分子生物学 山西师范分子生物学061第三章生物信息的传递1转录启动子1.docx
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分子生物学山西师范分子生物学061第三章生物信息的传递1转录启动子1
教学内容及过程
第03章生物信息的传递(上)
——从DNA到RNA
希腊字母读音表
大写
小写
英文注音
国际音标注音
中文注音
Α
α
alpha
alfa
阿耳法
Β
β
beta
beta
贝塔
Γ
γ
gamma
gamma
伽马
Δ
δ
deta
delta
德耳塔
Ε
ε
epsilon
epsilon
艾普西隆
Ζ
ζ
zeta
zeta
截塔
Η
η
eta
eta
艾塔
Θ
θ
theta
θita
西塔
Ι
ι
iota
iota
约塔
Κ
κ
kappa
kappa
卡帕
Λ
λ
lambda
lambda
兰姆达
Μ
μ
mu
miu
缪
Ν
ν
nu
niu
纽
Ξ
ξ
xi
ksi
可塞
Ο
ο
omicron
omikron
奥密可戎
Π
π
pi
pai
派
Ρ
ρ
rho
rou
柔
Σ
σ
sigma
sigma
西格马
Τ
τ
tau
tau
套
Υ
υ
upsilon
jupsilon
衣普西隆
Φ
φ
phi
fai
斐
Χ
χ
chi
khai
喜
Ψ
ψ
psi
psai
普西
Ω
ω
omega
omiga
欧米伽
有关几个符号的意义,是国际生物化学命名委员会规定:
R=G,AY=C,T
M=A,CK=G,T
W=A,TN=A,C,G,T
P=U,C
1几个关于转录的观点和概念
转录(transcription):
生物体以DNA为模板合成RNA的过程。
DNA分子储藏的蛋白质遗传信息,必须转变为信使RNA(mRNA)分子后,才能到达蛋白质的合成工厂——核糖体,然蛋白质合成酶系统才能将mRNA带来的信息转译成蛋白质。
在合成蛋白质过程中,还必须有能够携带氨基酸的tRNA和构成核糖体的rRNA。
这三类RNA都必须以DNA为模板,在依赖于DNA的RNA聚合酶催化下合成,包括RNA链的起始、延伸、终止等重要步骤。
这一系列过程就叫做转录(transcription)。
一般情况下,各种RNA都要由转录过程来合成即DNA→RNA,但是,在生物体内,转录并不是形成RNA的唯一途径。
许多RNA病毒可以以其RNA为模板复制新的RNA即RNA→RNA,在还原病毒中还能以RNA为模板进行反转录,从而产生互补的DNA链即RNA→DNA。
参与转录的物质
原料:
NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)
模板:
DNA
酶:
RNA聚合酶
其他蛋白质因子
RNA合成方向:
5'---3'
转录的连续性
RNA转录合成时,以DNA作为模板,在RNA聚合酶的催化下,连续合成一段RNA链,各条RNA链之间无需再进行连接。
合成的RNA中,如只含一个基因的遗传信息,称为单顺反子;如含有几个基因的遗传信息,则称为多顺反子。
转录的不对称性:
在RNA的合成中,DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板,称为转录的不对称性。
编码链与模板链
与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链;将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链。
关于真核生物DNA两条链的命名:
有义链:
又叫做编码链,指不作为模板转录的链
反义链:
又叫做模板链,指作为模板转录的链,指导RNA合成的链
关于单链DNA病毒/噬菌体(M13phage)
正链:
单链噬菌体基因组的那条单链,
负链:
单链噬菌体进入寄主后复制成双链,是以正链为模板复制了一个互补链,这条互补链叫做负链。
模板链并非永远在同一条单链上
结构基因:
:
DNA分子上转录出RNA的区段,称为结构基因。
转录单元(transcriptionunit):
一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。
转录的单向性:
RNA转录合成时,只能向一个方向进行聚合,所依赖的模板DNA链的方向为3'→5',而RNA链的合成方向为5'→3'。
2、转录的酶学――RNA聚合酶
以E.coli为例:
该酶由5个亚基组成:
α2ββ’σ。
有时还看到另外一个亚基即ω,它的功能还不清楚。
α2ββ’这样的整个酶分子称为核心酶,核心酶与σ亚基结合后称为全酶。
σ的最主要的功能是识别启动子,β亚基的功能是参与同底物的结合并且催化磷酸二酯键的形成,β’亚基的功能是与有义链结合,α亚基可以参与全酶和启动子的结合。
除了RNA聚合酶之外,转录还需要有其它的因子的参与,比如释放因子ρ等。
真核生物的RNA聚合酶
有三种:
即RNA聚合酶I、II、III。
其中,
●RNA聚合酶I存在于核仁中,其功能主要是负责合成5.8SrRNA,18SrRNA,28SrRNA;
●RNA聚合酶II存在于核质中,负责合成mRNA和snRNA;
●RNA聚合酶III也存在于核质中,其功能是合成tRNA,和5SrRNA以及转录某些特殊序列如Alu序列。
●另外在真核生物的细胞器中,如线粒体、叶绿体中都有自己的RNA聚合酶系统,但是它们都是由核基因编码的。
3参与转录起始的关键酶与元件的功能
(一)RNA聚合酶
全酶=核心酶+σ因子
●大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚基
基因
相对分子量
亚基数
组分
功能
α
rpoA
36500
2
核心酶
核心酶组装,启动子结合
β
rpoB
151000
1
核心酶
β和β'共同形成RNA合成的活性中心参与同底物的结合并且催化磷酸二酯键的形成
β'
rpoC
155000
1
核心酶
β’亚基的功能是与有义链结合
ω
?
