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生物学-RNA的转录
这是一篇关于RNA的转录的思维导图，包含转录起始、转录延伸、 转录过程的终止、 RNA的加工等。
编辑于2023-12-13 16:56:36- RNA的转录
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RNA的转录
导入
概念
转录单位：从启动子到终止子的序列
模板链（又称无义链、反编码链、无义链或-链）：与转录物 互补的DNA链，极性方向为3‘-5’
非模板链（有义链、编码链、+链）：与RNA链上 的核苷酸序列相同（除DNA上的T对应RNA上的 U）
基本要点
转录单位、模板、模板链、非模板 链的相关概念
真核生物中的转录单位是单顺 反子（顺反子=基因）
转录原点记为+1，其上 游记为负值，下游记为正值
DNA是不对称转录的
转录起始
原核生物启动子
原核生物启动子的发现与证明
概念
转录起始：RNA聚合酶与DNA转录启动子结合， 形成有功能的转录起始复合物的过程。是转录过 程中的限速步骤，是基因表达调控中的首要和重 要阶段。
启动子:DNA分子上被RNA聚合酶、转录调节因子 等识别并形成转录起始复合物的区域。
强启动子：与RNA聚合酶亲和力高的启动子，起 始转录的频率和效率均高。
基序（-10区启动子序列）：极端保守的共有序 列，其中心位于转录起始位点上游约10 bp。
结合位点（B site）：RNA聚合酶结合在识别位 点后，滑位移动到-10区，选择模板链并与之紧密 结合。
核心启动子
转录起点（I site）：+1位点。
上游控制元件：位于核心启动子上游-70~-40区域 含有与CAP-cAMP复合物结合、激活转录的正调 控位点。
上游控制元件
实验方法
DNA足迹法：在基因的反应体系中加入RNA聚合 酶而不加入NTP，RNA聚合酶只能结合在启动子 上，转录不能进行。在体系中加入DNase消化 DNA，被RNA聚合酶保护的DNA片段（启动子 序列）可以结合到硝酸纤维素滤膜上，这样可以 从该复合物中释放出DNA并测定其序列。
基本要点
原核生物启动子长约40碱基，包含-10区 Pribnow盒的保守序列位TATAAT，-35区 Sextama盒的保守序列为TTGACA，以及两盒之 间17±1bp的间隔序列，间隔序列的保守性有利于 RNA聚合酶的启动。 间距突变趋近17bp→启动子功能增强的上调突变 间距突变远离17bp→启动子活性减弱的下调突变
作用特点
-35序列是RNA聚合酶全酶中ρ因子的结合识别位 点。-10区位置富含A/T，启动子区的解链发生在- 10区的位置，ρ因子可以选择模板链并促使RNA 聚合酶与模板链结合。
原核生物启动子的突变效应
基本要点
强弱启动子的本质区别：与-35区保守序列 （TTGACA）及-10保守序列（TATAAT）的相似程度的大小。 如果突变使启动子偏离标准序列，启动子效应弱，突变表现为下调突变；反之，突变表现为上调突变。
真核生物启动子
启动子的基本结构
基本概念
顺式元件：与反式作用因子结合，存在与靶基因 附近，调控靶基因转录的结构较为保守的DNA序 列。如：增强子、沉默子。不直接与RNA聚合酶 互作，通过与其他蛋白质结合后，激活或组织 RNA聚合酶对结构基因的转录启动。
反式作用因子：与顺式作用元件结合，调控基因 的转录因子。如激活蛋白、阻遏蛋白以及ncRNA
管家基因：维持细胞的基本代谢过程所必须的、 在不同细胞类型和细胞生长时期均表达（组成型 表达）的基因。
奢侈基因：为细胞分化、 生物的发育以及适应环 境需要表达（诱导型表达）的基因
结构基因：编码蛋白质或RNA的任何基因。
调节基因：直接参与其他基因表达调控的基因。
作用特点
真核生物RNA的转录分别由3种RNA聚合酶 （Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）完成
RNA聚合酶Ⅰ（RNA pol A RPA）：启动子由核 心启动子和在起点5‘上游100bp左右的控制区域 两部分组成。负责转录rRNA，其rDNA只有一种 启动子。
RNA聚合酶Ⅱ（RNA pol B RPB）：负责转录蛋 白质编码基因mRNA及部分snRNA（small nuclear RNA）.
