5.1 基本概念及RNA聚合酶在线视频

同学们好

我是来自惠州学院

生命科学学院的马细兰老师

从今天开始

就由我来带领大家学习第五章的内容

转录及转录后加工

DNA作为遗传信息的主要贮存者

能通过自主复制得到永存

并通过转录生成信使RNA

再通过翻译生成蛋白质来控制生命现象

基因表达包括转录和翻译两个阶段

转录是基因表达的核心步骤

翻译是基因表达的最终目的

这章的内容包括以下四个方面

我们先来学习一下第一部分的内容

转录的基本概念

转录是以DNA为模板合成RNA的过程

参与转录的物质包括

四种NTP原料

模板DNA和RNA聚合酶

还包括一些辅助因子

如蛋白质因子和二价Mg离子

二价Mn离子

RNA的合成方向与DNA合成方向一致

都是由5'到3'方向合成

转录具有不对称性

是指在RNA的合成过程中

DNA的两条链中

仅有一条链作为转录的模板

这条链我们称之为模板链

它可以根据碱基互补原则

指导mRNA的合成

又称为负链 反义链 Watson链

相对的

另外一条链我们称之为编码链

它与mRNA的序列相同

又称为正链 有义链 Crick链

但是

模板链并非永远在同一条单链上

为什么呢

因为DNA复制必须

将整个基因组全部进行拷贝

而RNA转录具有选择性

只是选择性地转录基因组的某一特定部分

即转录某一特定的基因

不同的基因模板可能位于不同的单链上

有的基因可能以这条链作为模板

另一基因则可能以另外一条单链作为模板

好

有关转录的基本概念我们就先讲这些

接下来

我们来看一下转录中所用的酶

RNA聚合酶

与复制相比

参与转录所需的酶和蛋白质因子比较少

原核生物只需要一种RNA聚合酶

就可以完成所有RNA的转录

真核生物需要3种RNA聚合酶

那我们先看一下比较简单的

原核生物的RNA聚合酶

原核生物中大肠杆菌的

RNA聚合酶研究的最为清楚

它的全酶由核心酶和σ因子组成

其中核心酶又由2个α亚基

1个β亚基

1个β’亚基 和一个ω 小亚基所构成

各种亚基的功能如表所示

α亚基主要参与核心酶的组装

它协助识别启动子

如果对α亚基进行一些修饰或改变

就会降低RNA聚合酶

对启动子的亲和力

比如说

T4噬菌体感染大肠杆菌后

对α亚基的一个精氨酸

残基进行糖基化修饰

就会造成RNA聚合酶

全酶对启动子的亲和力降低

β和β’两个大亚基构成了酶的活性中心

β'结合DNA模板

β结合NTP

共同催化磷酸二酯键形成

ω亚基是一个小亚基

目前功能未知

σ亚基是酶的别构效应物

它可以使酶专一性地识别模板上的启动子

不仅增加聚合酶对启动子的亲和力

还可降低聚合酶对非专一位点的亲和力

某些细胞内含有多种σ因子

用于识别不同的启动子

以适应不同生物发育阶段的要求

调控不同基因的转录起始

因此

在原核生物中

全酶负责转录的起始

而核心酶负责转录的延伸

原核生物RNA聚合酶有以下几个特征

一 不同种细菌

核心酶的大小比较恒定

而σ因子变化较大

二 不同的σ因子识别不同的启动子

从而使不同的基因得以表达

三 细菌中的三种RNA都由同一种

RNA聚合酶负责转录

四 比细菌更简单的

噬菌体含有的基因种类更少

因此它的RNA聚合酶更简单

仅为单一的多肽链

接下来

我们来分析一下

原核生物RNA聚合酶的抑制剂

原核生物RNA聚合酶

可以被利福霉素抑制

利福霉素是从链霉菌中

分离得到的一种抗生素

可以与细菌RNA聚合酶

的β亚基直接结合

抑制第三或第四个核苷酸的掺入

因此

利福霉素可以阻断转录起始

但不能阻断转录延伸

临床上常用的利福平

它是利福霉素类半合成广谱抗菌药

好

讲完了原核生物RNA聚合酶

接下来

我们来看看真核生物的RNA聚合酶

真核生物RNA聚合酶包括三种类型

它们所处的位置

作用和对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同

RNA聚合酶Ⅰ位于核仁

转录产物是除5S外的rRNA

酶的相对活性较高

在低离子浓度时活性最高

对α-鹅膏蕈碱不敏感

RNA聚合酶Ⅱ位于核质

转录产物是hnRNA即前体mRNA

酶的相对活性居中

在高离子浓度

特别是高Mn2+条件下有较高活性

对α-鹅膏蕈碱十分敏感

可以被低浓度的α-鹅膏蕈碱所抑制

RNA聚合酶Ⅲ位于核质

转录产物是tRNA 5S rRNA snRNA

酶的相对活性较低

但在很宽的离子强度范围内均有活性

对α-鹅膏蕈碱的敏感性存在物种的特异性

接下来

我们来看一下RNA聚合酶的晶体结构

研究表明无论原核生物还是

真核生物的RNA聚合酶都像一只蟹爪

其中两个钳子由最大的两个亚基构成

这两个亚基的一些区域

共同组成酶的活性中心

位于钳子基部

只有当钳子处于开放状态时

才允许启动子DNA进入

起始转录

我们来比较一下原核生物

跟真核生物的RNA聚合酶结构

从图中可以看出两者由不同的亚基组成

但是结构都呈蟹爪形

且在钳子基部都有一个活性中心

图中用不同颜色来标示不同的亚基

颜色相同的部分表明具有同源性

从图中可以看出

真核生物的RPB1亚基

与原核生物的β亚基同源

B2与β’同源

B6与ω同源

B3 B11与α亚基同源

讲完了RNA聚合酶

我们来比较一下DNA聚合酶

与RNA聚合酶的异同

从大小来看

RNA聚合酶比较大

它可以从头开始合成核苷酸链

因此

转录不需要引物

而DNA聚合酶不能从头开始合成DNA

因此复制时需要一小段的

RNA或DNA片段作为引物

作用方式上

转录具有选择性

是以DNA模板链的某一段进行转录

转录出来的RNA产物

不与DNA模板链保持碱基互补状态

即呈游离的单链状态

即转录出来的产物是比较短的一条单链

DNA复制必须将整个基因组全部拷贝

以半保留方式进行复制

复制产物是较长的双链

DNA聚合酶具有5’ 到 3’

3’ 到5’的外切酶活性

在复制时可以进行精准的校正和修复

而RNA聚合酶不具备外切酶活性

因此转录过程缺乏严谨的矫正机制

好

同学们

我们这节课的内容就讲到这里

要求大家重点掌握

RNA聚合酶的亚基构成

各亚基的功能

与DNA聚合酶的异同

下次课再见