第13章转录第一部分

第十一章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription中心法则centraldogma本章主要内容转录基本概念及一般特征催化转录的RNA聚合酶原核生物的转录过程真核生物的转录过程转录后的加工DNA转录的一般特征第一节一、转录(transcription)定义：生物体以DNA为模板合成RNA的过程。场所：原核细胞的细胞质，真核细胞的细胞核，线粒体和叶绿体的基质。转录RNADNA二、复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，-A-T，G-CmRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制引物RNA引物不需要(最先转录嘌呤核苷酸)忠实性1/10^8~1/10^101/10^4调控位点较少较多三、不对称转录•DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。•DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作负链、反义链或Crick链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为正链、有意义链或Watson链。1、转录模板5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向2、不对称转录(asymmetrictranscription)•在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；•模板链并非永远在同一条单链上。依赖DNA的RNA聚合酶第二节RNA聚合酶催化的反应通式DNA模板Mg2+RNA聚合酶本身能促进DNA双链解链一、原核生物的RNA聚合酶a36512聚合酶的组装，转录起始，与调节蛋白相互作用b150618结合NTP,催化形成磷酸二酯键s70263辨认起始点，识别启动子亚基分子量功能结合DNA模板b155613核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)bbaasbbaaRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合利福霉素是从链霉菌（streptomyces）中分离得到的一种抗生素，可以与细菌RNApol的β亚基直接结合，抑制第一个磷酸二酯键的形成，即抑制转录的起始。人工合成的利福平rifampicin，可供口服，用于细菌感染的临床治疗。利福霉素是结核病的特效药利链霉素也是与细菌RNApol的β亚基直接结合，但抑制的是转录的延伸。原核生物RNA聚合酶可以被利福霉素（rifamycin）和利链霉素（streptolydigin）抑制。原核细胞RNA聚合酶的特异性抑制剂二、真核生物的RNA聚合酶种类ⅠⅡⅢ对鹅膏蕈碱的反应rRNAsnRNAmRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受极敏感中度敏感转录产物真核生物的RNA聚合酶抑制剂真核细胞三种细胞核RNA聚合酶不受利福霉素和利链霉素的抑制；真核生物RNA聚合酶不同程度地对a-鹅膏蕈碱（a-amanitin）敏感；RNApolII最敏感；RNApolI不敏感；真核生物叶绿体RNA聚合酶和线粒体RNA聚合酶对a-鹅膏蕈碱不敏感，但可以被利福霉素抑制；RNA聚合酶II抑制剂•白毒伞含有有毒的环状八肽——鹅膏蕈碱这种蘑菇口味不错，但却是致命的！食用6~24小时之后，开始出现强筋挛和腹泻第3天出现假恢复第4或第5天，死亡随时发生，除非进行肝移植α鹅膏蕈碱的化学结构α鹅膏蕈碱作用机制：与聚合酶结合，阻止聚合酶的移位，抑制转录延伸放线菌素D（ActinomycinD）放线菌素D能够插入到DNA上的GC碱基对之间，导致双螺旋小沟变宽和扭曲，从而阻止RNA聚合酶的移动，既能抑制原核细胞也能抑制真核细胞的DNA转录延伸；rDNA上的GC含量最高，RNApolI对放线菌素D最敏感。转录过程TheProcessofTranscription第三节单顺反子一个顺反子就是一个基因，基因是遗传物质的最小功能单位。单顺反子（monocistron）：真核细胞绝大多数基因都有自己的调节元件（启动子），每个基因能独立进行转录，转录产物为单顺反子，即一个基因编码一条mRNA链，然后一条mRNA链再指导合成一条多肽链。操纵子：在原核细胞中，功能相关的几个基因通常连在一起，相互之间由一段短的不编码蛋白质的间隔序列所隔开，它们通常共享一套调节元件（启动子），以一个共同转录单位进行转录，这一转录单位就叫操纵子。多顺反子：一个转录单位转录出来的一条mRNA编码多条多肽链，叫做多顺反子。即一条mRNA链含有指导合成多种蛋白质合成的信息。多顺反子（一）转录起始转录起始需解决两个问题：1.转录起始点的确定2.转录起始复合物的确定一、原核生物的转录过程（1）启动子原核生物一个转录单位（操纵子），包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。5335结构基因调控序列RNA-pol启动子(promoter):RNA聚合酶识别、结合和起始转录的一段特定DNA序列，一般位于基因的上游。RNA聚合酶保护法开始转录TTGACAAACTGT-35区Pribnowbox：有助于DNA局部解开双螺旋TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子性质Sextama框：RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33*“－35”区和“－10区”之间的间隔序序列的性质不重要，但长度重要，一般为17±1bp。*“增强元件”——发现在某些转录活性超强的rRNA基因的上游－40和－60之间的区域，富含AT的启动子序列，可将转录活性提高30倍。*如果一个基因的启动子序列与一致序列越相近，则该启动子的效率就越高，为强启动子；如果一个基因的启动子序列与一致序列相差越大，则该启动子的效率就越低，为弱启动子。*不同基因在启动子序列上的差异也是基因表达调控的一种手段。原核生物启动子性质（2）转录起始复合物的形成转录的限速步骤，起始频率主要取决于启动子强度转录的起始实际上是RNA聚合酶与启动子相互作用并形成活性转录起始复合物的过程，整个反应可分为以下几步：（1）RNA聚合酶全酶与dsDNA非特异性结合（2）RNA聚合酶全酶与启动子形成封闭复合物（3）封闭复合物异构化，DNA双链解开，转变成开放复合物（4）生成第一个磷酸二酯键，形成转录起始复合物（5）启动子清空在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol(a2bbs)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi启动子清空：在第一个磷酸二酯键基础上，形成6-10个核苷酸的转录物长度后，s因子与核心酶解离，转录进入延伸阶段（二）转录延长1.s因子脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi转录泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶依赖Rho(ρ)因子的转录终止ρ因子具有解链酶和ATP酶活性非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类依赖ρ因子的转录终止2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。不需要ρ因子的转录终止•RNA聚合酶到达终止子的时候暂停。•暂停给发夹结构有时间形成•发夹结构破坏了RNA聚合酶和它的RNA产物之间的作用•富含U-的序列很容易与模板链解离•转录复合物解体，转录终止