第十一章原核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄

第十一章原核細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄第一節(jié)

轉(zhuǎn)錄的基本原理轉(zhuǎn)錄(transcription)是以DNA為模板進(jìn)行的RNA合成過程，是基因表達(dá)的第一步，最終導(dǎo)致編碼蛋白的合成轉(zhuǎn)錄由RNA聚合酶催化，以核苷酸前體（ATP、GTP、CTP和UTP）為原料轉(zhuǎn)錄以固定方向（5→3）進(jìn)行，通常情況下雙鏈DNA僅一條鏈發(fā)生轉(zhuǎn)錄，該鏈稱為有義鏈（sensechain），另一鏈稱為反義鏈（antisensechain）或模板鏈一、概述轉(zhuǎn)錄單元：從啟動(dòng)子開始到終止子結(jié)束的一段DNA序列啟動(dòng)子：RNA聚合酶與雙鏈DNA結(jié)合的部位，位于基因編碼區(qū)上游。轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)從RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合開始解鏈：在轉(zhuǎn)錄開始之前，雙螺旋DNA必須在啟動(dòng)子的RNA聚合酶結(jié)合部位解鏈轉(zhuǎn)錄起始部位：又稱為+1位轉(zhuǎn)錄復(fù)合物：裝配在DNA模板上的RNA聚合酶及共因子啟動(dòng)子終止子轉(zhuǎn)錄區(qū)有義鏈反義鏈+1二、轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)三、轉(zhuǎn)錄的延伸延伸（elongation）：RNA聚合酶以5′→3′方向和共價(jià)鍵結(jié)合方式，將核苷酸加在RNA鏈3'-端的過程，在此過程中，RNA聚合酶本身以3'→5'方向沿著模板鏈移動(dòng)隨著聚合酶的移動(dòng)，局部雙鏈DNA隨之解鏈以便進(jìn)行堿基配對(duì)，而在聚合酶之后雙螺旋結(jié)構(gòu)又重新形成在37℃時(shí)，大腸桿菌RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄效率約為40個(gè)核苷酸/秒。四、轉(zhuǎn)錄終止定義：指轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的解離和RNA合成的結(jié)束終止子（terminator）：通常含自身互補(bǔ)序列，導(dǎo)致合成的RNA鏈形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使RNA聚合酶移動(dòng)和轉(zhuǎn)錄停止終止反應(yīng)：RNA-DNA雜合分子發(fā)生分離，以便DNA重新形成雙鏈及RNA聚合酶和RNA鏈的釋放具有典型發(fā)夾結(jié)構(gòu)的終止子不需其他因子參與即能終止轉(zhuǎn)錄，否則需ρ蛋白等輔助因子才能終止轉(zhuǎn)錄五、反轉(zhuǎn)錄以RNA鏈為模板，由逆轉(zhuǎn)錄酶（依賴于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA鏈的過程，叫做反（逆）轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄機(jī)制首先在RNA腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物的胚胎細(xì)胞和正在分裂的淋巴細(xì)胞中也有反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄合成一條與RNA模板互補(bǔ)的DNA單鏈，叫做互補(bǔ)DNA(complementaryDNA,cDNA）第二節(jié)

大腸桿菌的RNA聚合酶全酶（holoenzyme）：包括2個(gè)α亞單位和1個(gè)β、β'、ω、σ亞單位，為轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)所必需核心酶（coreenzyme）：不包括σ因子的聚合酶，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄延伸和轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的釋放T3和T7噬菌體RNA聚合酶：單一多肽鏈，能識(shí)別其自身特定DNA的結(jié)合序列和快速合成RNA一、RNA聚合酶二、結(jié)構(gòu)亞單位亞單位:rpoA基因編碼，核心酶裝配所需，可能參與啟動(dòng)子的識(shí)別亞單位：

rpoB基因編碼，是該酶的催化中心‘亞單位:rpoC基因編碼，可能與模板鏈結(jié)合有關(guān)因子:最常見的是70，對(duì)啟動(dòng)子識(shí)別起關(guān)鍵作用第三節(jié)

大腸桿菌s70啟動(dòng)子長度：40-60bp，-55到+20區(qū)域?yàn)榫酆厦附Y(jié)合區(qū)，其中-10和-35保守序列最關(guān)鍵-10序列：由Pribnow發(fā)現(xiàn)（故稱Pribnow框），共有序列為TATAAT，與轉(zhuǎn)錄起始部位間距離為5-8個(gè)堿基-35序列：共有序列為TTGACA，高效啟動(dòng)子中高度保守，與-10序列之間間隔為16-18個(gè)核苷酸啟動(dòng)效率：不同基因轉(zhuǎn)錄效率差異很大，主要由啟動(dòng)子控制，其-35和-10序列越典型轉(zhuǎn)錄效率越高轉(zhuǎn)錄起始部位：約90%基因的轉(zhuǎn)錄起始部位為G或A，兩側(cè)分別是C和T---5-8bp---GCTATTGACATATAAT-----16-18bp-------+1-35sequence-10sequence一、啟動(dòng)子序列第四節(jié)

轉(zhuǎn)錄過程一、起始階段啟動(dòng)子結(jié)合:

核心酶先與啟動(dòng)子DNA序列非特異結(jié)合，然后全酶沿著DNA搜索-10和-35序列，增加與啟動(dòng)子的特異性結(jié)合，形成閉合的聚合酶-啟動(dòng)子DNA復(fù)合物雙鏈DNA解鏈:

聚合酶將啟動(dòng)子處的DNA雙鏈解開，DNA雙鏈的負(fù)超螺旋有利于解鏈，解鏈的DNA與聚合酶形成開放復(fù)合物RNA合成啟動(dòng):

RNA合成不需引物，合成從GTPorATP開始,在聚合酶不移動(dòng)情況下將前9個(gè)核糖核苷酸添加在RNA鏈上二、延伸階段隨著RNA合成的啟動(dòng)，RNA聚合酶全酶釋放因子，形成聚合酶-DNA-RNA復(fù)合物，使得聚合酶沿著DNA鏈移動(dòng)，此步驟稱為啟動(dòng)子清除，以便轉(zhuǎn)錄再次啟動(dòng)解鏈的DNA區(qū)域形成轉(zhuǎn)錄泡，隨聚合酶沿著DNA移動(dòng)

RNA的5'-端與模板鏈的12堿基區(qū)域形成雜合區(qū)域三、終止階段RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，直到轉(zhuǎn)錄單元末端的終止序列一旦聚合酶遇到終止信號(hào)即合成發(fā)夾，導(dǎo)致聚合酶移動(dòng)立即停止發(fā)夾末端連續(xù)的U堿基有助于合成的RNA鏈從DNA模板鏈上解離當(dāng)終止部位不能形成典型發(fā)夾結(jié)構(gòu)時(shí)，轉(zhuǎn)錄終止需rho（ρ）因子參與ρ