分子生物学基础PPT第四章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第三节 转录的终止
图4-11 依赖于蛋白质因子的转录抗终止模式
第四节
转录后加工
一、mRNA的加工 mRNA的加工 1.5′–端帽结构 目前所知5′–端帽结构是在核内完成的,且先于对 mRNA中段序列的剪接过程,加帽的作用部位是转录后的 mRNA 5′–端的第一个核苷酸上。由前面内容所知,RNA 5′–端的第一个核苷酸以嘌呤类多见,尤以pppG为主,其 作用过程为:先由磷酸酶把5′–pppG水解生成5′–pG,然 后与另 一个三磷酸鸟苷pppG反应生成三磷酸双鸟苷,接着在 甲基化酶的作用下,由SAM提供甲基,将甲基连接在后接 上去的鸟嘌呤碱基N7位上,生成5′m7GpppGp,此结构称帽 子结构(图4-12)。
第四节
转录后加工
图4-12 真核生物mRNA5′–端帽结构
第四节
2.3′–端加尾
转录后加工
真核生物成熟的mRNA 3′–端通常都有100~200个腺苷 酸残基,构成多聚腺苷酸(polyA)的尾巴。通过研究发 现,DNA序列中没有多聚T的序列,由此说明了3′尾巴 polyA是在转录后加上的。研究发现,它还是多聚腺苷酸 化的信号,该序列AAUAAA,因为切除该保守序列,3′–端 则不能进行切除,也不能形成polyA尾巴。3′–端polyA尾 的形成见图4-13。
第二节 启动子与转录的起始
图4-5 启动子区主要顺式作用元件与基因转录活性
第二节 启动子与转录的起始
图4-6 SV40基因启动子上TATAAA及邻近区域对基因 转录活性的影响
第二节 启动子与转录的起始
二、转录的起始 1.启动子区的识别 2.原核生物转录的起始 原核生物转录起始过程(图4-7):RNA聚合酶在σ亚 基引导下,识别并结合到启动子上,使DNA局部的双链被 解开,形成的解链区称转录泡(transcription bubble), 解链发生在与RNA聚合酶结合的部位。RNA聚合酶的催化亚 基按照模板链对碱基的选择,特异识别底物核苷酸,形成 磷酸二酯键并脱下焦磷酸,合成RNA链最初2~9nt。第一个 核 苷 酸 通 常 为 带 有 3 个 磷 酸 基 的 鸟 苷 或 腺 苷 ( pppG 或 pppA)。起始合成后,σ亚基脱离核心酶与启动子,起始 阶段至此结束。
一、启动子的基本结构 启动子是一段位于结构基因5′端上游区的DNA序列, 能活化RNA聚合酶,使之与模板DNA准确地相结合并具有转 录起始的特异性。因为基因的特异性转录取决于酶与启动 子能否有效地形成二元复合物,所以,RNA聚合酶如何有 效地找到启动子并与之相结是转录起始过程中首先要解决 的问题。有实验表明,对许多启动子来说,RNA聚合酶与 之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍。
第一节 RNA转录的概述
图4-1 典型的转录单位结构
第一节 RNA转录的概述
二、转录的基本过程 无论是原核还是真核细胞,转录的基本过程都包括:模板识别、 转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止(图4-2)。
图4-2 大肠杆菌中依赖于DNA的RNA转录过程
第一节 RNA转录的概述
1.模板识别 模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互 作用并与之相结合的过程。转录起始前,启动子附近的 DNA链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的 碱基配对。转录起始就是RNA链上第一个磷酸二脂键的产 生。 2.转录起始 转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与开链启动 子–酶复合物相结合构成新生RNA的5′端,再以磷酸二酯 键的形式与第二个核苷酸相结合,起始的终止反应在σ因 子的释放。过去认为磷酸二酯键的形式就是转录起始的终 止,实际上,只有当新生RNA链达到6~9个核苷酸时才能形 成稳定的酶–DNA–RNA三元复合物,才释放σ因子,转录进 入延伸期。
第二节 启动子与转录的起始
图4-4 原核和真核生 物的启动子结构
第二节 启动子与转录的起始
