分子生物学第三章RNA转录

第三章RNA转录(RNAtranscription)3.1.Basicconcept3.2.Trancriptionsurvey3.3.PromoterinEukaryotesandProkaryotes3.4.TranscriptionTermination3.5.Pre-RNAprocessinginEukaryotes3.1.基本概念（P64）Basicconcept●基因表达的第一步●以D.S.DNA中的一条单链作为转录的模板某一基因只以一条单链DNA为模板进行转录（不对称转录）●在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下●按AU，CG配对的原则，合成RNA分子●模板单链DNA的极性方向为3’→5’,而非模板单链DNA的极性方向与RNA链相同，均为5’→3’.●RNA的转录包括promotion,elongation,termination三个阶段●从启动子（promoter）到终止子（terminator）的DNA序列称为转录单位（transcriptionalunit）●原核生物中的转录单位多为polycistroninoperon真核生物中的转录单位多为monocistron,Nooperon●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值●RNA的主要种类及功能：mRNA——携带编码多肽的遗传信息tRNA——将核苷酸信息转化为aa信息转运aa进入核糖体rRNA——参与多肽合成3.2.RNA转录概况3.2.1转录的基本过程1.模板识别：RNApol与启动子相互识别并结合的过程（形成封闭的二元复合物）•启动子（promoter）：DNA分子上结合RNApol并形成转录起始复合物的区域，通常也包括促进这一过程的调节蛋白结合位点richA/T，易发生DNA呼吸现象形成单链区2转录起始：启动子区解链，转录起始（封闭的二元复合物开放的二元复合物三元复合物）通常在这一过程中RNApol移动较慢，且易发生脱落——流产式起始——决定启动子的强弱3延伸：延伸过程中的延宕现象（Eukaryotes）：EukgenomeG/C分布不均匀σ脱离全酶（Pro）/RNApol脱离转录起始复合物（Euk）4终止：在终止子（terminator）处停止转录3.2.2RNApolymerase1RNApolymeraseinProkaryotes（以E.coli为例）1）构成•核心酶(coreenzyme)：2αββ’DNA3’----TACTCAT----5’RNA5’----AUGAGUA----3’5’----AUGAGUA----3’（教材P64——图3-1）5’---ATGAGTA----3’Non-template(sensestrand)template(antisensestrand)•全酶（holoenzyme)2αββ’σ•α：核心酶组建因子/启动子识别•β：RNA合成的活性中心•β’：与β共同构成活性中心•σ：识别启动子，增加酶与DNA的亲和力σ因子可减少RNApol与非启动子DNA序列的亲和力，而增加RNApol与启动子的亲和力，一旦转录起始，σ因子将脱离RNApol再次引导新的RNApol进行转录•ρ：参与转录终止2）Rifamycin（利福霉素）及Streptolydigin（利链菌素）对Pro转录的影响Rif可结合β，阻止NTP的进入I位点（Initiationsite)（一旦形成三元复合物Rif不再起抑制作用）；利链菌素结合β的延伸位点(Elongationsite)，抑制延伸。——β包含两个活性中心：I位点（起始位点Initiationsite）专性结合ATP或GTPE位点（延伸位点Elongationsite）2RNApolymeraseinEukaryotes•RNApol的种类：酶细胞内定位转录产物对α-鹅膏蕈碱的敏感性RNApolⅠ核仁rRNAresistantRNApolⅡ核质mRNA/snRNAsensitiveRNApolⅢ核质tRNA/snRNA(U6)speciesspecificityAlu/5sRNA注意：线粒体和叶绿体中的RNApol类似于Prokaryotes-amanitin(α-鹅膏蕈碱)•RNApolII最大亚基含有特有的羧基末端结构域（carboxy-terminaldomainCTD），是以7aminoacids（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)的一致序列为单元重复序列。CTDRichserineorthreonine，易发生磷酸化而激活RNApolII3.3.启动子（promoter）（P71，255）3.3.1原核生物的启动子（promoterinProkaryotes）现代基因的定义：合成一种蛋白质或RNA分子所需的全部DNA序列。——调控序列+编码序列！PromoterisaregionofDNAinvolvedinbindingofRNApolymerasetoinitiatetranscription.——cis-actionsiteAcis-actingsitecontrolstheadjacentDNAbutdoesnotinfluencetheotherallele.（顺式作用位点只控制邻近DNA而不作用于其它等位序列）•启动子的信息是由其本身的序列提供的，这类通过本身结构调节同一DNA分子上相邻基因表达的DNA序列即cis-actingsite（顺式作用位点）。•trans-actingfactor（反式作用因子）：通过产生相应的RNA或蛋白质产物调控基因的表达——egσ因子。