起始子序列：PyPyANPuPy
-30区有TATA盒
核心启动子
通过两个重要的上游元件GC岛（GCGCGC）和 CAAT盒（CCAAT），CAAT盒内突变决定了启 动子起始转录的效率，对特异性无影响。
RNA聚合酶Ⅲ（RNA pol C RPC）：负责转录包 括tDNA和5SrDNA在内的多种编码小RNA的基 因
RNA聚合酶
原核生物RNA聚合酶
基本概念
RNA聚合酶（RNA polymerase）是以一条DNA链或RNA为模板，三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶，因为在细胞内与基因DNA的遗传信息转录为RNA有关，所以也称转录酶。
作用特点
RNA聚合酶的核心酶由两个α亚基、一个β亚基、 一个β’亚基组成。核心酶依靠静电作用力与DNA 发生非专一性与非特异性的结合，负责RNA链的 转录延长。
α亚基的N端通过与RNA聚合酶其他亚基的作用 结合到和性能启动子上，而其C端则直接参与 RNA聚合酶与启动子UP元件的结合。
β亚基是聚合NTP、合成RNA链的主要亚基。形 成全酶后，β亚基会形成两个功能位点，其一为 起始位点（I），对利福平敏感。其二是延伸位 点，对利福平不敏感，对NTP没有专一性地选 择。
RNA聚合酶对利福平敏感地原因：利福平与 ATP（或GTP）对I位点地竞争性结合。当利福平 与I位点紧密结合后，可以完全阻止ATP/GTP进入 I位点，一旦转录启动后，RNA的延伸主要发生在 E位点（对利福平不敏感），所以利福平仅是 RNA转录发动的抑制剂。
β‘亚基是强碱性亚基，能促使RNA聚合酶与非模 板链结合
RNA聚合酶的全酶由核心酶与ρ亚基结合构成。 全酶依靠特定的空间结构与启动子特异的碱基序 列发生专一性结合，负责RNA的转录起始。
ρ亚基赋予全酶识别Sextama盒
基本要点
所有类型的RNA都由一种RNA聚合酶转录
RNA聚合酶的核心酶至少包含有4个功能位点，即 非模板链结合位点（β’）、模板链结合位点（；β 亚基）、双链DNA解旋位点和双链DNA重围绕位 点。
原核生物RNA的转录过程
真核生物RNA聚合酶
基本概念
RNA聚合酶Ⅰ：位于核仁，转录45S-rRNA前 提，其中编码有5.8S、18S和28SrRNA基因（Ⅰ 型基因）
RNA聚合酶Ⅱ：位于核质，转录所有编码基因的 mRNA和大多数核小RNA（snRNA）（Ⅱ型基 因）
RNA聚合酶Ⅲ：位于核质，转录tRNA，5SRNA 基因和编码U6snRNA和不同scRNA基因（Ⅲ型 基因）
真核生物的转录起始
基本要点：转录过程
1、TF Ⅱ 因子对TATA box的识别
2、TF Ⅱ B作为TF Ⅱ D和RNA聚合酶的桥梁因 子，富集高浓度的RPB到启动子周围，TF Ⅱ F中 的RAP30和TF Ⅱ H中的RAD25是具有ATPase 活性的DNA解旋酶。形成基本转录起始复合体
3、H的激酶活性是RPB的Ⅱ A型CTD发生高频磷 酸化，转换为ⅡO型的高转录活性的RNA聚合 酶，组成完全转录起始复合体。
转录的相关因子及功能
基础水平转录的相关因子
转录因子的组成：转录因子一般均具有位置分 离、功能独立的DNA结合域和转录激活域。每个 结构域作为独立的功能单位发挥作用。
特异性诱导转录的相关因子
是指可以接受外在信号调节的转录，可以是促进 转录起始（转录激活物），也可以是降低或抑制 转录起始（转录阻遏物）。
增强子与沉默子
增强子
