历史百科网

转录

[拼音]:zhuanlu

[外文]:transcription

遗传信息从DNA到 RNA的转移。即以双链DNA中的一条链为模板,以4种核苷三磷酸:腺三磷(ATP)、胞三磷(CTP)、鸟三磷(GTP)和尿三磷(UTP)为原料,在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。这条作为模板的DNA链称为转录链或信息链。合成的 RNA中核苷酸的顺序与转录链互补, 与非转录链全等(除尿嘧啶“U”代替胸腺嘧啶“T”外)。

以RNA链为模板,经反转录酶(即依赖于RNA的DNA聚合酶)催化合成DNA链,叫做反转录。这种机制在RNA肿瘤病毒中首先发现。

在转录过程中,DNA模板被转录方向是从3′端向5′端;RNA链的合成方向是从5′端向3′端。RNA的合成一般分两步,第一步合成原始转录产物(过程包括转录的启动、延伸和终止);第二步转录产物的后加工,使无生物活性的原始转录产物转变成有生物功能的成熟 RNA。但原核生物mRNA的原始转录产物一般不需后加工就能直接作为翻译蛋白质的模板。

RNA聚合酶

以DNA为模板的 RNA聚合酶,也称转录酶。

原核生物的RNA聚合酶分子量很大,通常由5个亚基组成;σ,β,β′和两个α亚基,可写作α2ββ′σ。含有5个亚基的酶叫全酶,失去σ亚基的叫核心酶(α2ββ′)。核心酶也能催化RNA的合成,但没有固定的起始点,也不能区分双链DNA的信息链与非信息链。σ亚基能识别模板上的信息链和启动子,因而保证转录能从固定的正确位置开始。β和β′亚基参与和DNA链的结合。

真核生物RNA聚合酶有3类(不包括真核细胞线粒体中类似原核的RNA聚合酶)(见表),由8~12条亚基组成,分子量高达80万。初步的研究指出,它们也可能存在类似原核的σ亚基组分。

转录过程

包括启动、延伸和终止。

启动

RNA聚合酶正确识别DNA模板上的启动子并形成由酶、DNA和核苷三磷酸(NTP)构成的三元起始复合物(图1),转录即自此开始。DNA模板上的启动区域常含有TATAATG顺序,称普里布诺(Pribnow)盒或P盒。复合物中的核苷三磷酸一般为GTP,少数为ATP(见核苷酸),因而原始转录产物的5′端通常为三磷酸鸟苷(pppG)或腺苷三磷酸(pppA)。真核 DNA上的转录启动区域也有类似原核DNA的启动区结构,和在-30bp(即在酶和 DNA结合点的上游30核苷酸处,常以-30表示,bp为碱基对的简写)附近也含有TATA结构,称霍格内斯(Hogness)盒或 TATA盒。第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成3′-5′磷酸二酯键后,则启动阶段结束,进入延伸阶段。

延伸

σ亚基脱离酶分子,留下的核心酶与 DNA的结合变松,因而较容易继续往前移动。核心酶无模板专一性,能转录模板上的任何顺序,包括在转录后加工时待切除的居间顺序。脱离核心酶的σ亚基还可与另外的核心酶结合,参与另一转录过程。随着转录不断延伸,DNA双链顺次地被打开,并接受新来的碱基配对,合成新的磷酸二酯键后,核心酶向前移去,已使用过的模板重新关闭起来,恢复原来的双链结构。一般合成的 RNA链对DNA模板具有高度的忠实性。RNA合成的速度,原核为25~50个核苷酸/秒,真核为45~100个核苷酸/秒。

终止

转录的终止包括停止延伸及释放 RNA聚合酶和合成的 RNA。在原核生物基因或操纵子的末端通常有一段终止序列即终止子; RNA合成就在这里终止。原核细胞转录终止需要一种终止因子ρ(四个亚基构成的蛋白质)的帮助。

