第五讲--RNA的转录与转录后加工(一)

第五讲RNA的转录与转录后加工RNA转录概述以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。转录以DNA的一条链作为模板合成RNA分子，合成以碱基配对的方式进行，产生的RNA链与DNA模板链互补。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做DNA指导的RNA聚合酶。RNA聚合酶的特点以DNA为模板都以四种三磷酸核苷为底物都遵循碱基配对原则RNA链从5’→3’连续合成转录过程需要Mn2+或Mg2+转录过程不需要引物RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性RNA转录与DNA复制的异同相同点：多核苷链的合成都是以5’→3’的方向，在3’-OH末端加核苷酸。不同点：对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；转录是不对称的；转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。细菌的RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶全酶至少由五个亚基（α2、β、β’、ω）和σ亚基组成，去掉σ亚基的部分称为核心酶。RNA聚合酶的聚集无论在体外还是在体外，RNA聚合酶都通过下列四步反应聚集而成：2α→α2；α2+β→α2β；α2β+β’→α2ββ’；α2ββ’+σ→α2ββ’σ细菌RNA的转录过程识别模板转录起始RNA链延伸转录的终止真核生物的RNA聚合酶酶的种类分布功能对抑制物的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁转录45SrRNA前体，经加工产生5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA对α-鹅膏蕈碱不敏感RNA聚合酶Ⅱ核质转录所有编码蛋白质的基因和大多数核内小RNA对α-鹅膏蕈碱敏感RNA聚合酶Ⅲ核质转录小RNA的基因，包括tRNA、5SrRNAU6snRNA和scRNA对α-鹅膏蕈碱中等敏感线粒体RNA聚合酶线粒体线粒体RNA对α-鹅膏蕈碱不敏感可被利福平所抑制叶绿体RNA聚合酶叶绿体叶绿体RNA对α-鹅膏蕈碱不敏感可被利福平所抑制启动子RNA聚合酶启动子是RNA聚合酶结合到DNA分子上，发生结合的特殊位置。不同的启动子对RNA聚合酶的亲和力不同，所结合的反式作用因子也不同，因此，基因转录活性也很不相同。大肠杆菌的启动子顺序-10序列(Pribnow框)：保守序列TATAAT-35序列(识别区)：保守序列TTGACA根据其合成的蛋白质分子的多少，启动子可分为强启动子和弱启动子。原核生物启动子的共同点结构典型序列保守位置和距离都比较恒定直接和多聚酶相结合常与操纵子相邻都在其控制基因的5’端决定转录的启动和方向真核生物启动子Ⅰ型启动子Ⅱ型启动子Ⅲ型启动子真核生物的三种RNA聚合酶有三类转录起始所必需的启动子。它们均由转录因子而不是RNA聚合酶所识别。真核生物启动子Ⅰ型启动子Ⅰ型启动子是RNA聚合酶Ⅰ的启动子，它控制rRNA前体基因转录，其产物经剪接加工后生成各种成熟rRNA。Ⅰ型启动子可分核心启动子和上游控制元件（UCE）。真核生物启动子Ⅱ型启动子Ⅱ型启动子为RNA聚合酶Ⅱ所识别，序列多样。涉及众多编码蛋白质基因表达的控制。Ⅱ型启动子包含四个控制单位：基本启动子起始子上游元件应答元件真核生物启动子Ⅲ型启动子Ⅲ型启动子为RNA聚合酶Ⅲ所识别，是由不同的转录因子以不同的方法来识别的。Ⅲ型启动子分为两类：基因内启动子和转录起点上游启动子（也称基因外启动子）。真核生物启动子Ⅲ型启动子——基因内启动子基因内启动子的起始的各个阶段需要三种转录因子的参与，分别是TFⅢA、TFⅢB和TFⅢC。TFⅢA和TFⅢC仅是一种装配因子，而TFⅢB才是RNA聚合酶FⅢ所必需的起始因子。真核生物启动子启动子的效率生物中有许多启动子，如大肠杆菌约有2000个启动子。启动子的效率高低不一。