增强子是真核生物中远距离的正调控顺式位点， 不具有启动子活性，但增强子作用不依赖于方向 和位置。没有基因的特异性，具有组织和细胞的 特异性。
沉默子
是一种你能在远距离（1kb以上）通过使染色质发 生缠绕成紧密的、固缩的异染色质状态，进而抑 制临近基因转录的区域。
绝缘子
绝缘子是一段具有特化染色质结构的区域，能阻 断增强子或沉默子对靶基因/启动子的增强或失活 作用效用，而且能保护两个绝缘子之间的基因免 受外界因子的作用与影响。
顺式作用元件与反式作用因子互作通用原则及方 式
作用本质：与DNA结合的蛋白质氨基酸残基和 DNA的核苷酸之间的非共价作用。
已知反式作用因子能通过以下常见的几种不同模 体（motif）与DNA结合
螺旋-转角-螺旋（HTH）：构想包括两个α螺旋， 羧基端的α螺旋直接与DNA大沟的碱基专一性结 合，另一个α螺旋穿越大沟，与DNA发生非特异 结合。
锌指：是转录因子锌指蛋白的“DNA结合域”
碱性域或亮氨酸拉链：碱性域是指一种高度碱性 的α螺旋，含有碱性域的凡是作用因子可以形成同 源二聚体或异源二聚体。因此碱性域可以对称存 在，结合成一个短的螺旋化螺旋，称为碱性拉链/ 亮氨酸拉链。
转录延伸
一旦形成开放式启动子复合物，RNA聚合酶即启 动RNA合成
转录过程的终止
RNA合成的终止发生在终止子的特定DNA序列 上。“终止”包括新生RNA链的释放以及RNA聚合 酶与DNA的解离。根据体外实验终止转录是否需 要特定辅助因子ρ的参与，分为两类
不依赖ρ因子的终止子
也称为内源性终止子、简单终止子。有三个特 征：1、有反向重复的回文序列，实现内部碱基配 对，可形成茎环构象。2、茎的区域（7~20bp） 里富含GC序列。3、GC序列后紧随AT重复序 列。
RNA中的茎-环构象能阻止复合物的延伸，引起 RNA聚合酶停顿，随之从模板上解离。
依赖ρ因子的终止子
茎-环结构区域内含有的GC碱基对较少，在茎-环 结构后没有连续的dA-rU重复。ρ因子是依赖ATP 的六聚体解旋酶家族的一个成员。
ρ因子有两个结构功能域：1、依赖RNA的核苷三 磷酸酶功能域。2、终止转录，与RNA聚合酶直接 作用。终止效率与自身核苷酸结构和紧随回文序 列的下游序列有关。
抗终止作用
有些终止子的作用可以被特殊的抗终止子的蛋白 质所阻止，使RNA聚合酶越过终止子，继续转 录。通常在依赖ρ因子的终止子处发生。
RNA的加工
基本概念
真核生物的结构基因绝大多数都是间隔基因。间 隔基因的初始转录产物称为前体mRNA，在作为 模板翻译蛋白质之前必须完成RNA加工。
RNA加工：新合成的pre-mRNA分子所经历的结 构和化学方面的修饰与成熟过程。包括5'端的加 帽、3'端的多腺苷酸化（加尾）、内含子的剪接、 甲基化等过程。
加工的目的
子主增加RNA的多样性。
加工的过程
RNA5'端的加帽
过程
功能：1、保护RNA，增加稳定性；2、为翻译起 始酶识别mRNA的5‘端提供信号，增加可译性。 3、成熟mRNA运出细胞核的必须结构。4、提高 mRNA的剪接效率。
RNA3’端的多腺苷酸化
过程：多腺苷酸尾（polyA尾）是转录后在RNA 末端腺苷酸转移酶的催化下，以ATP为底物添加 到mRNA3‘端的。
功能：1、参与新生RNA从DNA/RNA/RNA聚合 酶Ⅱ三联复合体中的解放。2、与转录偶联，既能 促进转录终止，也能防止mRNA的早熟。3、参 与pre-mRNA的3’内含子的剪切。4、增加 mRNA的稳定性。5、影响翻译效率。
