading strand  Lagging o ? works in the lagging strand o Needs to have a motile capacity in order to  function in Lagging Strand o Works on 100­200bp Long Fragments (more  origins so no needs for long strands)  6) Primer Removal  DNA Polymerase I worked in Prokaryotes o In Eukaryotes, ?­Polymerase works always,  leading and lagging, with Flap Endonuclease  Works by creating peripheral “flaps” that can be  removed  Lagging Process o I. Moves up the fragment and “butts into” and  “pushes off” a 2bp Long fragment (the next  primer upfield)  This process occurs on the whole primer o II. Flap Endonuclease comes and removes the  small strand o III. Delta then continues to add DNA o IV. As a longer strand accumulates, DNA  Helicase (DNAII) comes in and removes (5+bp)  Leading Process o I. PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen)  allows for Delta Polymerase separation and  reattachment  Analogous to ? Clamp in Prokaryote  Polymerase III  This proved processivity to allow it to  work  Also present for Epsilon, but the notes  action is the on and off falling of Delta o II. Then the above process occurs on the single  location in the leading strand   Polymerase Types ▯ ? ? ? Also the  Replaces Alpha  Replaces Alpha  Replication of  catalyzing type in lagging  in the Leading  Mitochondrial  Works with  strand Strand DNA Primase to  Removes Primer form initial  primer  Repair o Types – Works in conjunction with cell checkpoints (such as p53)  I. Polymerase ? can remove bp mismatches   Base excision repair – removes incorrect bases to be  replaced  Works as replication is occurring  II. Lesion Replicating Polymerases   Continues elongation if repair does not end up  occurring o Involved in continuing replication of replication  Interestingly, can also detect mismatched bp in the  parent strand and allows for a correction in the  daughter without altering daughter o Recognition  1. H­Bonding Mismatch  2. Induced Fit and DNA Alignment  3. DNA Tortion  Nucleosome Replication o Histone need to be replicated as well (H2A, H2B, H3, H4 from the  Octamer especially) o Also follows a Semiconservative Model (so old and new histones  form)  Telomere Replication o When the Delta Polymerase comes to the end, what happens with  the Telomeres?  The loops are 100­200bp, so what if the remaining end is not exact?  The template isn’t long enough – 3’ Overhang remains  Telomerase acts (loses functionality with age, so Telomere  length reduction) o Telomeres  The remaining part is known as the 3’ Overhang  These are usually about 12­16bp Long  Telomeres have numerous Repeat Sequences comprised of  GGG and TT Repeats  Normal Polymerase function presents some problems:   Cannot flip/loop  Still has to code 5’ to 3’ o Telomerase Process  TERTS (Telomere Reverse transcriptase) is a part of  Telmoerase  There are two of these proteins present  RNA is used as a primer to extend Template Strand  TERTS has an internal 9bp RNA Complementary Strand  that codes a DNA fragment  Attaches at first three  Codes six   Repeats  It is then moved to the 3’ end since replication and looping  cannot occur there  Ligase stiches the translocated portion together  Forming a template long enough to form a loop which  can then be replicated April 1, 2016 Chapter 12: Gene Transcription and RNA Modification Prokaryotic Transcription  Overview of Transcription o Only time that DNA can be accessed for the information to be  expressed o Players Involved  1) DNA – codes for RNA, has signals for starting/stopping  2) Proteins – recognize, regulate, modify transcribed RNA o DNA does not change through the process – a copy is made  identical to one of the strands o What is a Gene?   