2.真核生物的启动子结构 科学家通过对许多基因启动子区的分析,发现绝大多 数功能蛋白基因的启动子都具有共同的结构模式。简单地 说,真核基因的启动子(图4-4下)在–25-–35区含有 TATA序列,在–70-–80区含有CCAAT序列(CAAT box), 在–80~–110含有GCCACACCC或GGGCGGG序列(GC box)。习 – – 惯 上 , 将 TATA 区 上 游 的 保 守 序 列 称 为 上 游 启 动 子 元 件 (upstream promoter element,UPE)或称上游激活序列 (upstream activating sequence,UAS)。
第二节 启动子与转录的起始
1.原核生物的启动子结构 原核生物启动子序列按功能的不同可分为3个部位(图4-4上)。 (1)起始部位:指DNA分子上开始转录的作用位点,该位点有与 转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基,由前述内容可知,该碱 基的序号为+1。 (2)结合部位:是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位, 其长度为7bp,中心部位在–10bp处,碱基序列具有高度何守性,富含 TATAAT 序 列 , 故 称 之 为 TATA 盒 ( TATA box), 又 称 普 里 布 诺 序 列 (pribnow box)。因该段序列中富含AT碱基,维持双链结合的氢键 相对较弱,导致该处双链DNA易发生解链,有利于RNA聚合酶的结合。 (3)识别部位:利用诱变技术可使启动子发生突变,当–35序列 突变时,将会降低RNA聚合酶与启动子的结合速度,这说明–35序列提 供了RNA聚合酶识别的信号,该序列的碱基富含TTGACA,其中心则刚 好位于–35bp处,它是RNA聚合酶σ亚基的识别部位。
第一节 RNA转录的概述
3.通过启动子 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, 很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。一旦RNA聚合酶成功地 合成9个以上核苷酸并离开启动子区,转录就进入正常的延伸阶段。 所以,通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。 4.转录延伸 RNA聚酶离开启动子,沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过 程就是转录的延伸。大肠杆菌RNA聚合酶的活性一般为每秒合成50-90 个核苷酸。随着RNA聚合酶的移动,DNA双螺旋持续解开,暴露出新的 单链DNA模板,新生RNA链的3'末端不断延伸,在解链区形成RNA–DNA 杂合物。而在解链区的后面,DNA模板链与其原先配对的非模板链重 新结合成为双螺旋。 5.转录终止 当RNA链延伸到转录终止位点时,RNA聚合酶不再形成新的磷酸二 酯键,RNA–DNA杂合物分离,转录泡瓦解,DNA恢复成双链状态,而 RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来,这就是转录的终止。
第三节 转录的终止
一、不依赖于ρ因子的终止 不依赖于ρ 现已查明,模板DNA上存在终止转录的特殊信号—— 终止子,每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区,由 这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点 前面有一段由4~8个A组成的序列,所以转录产物的3′端 为寡聚U,这种结构特征的存在决定了转录的终止。在新 生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停,破坏 RNA–DNA杂合链5′端的正常结构。RNA3′端寡聚U的存在 使杂合链的3'端部分现不稳定的rU·dA区域。两者共同作用 使RNA从三元复合物中解离出来(图4-9)。终止效率与二 重对称序列和寡聚U的长短有关,随着发卡式结构(至少 6bp)和寡聚U序列(至少4个U)长度的增加,终止效率逐 步提高。
分子生物学基础
遗传信息的转录—从 第四章 遗传信息的转录 从DNA到RNA 到
பைடு நூலகம்
第一节 RNA转录的概述