RNA的剪接：将真核生物间隔基因转录合成的 pre-mRNA的内含子剪除，同时将外显子连接起 来形成成熟的RNA分子的过程
过程：采用序列互补和分子折叠的方式将内含子 隔开的供点和受点连接在一起，以便通过转酯反 应完成内含子的剪切和外显子的连接过程。
根据内含子与外显子边界序列，即供体位点、受 体位点序列的保守性，将内含子分为3类
Ⅰ型内含子的结构与剪接
没有剪接体或其他蛋白质的帮助下能自剪接，主 要发生在低等真核生物rRNA、线粒体基因 mRNA、叶绿体基因mRNA的内含子中。
结构特点：1、pre-mRNA中内含子边界序列为 5‘U-G3’。2、内含子序列中含有多对内部核心序 列（CCS），它们两两成对、反向平行、序列互 补，可以形成分子内链二级结构。3、靠内含子的 5‘边序内，存在一段与5’供体位点、3‘受体位点序 列发生互补，形成二级结构的“内部引导序列（ IGS）”利用IGS将供体位点U与受体位点G靠近便 于进行剪切。
剪接方式：有保守的二级结构，外源鸟嘌呤核苷 酸辅因子是自由羟基供体，由 RNA 核酶实现自我 催化剪接
顺式剪切
Ⅱ型内含子的结构与剪接
主要发生在核mRNA、玉米线粒体RNA和tRNA 中，也属于自我剪切。
结构特点：Ⅱ型内含子的结构特点是:①内含子边 界序列为供体位点G……受点AU，符合 Chambonrule(即 GT-AG法则)。②在靠近内含 子3'端受点上游有序列为PyPuP yPyUAPy的7nt 分支位点(branch site)在这7个核苷酸的序列中A 是完全保守的碱基。在分支位点的的两侧存在一 些短序列，与其上游互相成为反向重复序列(IR)， 形成茎-环结构，但A不包含在IR序列内，从而被 排除成芽状突起，成为转酯攻击位点
剪接方式：有保守的二级结构，内部腺嘌呤是自 由羟基供体，形成套索结构的内含子中间体。实 现自身催化剪接剪接机制类似于tRNA成熟过程， 涉及剪切后的连接。没有中间体形成，内含子以 线性片段切除。需要几种反式作用的加工酶
顺式剪切
剪接体模式的结构与剪接 主要发生在核内的前体mRNA。
主要发生在核内的前体mRNA。
结构特点：这类内含子的剪接主要发生在核内的 前体mRNA 其边界序列的结构与Ⅱ型内含子极为 相似， 具有供体位点GU……受体位点AG的序列结构和 PyXP UPuAPy7nt分支位点，其中A为转酯攻击 位点，但与Ⅱ型内含子的区别在于:剪接体模式的 内含子子内部序列不能形成有序的二级折叠，必 须由 UsnRNA逐级组装成剪接体(spliceosome) 才能完成剪接过程。剪接体是40~60 S的核糖核 蛋白复合体，由5种核内小核糖核蛋白体组成。剪 接体的作用是通过不同RNA分子间的互补序列， 将内含子的3个关键位点即5供体位点、3受体位点 和分支位点精确而又有序地折叠在一起，便于完 成转酯反应。
剪接方式：两步转酯反应，自由羟基的起始供体 由内部分支位点腺嘌呤提供，形成套索结构的中 间体。需要 UsnRNA参与装配剪接体
顺式剪切
反式剪接
被剪接的外显子来源于不同的基因，甚至不同的 染色体。
选择性剪接/可变剪接
不同类型的内含子剪接均受相应的调控机制控 制。从5'端端向3端对内含子进行逐一的剪接称为 组成型剪接(constitutive splicing);
在一定机制的调控下，对一条pre-mRNA中的某 个内含子或外显子进行选择性的剪接称为选择性 剪接或可变剪接(alternative splicing)。单一基 因或一个初级转录物发生选择性剪接可产生多种 同源异型蛋白