11000
1
核心酶
?
σ
rpoD
70000
1
σ因子
存在多种σ因子,用于识别不同的启动子
●真核生物RNA聚合酶
真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较
酶
位置
转录产物
相对活性
对α-鹅膏蕈碱的敏感性
RNA聚合酶Ⅰ
核仁
rRNA
50-70%
不敏感
RNA聚合酶Ⅱ
核质
hnRNA
20-40%
敏感
RNA聚合酶Ⅲ
核质
tRNA
约10%
存在物种特异性
●RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别
RNA聚合酶
DNA聚合酶
大小(M)
大,4.8×105dol
小,1.09×105dol
引物
无
有
产物
较短,游离
较长,与模板以氢键相连
作用方式
一条链的某一段
两条链同时进行
外切酶活性
无
5’3’,3’5’
校对合成能力
无
有
修复能力
无
有
结构基因和调节基因(了解)
为了区分调控过程的调控成分和被调控成分,而区分出调控基因和结构基因。
结构基因一一一般是指编码RNA或者蛋白质的任何基因,其产物一般指各种功能蛋白质,如组成细胞和组织的基本成分的结构蛋白、具有催化活性的各种酶和调节蛋白。
调节基因一一一般特指参与其他基因表达调控RNA或者蛋白质的基因,其产物一般是通过与靶DNA序列上的特定位点结合来起作用的。
控制转录起始的DNA序列――操作子和启动子的结构(了解)
操纵子及其结构:
在原核生物中,很多功能上相关的基因前后排列成串,由一个共同的控制区进行转录的控制。
包括结构基因和控制区以及调节基因的整个核苷酸序列叫做操纵子或操纵元。
4转录的一般过程
1.RNA聚合酶进行模板识别并结合在模板上的启动子区
真核生物RNA聚合酶不能直接识别
2.转录起始,形成2-9碱基的短链,通过启动子区
3.转录延伸
4.转录终止
转录过程的描述(后面再描述)
5启动子(promoter)
启动子定义:
指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。
转录起点:
与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基。
TTGACA区:
提供了RNA聚合酶全酶识别的信号
TATA区:
酶的紧密结合位点(富含AT碱基,利于双链打开)
解释
-10序列pribnowbox
该序列位于转录起始点上游-10b处,其保守序列为TATAAT,它是RNA聚合酶的牢固结合位点,简称为结合位点,由于RNA聚合酶的诱导作用,pribnowbox中的DNA双螺旋首先熔解形成单链泡状,结果形成所谓的开放性启动子复合物,从而为RNA聚合酶定向,使之按照顺流方向移动而行使其转录功能。
因此这个序列的碱基组成能够影响启动子开放的速度,从而影响到转录的速度,或者说对转录起到了一种控制作用。
根据这一点来看,既然-10序列是RNA聚合酶的牢固结合位点,难道说还有不牢固结合的位点吗?
实际上的确如此,这就是-35序列。
RNA聚合酶大的很,不仅能够覆盖这一区域而且能够覆盖另外一个重要的区域即是sextamabox。
解释
-35序列sextamabox
该序列位于pribnowbox的上游,-35b处,又叫作-35序列,其保守序列为TTGACA,这段序列是RNA聚合酶的识别位点,RNA聚合酶靠σ识别该位点。
当然也是RNA聚合酶最初结合启动子的位点。
已有实验表明,σ亚基识别-35序列并且与之结合,由于RNA聚合酶分子比较大,能够覆盖70bp的DNA序列,因此,酶分子上的某个适当的部位就能够达到-10序列区域,然后与之结合。
另外-35序列的重要性还在于,这一序列的核苷酸结构在很大程度上决定了启动子的强度,RNA聚合酶很容易识别强启动子,而对弱启动子的识别较差,而前面刚刚讲过的pribnowbox的碱基序列通过影响开放性启动子复合物的形成速度而控制转录,所以这两个序列是决定启动子强度的重要因素。
CAP位点
这是一个调控位点,即环腺苷酸受体蛋白位点。
但这个位点并不是所有的启动子都有的。
以大肠杆菌乳糖启动子为例,CAP位点有两个,一个位于-70到-50,另一个位于-50到-40。
●真核生物启动子
真核有三种不同的启动子和有关的元件
启动子Ⅱ最为复杂,它和原核的启动子有很多不同
作业布置:
1、预习真核生物的启动子
课后小结:
上面主要讲述了原核生物操纵元的主要序列启动子,因为它与转录关系十分密切,所以应该有一个比较详细的介绍,另外的几个序列比如调节基因、结构基因将在以后的各章节中逐个介绍。
。
过程后面再讲
先讲启动子
至于这两个CAP位点是起什么作用的,以后在基因表达调控中再详细地讲述。
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