细胞内不同启动子的效率可有几个数量级的差别——从每10分种以上才有一次转录起始到每1~2秒即有一次起始。转录因子转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子（主要是蛋白质），其作用或识别DNA的顺式作用位点，或识别RNA聚合酶，或是识别其他因子。根据转录因子的作用特点可大致分为三类：通用因子、上游因子和可诱导因子。转录因子通用因子作用于基本启动子上的辅助因子称为通用转录因子。转录因子上游因子基本启动子和转录因子对于RNA聚合酶Ⅱ的转录是必需的，但它们单独作用时效率很低，要达到较高水平的转录还需位于上游的一些调控元件及识别因子参与作用。识别上游元件的转录因子称为上游因子或转录辅助因子。转录因子可诱导因子在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素、生长因子或其它刺激后需要一类转录因子，才开始表达某些特异蛋白质分子，这类转录因子称为组织细胞特异性转录因子或者可诱导因子。转录终止与终止因子终止子与终止因子RNA合成的终止发生在转录DNA特殊的碱基顺序中，能提供转录终止信号的DNA序列称为终止子，协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白因子则称为终止因子。原核生物的终止子原核生物转录终止的机制原核生物转录终止的机制真核生物的转录终止对于真核生物转录的终止信号和终止机制了解得很少，其主要困难在于很难确定原初转录物的3'末端，因为大多数基因在转录后很快进行加工，无论是mRNA、tRNA还是rRNA都是如此。对于RNA聚合酶Ⅲ，体外转录与体内转录产物相同，这就表明体内转录确实是在RNA末端处终止的。转录的调节控制原核生物转录的调控操纵子是原核生物转录调控的主要形式，相关的基因排列成簇，由一个调节蛋白所控制，一开俱开，一闭俱闭，从而对环境条件的改变作出相应的反应。环腺苷酸（cAMP）在原核生物的基因表达调控过程中有重要作用。噬菌体的时序调控有关噬菌体的时序调控一般都是通过转录水平来控制的。不同的噬菌体采的策略不同，常见的有三类：σ因子的替换核心酶的修饰核心酶的替换核心酶的修饰转录阶段时间聚合酶转录组别主要基因及功能早期转录前6分钟E.ColiRNA聚合酶转录物Ⅰ10个,0.3基因:抑制宿主限制酶0.7基因:磷酸化E.coliRNA聚合酶J基因:T7RNA聚合酶,单链肽晚期转录6~12分钟T7RNA聚合酶转录物Ⅱ14个，2基因：抑制宿主RNA聚合酶；合成复制酶系12分钟后T7RNA聚合酶转录物Ⅲ15个：编码与噬菌体粒子结构与装配有关的基因T7噬菌体基因转录的时序控制转录的调节控制真核生物转录的调控真核细胞基因组DNA的含量非常大，因此，相似的DNA序列出现的次数增加，特异调控的难度加大。解决这个难题的途径有二个：由组蛋白封闭有关的DNA序列；多个调控因子同时与邻近的特异DNA部位结合转录的调节控制顺式作用元件与反式作用因子基因的转录特别是转录起始作用取决于基因组中顺式调控元件与反式作用因子的相互作用。顺式作用元件是反式作用因子的结合位点，其调控基因转录的作用正是通过反式作用的作用来实现的。反式作用因子DNA结合结构域锌指结构同源结构域亮氨酸拉链碱性α-螺旋螺旋-突环-螺旋反式作用因子转录激活结构域酸性α螺旋富含谷氨酰胺结构富含脯氨酸结构转录因子的DNA结合结构域本身并不具有调控转录活性的功能，其转录自学成才化功能是由另一种结构域，即转录因子激活结构域所决定的。反式作用因子激活转录的机制几种假说成环假说扭曲假说滑动假说渗流假说RNA转录的抑制作用RNA转录的抑制剂嘌呤和嘧啶类似物DNA模板功能的抑制剂RNA聚合酶的抑制物某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸或核酸的合成，因而可以用于抗病毒或抗肿瘤药物，也可以用于核酸的研究。真核生物RNA转录的抑制因子核小体在转录中的抑制作用在转录过程中，核小体的结构往往会阻碍RNA聚合酶和其他转录因子与DNA链的结合，并且在一定程度上影响转录起始复合物沿DNA链的移动。在转录起始过程中，核小体的变化方式一般有两种：持续移位或排除和诱导移位。