1基本结构：•Consensussequenceisanidealizedsequenceinwhicheachpositionrepresentsthebasemostoftenfoundwhenmanyactualsequencesarecompared.1）Sextamabox（-35区）：RNApol识别位点（R位点）T85T83G81A61C69A522）Pribnowbox（-10区）：RNApol结合位点（B位点）T89A89T50A65A100T963）转录起始位点（initiator、I位点）CAT转录起始的第一个核苷酸90%是Pu（A/G），G﹥A+1E.coli的CAT法则2影响转录起始的因素1）Sextamabox与Pribnowbox的距离：17bp最适2）Sextamabox与Pribnowbox的序列eg:Pribnowbox——TATAAT发生突变成为TACAAT启动效率下降（downmutation下降突变）3.3.2真核生物的启动子（promoterinEukaryotes）——是许多相应得转录因子与启动子的元件结合后再使RNApol与启动子结合起始转录的。1.RNApolⅠ:启动子分为两部分——远启动子区（决定转录频率）；近启动子区（决定转录的精确起点）2.RNApolⅢ:内部启动子（位于编码序列内部），eg：Alu序列3.RNApolⅡ:核基因的转录1）转录起点：PyAPy（capsite）——Py2CAPy5+12）TATAbox：HognessboxTATA(A/T)A类似于pribnowbox-20~-30区（决定转录起点）少数基因没有TATAbox3）远上游启动元件（UPE/UAS）——决定转录频率，其走向不影响其功能•CAATbox：CCAAT-70~-80（类似于sextamabox）•GCbox：GGGCGG-80~-110•Enhancer（增强子）:Enhancerelementisacis-actingsequencethatincreasestheutilizationof(some)eukaryoticpromoters,andcanfunctionineitherorientationandinanylocation(upstreamordownstream)relativetothepromoter.（真核生物中可提高邻近启动子利用率的顺式作用序列，其功能不受位置（上游或下游）和距离的影响）Enhancer通过结合的蛋白质与Promoter相互靠近而增强启动效率；Enhancer和Promoter处于不同DNA分子时也可以通过蛋白质的相互作用而增强转录效率。Enhancer的作用特点：可增强转录起始效率（10~200倍甚至更高）增强作用与其所处位置和与靶位点（promoter）的距离无关其序列构成为DR，核心序列（G）TGGA/TA/TA/T（G）其增强作用有组织特异性（需要特定的蛋白质因子才能起作用）其增强作用无基因专一性3.4.TranscriptionTermination3.4.1终止子的种类——很难判断所得到的是否为RNA终止转录区（研究终止子的难题之一）1TerminatorisasequenceofDNA,representedattheendofthetranscript,thatcausesRNApolymerasetoterminatetranscription.（终止子是为RNApol提供转录终止信号的一段DNA序列，需要经过转录后形成茎环结构起作用）2种类：intrinsicterminators/Rho-dependentterminators（不依赖ρ因子的终止子/依赖ρ因子的终止子）1）intrinsicterminatorsIR（茎环结构）区richG/C3’紧接着poly(U)结构——RNApol在terminator处停顿terminator与模板的结合力下降2）Rho-dependentterminatorsIR（茎环结构）区G/C%减少3’紧接着poly(U)结构减少或缺失ρ因子：RNApol释放因子，结合mRNA5’并向3’移动，当RNApol在terminator处停顿时，ρ因子赶上并终止转录。具有NTPase活性3readthrough（通读）与Polarityeffect（极性效应）•通读：RNApol在终止子处不停止转录（ρ因子在RNApol停顿时无法及时赶上或其它抗终止因子的作用）的现象即readthrough——在翻译过程中核糖体越过UGA/UAG/UAA继续翻译的现象也叫通读•极性效应：theeffectofamutationinonegeneininfluencingtheexpression(attranscriptionortranslation)ofsubsequentgenesinthesametranscriptionunit.——基因突变对同一转录单元的下游基因表达所产生的效应。•极性效应发生的基础——无义突变：编码aa的密码子突变形成终止密码。——原核生物转录和翻译的同步进行•极性效应的基本过程——正常情况下，核糖体从mRNA5’开始翻译，阻碍ρ因子的移动，RNApol在依赖ρ因子的terminator处通读。——无义突变后，核糖体提前终止翻译，ρ因子得以迅速赶上RNApol，并在依赖ρ因子的terminator处终止。3.4.2抗终止作用（基因表达调控的手段）——作用方式•破坏终止位点RNA的茎环结构——attenuater——翻译过程中核糖体在terminater处停顿破坏茎环结构——也是以原核生物转录和翻译的同步进行为基础的•依赖蛋白质因子的抗终止作用——λphage抗终止蛋白N、Q在早期基因转录终止处作用于RNApol并产生抗终止作用。3.5.Pre-RNAprocessinginEukaryotes3.5.1Pro/EukmRNA的比较1ProkaryotesmRNA的特点•半衰期短：易被降解通常从5‘首先开始降解，有时其5’存在茎环结构对mRNA有保护作用原核生物mRNA降解的两个阶段：核酸内切酶在5‘向3’移动的核糖体后切割外切酶由3‘向5’外切•通常是多顺反子结构——polycistronmRNA一般距离5‘较远的编码框翻译效率较差•mRNA不需要加工即可被翻译5‘-UTR的S-D序