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基因转录 编辑
基因转录是在细胞核和细胞质内进行的。它是指以DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程。基因转录有正调控和负调控之分。如细菌基因的负调控机制是当一种阻遏蛋白(repressor protein)结合在受调控的基因上时,基因不表达;而从靶基因上去除阻遏蛋白后,RNA聚合酶识别受调控基因的启动子,使基因得以表达,这是正调控。这种阻遏蛋白是反式作用因子。
基因转录
转录因子(transcription factor)是起调控作用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态,RNA聚合酶自身无法启动基因转录,只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的DNA序列上后,基因才开始表达。转录因子的结合位点(transcription factor binding site,TFBS)是转录因子调节基因表达时,与mRNA结合的区域。按照常识,转录因子(transcription factor,TF)的结合位点一般应该分布在基因的前端,但是,新的研究发现,人21和22号染色体上,只有22%的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端。这篇文章的试验方法是,通过高密度的寡核苷酸芯片,反映出人21和22号染色体的几乎所有的非重复序列,通过这种芯片,检测三种转录因子,Sp1、 cMyc、和p53的结合位点。结果表明,每种转录因子都有大量的TFBS与之结合。然而,只有22%的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端, 36%的TFBS分布在蛋白编码基因的中部或3'端,并且这36%的TFBS常常和基因组中的非蛋白编码RNA分布在一起。这暗示,在人的基因组中,不仅包含蛋白编码基因,也包含数量相当的非编码基因(noncoding genes),他们都受常见的转录因子所调控。
(1)RNA聚合酶的亚基,它们是转录必须的,但并不对某一启动子有特异性。
(2)某些转录因子能与RNA聚合酶结合形成起始复合物,但不组成游离聚合酶的成分。这些因子可能是所有启动子起始转录所必须的。但亦可能仅是譬如说转录终止所必须的。但是,在这一类因子中,要严格区分开哪些是RNA聚合酶的亚基,哪些仅是辅助因子,是很困难的。
(3)某些转录因子仅与其靶启动子中的特异顺序结合。如果这些顺序存在于启动子中,则这些顺序因子是一般转录机构的一部分。如果这些顺序仅存在于某些种类的启动子中,则识别这些顺序的因子也只是在这些特异启动子上起始转录必须的。
基因转录
黑腹果蝇的RNA聚合酶需要至少两个转录因子方能在体外起始转录。其中一个是B因子,它与含TATA盒的部位结合。人的因子TFⅡD亦和类似的部位结合。同样,CTF(CAAT结合因子)则与腺病毒的主要晚期启动子中与CAAT盒同源的部位相结合。结合在上游区的另一个转录因子是USF(亦称MLTF),则可以识别腺病毒晚期启动子中靠近-55的顺序。转录因子Sp1则能和GC盒相结合。在SC40启动子中有多个GC盒,位于-70到-110之间。它们均能和Sp1相结合。然而含有GC盒的不同的DNA顺序与Sp1的亲和力却各不相同。可见GC盒两侧的顺序对Sp1-GC盒的结合究竟如何能影响转录。有时候需要几个转录因子才能起始转录。例如胞苷激酶的启动子需要Sp1与GC盒结合和CTF与CAAT盒结合;腺病毒晚期启动子需要TFⅡD与TATA盒结合和USF与其邻近部位相结合。以上所述的因子是一般转录都需要的,似乎并没有什么调节功能。另一些转录因子则可以调控一组特殊基因的转录。热休克基因就是一个很好的例子。真核生物的热休克基因在转录起始点的上游15bp处有一个共同顺序。HSTF因子仅在热休克细胞中有活性。它与包括热休克共同顺序在内的一段DNA相结合,所以这个因子的激活可以引起约包括20个基因的一组基因起始转录。在这里,转录因子和RNA聚合酶Ⅱ之间关系很类似细菌的σ因子与核心酶之间的关系。转录位置
在真核生物中,DNA的转录在细胞核中进行,其中rRNA的合成发生在核仁,mRNA的tRNA的合成发生在核质中。
在原核生物中,转录在细胞质的核质区进行。
转录方式
转录开始不需要引物,链的延长方向也是 5′→ 3′。
每次被转录的DNA只是一个小区段,而且是其中的一条链。
我们将用作RNA合成的模板的链叫做反义链;另一条不做模板的链叫有义链。
对于整个DNA双链,每条链上有的区段用作有义链,有的区段用作反义链。
3. 原核生物参与转录的酶
RNA聚合酶
有五种亚基:a、b、b′、w、s,此外每个酶分子还含有2个Zn原子。
a2bb'ws | = | a2bb'w + s |
全酶 | - | 核心酶 |
s亚基:用于识别DNA上转录的起始位点,引导核心酶结合到它上面
核心酶:由s亚基识别起始点后,由核心酶负责解开DNA双链、RNA链的延伸、恢复后面的DNA双螺旋
a亚基 —— 与启动子结合
b亚基 —— 催化磷酸二酯键的形成
b'亚基 —— 与DNA模板结合
转录过程
电子显微镜下的基因转录过程
(1)转录的启动
DNA上存在着转录的起始信号,它是特殊的核苷酸序列,称为启动子。
转录是由RNA聚合酶全酶结合于启动子而被启动的。
基因转录
其机理是:s因子能识别启动子,并识别有义链,它与核心酶结合,引导核心酶定位到启动子部位。(2)转录的起始
当聚合酶结合到启动子上后,在启动子附近将DNA局部解链,约解开17个碱基对。(酶与启动子结合的部位是AT富集区,有利于解链)
第一个核苷三磷酸(常常是GTP或ATP)结合到全酶上,形成“启动子-全酶-核苷三磷酸”三元起始复合物。
第二个核苷酸参入,连结到第一个核苷酸的3'羟基上,形成了第一个磷酸二酯键。
s因子从全酶上掉下,又去结合其它的核心酶。
(3)链的延伸
当s因子从核心酶上脱落后,核心酶与DNA链的结合变得疏松(依靠其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力),可以在模板链上滑动,方向为DNA模板链的 3′→ 5′,同时将核苷酸逐个加到生长的RNA链的3'-OH端,使RNA链以 5′→ 3′方向延伸。
在RNA链延伸的同时,RNA聚合酶继续解开它前方的DNA双螺旋,暴露出新的模板链,而后面被解开的两条DNA单链又重新形成双螺旋,DNA双螺旋的解开区保持约17个碱基对的长度。
新合成的RNA链能与模板形成RNA-DNA杂交区,这个杂交区也在随着RNA聚合酶的移动而不断地移动着。
(4)转录的终止
DNA分子上有终止转录的特殊信号,也是特定的核苷酸序列,称为终止子。
RNA聚合酶可以识别终止子,它在一种蛋白质 —— r因子的帮助下,终止转录,放出RNA链;有时,RNA聚合酶不需要r因子的帮助即可终止转录。
核心酶释放了RNA后,也离开DNA。
DNA上的解链区重新形成双螺旋。
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