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普通遗传学/转录

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转录是将DNA中的遗传信息转化为RNA的过程。转录机制可以用6个步骤(原核生物中是5个步骤)简单地描述。

  1. 要转录的DNA片段被参与转录的蛋白质识别。
  2. DNA碱基对之间的氢键断裂,DNA双螺旋“解开”。
  3. 互补的RNA碱基与现在暴露的DNA碱基结合。
  4. RNA聚合酶将RNA碱基连接在一起,形成一条mRNA链。
  5. 原始DNA链和新RNA链之间形成的氢键断裂。
  6. 在真核生物中,新的RNA链被进一步加工并移动到细胞质中。

要转录的DNA片段称为转录单位,至少包含一个基因。如果这个基因编码蛋白质,那么RNA转录产物称为信使RNA或mRNA。该基因还可以编码核糖体RNA (rRNA)、转移RNA (tRNA) 或核酶

原核生物转录

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典型原核生物基因的结构

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启动子位于基因的上游。启动子的末端是转录起始位点,即要转录的DNA序列开始的地方。终止序列停止转录。在原核生物启动子中,只有两个区域往往是保守的,一个称为Pribnow盒的位点,位于基因上游10 bp处,以及一个位于基因上游35 bp处的位点。-35位点(共有序列:TTGAC)是RNA聚合酶结合的地方,它首先在Pribnow盒(共有序列:TATAAT)处熔化链。

没有特定的保守或共有序列来表征原核生物终止序列。然而,它们通常是回文:从中心对称点,序列与其自身互补。序列的转录形成了一个折叠成“发夹”二级结构的RNA转录物。发夹“阻塞”了聚合酶。

Rho依赖性终止需要一种称为Rho的酶,它紧随转录。当RNA聚合酶由于发夹结构而暂停时,Rho利用其解旋酶样功能从DNA上移除RNA转录物。在没有Rho的情况下,终止序列之后通常是一系列A核苷酸。由于A和U之间的分子间力相对较弱,因此从DNA链上移除转录物所需的能量更少。

原核生物RNA聚合酶

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原核生物RNA聚合酶覆盖约60 bp。它具有解旋酶样活性,这意味着它能够解开DNA链。核糖核苷酸进入RNA聚合酶,并与编码DNA链的核苷酸形成氢键。聚合酶催化最后一个3'羟基之间的氢键形成

大肠杆菌RNA聚合酶由具有四个亚基的核心组成:β、β'和两个α亚基。加入一个负责结合位点识别的σ蛋白,形成了一个功能性的全酶

由于原核生物缺乏细胞核和RNA加工,原核生物能够进行“耦合”转录,即在DNA聚合酶完成从DNA模板合成mRNA之前,核糖体就从mRNA开始合成蛋白质。

真核生物转录

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真核生物RNA聚合酶

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RNA Pol I位于核仁,转录某些rRNA。

RNA Pol II位于细胞核,转录mRNA和大多数SnRNA。

RNA Pol III位于细胞核,转录tRNA、某些rRNA和一些SnRNA。

真核生物基因表达

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典型的真核生物Pol II启动子具有位于基因上游75 bp处的CAAT盒(序列:GGNCAATCT)和位于上游25 bp处的TATAHogness盒(序列:TATAAA)。然而,RNA Pol II不能直接与启动子结合。需要一个完整的转录因子复合物来与Pol II结合,然后聚合酶才能与DNA结合。这种转录因子复合物被称为预起始复合物。每种细胞类型都有其自身的特征性转录因子,导致同一基因组的不同表达。

真核生物还具有组织特异性的增强子(上调基因表达)和沉默子(下调基因表达)。同源二聚体激活蛋白对增强子序列具有高亲和力。激活蛋白募集一个蛋白质复合物,该复合物发挥两个功能:(1)RNA Pol II与增强子位点结合,以及(2)DNA折叠,使RNA聚合酶“着陆”在增强子上调表达的基因上。然后,聚合酶转录该基因。增强子可以距离其上调表达的基因数千个碱基对。

真核生物转录的终止:"鱼雷模型"

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在聚腺苷酸化切割位点,切割和聚腺苷酸化(CPA)复合物被募集并与RNA Pol II结合。这允许切割并减缓RNA Pol II。切割后转录的RNA侵入DNA双链体并形成一个“R环”,这进一步阻碍了RNA Pol II的速度。Xrn2核酸外切酶附着在5'端并降解转录物。SETX解旋酶充当“鱼雷”,以捕获暂停的RNA Pol II,所有组分释放。

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