第十一章原核細胞的基因轉錄

第十一章原核細胞基因的轉錄第一節

轉錄的基本原理轉錄(transcription)是以DNA為模板進行的RNA合成過程，是基因表達的第一步，最終導致編碼蛋白的合成轉錄由RNA聚合酶催化，以核苷酸前體（ATP、GTP、CTP和UTP）為原料轉錄以固定方向（5→3）進行，通常情況下雙鏈DNA僅一條鏈發生轉錄，該鏈稱為有義鏈（sensechain），另一鏈稱為反義鏈（antisensechain）或模板鏈一、概述轉錄單元：從啟動子開始到終止子結束的一段DNA序列啟動子：RNA聚合酶與雙鏈DNA結合的部位，位于基因編碼區上游。轉錄啟動從RNA聚合酶與啟動子結合開始解鏈：在轉錄開始之前，雙螺旋DNA必須在啟動子的RNA聚合酶結合部位解鏈轉錄起始部位：又稱為+1位轉錄復合物：裝配在DNA模板上的RNA聚合酶及共因子啟動子終止子轉錄區有義鏈反義鏈+1二、轉錄的啟動三、轉錄的延伸延伸（elongation）：RNA聚合酶以5′→3′方向和共價鍵結合方式，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構又重新形成在37℃時，大腸桿菌RNA聚合酶的轉錄效率約為40個核苷酸/秒。四、轉錄終止定義：指轉錄復合物的解離和RNA合成的結束終止子（terminator）：通常含自身互補序列，導致合成的RNA鏈形成發夾結構，使RNA聚合酶移動和轉錄停止終止反應：RNA-DNA雜合分子發生分離，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夾結構的終止子不需其他因子參與即能終止轉錄，否則需ρ蛋白等輔助因子才能終止轉錄五、反轉錄以RNA鏈為模板，由逆轉錄酶（依賴于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA鏈的過程，叫做反（逆）轉錄反轉錄機制首先在RNA腫瘤病毒中發現，哺乳動物的胚胎細胞和正在分裂的淋巴細胞中也有反轉錄酶反轉錄合成一條與RNA模板互補的DNA單鏈，叫做互補DNA(complementaryDNA,cDNA）第二節

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，為轉錄啟動所必需核心酶（coreenzyme）：不包括σ因子的聚合酶，負責轉錄延伸和轉錄復合物的釋放T3和T7噬菌體RNA聚合酶：單一多肽鏈，能識別其自身特定DNA的結合序列和快速合成RNA一、RNA聚合酶二、結構亞單位亞單位: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，可能與模板鏈結合有關因子:最常見的是70，對啟動子識別起關鍵作用第三節

大腸桿菌s70啟動子長度：40-60bp，-55到+20區域為聚合酶結合區，其中-10和-35保守序列最關鍵-10序列：由Pribnow發現（故稱Pribnow框），共有序列為TATAAT，與轉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序列越典型轉錄效率越高轉錄起始部位：約90%基因的轉錄起始部位為G或A，兩側分別是C和T---5-8bp---GCTATTGACATATAAT-----16-18bp-------+1-35sequence-10sequence一、啟動子序列第四節

轉錄過程一、起始階段啟動子結合:

核心酶先與啟動子DNA序列非特異結合，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合，形成閉合的聚合酶-啟動子DNA復合物雙鏈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，以便轉錄再次啟動解鏈的DNA區域形成轉錄泡，隨聚合酶沿著DNA移動

RNA的5'-端與模板鏈的12堿基區域形成雜合區域三、終止階段RNA聚合酶繼續轉錄，直到轉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夾，導致聚合酶移動立即停止發夾末端連續的U堿基有助于合成的RNA鏈從DNA模板鏈上解離當終止部位不能形成典型發夾結構時，轉錄終止需rho（ρ）因子參與ρ