真核生物 DNA上也可能有转录终止的信号。已知真核DNA转录单元的3′端均含富有AT的序列〔如AATAA(A)或ATTAA(A)等〕,在相隔 0~30bp之后又出现TTTT顺序(通常是3~5个T),这些结构可能与转录终止或者与3′端添加多聚A顺序有关。

转录产物的后加工mRNA前体的后加工

原核mRNA的原始转录产物(除个别噬菌体外)都可直接用于翻译,而真核mRNA一般都有相应的前体,前体必须经过后加工才能用于转译蛋白质。一般认为,真核mRNA的原始转录产物(也称原始转录前体), hn RNA(hetero-geneous nuclear RNA,核不均一RNA),最终被加工成成熟的mRNA(见信使核糖核酸)。

mRNA前体的后加工包括以下四方面(图2):

(1)装上 5′端帽子:转录产物的 5′端通常要装上甲基化的帽子;有的转录产物 5′端有多余的顺序,则需切除后再装上帽子。

(2)装上3′端多聚A尾巴:转录产物的3′端通常由多聚A聚合酶催化加上一段多聚A,多聚A尾巴的平均长度在20~200个核苷酸;有的转录产物的3′端有多余顺序,则需切除后再加上尾巴。装5′端帽子和3′端尾巴均可能在剪接之前就已完成。

(3)剪接:将mRNA前体上的居间顺序切除,再将被隔开的蛋白质编码区连接起来。剪接过程是由细胞核小分子RNA(如U1RNA)参与完成的,被切除的居间顺序形成套索形(即lariat RNA中间体)。

(4)修饰:mRNA分子内的某些部位常存在 N6-甲基腺苷(见核苷酸),它是由甲基化酶催化产生的,也是在转录后加工时修饰的。

有的真核mRNA前体,由于后加工的不同可产生两种或两种以上的mRNA(如人的降血钙素基因转录产物),因而能翻译成两种或两种以上的多肽链。

tRNA前体的后加工

目前分离得到的tRNA前体有两类:

(1)含单个tRNA的tRNA前体,在5′端和3′端各有一段多余顺序;

(2)含二个tRNA的tRNA前体, 除5′端和3′端有长短不一的多余顺序外,在两个tRNA之间还有数目不等的核苷酸隔开。有的真核tRNA前体的反密码子环区含有一个居间顺序。

原核和真核生物tRNA前体的后加工有相似的步骤:

(1)修饰:对tRNA分子上的部分核苷酸进行修饰(包括甲基化、酰化、硫代和重排等);

(2)切除5′端和3′端多余核苷酸;

(3)3′端不含CCA顺序的tRNA前体需装上CCA顺序(见转移核糖核酸)。原核与真核tRNA前体的加工过程还有不同的情况:

(1)原核多顺反子tRNA前体,需加工时切开;

(2)含有居间顺序的真核tRNA前体,加工时需除去居间顺序(图3)。

首先,tRNA前体被一内切核酸酶将居间顺序切除,产生带有 2′,3′-环磷酸的5′半分子和含有5′羟基的3′半分子;然后两个半分子分别在2′,3′-环磷酸二酯酶和多核苷酸激酶作用下使5′半分子 了羟基和2′磷酸基,使3′半分子带上5′磷酸基,这两个半分子再先后经过连接酶和磷酸单酯酶(去除 2′磷酸基)的作用,之后生成成熟的tRNA。

rRNA前体的后加工

通常有如下步骤:

(1)修饰:除5SrRNA外,rRNA分子上通常有修饰核苷酸(主要是甲基化核苷酸),它们都是在后加工时修饰的。一般认为核糖2′羟基的甲基化在碱基甲基化之前;

(2)剪切:在rRNA前体分子的多余顺序处切开,产生许多中间前体,然后再切除中间前体末端的多余顺序(图4);

