生物化学 16章 RNA转录

生物化学 16章 RNA转录知识总结，包括原核生物RNA转录、真核生物RNA转录的RNA聚合酶、启动子、转录过程、转录后加工等。

RNA转录

• 原核生物RNA转录
  • RNA聚合酶
    • 5种亚基，σ亚基识别启动子，引发RNA转录起始，其他亚基构成核心酶，以DNA为模板，按5′→3′方向催化合成RNA。α亚基是“脚手架”，β亚基与底物结合，催化形成磷酸二酯键，β′亚基与模板结合，ω亚基促进酶组装
  • 启动子
    • 转录起始位点、—10区、—35区以及两区之间的序列。 起始位点标注为+1，其上为“上游”，标注为负；其下为“下游”，标注为正。
    • TATAAT位于—10区，富含A/T，又称Pribnow盒；TTGACA位于—35区。
  • 转录过程
    • 起始：RNA聚合酶与启动子识别，形成转录复合物
      • ①RNA聚合酶与DNA非特异性结合，并沿DNA分子滑动搜寻启动子， 当σ识别到启动子后，引导RNA聚合酶与DNA非特异性结合；（闭合复合物） 启动子在—10区解链，形成开放复合物
      • ②起始位点暴露，RNA聚合酶开始沿模板转录； 长度为10nt时候，σ从复合物脱落，核心酶前行，启动子清空
    • 延伸
      • RNA聚合酶一面使DNA解旋，一面以NTP为底物合成RNA。新合成的RNA暂时与模板以杂交形式存在; 长度超过12nt时，结合力不足，RNA脱落。
      • 完成任务的模板链与编码链互补，恢复双螺旋。
    • 终止：依据是否需要其他蛋白协助分类
      • 内部转录终止：RNA聚合酶依据自身结构终止转录，不需要其他蛋白协助。 终止子特征：富含G-C的序列；GC序列下游有一段polyA。 形成的RNA易形成茎环或者发卡结构。杂交链末端富含AU配对，很容易断裂
      • 依赖rho因子的转录终止：
        • rho：六亚基的解旋酶。识别RNA上富含C而缺乏U的序列
        • 结合后，利用水解ATP的能量沿着RNA移动，不断打开杂交链，追上RNA聚合酶，释放RNA链。 在NusA等蛋白参与下，RNA酶构象变化，脱落。
  • 转录后加工
    • rRNA
      • 前体：30S，其中包括一个4StRNA
      • 首先在核酸内切酶III催化下切除部分片段，行成17S、25S、5SrRNA以及一个tRNA； 分别在M16、M23、M5等核酸内切酶作用下成熟（16S、23S、5S）
    • tRNA
      • 前体为1个或者4～5个相同tRNA。 加工主要有：切除多余核苷酸序列、添加所需核苷酸序列和特定碱基的共价修饰等。
      • tRNA的共价修饰比较丰富
• 真核生物RNA转录
  • RNA聚合酶
    • RNA聚合酶I：核仁，合成rRNA前体；RNA聚合酶II：核质，合成mRNA前体； RNA聚合酶III：核质，合成5SrRNA和tRNA前体。 真核生物聚合酶多，亚基大，结构复杂，质量大。
  • 启动子
    • 一般更长，含有更多6～8bp保守小片段（元件）
    • 启动子分三类，其中RNA聚合酶II识别的启动子包括五种元件：TATA盒、起始子、上游元件、下游元件以及应答元件。
    • TATA盒：“TATAAA”位于—25区，序列中含少数C—G。 起始子位于—3和+5之间，是起始点 应答元件是一类随外界信号进行转录调控的序列
    • 核心启动子：能够准确进行转录的最小序列 一般包括TATA盒与起始子。有的无TATA盒，由起始子和下游元件（AGAC组成） 有的均无，由上游元件发挥作用