一、RNA转录的特点 RNA转录的特点 在DNA指导下RNA的合成称为转录。RNA链的转 录起始于DNA模板的一个特定起点,并在特定的终 点终止,此转录区域称为转录单位。一个转录单 位可以是一个基因或多个基因。基因的转录是一 种有选择性的过程,随着细胞的不同生长发育阶 段和细胞内外条件的改变将转录不同的基因。转 录起始主要由DNA分子上的启动子(promoter)控 制,而控制终止的部位称为终止子(teminator)。 典型的转录单位结构如图4-1。
第一节 RNA转录的概述
2.真核生物的RNA聚合酶 真核生物的基因组比原核生物大,RNA聚合酶也更为复杂。其相 对分子质量大都在5×105左右,有8~14个亚基,并含有Zn2+。利用α鹅膏蕈碱(α-amanitine)的抑制作用可将真核生物RNA聚合酶为分 三类(表4-2)。
第二节 启动子与转录的起始
第二节 启动子与转录的起始
图4-7 原核生物基因转录的起始
第二节 启动子与转录的起始
3.真核生物转录的起始 除了RNA聚合酶之外,真核生物转录起始过程中至少 还需要7种辅助蛋白质因子参与(表4-3)。因为不少辅助 因子本身就包含多个亚基,所以转录起始复合物的分子量 特别大。 真核生物转录起始过程(图4-8):在7种辅助因子参 与下,RNA聚合酶与启动子相互作用,聚合酶首先与启动 子区闭合双链DNA相结合,形成二元闭合复合物,然后经 过解链得到二元开链复合物。解链区一般在–9-+13之间, 而酶与启动子结合的主要区域在其上游。一旦开链区解链, 酶分子能以正确的取向与解链后的有关单链相互作用,形 成开链复合物。因此,RNA聚合酶既是双链DNA结合蛋白, 又是单链DNA结合蛋白。DNA开链是按照DNA模板序列正确 引入核苷酸底物的必要条件。
第二节 启动子与转录的起始
3.真核生物启动子对转录的影响 TATA区和其他两个UPE区的作用有所不同(图4-5)。 前者的主要作用是使转录精确地起始,如果除去TATA区或 进行碱基突变,转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区 突变后明显,但发现所获得的RNA产物起始点不固定。研 究SV40晚期基因启动子发现上游激活区的存在与否,对该 启动子的生物活性有着根本性的影响。若将该基因5′上 游–21-–47核苷酸序列切除,基因完全不表达(图4-6)。
第二节 启动子与转录的起始
第二节 启动子与转录的起始
图4-8 真核生物RNA聚合 酶Ⅱ指导的基因转录起始
第二节 启动子与转录的起始
三、增强子及其功能 除了启动子以外,近年来发现还有另一序列与转录的 起始有关。在SV40的转录单元上发现它的转录起始位点上 游约200bp处有两段72bp长的重复序列,它们不是启动子 的一部分,但能增强或促进转录的起始,除去这两段序列 会大大降低这些基因的转录水平,若保留其中一段或将之 取出插至DNA分子的任何部位,就能保持基因的正常转录。 因此,称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子 (enhancer)。除SV40外,还在反转录病毒基因、免疫球 蛋白基因、胰岛素基因、胰糜蛋白酶基因等许多基因的启 动区中陆续发现了增强子的存在。
第一节 RNA转录的概述
三、RNA聚合酶 RNA聚合酶 1.原核生物的RNA聚合酶 大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的(表4-1),大肠杆菌 RNA聚合酶由2个α亚基、一个β亚基、一个β′亚基和一个ω亚基组 成,称为核心酶。加上一个σ亚基后则成为聚合全酶(holoenzyme), 相对分子质量为4.65×105(图4-3)。
第三节 转录的终止
二、依赖于ρ因子的终止 依赖于ρ 体外转录实验表明,纯化的RNA聚合酶并不能识别特 异性的转录终止信号,而加入大肠杆菌ρ因子后该聚合酶 就能在DNA模板上准确地终止转录。 ρ因子是一个相对分 子质量为2.0×105的六聚体蛋白,它能水解各种核苷三磷 酸,实际上是一种NTP酶,它通过催化NTP的水解促使新生 RNA链从三元转录复合物中解离出来,从而终止转录。 依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列缺乏共性,说明 该因子并不能识别这些终止位点。现在一般认为,RNA合 成起始以后ρ因子即附着在新生的RNA链上,靠水解ATP产 生的能量,沿着5′→ 3′方向朝RNA聚合酶移动,到达 RNA的3′-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶, 使之从模板DNA上释放mRNA,完成转录过程(图4-10)。