A unit of heredity  DNA sequences that codes  A transcriptional unit (not necessarily structural) o Some Terminology  Important to consider the terminology based on the  directionality of the transcriptional synthesis  Central Dogma o DNA  RNA  Proteins o Classes  1. Eukaryotes  Follows the Dogma  Polycistronic RNA cannot occur because organelles  perform the specific tasks (which is the purpose of  Polycistronic)  2. Prokaryotes  Also follow the Central Dogma  But can also have Polycistronic RNA – can code for  several types of proteins o Consider, a given vitamin or mineral needs to be processed o In Prokaryotes, a single long strand of mRNA  can be transcribed for various proteins in the  metabolic pathway  This can occur in mitochondria and chloroplasts as  well due to their evolutionary nature  3. Outliers  Viruses are organisms with RNA as their genetic  material o So RNA goes straight to DNA with Reverse  Transcriptase  This is important to note that the RNA in viruses does  not act like a protein, can only perform the same  functions o Viroids are infectious RNA’s, but they only affect plants (no domains) o Prions are infectious Proteins that unbind other  proteins, more complex than simply RNA,  because they have domains  Components of Transcription o Transcription Sequences  DNA and RNA each have specific sequences needed for  Transcription  This process occurs in G1 (Transcription), relative to the S­ Phase (Replication) DNA RNA  Starting  Starting o Promoter Sequence  o Prokaryotes  site for RNA   Ribosomal Binding Site at the 5’ Polymerase Binding  Start Codon –  specifies the first amino  acid in the sequence, modified AUG in  o Transcription  Sequence also  Prokaryotes (N­Formyl Meth Unit) present in the DNA o Eukaryotes   Have 3’ and 5’ Modifications (Cap and   Stopping o Terminator  Tail), so just a start Codon is needed  Sequence (AUG, Methionine) (different than  Prokaryotes)  Regulatory  o Also has regulatory   Always starts, even if Meth not  sequences that alter  present  and influence the   The Ribosome will travel back and  rates of transcription forth over the mRNA before it “decides” which start codon  Stopping o Stop Codon exists instead o Transcription Steps  I. Initiation  The strands have to separate to be accessible o Done by transcription factors and RNA  Polymerase  They bind and an Open Complex (unbinding) Forms  II. Elongation  The actual sequence is constructed  III. Termination  Process stopped  Prokaryotes have Rho­Dependent and Rho­ Independent Pathways  All steps involve DNA/RNA interaction, so when the  DNA/RNA Hybrid is broken (separated), Termination  has Occurred o This is the temporary connection between the  Template and the mRNA o The Various Roles of RNA Transcripts –  This is an important point to  consider: RNA has numerous functions it can perform after transcription  1. Structural  This is mRNA  Codes for proteins, over 90% of genes   2. Standard  tRNA and rRNA are also present in high  concentrations  Involved in the Transcribing portion  3. Atypical (Assessed by the Sedimentation Coefficient)  7S is the Signal Recognition Particle (SRP) (7­ Sedimentation Coefficient + 6 Proteins, co­ translational recruitment of proteins to the ER)  Spliceosomes (snRNA and snoRNA, Small Nuclear  RNA)  Nucleolus RNA (ribosomal subunit assembly)  Viruses  Steps Detailed o I. Initiation  A. Promoter Sequence  +1 Location on the DNA o The first nucleotide that is coded for information o Upstream units are Negative Units  Has TTGACG at ­35 and TATAAT at ­10 crucial for  the +1 location o These are a consensus o Binding first occurs on the ­35 sequence o 16­18 bp long o Upstream  Promoter sequences essentially “point” to the +1  Location o These are the sequences to which RNA  Polymerase Binds o Any sort of acetylation, methylation, or  modification to promoter sequences drastically  reduces transcription rates  Alteration in the binding sequences results in the rate  changing from Once Every 2sec to Once Every  10min o These sequences need to be of high fidelity  B. RNA Polymerase II (Holo­Enzyme, made of two  components) Core Enzyme  This process is a two Component process Subunits:  Core Unit has Various Subunit Components (RNA   ▯(x2)  Polymerase) o  ▯subunits  allow for the addition and binding of  ? (and Beta Prime) –  the transcription factor (Sigma) Catalyzes the bond o ? and ?’ catalyze ester formation in both  Eukaryotes and Prokaryotes o ? – Assembles the Core (Omega)  ? Factor (this is the transcription factor) o Works with RNA Polymerase in order to:  1) Identify ­35 Sequence  2) Cause formation of closed complex o Single subunit that allows the Core to function o Induces the opening up of the strands o Once initiation done, though, Sigma Released o Has a Motif (super­secondary structure) on the  ▯turn  that binds to ­35 location on the major  groove  C. Haloenzyme Binding  It binds loosely and beings to “scan” the DNA for a  Promoter Sequence  Then the Closed Complex forms o It binds, but nothing is open to Transcript yet o This occurs when the ? Factor and DNA Poly II  bind at the ­35 Promoter Region o This Closed Complex creates a tension in the  TATATT Region at ­10  Shortly afterwards, the Open Complex Forms o The strain placed on the molecule from the  Closed Complex causes the adjacent AT rich  region to unravel, forming the Open Complex o This is the first opening up o So this is the crux of initiation  D. Short RNA Strand Synthesis  In the Open Complex, a small strand of mRNA is  formed (8­10bp)  This synthesis causes the release of the ? Factor and  the End of Initiation  The Core Enzyme continues to move and transcribe –  goes to elongation o II. Elongation  The actual sequence is constructed in this step  From +1 Onwards  The Transcription Bubble forms as copying occurs  This is any unwound section open for transcription  About 17bp long  Codes at a rate of 43 Nucleotides Hz o III. Termination  This is marked by the breaking of the DNA/RNA hybrid  Prokaryotes rely on Rho Pathways  Rho separates them by breaking the H­Bonds Rho Dependent Rho Independent  Rho acts like Helicase  Intrinsically occurs   Has Requirements to Bind: because of the nature of the o I. Rho Utilization Sequence (Rut)  mRNA sequence in DNA (allows for Rho Binding)  This form also has a Stem  o II. Alternating GC Rich Regions to  Loop that interferes with  form Stem Loop the Ribosome  Process  Sequences Present  o RNA Stem Loop forms downstream o 1. Alternating GC Rich  This occurs because of the GC  o 2. 3’ End mRNA Uracil  Rich Alternating Regions (so DNA has Adenine)  They have an affinity for each   Adenine of DNA and the  other Uracil of RNA are already  o The Stem Loop slows down  weak, now Poly II slowed polymerase by blocking the   NUS­A has also been found  Ribosome (touches lightly) and is known to further  o So Rho can catch up from behind slow and stall the  transcription process April 4, 2016 Chapter 12: Gene Transcription and RNA Modification  Overview of Transcription  Central Dogma o DNA  RNA  Proteins o Classes  1. Eukaryotes  2. Prokaryotes  Polycistronic RNA 3. Outliers  Viruses and Reverse Transcriptase  Components of Transcription o Transcription Sequences DNA RNA  Starting  Starting o Promoter Sequence site  o Prokaryotes  for RNA Polymerase   Ribosomal Binding Site at the 5’ Binding  Start Codon – specifies the first  o Transcription Sequence amino acid in the sequence,  also present in the DNA modified AUG in Prokaryotes  Stopping o Eukaryotes  o Terminator Sequence  Have 3’ and 5’ Modifications (Cap   Regulatory  and Tail), so just a start Codon is  o Also has regulatory  needed (AUG) (different than  sequences that alter and  Prokaryotes) influence the rates of   The Ribosome will travel back and  transcription forth over the mRNA before it  “decides” which start codon  Stopping o Stop Codon exists instead o Transcription Steps  I. Initiation  II. Elongation  III. Termination o The Various Roles of RNA Transcripts –  This is an important point to  consider: RNA has numerous functions it can perform after transcription  1. Structural  This is mRNA  Codes for proteins, over 90% of genes   2. Standard  tRNA and rRNA are also present in high concentrations  Involved in the Transcribing portion  3. Atypical (Assessed by the Sedimentation Coefficient)  7S is the Signal Recognition Particle (SRP) (7S + 6  Proteins, co­translational recruitment)  Spliceosomes (snRNA and snoRNA)  Nucleolus RNA  Viruses  Steps Detailed o I. Initiation  A. Promoter Sequence  Has TTGACG at ­35 (16­18bp long) and TATAAT at  ­10 crucial for the +1 location  B. RNA Polymerase II (Halo­Enzyme, made of two  compenents) Core Enzyme Subunits:  Has a Motif (super­secondary structure) that binds   ▯(x2)  to ­35 location on the major groove ? (and Beta Prime) –   Core Unit Various Subunit Components Catalyzes the bond o β and β’ catalyze ester formation in both  Eukaryotes and Prokaryotes ? – Assembles the Core o ω – Assembles the Core  σ Factor  o Single subunit that allows the Core to function o Induces the opening up of the strands  C. Haloenzyme Binding  It binds loosely and beings to “scan” the DNA for a  Promoter Sequence  Then the Closed Complex forms o This occurs when the σ Factor and DNA Poly II  bind at the ­35 Promoter Region  Shortly afterwards, the Open Complex Forms  D. Short RNA Strand Synthesis  In the Open Complex, a small strand of mRNA is  formed (8­10bp)  This synthesis causes the release of the σ Factor and  the End of Initiation  The Core Enzyme continues to move and transcribe o II. Elongation  The Transcription Bubble forms as copying occurs, About  17bp long, Codes at a rate of 43 Nucleotides Hz o III. Termination  This is marked by the breaking of the DNA/RNA hybrid  Prokaryotes rely on Rho Pathways  Rho separates them by breaking the H­Bonds Rho Dependent Rho Independent  Rho acts like Helicase  Intrinsically occurs   Has Requirements to Bind: because of the nature of the o I. Rho Utilization Sequence (Rut)  mRNA sequence in DNA (allows for Rho Binding)  This form also has a Stem  o II. Alternating GC Rich Regions to  Loop that interferes with  form Stem Loop the Ribosome  Process  Sequences Present  o RNA Stem Loop forms downstream o 1. Alternating GC Rich  This occurs because of the GC  o 2. 3’ End mRNA Uracil Rich Alternating Regions (so DNA has Adenine)  They have an affinity for each   Adenine of DNA and the  other Uracil of RNA are already  o The Stem Loop slows down  weak, now Poly II slowed polymerase by blocking the   NUS­A has also been found Ribosome (touches lightly) o So Rho can catch up from behind and is known to further  slow and stall the  transcription process Eukaryotic Transcription  Overview o Complications and Differences with Eukaryotic DNA  1) Histone Association  The Histones are attracted because of the charges  (Agrinine, Lysin to the Phosphates)  Histone modification is a way of allowing the  unwinding of DNA from Histones o Acetylation essentially neutralizes the positive  charges are Histone Tails  o So it essentially blocks the DNA binding with the Histone and allows unwinding  2) Cellular Complexity  Polycistronic mRNA is not seen in Eukaryotes  Organelles exist which allow for specific, regional  protein construction – no Polycistronic nuclear mRNA  3) Multicellularity  All the sequences in every cell cannot function at all  times  There’s a complex balance in Eukaryotes – some  genes are permanently upregulated, some permanently  downregulated o RNA Polymerases  Poly I – rRNA except for 5S Subunit  Poly II – mRNA, structural genes, and Small Nuclear RNA  of Spliceosomes  Poly III – tRNA and the 5S Ribosomal RNA subunit  A Look at RNA Polymerase o I. Clamp –   The units work like a jaw, having to open up to take the DNA o II. Bridge –   The DNA settles at the Bridge and makes a Right Handed  turn  Right turns occur at β’ and β (The catalytic units) o III. Rudder –   Eukaryotes have a rudder that is 9bp ahead that breaks the template in order to dissociate  This is only significant difference between Eukaryotes and  Prokaryotes  Steps for Structural Genes o I. INITIATION  A Promotor region initiates the transcription process,  similar concept to that of Prokaryotes  1. Start Site (+1)  2. TATA Box Region (Adjacent to ­25) o A Core Promoter sequence region exists in  Eukaryotes, the TATA Box and Start Site are  the Core Promoter o A well­defined TATA Box free of mutations  results in definitely