RNA转录

分子生物学，汇总了转录的模板、 RNA聚合酶、 启动子、转录过程、 转录后加工等内容。

RNA转录

• 转录的模板
  • 模板链
    • 作为模板的DNA单链
    • 反义链—负链（与RNA相反）
  • 编码链
    • 与模板链互补的另一条DNA单链
    • 有义链—正链（与RNA相同）
    • 带有遗传信息，与转录的RNA，氨基酸密码子序列一致
  • 转录单位
    • 一个启动子到另一个终止子之间的一段序列
    • 可以是一个基因或者多个基因
• RNA聚合酶
  • 以4种核苷三磷酸（NTP）为原料，起始核苷酸为嘌呤三磷酸，并在产物RNA的5'端保持这个三磷酸基团（上游常为C，下游常为T）
  • RNA的合成方向是5'--3'，核苷三磷酸加到新链3'端OH上，生成磷酸二脂键
  • 原核生物
    • 全酶=σ因子+核心酶（α2ββ')
    • σ因子（起始因子）
      • 识别启动子，决定转录特异性（只在起始阶段发挥作用，RNA合成起始后，立即从全酶上脱落，可重复利用）
      • 不同的σ因子识别不同的启动子表达不同的基因。与启动子结合能力不一样，转录效率不一样。
    • 核心酶
      • α亚基 和启动子的牢固结合，将DNA双链局部解旋
      • β亚基 催化磷酸二脂键形成 ；（RNA链的延伸）—复制
      • β'亚基 参与模板链结合
  • 真核生物
    • RNA聚合酶Ⅰ 核仁中，合成大多数rRNA 对α-鹅膏蕈碱的敏感程度：不敏感
    • RNA聚合酶Ⅱ 核质中，合成mRNA,一些snRNA 高度敏感
    • RNA聚合酶Ⅲ 核质中，合成tRNA,一些snRNA 中度敏感
• 启动子
  • 定义：是RNA聚合酶全酶识别、结合并起始转录的一段模板DNA序列，位于转录单位的5'端上游区。
  • 启动子的结构影响RNA聚合酶亲和力，从而影响了转录效率，还需要转录因子（蛋白质）的参与。
  • 原核生物
    • 三个功能区：起始转入部位转入第一个核苷酸的碱基对（+1），RNA聚合酶识别位点（-35），结合位点（-10）
    • P robnow框
      • -10序列，结合位点，序列为TATAAT
      • 富含AT，使双螺旋溶解，与RNA聚合酶形成启动子复合物
    • S extama框
      • -35序列，识别位点（提供RNA聚合酶的识别信号），序列为TTGACA
      • σ亚基识别位点，决定了启动子的强度，转录速度，蛋白质合成速度 （速度，强度由σ，识别位点控制）
  • 真核生物
    • RNA聚合酶Ⅰ： 转录rRNA，只有一种启动子类型
    • RNA聚合酶Ⅱ： 转录mRNA
      • 帽子位点：起始点（+1），碱基为A
      • TATA盒：-25，富含GC，结合位点，类似于P，
      • CAAT框：-75，控制转录起始的频率
      • 通用型转录因子
    • RNA聚合酶Ⅲ： 转录tRNA，5SRNA启动子位于转录DNA序列之内，为下游启动子
• 转录过程
  • 原核
    • 转录起始（σ亚基）
      • 1、RNA聚合酶通过识别位点（-35区）结合启动子，形成封闭型起始复合物；2、移动并与结合位点（-10）结合，形成开放型起始复合物；3、β亚基形成磷酸二脂键，形成酶-DNA-RNA三元复合物，转录起始完成
      • σ识别，形成稳定三元复合物后（转录起始后），σ因子立即脱落
    • 转录延长
      • β因子发挥主要作用，形成RNA-DNA杂合体
      • 非恒速，遇到富含GC碱基时会有一次停顿
    • 转录终止
      • 终止子
        • 定义：原核生物的DNA模板上一段终止转录的特定序列，(在RNA聚合酶已转录的序列之中）
        • 分类
          • 内源性终止子：不依赖ρ因子，而实现终止作用 （富含GC序列）
          • 依赖ρ因子，而实现终止作用
      • ρ因子
        • 一个终止蛋白，只在终止阶段发挥作用，其活性形式为六聚体（N端有RNA结合域，C端有水解ATP的结构域），使新生成的RNA链从三元复合物中解离出来
  • 真核
    • 顺式作用元件
      • 与相关基因处在同一DNA分子上，对基因转录起调控作用的一段DNA序列---顺式调节，不转录任何产物；在5'端上游，3'端下游，基因内部
      • 启动子，增强子，沉默子，绝缘子
        • 启动子：不足以与RNA聚合酶结合，当中增强子存在其活性显著提高
        • 增强子：没有固定位置，往往需要借助蛋白质桥把启动子序列和增强子序列连接起来，通过增加启动子附近激活因子的浓度而发挥作用
        • 沉默子（负增强子）：抑制附近基因表达的DNA序列
        • 绝缘子：阻断增强子对启动子的激活效应或者沉默子产生的失活效应；为活性基因提供屏障，防止异染色体延伸所带来的失火效应（通过调控不同调控元件的活性来保证基因表达调控的准确性
• 转录后加工
  • 原核生物RNA加工
    • mRNA 没有转录后加工过程（无插入序列和间隔序列）
    • rRNA
      • 剪切：将初级产物剪切为5S、16S、23S片段
      • 修饰：核糖2'羟基的甲基化
    • tRNA
      • 剪切：RNA酶P，切除多余核苷酸
      • 修饰：碱基 甲基化和3'端加CCA
  • 真核生物RNA加工
    • mRNA
      • mRNA前体---核内不均---RNA（hnRNA）---成熟mRNA
      • hnRNA---mRNA:5'加帽，3'加尾，剪接
      • 5'加帽 帽子结构：N7-甲基鸟苷酸+5',5'-三磷酸脂键
      • 3'加尾 尾巴：多聚腺苷酸（polyA)
        • 保护3'端免受核酸酶降解，有助于mRNA从细胞核向细胞质的运输
      • 剪接
        • 在剪接体内，mRNA前体去除内含子，连接外显子，形成成熟mRNA的过程
        • 转脂化反应，是前后2个外显子相连，被切除的内含子成套索状
        • 在剪切体内进行，剪切体有5种核小体，RNA（snRNA）和蛋白因子组成剪切体富含尿嘧啶U，需要ATP供能
      • 真核细胞加工过程（加帽，加尾，剪切）是一个连续过程，转录和加工同时进行
    • tRNA
      • 原核生物 三叶草结构
      • 1、核酸内切酶在tRNA两段切断；2、核酸内切酶从3'端逐个切去核苷酸，进行修剪；3、在3'端加-CCA；4、修饰
      • RNA自我剪接（四膜虫RNA）：发现RNA有催化活性，提出核酶概念
      • 真核细胞甲基化：tRNA在碱基上进行，rRNA在核糖2'羟基上
  • 反转录
    • 定义：以RNA为模板，按碱基互补配对原则合成DNA的过程
    • 反转录过程由反转录酶催化 （HIV病毒属于反转录病毒）