王镜岩生物化学考研复习笔记之转录

2016-10-12 | 网络

王镜岩生物化学是考取生化方向研究生同学们的基础教材，在前期复习中同学们应该已经将书通读一遍，由于书中内容较多，建议同学们冲刺阶段的复习，以精炼的笔记为主，下面就由查字典公务员考研带着大家复习一遍此书的重点内容。

第十章 RNA的生物合成(转录)

第一节转录

一、转录的概念和特点

转录(transcription)是DNA指导下的RNA合成过程，即DNA模扳的碱基序转抄成RNA的碱基序列。转录和复制有许多相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程;都以DNA为模板;都需依赖DNA的聚合酶;都按模板链的碱基配对原则和5 3方向在核苷酸之间生成磷酸二酯键，且延伸新链。不同的是：

1.不对称转录

转录不像复制要保留细胞的全部遗传信息，而是在细胞不同的发育时序，按生存条件和生理需要，部分遗传信息(结构基因)的表达。所以转录对基因组庞大的DNA链有选择性，这种选择是不对称的(asymmetric)。即DNA分子中进行转录的某一活化基因区段称模板链(template strand)，与其对应的互补链不转录，称编码链(coding strand)。对各种基因来说，模板链并非总在同一条单链上。

2.RNA聚合酶(又称DNA指导的RNA聚合酶，DDRP)

　　该酶广泛存在于原核生物和真核生物中，以4种NTP为底物，无需引物，直接在模板上合成RNA链。

　　原核生物中所有的RNA都由一种RNA聚合酶合成。大肠杆菌RNA- pol分子量为460kDa，由5个亚基组成，分别为2、、、。2称为核心酶，只能使已开始合成的RNA链延长，不具有起始合成RNA的能力，因子有识别转录起始位点的作用。启动转录只有全酶与模板DNA启动子结合才发挥作用。

　　真核生物RNA- pol有多种，分子量大致都在500kDa左右。

　　DDRPⅠ分布在核仁，合成rRNA前体

　　DDRPⅡ分布在核质，合成mRNA，hnRNA

　　DDRPⅢ分布在核质，合成tRNA，5SrRNA，snRNA

　　线粒体RNA聚合酶合成线粒体RNA

　　二、转录过程

　　转录是包括起始延伸终止的连续过程。原核生物的转录和真核生物的转录在起始和终止上有较多的不同。

　　(一)启动子和起始

　　启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNA序列。

　　原核启动子发现有两个重要序列，一个位于转录起始位点上游10个核苷酸处(习惯上被转录为RNA的DNA模板上的第一个核苷酸指定为+1，即转录起始位点)，另一个位于上游35个核苷酸处，它们分别称为-10序列和35序列。-10序列富含TATAAT，称之TATA box或Pribnow box。该序列富含AT，维持双链结合的氢键相对较弱，易发生解链，是RNA聚合酶的核心酶结合部位。-35序列富含TTGACA，是RNA聚合酶亚基的识别部位。实验可知原核生物RNA聚合酶作用的区域为-50~+20。

　　在转录起始阶段，RNA聚合酶识别将拷贝的基因的上游DNA(即启动子)，局部解开双链(特别是TATA box处，约17个bp)，当酶移至转录起始位点(+1处)，催化按模板链碱基序依次排列的头两个三磷酸核苷聚合，生成RNA链的第一个3，5-磷酸二酯键，第一个核苷酸一定是三磷酸嘌呤核苷酸，而且pppG较pppA又占绝对优势，5-端的pppG这一末端结构一旦生成，一直保持到转录完成。

　　(二)延伸

　　转录起始后，RNA聚合酶、DNA模板以及第一个聚合生成的四磷酸二核苷酸(即5pppGpN-OH3)三者形成一个复合体，此时亚基脱落(与另一核心酶结合而重复使用)，核心酶沿DNA链的35方向移动(转录方向)，而RNA链按53方向延伸。由RNA聚合酶、DNA模板和新生RNA组成的区域叫做转录泡(transcription bubble)。新生RNA与DNA模板链暂时形成短的杂交双链(长度约为12bp)，这有利于正确阅读模板链的碱基序，但A=U配对稳定性最低。在延伸阶段约有DNA的20个bp被解开，延伸速率约每秒50个核苷酸，在此时间内转录泡移动17.0nm。当RNA从DNA上脱离，暂时局部解开的双链及时复合。

　　研究发现，在同一DNA模板上，有许多RNA聚合酶同时结合其上，同步催化转录作用，从转录起始点到终止点有一系列长短不一的新生RNA链，它们逐渐加长和不断延伸，还被排斥于DNA模板之外。

　　(三)终止子和终止

　　终止子(terminator)是指所转录的RNA行将结束时，模板DNA分子上出现的有终止信号的序列，它可被RNA聚合酶本身或其辅助因子所识别。

　　E.coli有两类终止子：①不依赖因子的，称简单终止子。该终止子有一特殊序列与终止有关，称回文序列(它是两段由多个GC碱基对组成的反向重复序列)，随后相连AT序列，因为回文DNA上合成的RNA是自身互补的，可以形成发夹结构，该结构可使RNA聚合酶减慢移动或暂停RNA合成，导致转录终止;此外，模板DNA5-末端的AT区中含有一连串A，故在转录出的RNA链的3-终止端为一连串的U (polyU约有6个)，它提供信号使RNA聚合酶脱离模板，RNA链从DNA链上解离(U-A结合最弱)。②依赖因子的终止子，其回文结构不富含G-C序。因子是由6个亚基组成的一种终止蛋白质，有RNA-DNA解旋酶的活力。它结合在新生的RNA链上，借助水解NTP获得的能量推动其沿RNA链移动，但速度比RNA聚合酶慢，当聚合酶遇到终止子时发生暂停，因子得以赶上酶，并相互作用，导致释放RNA，并使聚合酶与它一起从DNA上脱离。

　　(四)真核生物中的基因转录

　　1.真核生物基因组构复杂，大部分蛋白质编码基因是不连续的，编码序列(称外显子exon)被非编码序列(内含子intron)中断。

　　2.不同的物种、不同细胞或不同的基因可以有不同的上游DNA序列，统称为顺式作用元件(cis-acting element)，DDRPⅡ识别的大部分启动子在25bp处有一个TATAbox(赫哥尼斯盒)。能直接或间接辩认、结合转录上游区段的蛋白质统称反式作用因子(trans-acting factor)，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factor，TF)。

　　3.转录起始，需要几个TFⅡ先后与启动子装配成复合物，进而协助DDRPⅡ结合形成转录起始复合物。

　　4.DDRPⅡ不在特定的位点终止，会在基因下游不同距离处终止，和转录后加工有关。由DDRPⅡ从蛋白质编码基因上合成的RNA分子称原始转录物(或称RNA前体)。

　　(五)转录过程的抑制剂

　　转录过程的选择性抑制可通过与DNA结合改变模板功能或抑制RNA聚合酶的活性阻止RNA的合成。前者有放线菌素D，对原核和真核均有专一抑制作用;后者有利福平、-鹅膏蕈碱等。利福平仅阻止原核RNA的合成，-鹅膏蕈碱则是真核细胞中RNA合成的专一抑制剂，通过DDRPⅡ阻止mRNA的合成。

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