1分子生物学第八章-转录和RNA加工pptConvertor

Chapter8TranscriptionandRNAsplicing1PartIProkaryotegenetranscriptionThefunctionofRNApolymeraseistocopyonestrandofduplexDNAintoRNA.3TranscriptioninvolvessynthesisofanRNAchainrepresentingonestrandofaDNAduplex.ByrepresentingwemeanthattheRNAisidenticalinsequencewithonestrandoftheDNA,whichiscalledthecodingstrand.Itiscomplementarytotheotherstrand,whichprovidesthetemplateforitssynthesis.Thisrelationshipbetweendouble-strandedDNAanditssingle-strandedRNAtranscriptisrecapitulatedinFigure9.1.转录实现了表达DNA双螺旋中一条键的RNA链的合成。这里表达的意思就是RNA与DNA的一条链序列是相同的，这条链叫做编码链，RNA与另外一条为它的合成提供模板的链互补，双链DNA与转录产生的RHA之间的关系如图Fig11.1所示。图11.1：概观：RNA聚合酶的功能是复制双链DNA的其中一条链形成RNA模板链转录RNA转录密码链RNA序列与模板链互补与密码链相同RNA是聚合酶催化RNA的合成，在RNA聚合酶与DNA基因的起始端一段特别的区域——启动子结合时，RNA转录便开始了。启动子位于起始点即转录成RNA的第一个碱基处周围。从这一点开始，RNA聚合酶沿模板向前移动，同时合成RNA，直到到达结束序列。这一过程确定了从启动子到终止子之间的一个转录单元。第十二章将讨论调节蛋白利用各种方法识别转录的基因来促进成抑制细菌RNA聚合酶。第十三章中讲叙单个的调节作用可以归结入调节网中。第二十八和二十九章讨论真核RNA聚合酶与他们的模板之间的与上述相似的相互作用。（转录不是RNA合成的唯一途径。RNA病毒具有以自身RNA基因为模板合成RNA的酶：这种瓜产生了感染周期所必须的为蛋白质编码的mRNA。并且提供RNA基因且使感染周期持续下去，但是细胞中合成RNA只有队DNA为模板进行转录这一条途径）。Atranscriptionunit转录单元isasequenceofDNAtranscribedintoasingleRNA,startingatthepromoterandendingattheterminator.4RNAsynthesisiscatalyzedbytheenzymeRNApolymerase.TranscriptionstartswhenRNApolymerasebindstoaspecialregion,thepromoter,atthestartofthegene.ThepromotersurroundsthefirstbasepairthatistranscribedintoRNA,thestartpoint.Fromthispoint,RNApolymerasemovesalongthetemplate,synthesizingRNA,untilitreachesaterminatorsequence.Thisactiondefinesatranscriptionunitthatextendsfromthepromotertotheterminator.Thecriticalfeatureofthetranscriptionunit,depictedinFigure9.2,isthatitconstitutesastretchofDNAexpressedviatheproductionofasingleRNAmolecule.Atranscriptionunitmayincludemorethanonegene.转录单元的主要特征可由图Fig11.2看出，它由一段由单链RNA分子的产生表达的DNA序列组成。一个转录单元可能包含不止一个基因。图11.2：概观：一个转录单元是一段被转录成单链RNA的DNA序列，它起始于启动子，结束于终止子。启动子近端的远端的终止子起始点上游下游起始点之前的序列被称为起始点的上游，反之称为下游（转录单元以内），按常规的序列书写顺序转录是由左（上游）至右（下游）进行。这与mRNA的一般书写方向由5‘端到3’端是一致的。为了确切表示编码链，我们对DNA的序列进行编码，起始点后的第一个基编为+1，往下游依次增大，起始点前的第一个基为-1，往上游依次减小。转录的一次产物称为初级转录体，它包括从启动子延伸至结束子包括它的最初的5‘和3’端的RNA序列。然而初级转录体通常是不稳定的。原核中，它很快被降解（mRNA）或酶切得到成熟产物（rRNA和tRNA）。真核中，它被在末端修饰(mRNA)或酶切成为成熟产物（各种RNA）。转录是基因表达的第一阶段，也是控制基因表达的主要的一步。调节蛋白来决定一段基因能否被RNA聚合酶所转录。调节过程的第一步有时是唯一的一步就是决定是否转录一段基因。在考虑转录的不同阶段时，我们应该注意它被调节活性的可能性。RNA合成的基本特征底物为ATP、UTP、CTP和GTP利用RNA聚合酶根据模板DNA链的序列按照碱基配对原则添加核苷酸，所以RNA的序列由模板DNA链决定以DNA单链为模板合成方向为5’-3’不需要引物合成的RNA分子5’末端具有三磷酸，与下一个核苷酸的3’-OH聚合，形成磷酸酯键原核生物RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶由五个亚基组成，α2ββ’σ，由4个基因编码：rpoA,rpoB,rpoC,rpoD。