(3)剪接:有的真核生物rRNA前体中存在有居间顺序的,须加工时除去。1982年T.R.切赫发现,在四膜虫(Tetrahymena)rRNA前体中,去除含有413个核苷酸的居间顺序是由rRNA前体自身催化完成的(图5)。在 5′-鸟苷酸的促进下经过自身催化作用将居间顺序切除,居间顺序前后的两个部分再连接起来,产生成熟的rRNA(5′-UpU-3′)和一个环状 RNA分子及一个15个核苷酸残基的小片段。rRNA前体的自身催化作用表明 RNA具有类似于酶的活性。这一发现突破了生物高分子中只有蛋白质才有催化作用的观念。同时对生物进化与生命起源等研究都将有重要的意义。

转录的调节控制

是基因表达调节控制中的一个重要环节。促进基因转录叫正调节,抑制基因转录叫负调节。

在原核生物方面1961年F.雅各布和J.莫诺提出的操纵子学说,得到许多人的验证和充实。操纵子通常的调控方式为:

(1)诱导和阻遏作用;

(2)环腺苷酸(cAMP)和降解物活化蛋白(CAP)的调节作用; ③弱化作用(见基因调控)。

对真核细胞基因转录的调节控制目前知道得很少。同种高等生物每个个体的各个体细胞都有全套相同的基因,只是由于在发育过程中基因表达的调节控制(包括转录的调节控制)不同,因而发育成各种不同的组织和器官。目前认为,动物(包括人)都含有癌基因,但有的致癌,有的则不致癌,这也可能是由于转录与翻译的调控不同。另外,真核DNA中的结构基因只占总量的10%左右,大部分 DNA顺序都可能起调节控制作用。真核生物也有诱导酶和诱导蛋白质,如干扰素就是由病毒或双链RNA等诱导产生的一种蛋白质。

转录抑制剂

转录能被一些特异性的抑制剂抑制,有些抑制剂是治疗某些疾病的药物,有的则是研究转录机理的重要试剂。按照作用机理的不同,转录抑制剂分为两大类。第一类抑制剂特异性地与 DNA链结合,抑制模板的活性,使转录不能进行。这类抑制剂同时抑制DNA复制,例如:放线菌素D、纺锤菌素、远霉素、溴乙锭和黄曲霉素等。第二类抑制剂作用于RNA聚合酶,使RNA聚合酶的活性改变或丧失,从而抑制转录的进行。这类抑制剂只抑制转录,不影响复制,是研究转录机制和RNA聚合酶性质的重要工具,例如:利福平。曲张链霉素、利链霉素和α-鹅膏蕈碱等。

参考书目

王德宝、祁国荣:《核酸 结构、功能和合成》,科学出版社,北京,1986。

W.I.P.Mainwaring et al., Nucleic Acid Bio-chemistry and Molecular Biology ,Blackwell Scientific Publications,Oxford, London, 1982.

Goodenough, Ursula, Genetics,3rd ed.,Washing- ton University, 1984.

参考文章

核小体中核心组蛋白赖氨酸残基乙酰化如何影响DNA的转录?生物基础

为什么说转录调节是细胞分化的关键?转录调节都有哪些方式?生物基础

真核生物前体mRNA与成熟mRNA在分子结构上有何差别,其转录后的加工修饰如何?生物基础

DNA转录时的基本过程是怎样的?生物基础

试述染色质结构与基因转录的关系。生物基础

原核生物与真核生物的转录过程有何主要差别?生物基础

严正声明:本文由历史百科网注册或游客用户翔宇自行上传发布关于» 转录的内容,本站只提供存储,展示,不对用户发布信息内容的原创度和真实性等负责。请读者自行斟酌。同时如内容侵犯您的版权或其他权益,请留言并加以说明。站长审查之后若情况属实会及时为您删除。同时遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,尊重和保护作者的劳动成果,转载请标明出处链接和本声明内容:作者:翔宇;本文链接:https://www.freedefine.cn/wenzhan/132483.html

赞 ()

相关阅读

我是一个广告位
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: