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第 14 章 RNA 的生物合成 ---- 转录 RNA Biosynthesis----Transcription. 本章 主要内容 转录是基因表达的中心环节 转录涉及的酶与过程 转录后的加工. 转录( transcription ) 以 DNA 为模板,在 RNA 聚合酶( RNA polymerase )的作用下合成 mRNA ,将遗传信息从 DNA 分子上转移到 mRNA 分子上,这一过程称为转录。. 1 转录是基因表达的中心环节.
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第14章 RNA的生物合成----转录RNA Biosynthesis----Transcription
本章主要内容 转录是基因表达的中心环节 转录涉及的酶与过程 转录后的加工
转录(transcription) 以DNA为模板,在RNA聚合酶(RNA polymerase)的作用下合成mRNA,将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上,这一过程称为转录。
1 转录是基因表达的中心环节 转录是以 DNA为模板合成RNA, 并且只是以单股DNA 为模板,因此具有不对称性; 用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同,转录是局部的,从启动子开始到终止子结束,为一个转录单位; 转录不需要引物; 转录的忠实性相对弱; 转录首先得到RNA前体,然后再进行加工转变为成熟的RNA.
被转录成单个RNA分子的一段DNA 称为一个转录单位(transcript)
2 RNA聚合酶( RNA polymerase ) 2.1 原核的RNA聚合酶 分子量48万,5种亚基: 全酶= 核心酶(α2ββ’)+ σ因子 α亚基决定转录的基因 β亚基在5’——3’方向上延长多核苷酸链,其方式与DNA 聚合酶相同,原料为NTP,没有纠错的功能。 β’亚基结合DNA模板 σ因子识别“启动子”并与之结合
2.2 真核的RNA聚合酶 聚合酶I :转录45S rRNA 聚合酶II:转录mRNA的前体(核不均RNA, hnRNA) 聚合酶III:转录tRNA 和5S rRNA 等 (注意: S)
沉降系数 S 生物大分子在离心场中沉降,受到三种力的影响,它们是离心力,浮力和摩擦力。物质在单位离心力场下的沉降速度是个定值,称为沉降系数(sedimentation coefficient) 。 蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之间。为方便将10-13秒作为一个单位,称Svedberg单位,用S表示。 其数值不仅与物质分子的质量有关,也与分子的形状有关。
3 启动子( promoter ) DNA上的转录起始序列,称为启动子,有序列保守性,不仅是转录起始的位置,而且影响转录的活性。 上游 下游 RNA聚合酶结合在启动子上
Pribnow box 注意原核启动子在-35 和-10区域的保守序列
真核转录启动子的保守序列 (TATA box,TATA盒) 并非所有的真核基因都有典型的TATA box,不同生物的基因有不同的上游DNA序列
4 转录过程及其特点 4.1 转录开始 由σ因子辨认并且结合到启动子上,局部解链(10-20bp),拓朴异构酶等也参与。 4.2 RNA链的延伸 由核心酶催化,以其中的一股DNA 单链作为模板链,以NTP为原料,按照碱基互补配对的原则,通常是由5’ppp嘌呤核苷(G 或A )开头向着3’方向延长多核苷酸链,合成开始后,σ因子从模板上脱离下来(可以重复利用)。 核心酶覆盖双链DNA和RNA复合物,向前推进,一边解开螺旋,一边释放出新合成的RNA链,后面已经转录的区域中分开的DNA链又重新形成双螺旋。
4.3 转录的终止 A. 依赖ρ因子的终止 新生RNA上有ρ因子的识别位点。它与聚合酶-DNA-RNA复合物结合,向3’端移动,并解开DNA-RNA杂交体,需ATP。 B. 依赖于特定序列的终止 转录终止区有特殊结构。终止区的上游有GC二重对称区,转录的RNA容易形成多个“发卡”结构, 转录产物的3’端有polyU序列。这种特殊的二级结构阻止了转录向下游继续推进。
A B 转录终止的两种方式
5 RNA后的加工( post-transcriptional processing) 转录得到的只是RNA的初级产物,通常要经过加工,才能转变为成熟的RNA。tRNA 和rRNA的转录后加工比较简单. 原核前体RNA的加工
tRNA转录后的加工与修饰 注意tRNA上的修饰和稀有碱基
mRNA转录后的加工 原核生物的结构基因(编码的)是多顺反子(poly-cistron),通常是将几个相关的结构基因一起转录得到多个mRNA。 (顺反子cistron 一词可以视作基因的同义词)。 而真核基因是单顺反子(mono-cistron),其mRNA 的转录比较复杂, 因为真核通常只转录出一个结构基因,而且其结构基因通常又是断裂基因, 即是由编码的外显子(exon)和不编码的内含子(intron)间隔排开组成的。因此, 转录得到的仅仅是mRNA的“毛坯”,称为核不均RNA(hnRNA),要进行转录后的加工-----------在其5’端加上鸟嘌呤“帽子”,3’端加上polyA的“尾巴”,再切除内含子,将外显子拼接,才能成为一个成熟的mRNA。
内含子 外显子 5’ 3’ 真核mRNA前体转录后加工(以卵清蛋白mRNA的转录为例)
真核生物mRNA的转录后加工,包括:1.在5’端加鸟嘌呤“帽”结构2.在3’端加polyA的“尾”3.切除内含子;4.拼接外显子。真核生物mRNA的转录后加工,包括:1.在5’端加鸟嘌呤“帽”结构2.在3’端加polyA的“尾”3.切除内含子;4.拼接外显子。 5’ 帽结构
6 核酶的发现 在原生动物四膜虫(tetrahymena)中,26S rRNA分子是 有一个6.4kb的前体经切除1个414nt的内含子后形成的,在此 过程中, RNA进行了自我剪接(self-splicing),但是要有鸟 嘌呤存在的条件下通过转酯反应实现. RNA催化作用的发现提示了生命的最初形式可能是兼遗传 信息载体和催化功能于一身的RNA.