最新基因的转录和调节
①在DNA分子双链上,总是只有一股链用作模板指引 转录,另一股链不转录。能指引转录生成RNA的DNA 单链称为模板链,template strain,有时也称为有 意义链,sense strain或Watson链;相对于模板链 不指引转录的另外一股DNA单链称为编码链,coding strain,又称为反义链,antisense strain或Qick 链。
(四) DNA模板上启动子是控制转录的关键部位 基因转录的第一步就是RNA聚合酶结合到模板DNA
分子上,结合的部位称为启动子,promoter,它是结构
基因上游的调控序列,是控制转录的关键部位,该区域 含有较多的A—T配对。对多种原核生物基因转录起始 区的分析发现,如果以开始转录生成RNA 5’端第一个脱 氧核苷酸的位置为1,以负数表示上游的碱基序数,那 么不同基因的启动子之间存在着保守序列或一致性序列。
转录将基因信息从DNA传递到蛋白质
(一) 转录是基因信息从DNA传递到蛋白质的重要环节 DNA碱基排列顺序决定了编码蛋白质的氨基酸序列,
是蛋白质合成的原始模板。mRNA是蛋白质合成的直接模板, 其他几种RNA是参与翻译过程的重要因子。通过基因转录 遗传信息从细胞核转运到细胞质,从功能上衔接了DNA和 蛋白质这两种生物大分子。基因转录具有以下特点: 1.合成RNA的底物是5´-三磷酸核苷,包括ATP、GTP、CTP 和UTP。 2.在RNA聚合酶作用下一个NTP的3-OH和另一个NTP的5’P反应,形成磷酸酯键。 3.RNA碱基顺序由模板DNA碱基顺序决定,依靠NTP与DNA 碱基配对的亲和力被选择。
RNA聚合酶Ⅰ的转录产物是45S-rRNA,经剪接修饰 生成除5S-rRNA外的各种rRNA RNA聚合酶Ⅱ的转录产物是mRNA的前体hnRNA RNA聚合酶Ⅲ的转录产物是一些小分子量RNA,如 5S-rRNA、tRNA、snRNA等 真核细胞RNA聚合酶结构比较复杂,往往由多个亚基 组成,如图为酿酒酵母RNA聚合酶Ⅱ,由12个亚基组 成。
RNA聚合酶与-35区辨认结合后,能向下游移动,达 到-10区的Pribnow盒,在该区RNA聚合酶能和解开的 DNA双链形成稳定的酶-DNA开放启动子复合物,就 可以开始转录。
基因的转录和调节
细胞的生物学性状是由其遗传物质携带的遗传信息所决 定,绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数噬菌体和 病毒的是RNA。基因,gene是细胞内遗传物质的最小 功能单位,是负载有特定遗传信息的DNA片段,其结 构一般包括DNA编码序列、非编码调节序列和内含子。 基因的功能是为生物活性物质编码,其产物为各种 RNA和蛋白质。蛋白质是生命活动的执行者,基因能 通过转录和翻译,由DNA决定蛋白质一级结构,从而 决定蛋白质的功能。同时基因还能通过复制将遗传信息 代代相传。
σ亚基结合到核心酶上后可能引起酶构型的变化,改变 了核心酶与DNA结合的特性。核心酶的作用是使已开始 合成的RNA链延伸,β亚基可以单独与DNA结合,它参 与RNA聚合酶与DNA模板反应,也可能与核心酶和σ亚 基结合以及转录的终止有关。α亚基具有与β亚基结合的 位点,参与特定的基因表达,与酶和DNA上启动区域的
4.在被转录的双链DNA分子的任何一个特定区 域都是以单链为模板。
5.RNA合成的方向是5’一3’,生成的RNA链与 模板链反向平行,游离的NTP只能连接到RNA链 的3’-OH端。 6.在RNA的合成中不需要引物。
DNA双链的不对称转录
(二)DNA链是基因转录的模板 DNA双链上有转录的启动部位和终止部位,两者之
反应有关。试管内的转录试验证实,单纯的核心酶就能 催化NTP按模板的指引合成RNA,但合成的RNA没有固
定的起始位点。由此可见,活细胞在转录开始需要全酶, 但在转录延长阶段,σ亚基从全酶上脱落,仅剩下核心酶 维持转录进行。
A 大肠杆菌RNA聚合酶全酶 B 酝酒酵母RNA聚合酶全酶
真核生物细胞有三种类型的RNA聚合酶,分别称为 RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。它们专一性地转录不同的基 因而合成各不相同的产物。
原核生物细胞的RNA聚合酶只有一种类型,能催化各 类RNA包括mRNA、rRNA、tRNA的生物合成。目前 研究得比较清楚的是大肠杆菌的RNA聚合酶,它在执 行不同的
生理功能时分别以全酶,holoenzyme和核心酶,core enzyme两种不同的状态存在。 全酶由四种5个亚基组成,α2ββ'σ,核心酶由全酶的 α2ββ'四个亚基组成。 σ亚基又称σ因子,它本身并没有催化活性,其作用是 识别DNA模板上的启动子,辨认转录起始位点。
间的核苷酸序列是遗传信息的储存区域,在转录时起 模板作用。在基因组全长DNA链中只有部分DNA片段 能发生转录,这种能转录出RNA的DNA区域称为结构 基因,structural gene。DNA链这种选择性转录 也称为不对称转录,asymmetric transcription, 它有两方面含义:
②模板链ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ非总是在同一单链上。在DNA双链某一区 段,以其中一单链为模板,而在另一区段,又反过来以 其相对应单链为模板。
(三)RNA聚合酶是基因转录的关键酶 基因转录过程本质也是一个以核糖核苷酸为底物的
多步酶促反应过程,这些反应需要有转录酶催化,转 录酶,transcriptase即RNA聚合酶,又称DNA依赖的 RNA聚合酶,DNA dependent RNA polymerase。该酶 分布于原核细胞的胞液和真核细胞的胞核,分别催化 转录的进行。
碱基序列分析结果表明,启动子-10区的保守序列 为TATAAT,该区由Pribnow首先发现,称为Pribnow 盒。Pribnow盒能决定转录的方向,在Pribnow盒区 DNA双螺旋解开与RNA聚合酶形成复合物。
35区位于Pribnow盒的上游,是启动子中另外一个 重要区域,该区域也存在着类似于Pribnow盒的共同 序列TTGACAT。目前认为-35区是RNA聚合酶对转 录起始的辨认位点。