α2ββ’称为核心酶，具有催化活性，其中α亚基可与β亚基结合，参与特定基因表达；β亚基参与酶与DNA的结合、核心酶与σ亚基因的结合、RNA链的引发、延伸和终止。σ亚基没有催化活性，它负责识别启动子起始转录，但起始后即离开核心酶，开始延伸。在大肠杆菌中所有RNA都是由这一种酶合成的，这种合成受利褔平抑制。Transcriptiontakesplaceinabubble转录泡,inwhichRNAissynthesizedbybasepairingwithonestrandofDNAinthetransientlyunwound松散region.Asthebubbleprogresses,theDNAduplexreformsbehindit,displacing释放theRNAintheformofasinglepolynucleotidechain.7Transcriptiontakesplacebytheusualprocessofcomplementarybasepairing,catalyzedandscrutinizedbytheenzymeRNApolymerase.Figure9.3illustratesthegeneralnatureoftranscription.RNAsynthesistakesplacewithinatranscriptionbubble,inwhichDNAistransientlyseparatedintoitssinglestrands,andonestrandisusedasatemplateforsynthesisoftheRNAstrand.AsRNApolymerasemovesalongtheDNA,thebubblemoveswithit,andtheRNAchaingrowslonger.一、RNA聚合酶催化转录过程转录在RNA聚合酶的作用下，通过碱基互补配对的一般过程得以实现。Fig11.3描述了转录的一般过程。RNA的合成是在“转录泡”中实现的，在泡中DNA被分开成为两条单链，一条做为模板，当RNA聚合酶沿DNA移动时，转录泡随之移动，RNA链随之增大。图11.3:转录发生在一个”泡”中,在该泡中,RNA通过与瞬间解旋区的DNA的一条链进行碱基配对而合成,随着该泡的前进,DNAS在它后边发生变化,以一条单核苷酸链的形式取代RNARNA聚合酶中的转录泡→聚合酶移动→RNA链伸长Duringtranscription,thebubble转录泡ismaintainedwithinbacterialRNApolymerase,whichunwindsandrewindsDNA,maintainstheconditionsofthepartnerandtemplateDNAstrands,andsynthesizesRNA.8ThestructureofthebubblewithinRNApolymeraseisshownintheexpandedviewofFigure9.4.AsRNApolymerasemovesalongtheDNAtemplate,itunwindstheduplexatthefrontofthebubble(theunwindingpoint),andrewindstheDNAattheback(therewindingpoint).Thelengthofthetranscriptionbubblevarieswiththephaseoftheelongationreactionfrom1220bp(seelater),butthelengthoftheRNA-DNAhybridregionwithinitisshorter(forreviewsee68).RNA聚合酶中的转录泡的结构由Fig11.4可看到。当RNA聚合酶沿DNA模板移动时，它打开泡前的DNA双螺旋（在解链点打开），并在复链点使DNA复原，转录泡的长度随增长反应阶段而异，在12-20bp之间，但其中的RNA-DNA杂交体区域比这个长度要短。图11.4:在转录期间,该泡被保持在细菌RNA聚合酶中,聚合酶解开DNA,复旋DNA,保持相应的模版链的条件,合成RNA酶移动复旋点DNA密码链解旋点RNA结合点催化点DNA模版链过去的关于转录的观点认为RNA-DNA杂体长度约为12bp，但这个数字是由KNA聚合酶内RNA的区域的结构这个间接的证据得出的。实际上，RNA-DNA杂体的长度并没有被直接测量过，最后的研究结果表明离生长点三个碱基矩离的RNA碱基会被识别出单链RNA的RNA酶价切掉。（这一结果是通过控制下一个要结合入RNA链上的碱基来阻止正在某一位点处于伸长期的RNA聚合酶来实现的）所以，RNA在生长点之后通过2-3个碱基与DNA相连，然后便是一个与聚合酶的高区。所以RNA-DNA杂多体很短且是暂时性的，只延伸至使加入的核苷酸有足够的稳定性即停止，当酶移动的时候，DNA双螺旋重新形成，RNA是自由的多核苷酸链，最后加入生长链的约25个核糖核苷酸与DNA或酶形成复合物。YeastRNApolymerasehasgroovesthatcouldbebindingsites结合位点fornucleicacids.ThepinkbeadsshowapossiblepathforDNAthatis~25Åwideand5-10Ådeep.Thegreenbeadsshowanarrowerchannel.25bpRNA9BacterialRNApolymerasehasoveralldimensionsof~90⊙95⊙160?.YeastRNApolymeraseislargerbutlesselongated.Structuralanalysisshowsthattheyshareacommontypeofstructure,inwhichthereisachannelorgrooveonthesurface~25?widethatcouldbethepathfo