第三章-转录

（一）RNA的转录（二）启动子与转录起始（三）终止和抗终止（四）转录后RNA的加工DNA携带的遗传信息必须通过合成为蛋白质才能够体现，这称为基因表达但DNA中的遗传信息不能直接传递给蛋白质，必须通过一种中介体，即RNA。DNA携带的遗传信息（基因）传递给RNA分子的过程称转录（transcription）。这种遗传信息通过RNA传递给蛋白质的方式称为中心法则（centraldogma）。（一）RNA的转录在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导的RNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是RNA指导的RNA合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是RNA前体（RNAprecursor），需经加工过程（processing）方具有生物学活性。（一）RNA的转录（一）RNA的转录一.转录的特点二.转录的基本过程三.转录机器的主要成分RNA的结构与DNA在核糖和碱基上有所不同，RNA的分子量较小，有三种RNA，主要以单链的形式存在于细胞之中，高级结构较为复杂。一.转录的特点转录是在DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸NTP为原料（DNA中的T在RNA合成中变为U）合成一条与模板DNA互补的RNA的过程。一.转录的特点RNA的转录合成类似于DNA的复制，RNA多核苷酸链的合成都是以5′→3′的方向。模板链又称为负链(minusstrand，－）、反意义链(anti-sensestrand)，它与转录出来的RNA反义（序列相反）；由于转录产生的RNA为单链且分子量较小,因此只有DNA一条链的某一区段作为模板(templatestrand)，这种方式称为不对称转录。不做为模板的DNA链为编码链，又称为正链（plusstrand，+）、有意义链(sensestrand)，它与转录出来的RNA同义（序列相同）。一.转录的特点RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。合成起始于DNA上的启动子（promoter）区域，终止于DNA上的终止子（terminator）区域。一.转录的特点一个细胞中含有三种不同的RNA，在蛋白质合成中发挥不同的作用。tRNA：转运RNA，携带氨基酸。rRNA：核糖体RNA，核糖体是蛋白质合成的场所。mRNA：信使RNA，编码了一个或多个蛋白质，将DNA的信息传递给蛋白质。不对称转录有意义链反意义链+链－链RNA聚合酶启动子终止子转录的过程都包括以下几个阶段1.模板识别2.转录起始及通过启动子3.转录延伸4.转录终止二.转录的基本过程1.模板识别RNA聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合,DNA上这个与转录起始有关的部位称为启动子（promoter）。在原核生物和真核生物中启动子的结构和特点不同2.转录起始阶段转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，容易掉落使转录重新开始RNA聚合酶成功通过通过启动子阶段，转录就进入正常的延伸阶段启动子附近的DNA双链分开形成转录泡，促使底物NTP与模板DNA碱基配对，然后合成RNA的第一个核苷酸，通常是pppA或pppG3.延伸阶段在RNA链离开模板时，此杂交区即复原，同时两条DNA链即又重复螺旋化。RNA链的延伸阶段开始后，RNA聚合酶在延伸RNA链时同时使DNA螺旋解链，RNA链的生长点是大约8～12bp长的RNA-DNA杂交区，转录速度约为30-50bp/S。RNA链的合成方面是5′→3′。4.终止阶段当RNA链延伸到到转录终止位点时，RNA-DNA杂和物分离，DNA恢复成双链状态，RNA聚合酶和RNA链都从模板上释放。第一个核苷酸通常是pppA或pppG。转录生长点三.转录机器的主要成分转录是在RNA聚合酶的催化下进行的，RNA聚合酶通过与DNA模板、新生RNA形成不同的复合物来催化转录反应的进行。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。1.RNA聚合酶2.转录复合物催化RNA合成的酶主要为RNA聚合酶,有以下性质:①以核苷三磷酸(NTP)为原料催化合成RNA②以单链DNA为模板,不需要引物③催化NTP加到生长中RNA链的3′-OH末端④催化RNA合成的方向是5′→3′原核生物RNA聚合酶和真核RNA聚合酶在组成上各有不同。1.RNA聚合酶σ因子本身没有催化活性,也不能单独结合DNA,σ因子可以极大的提高RNA聚合酶与启动子的亲和力，其作用是识别模板上合成的起始信号，合成开始后即释放出来。原核生物RNA聚合酶由5个亚基组成:α2ββ′σ,其中α2ββ′称为核心酶,有些核心酶还具有w亚基。σ因子与核心酶可以结合疏松,可自由释放原核生物RNA聚合酶RNA聚合酶的核心酶具有催化活性,可催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。其中β亚基参与合成的引发、延伸；β′亚基参与酶与DNA模板的结合；α亚基与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关原核生物RNA聚合酶真核生物中已发现有3种RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，另外在线粒体和叶绿体中也有不同的RNA聚合酶，真核RNA聚合酶的亚基更多，分子量更大。原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一种叫做转录因子的蛋白质分子参与转录的全过程。真核RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶种类分布转录产物对α-鹅膏蕈碱的敏感程度Ⅰ核仁rRNA不敏感Ⅱ核质hnRNA低浓度敏感Ⅲ核质tRNA，5sRNA高浓度敏感Mt线粒体MtRNA不敏感Cl叶绿体ClRNA不敏感2.转录复合物在转录过程中，RNA聚合酶主要通过与DNA形成转录复合物来进行转录转录复合物包括转录起始复合物和转录延伸复合物1.转录起始复合物在原核生物中，当RNA聚合酶的σ因子发现其识别位点时，全酶就与启动子结合形成一个封闭复合物。然后在此处发生局部DNA（17bp）的解链形成开放复合物。暴露出模板链，合成第一个核苷酸新生RNA与开放复合物形成三元复合物，σ因子释放，由核心酶引导转录开始真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA聚合酶Ⅱ至少有六种不同的蛋白因子参与转录复合体的形成。这些蛋白因子被称为转录因子（transcriptionalfactor,TF)。包括TBP，TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH。转录因子陆续与RNA聚合酶结合形成转录复合物1.转录起始复合物2.转录延伸复合物转录延伸复合物极为稳定，可以长时间与模板DNA结合而不解离，只有在遇到转录终止信号时，才停止转录，释放RNA聚合酶转录开始后，σ因子释放，由核心酶引导负责链的延伸，此时由聚合酶、DNA和RNA形成转录延伸复合物封闭的启动子复合物开放的启动子复合物链的延长和σ因子的解离（三）启动子与转录起始转录开始时，RNA聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合,DNA上这个与转录起始有关的部位称为启动子（promoter）。在原核生物和真核生物中启动子的结构和特点不同一.原核启动子的基本结构二.真核启动子的基本结构一.原核生物启动子在DNA上开始转录的起点规定为+1，与转录相反的方向称上游(upstream)，用“－”表示；转录方向为下游(downstream)用“+”表示。原核生物启动子包括开始识别部位、牢固结合部位和转录起点三个部分开始识别部位：位于转录起点上游35个bp位置，记为－35，同源序列为TTGACA，这是RNA聚合酶全酶识别并首先结合的部位牢固结合部位：位于转录起点上游10个bp位置，记为－10，含同源序列TATAAT，又称为Pribnow盒。这个区域能和RNA聚合酶牢固的结合转录起点：记为+1，总为一个嘌呤，A或G一.原核生物启动子－10区与－35区的最佳距离大约是16-19bp，小于15或大于20都会降低启动子的活性RNA聚合酶主要通过氢键互补的方式识别启动子RNA聚合酶识别启动子后，首先与启动子-35区闭合双链DNA形成闭合复合物，然后核心聚合酶滑向-10区，此时DNA解链形成开放复合物，并开始转录一.原核生物启动子bacterialpromoterscontainrecognizable–35and–10regions,butthesequencesarenotidentical.start在-70~-80含有CCAAT序列（CAATbox），在-80~-100含有富含GC序列的GC区（GCbox），这两个区主要控制转录起始频率另外，在上游远端还有增强子（enhencer）序列，能增强或促进转录的起始，在下游也有一些调控序列。二.真核生物启动子真核生物启动子核苷酸序列的共同特点：在-25区~-35区有TATA框，称为Hognessbox或上游启动子元件（UPE）。TATA框决定了转录起点的选择。RNA的转录终止由终止子决定。终止子(terminator)是模板DNA上终止转录的特殊信号序列。终止子的作用是在DNA模板的特异位点处终止RNA的合成。RNA的转录有两种终止机制（三）终止和抗终止1.不依赖于ρ因子的终止2.依赖于ρ因子的终止3.抗终止例题：一段DNA序列如下(只列出单链部分),请找出这段序列中所含有的以下几个功能位点①一个启动子,②一个转录起始点,③一个转录终止子④转录出的RAN序列ATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35CCTAT40AATAG45AGTCA50TTTTG55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAGGA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCGATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35CCTAT40AATAG45AGTCA50TTTTG55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAGGA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCG这种终止由DNA上的终止信号引发，，当RNA聚合酶移动到特定的DNA序列时合成即告终止，这一特定DNA序列称为终止子（强终止子）1.不依赖于ρ因子的终止通过分析产物的结构，发现终止子上游为一富含G-C的回文结构，这段DNA以及转录产生的RNA容易形成阻碍聚合酶滑动的发卡结构；终止子前有polyA，并导致转录本的RNA3′端为寡聚U，从而形成不稳定的rU·dA区域，这两种结构特征决定了转录的终止。Rho-independentterminatorcontainsashortinvertedrepeat(~20bp)andastretchof~8A:Tbasepairs.Weakestbasepairing:A:UmaketheDNA-RNAdissociationeasier两类终止子有共同的DNA序列特征，在终止子之前都有一段回文结构，这种结构的DNA以及转录出的RNA容易形成发夹形的茎环结构，称为Gierer结构Gierer结构结构对RNA聚合酶的滑动是一种阻碍，聚合酶在此暂停，而不终止，当ρ因子滑向此区域时，与聚合酶结合使Gierer结构更趋于稳定，促使RNA链的释放，于是转录终止（三）RNA合成的终止2.依赖于ρ因子的终止这种终止机制需要特定的终止位点序列使RNA聚合酶暂停，但不终止。还需要一种蛋白因子ρ因子，称为弱终止子ρ因子是一个六聚体蛋白，在RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5‘→3’方向朝RNA聚合酶移动。到达RNA的3'-OH