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生物化学-转录

2023-12-27 11:19:32   2  举报

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生物化学 RNA合成的转录部分知识点归纳总结

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大纲/内容

原核生物转录的模板和酶

参与物质

模板

DNA

原料

ATP、GTP、UTP、CTP

辅基

Mg2+

机制（与DNA的复制合成相似）

RNA pol 通过在RNA的3'-OH端加入核苷酸，延长 RNA链而合成RNA

RNA pol和双链 DNA结合时活性最高，但是只以双链DNA中的一股 DNA链为模板

不依赖引物

模板

模板链

DNA双链中，转录时按碱基配对规律指导转录生成RNA的一股单链

编码链

相对于模板链的另一股单链

酶

RNA聚合酶由多个亚基组成（以大肠杆菌为例）

由5种亚基组成的六聚体蛋白质

决定哪些基因被转录

与转录全过程有关（催化）

β'

结合DNA模板（解链）

β'折叠和稳定性；σ募集

辨认起始点（启动子）

核心酶

由α₂ββ'ω亚基组成

催化NTP按模板的指引合成RNA

全酶

σ亚基+核心酶

能在特定的起始点上开始转录

原核生物的转录过程

起始

由 RNA pol（σ亚基）识别并结合启动子，形成闭合转录复合体，其中的DNA仍保持完整的双链结构

DNA双链打开，闭合转录复合体成为开放转录复合体

转录起始和延长中，DNA双链解开的范围都比复制中形成的复制叉小得多

第一个磷酸二酯键的形成

转录起始不需引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，在RNA pol 催化下生成磷酸二酯键

延长

核心酶独立延长 RNA链

σ亚基从起始复合物上脱落

核心酶沿DNA模板不断前移，催化RNA链延长

方向

5'-端→3'端

转录延长与蛋白质的翻译同时进行

在同一个DNA模板分子上，有多个转录复合体同时在进行着RNA 的合成

新合成的mRNA链上存在<span style="font-size:inherit;">多聚核糖体，RNA链的转录合成尚未完成，已被作为模板开始进行翻译</span>

终止

RNA pol 在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来

依赖ρ因子的转录终止

ρ因子识别并结合产物RNA上的终止序列信号 → ρ因子和RNA pol 发生构象变 → RNA pol 的移动停顿 → ρ因子中的解旋酶活性使DNA/RNA杂化双链拆离 → RNA产物从转录复合物中释放，转录终止

ρ因子

能控制转录终止的蛋白质

非依赖ρ因子的转录终止

DNA模板上靠近转录终止处有些特殊碱基序列（多个连续的U），转录出RNA后，RNA产物可形成特殊的茎环结构来终止转录，不需要蛋白因子的协助

机制

碱基配对稳定性：A=U 最不稳定

茎环结构可能改变RNA pol 构象

茎环结构使RNA/DNA杂化链更不稳定，RNA从DNA模板链上脱离

真核生物转录的酶

真核生物至少有3种主要的RNA pol

RNA pol Ⅰ

催化合成rRNA的前体

RNA pol Ⅱ

真核生物中最活跃的RNA pol

生成mRNA前体hnRNA、一些非编码 RNA 如长非编码 RNA（lncRNA）、微小RNA和 piRNA

RNA pol Ⅲ

催化合成tRNA、5SrRNA和一些核小RNA（snRNA）

真核生物RNA的合成

转录起始

顺式作用元件

不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游有不同的DNA序列（包括启动子、增强子等）

启动子的核心序列

TATA盒

启动子上游元件

CAAT盒、GC盒

与相应蛋白因子结合可提高或改变转录效率

转录因子

能直接或间接识别和结合启动子及其上游调节序列等顺式作用元件的蛋白质

RNA pol 依靠转录因子识别并结合起始序列，形成转录起始复合体

转录延长

转录与翻译不同步

转录延长过程中可观察到核小体移位现象

转录终止和转录后修饰密切相关

真核生物mRNA的poly A 尾巴结构是转录后才加进去的

转录终止的修饰点

位于可读框下游常有一组AATAAA序列，再下游有相当多的GT序列

转录越过修饰点后前体RNA在修饰点处被切断，并加入poly（A）尾和5'-帽子结构

真核生物前体RNA的加工和降解

真核生物前体mRNA经加工后才能成熟

首、尾修饰

在5'-端加入“帽”结构

大多数真核mRNA的5'-末端的核苷酸与7-甲基鸟嘌呤核苷酸通过不常见的5',5'-三磷酸连接键相连

酶

加帽酶

甲基转移酶

作用

使mRNA免受核酸酶的攻击

参与mRNA和核糖体的合成，启动蛋白质的生物合成

在3'-端加上poly A 尾结构

除组蛋白mRNA外的真核生物mRNA在3'-端都有多聚核苷酸尾结构

与转录终止同时进行

作用

增强mRNA的稳定性，提高翻译效率

参与mRNA向胞质内的转移

剪接与剪切

剪接

去除内含子，连接外显子

剪接体

内含子剪接场所

由5种核小RNA（snRNA）和多种蛋白质装配而成的超大分子复合体

剪切

去除内含子后，在上游的外显子3'-端直接进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外显子的连接

可变剪接

前体mRNA可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的mRNA

意义

增加生物蛋白质多样性

编辑

对基因的编码序列进行转录后加工

真核前体rRNA经过剪切形成不同类别的rRNA

45S rRNA经过某些核糖核酸内切酶和核糖核酸外切酶的剪切，去除内含子等序列→产生成熟的18S、5.8S及28S的rRNA

真核生物前体tRNA的加工包括核苷酸的碱基修饰

剪切

核糖核酸酶P、内切酶

在氨基酸臂的3'-端加上特有的CCA末端

碱基修饰为稀有碱基

如甲基化、还原反应

剪接

RNA催化一些内含子的自剪接

核酶

具有催化功能的RNA分子

真核RNA在细胞内的降解有多种途径

依赖于脱腺苷酸化的 mRNA 降解

重要的正常mRNA降解途径

酶

脱腺苷酸化酶

进入茎环结构进行脱腺苷酸化反应

脱帽酶

水解帽结构

5'→3'核酸外切酶

识别并水解mRNA

无义介导的mRNA降解

重要的异常转录物降解途径

广泛存在于真核生物细胞的mRNA质量监控机制

识别和降解含有提前终止密码子（由异常剪接产生）的转录产物

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