having small amounts of  transcription (Basal Transcription)  3. Regulatory Elements (Between ­50 and ­100bp) o There are enhancers and silencers (and they  are sequences, not proteins o Present between ­50 and ­100 o Two Actors:   A. Cis   Next to, immediately upstream or  within the chromosome  Usually sequences  B. Trans   Opposite, away from,   Different chromosome, factors that  diffuse through cytoplasm and  nucleus, and bind to trans  Then the Closed Complex must form (All 5Transcription  Factors and RNA II)  I. RNA Polymerase II  II. Transcription Factors of RNA Polymerase II (5  Proteins, General Transcription Factors (GTFs))  o 1] TFIID  Recognizes the TATA Sequence After Promoter Region, 3  Huge protein complex Components for transcription:  TATA Binding Protein (TBP)  TBP­Associated Factors (TAFs)  A. RNA Polymerase II  Binds and moves to read the rest, then  B. Transcription Factors reverses before “deciding” to bind  Does so after DNA has opened up C. Mediator Complex o 2] TF2B Closed Complex:  Brings in the RNA Poly II to bind to the  Promoter Sequence  Prokaryotes have the   Forms the Bridge Sigma Complex o 3] TFIIF  Comes in along with RNA Polymerase II o 4] TFIIE Eukaryotes have:  Binds to RNA Polymerase II 1. All Five TFAs  Initiates and maintains the Open  Complex o 5] TFIIH  Binds to RNA Polymerase II and Acts as  Helicase to continue open up o II. ELONGATION  How Does Basal transcription move into Elongation?  RNA Polymerase II has a Carboxy­ Terminal Domain (CTD)  When it is Phosphorylated,  Elongation begins  TFIIH also has ATPase and Protein  Kinase Activity (hydrolyzes ATP and  transfers Phosphate)  That activity causes separation of TFIIB  and RNA Polymerase II  That release causes the release of  others as well  While TFIIH is Phosphorylating, it is still  breaking H­Bonds  So TFIIF remains attached to RNA  Polymerase II  III. Mediator Protein Complex o Co­Activator, Large Complex o Appears to regulate the ability of TFIIH to  Phosphorylate CTD o TFIIH and Mediator have the same function, so  they ensure that Phosphorylation and  Elongation occurs  Elongation process o III. TERMINATION  Initiation of Termination begins 500­2000bp Downstream of the Poly Adenylation sequence (AAUAAA)  This sequence is the signal to end, coming in at the 3’  End  Once Poly­A is made, Termination Downstream occurs  Two Models  1. Allosteric Model o Factors play a role o At the core, Polyadenylation Sequence induces an instability o Elongation Factors are lost or Termination  Factors bind  2. Torpedo Model o And exonuclease binds to the 5’ end of the  mRNA o Starts digesting in the 5’ to 3’ direction and  eventually catches up to RNA Polymerase II,  which then falls off  RNA Modification o There is Co­Linear Process to Gene Expression in Prokaryotes  Similar all the way from DNA to RNA to AA Sequence o Eukaryotes stray from Co­Linearity  They instead splice and remove and modify (the whole  process is Trimming)  Pre­RNA or Heterogeneous RNA is the same length as the  Template Strand, so essentially the Coding Strand  Then splicing and modification takes place on Pre­RNA to  form the mRNA (removing introns) o Type of RNA Processing  1) rRNA  Trimming occurs with rRNA  Formed by RNA Polymerase I (except for 5S)  Occurs in the  Nucleolus  Here, done by Endonucleases in the center  2) mRNA  5’ Capping and 3’ Poly­A Tails Occur to stops  nucleases from digesting  3) tRNA  Made of huge precursors and various processes o 2 Endo and Exo Nucleases  They have to undergo cleavage at the 5’ and 3’ ends  1. RNaseP o Acted on by RNase P (made of 375bp RNA and  20kDA Protein) o Forms the Acceptor Stem at the 3’ End,  reading as 5’ CCA 3’  April 6, 2016 Chapter 12: Gene Transcription an


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."

Kyle Maynard Purdue

"When you're taking detailed notes and trying to help everyone else out in the class, it really helps you learn and understand the I made $280 on my first study guide!"

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.