  • 转录过程（与原核相似，介绍区别）
    • 转录前装配：RNA聚合酶必须借助其他因子装配才能选择性结合到启动子上 所以转录有四个阶段：装配、起始、延伸和终止
    • 转录因子识别启动子 转录因子是一系列参与转录与调节的蛋白质。RNA聚合酶II所需有：TATA结合蛋白、TFIIB、TFIIH等。 TFIIH含9亚基，最大最复杂，具有ATP酶、解旋酶和激酶活性。
    • RNA聚合酶发生磷酸化修饰 如TFIIH可催化RNA聚合酶II发生磷酸化，使起始复合物构象改变，进入活性转路状态。 转录终止时，酶失去磷酸化，转录活性丧失。
  • 转录后加工（出产物无活性，称为“初级转录本”）
    • mRNA加工 大小不一的中间物，称为核内不均一RNA（hnRNA） 周转率极高，迅速合成又降解
      • 5′端加帽 加工转录可同时进行。
        • ①磷酸酶将第一个核苷酸γ磷酸水解； ②β磷酸基团的氧亲核进攻GTP的α磷酸基团，释放焦磷酸，GMP转移到mRNA5'末端 ③甲基化酶催化GMP鸟嘌呤N7被甲基化，形成O帽子 ④如果原来第一个核苷酸核糖2'羟基继续甲基化，则形成I型帽子；如果原来第一、二个核糖核苷酸2'羟基都被甲基化，则形成II型帽子
        • 多数生物中I型帽子占优势，单细胞真核生物中O型占优势
        • 帽子可保护mRNA不被核酸酶水解，有助于mRNA在核糖体上正确定位
      • 3′端加入polyA尾巴
        • polyA聚合酶在mRNA3′端连续加上大量腺苷酸，形成polyA尾巴。 AAUAAA为信号，专一性因子CPSF与之特异性结合，核酸内切酶从此处切开，polyA聚合酶开始加尾巴。
        • 尾巴可以保护mRNA，避免被核酸酶降解，利于mRNA从核到质转移。
      • 外显子剪切
        • 初级转录本 需要去除内含子，使外显子称为连续序列。 剪接体：RNA蛋白质复合体，RNA部分为核内小RNA（snRNA），与多个蛋白质形成核内小核糖核蛋白（snRNP），由于RNA具酶活性，剪接体可以看作核酶复合物。
        • 反应开始，分支位点腺苷酸2'-OH进攻内含子5'剪切位点，在外显子断处随机产生3'-OH，继续进攻内含子3'位点，3'断离，以套索状存在。两个间隔的外显子相连，形成成熟mRNA分子。
      • mRNA内部甲基化修饰
        • 除了帽子结构中有甲基化核苷酸外，分子内还有1～2个甲基化A，是在mRNA前体剪接之前产生的
    • rRNA加工
      • 在DNA分子上成簇排列，作为一个多顺反子由RNA聚合酶I催化转录 例如脊椎动物，rRNA最初转录本为45S，加工时，在特定位置大量甲基化，然后切除不需要的片段，产生三种成熟rRNA（18S、5.8S和28S）
      • 另一种5SrRNA单独作为顺反子由RNA聚合酶催化转录，不需要加工。 还有一些，如四膜虫细胞中，有一种核酸前体能够自我剪接
    • tRNA加工
      • 剪切5'端多余序列、在3'端添加CCA、碱基化学修饰以及内含子剪接。 内含子剪接为真核生物独有
• 剪接使不同基因模块重组，产生新基因和新的转录产物， 利于加快进化速度，也是基因表达调节的重要环节
• α-鹅膏素对真核生物RNA酶抑制（II最敏感，III高浓度抑制，I不敏感） 放线菌素阻止所有种类RNA酶移动，对真核原核生物均有用 利福平是原核生物RNA酶抑制剂（麻风病、结核）
• 与原核生物比， 启动子还有CAAT盒“GGXCAATCT”，位于—75区