分子生物学第三章转录

现代分子生物学第五第三章生物信息的传递（上）从DNA到RNA（转录），转录的基本过程、转录产物的后加工、真核生物转录产物内元的去除、RNA编辑与在编码。

从DNA到RNA--转录

• 转录的基本过程
  • 模板识别
    • RNA聚合酶
      • 真核生物
        • RNA聚合酶Ⅰ:核仁，合成rRNA
        • RNA聚合酶Ⅱ:①核质，合成mRNA前体（核不均一RNA）、snRNA②大亚基中有C末端结构域，CTD中含有保守氨基酸序列多个重复③参与了启动子逃离、延伸、终止
      • 原核生物
        • ❶核心酶（2α+β+β’）+σ=全酶❷各亚基作用:β催化、前α使模板上DNA双链解为单链，尾α使解链的单链重新聚合成双链，β’充当SSB蛋白参与非模板链的结合 ，σ识别启动子的-35序列
    • 启动子
      • 真核生物——核心启动子❶帽子位点（转录起始位点）❷TATA框（位于-30处，一般序列为TATAA（T）AA❸CAAT框（位于-75bp，一般序列为GGC/TCAATCT） 其他元件:❶增强子(在-100bp以上）❷GC框(位于-90bp左右附近，GC含量多）
      • 原核生物——❶转录起始位点、❷-10序列（含6个碱基保守序列TATAAT） ❸-35序列（TTGACA）、❹-10序列与-35序列直接的距离（距离一般为16-19bp）
  • 转录起始（通过启动子）
    • 原核生物起始过程
      • 全酶与启动子结合（封闭二元复合物形成）R位点被σ因子发现并结合
      • 开放型启动子二元复合物（RNA聚合酶到达-10序列）
      • 三元复合物形成（模板DNA、RNA聚合酶、新生RNA链）
    • 真核生物没有识别启动子的功能转录起始过程需要很多的辅助因子(转录因子)参与, 并且按一定顺序与DNA形成复合物,协助RNApol定位于转录起始点
  • 转录延伸
    • 酶与产物RNA不解离 ★ 底物NTP不断加到RNA链的 3’-OH 端 ★ 形成一个磷酸二酯键后，核心酶向前滑动 ★ 延伸位点不断地接受新的NTP，RNA链不断延伸 ★始终保持三元复合物的结构
    • 转录过程中的延宕:RNA聚合酶在延长过程合成RNA的速度是不恒定的。在通过一段富含G·C对序列之后大约8-10个碱基就会出现一次延宕（停滞），这对转录的终止起到重要作用
  • 转录终止
    • 原核生物的终止
      • 内在终止子（不依赖σ因子的终止子）
        • 结构特征:①含有茎环结构，富含G/C②6-8个连续的U串发卡结构末端，U串对应的为富含A／T的区域
      • 依赖σ因子的终止子
        • 结构 : ① IR序列中的 G／C 对含量较少发夹结构末端没有固定特征②靠与ρ的共同作用而实现终止
    • 真核生物的终止（研究很少）
• 转录产物的后加工
  • 原核生物
    • 半衰期短，多顺反子
  • 真核生物
    • 帽子
      • 帽子的种类:①帽子0（Cap-0）m7G N7—甲基鸟苷②帽子1 第一个核苷酸的 2’-O 位上产生甲基 化 （A N6 位甲基化）③帽子2（Cap-2） 第二个核苷酸的 2’-O 位上产生甲基
      • 帽子结构的生成:①甲基供体都为S—腺苷甲硫氨酸②RNA鸟苷酸转移酶-----戴帽酶
      • 帽子结构的功能:①对翻译起识别作用②增强RNA的稳定性使5︐端免遭外切核酸酶的攻击③与某些RNA病毒的正链合成有关
    • PolyA尾
      • 功能:①可能与核质转运有关②与mRNA寿命有关③与翻译有关
• 真核生物转录产物内元的去除
  • 概念
    • 割裂基因：指编码某一RNA的基因中有些 序列并不出现在成熟的RNA序列中，成熟RNA 的序列在基因中被其他的序列隔开
    • RNA拼接：一个基因的外元和内元共同 转录在一条转录产物中，将内元去除而把外元连 接起来形成成熟RNA分子的过程
    • 中部核心结构:在有些内元中，含有4个重复的保守序列，长度为10 ~ 20bp，4个保守序列构成一种二级结构，在拼接中起重要作用
    • 内部引导序列:内元中能与两个拼接点边界序列配对的一段序列 ★第一类内元的拼接依赖于以上二级结构 －－★为自我拼接的进行提供活性位点
  • 内元的分类:❶Ⅰ类内元:含有中部核心结构❷Ⅱ类内元:不含中部核心结构❸Ⅲ类内元:具有 GU－AG 特征的边界序列（核基因mRNA前体）❹tRNA基因的内元（均位于 tRNA 的反密码环上）
  • 拼接方式
    • ❶由拼接装置完成（核mRNA内元）可供识别的特异序列拼接装置由多种蛋白质和核蛋白组成
    • ❷自我拼接（两类内元Ⅰ 、Ⅱ ）形成特定的二级结构， RNA具有催化拼接的能力
    • ❸需要蛋白质酶参与的拼接（酵母tRNA）
  • Ⅰ类内元的拼接
    • 结构特点
      • ❶有由保守序列形成的二级结构（保守序列为 5’ －P－Q－R－S－3’）距拼接点很远，各 10~12bp P与Q互补、R与S互补而形成中部核心结构❷二级结构中还包括内元与外元的某一序列互补所形成的二级结构（内部引导序列，为自我拼接的进行提供活性位点）
      • 5’ 拼接点和3’ 拼接点-------U↓… …G ↓
    • 拼接机制 （以四膜虫的大rRNA前体的拼接为例）
      • 两种rRNA转录在一条35S的产物中，26SrRNA有内元
      • 35SRNA体外有自我拼接的能力 反应需要：一价和二价离子 鸟苷酸辅助因子（GTP GDP GMP和鸟嘌呤核苷） 不需能量的供给
      • 拼接反应后，G与内元（414base） 5’端以磷酸二酯 键相连 （放射性标记试验）
    • 具体拼接过程
      • 两次转酯反应是紧密偶连的
    • 自我拼接过程主要由转酯反应构成，且完全由内元自身 完成--------自我拼接的最大特点
  • Ⅱ类内元的拼接
    • 拼接点序列，7核苷酸的保守序列， 3’ 拼接点上游 6bp ~ 12bp 处
    • 拼接机制
  • 核基因mRNA内元的拼接
    • 拼接点序列
    • ❶第一次转酯——左外元、内元剪切套索❷第二次转酯－－exons连接、套索状内元释放 ❸拼接体解体与lariat降解同步
• RNA编辑与在编码
  • RNA编辑
    • 概念：RNA编辑是指某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，导致DNA所编码的遗传信息发生改变。 方式：核苷酸残基的插入、删除或取代。 意义： 校正：拯救突变位点，校正基因表达。 调控：构建或去除起始密码子和终止密码子。 扩充：使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物的进化
  • RNA再编码
    • RNA编码和读码的方式的改变
• 前两种拼接都属于转酯反应