第十一章原核細胞的基因轉(zhuǎn)錄

第十一章原核細胞基因的轉(zhuǎn)錄第一節(jié)

轉(zhuǎn)錄的基本原理轉(zhuǎn)錄(transcription)是以DNA為模板進行的RNA合成過程，是基因表達的第一步，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：從啟動子開始到終止子結(jié)束的一段DNA序列啟動子：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)錄啟動從RNA聚合酶與啟動子結(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子終止子轉(zhuǎn)錄區(qū)有義鏈反義鏈+1二、轉(zhuǎn)錄的啟動三、轉(zhuǎn)錄的延伸延伸（elongation）：RNA聚合酶以5′→3′方向和共價鍵結(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隨著聚合酶的移動，局部雙鏈DNA隨之解鏈以便進行堿基配對，而在聚合酶之后雙螺旋結(jié)構(gòu)又重新形成在37℃時，大腸桿菌RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄效率約為40個核苷酸/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)錄機制首先在RNA腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)，哺乳動物的胚胎細胞和正在分裂的淋巴細胞中也有反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄合成一條與RNA模板互補的DNA單鏈，叫做互補DNA(complementaryDNA,cDNA）第二節(jié)

大腸桿菌的RNA聚合酶全酶（holoenzyme）：包括2個α亞單位和1個β、β'、ω、σ亞單位，為轉(zhuǎn)錄啟動所必需核心酶（coreenzyme）：不包括σ因子的聚合酶，負責(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，可能參與啟動子的識別亞單位：

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，對啟動子識別起關(guān)鍵作用第三節(jié)

大腸桿菌s70啟動子長度：40-60bp，-55到+20區(qū)域為聚合酶結(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個堿基-35序列：共有序列為TTGACA，高效啟動子中高度保守，與-10序列之間間隔為16-18個核苷酸啟動效率：不同基因轉(zhuǎn)錄效率差異很大，主要由啟動子控制，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、啟動子序列第四節(jié)

轉(zhuǎn)錄過程一、起始階段啟動子結(jié)合:

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

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

RNA合成不需引物，合成從GTPorATP開始,在聚合酶不移動情況下將前9個核糖核苷酸添加在RNA鏈上二、延伸階段隨著RNA合成的啟動，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，此步驟稱為啟動子清除，以便轉(zhuǎn)錄再次啟動解鏈的DNA區(qū)域形成轉(zhuǎn)錄泡，隨聚合酶沿著DNA移動

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即合成發(fā)夾，導(dǎo)致聚合酶移動立即停止發(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，轉(zhuǎn)錄終止需rho（ρ）因子參與ρ