1.3.2 分子生物学基础2-揭示孩子为什么长得像父母-基因表达在线视频

同学们 大家好

上节课我们复习了DNA复制以及修复

接下来我们就开始进入基因表达的过程了

首先介绍几个概念

生物体以DNA为模板

合成RNA的过程叫做转录

DNA分子上转录出RNA的区段

称为结构基因

一段从启动子开始

至终止子结束的DNA序列

称为一个转录单元

在DNA中有一段特定的核苷酸序列

是RNA聚合酶在转录起始时

对模板DNA的识别位点和结合位点

这个序列叫做启动子

原核生物的核心启动子

主要有-35box和-10box两个片段

这个位置是相对于转录起点来说的

-35box和-10box都有保守序列

-35box是TTGACA

-10box是TATAAT

两个box之间的距离是17bp

一个启动子的序列越接近保守序列

两个box之间的距离越接近17bp

这个启动子的启动能力就越强

在基因工程中

我们需要让一个基因得到高效表达

就需要给它一个强启动子

研究最详细的RNA聚合酶

同样也是大肠杆菌的

通过SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳

鉴定出大肠杆菌RNA聚合酶的几个亚基

包含2个α亚基

负责使双链解开

一个β’亚基

负责与模板非特异性的识别和结合

一个β亚基

负责形成磷酸二酯键

这几个亚基构成了RNA聚合酶的核心酶

大家可以看到

核心酶的几个亚基是不能识别启动子的

这就需要σ因子来识别和结合启动子

这样才能开始原核生物的转录

一旦转录开始进行

σ因子脱落

RNA–聚合酶核心酶结构改变

与模板结合松弛

沿着模板向前移动

以模板链作指导

按照碱基配对原则RNA链不断延长

聚合酶到达终止子后

从模板上脱落释放出RNA产物

大肠杆菌有两种终止子

共同特点是都含有一个发夹结构

当RNA产物形成发夹结构后

与模板DNA形成的部分

RNA DNA杂合双链就不稳定了

转录就会停下来

第一种终止子在发夹结构后

是连续的尿嘧啶

UA的配对是不稳定的

两种不稳定加在一起

使得RNA聚合酶脱落

转录终止

这种强终止子我们叫做内在终止子

第二种在发夹结构后面不是连续的U

这就使得RNA聚合酶不能自己脱落

这时就需要一个蛋白质因子的帮忙

叫做ρ因子

所以这个终止子叫做

ρ因子依赖型的终止子

接下来我们讲解真核生物的转录

真核生物中主要的三种RNA

核糖体RNA 信使RNA和转运RNA

分别有不同的启动子

和不同的RNA聚合酶

RNA聚合酶I负责合成核糖体RNA

在细胞内活性最高

聚合酶II负责合成mRNA

聚合酶III负责合成tRNA

5S rRNA等小分子RNA

真核生物的RNA聚合酶不具有全能性

在转录的时候需要很多蛋白因子的帮助

我们称为转录因子

三种不同的RNA基因

都有各自不同的启动子

真核生物的启动子

由核心启动子和近测序列元件构成

类型I的启动子是强启动子

负责核糖体RNA基因的启动

在基因组上

真核生物的多个拷贝的核糖体RNA

按照18S 5.8S 28S的顺序成簇排列

两个转录因子UBF和SLone

结合在转录起始位点的上游

类型I 的启动子没有共同序列

两个转录因子依靠蛋白质相互作用

把上游控制元件和核心启动子拉近

并负责招募RNA聚合酶I

开始转录起始

基因转录的核心部分就是mRNA

类型Ⅱ的启动子

最核心结构就是TATAbox

大家有没有想到什么

原核生物的-10box

这两个box是非常相似的

起到的作用也是类似的

我们看它的序列TATAAAA

都是两个氢键的碱基

意味着双链从这里打开

mRNA基因的转录起始

需要很多转录因子的参与

核心是包含TATAbox结合蛋白的TFIID

类型III的启动子

以tRNA和5S rRNA为代表

有一个共同的特点

启动子为基因内启动子

在转录起始位点的下游

各有两个box

同样没有共同序列

通过转录因子募集RNA聚合酶III开始转录

真核生物转录延伸的过程与原核相似

我们就不多说了

大部分转录产物都不具备生理活性

需要进行一定的转录后加工

对于tRNA不论原核还是真核

主要要进行两个末端的修剪

和碱基的修饰

真核生物的tRNA

还需要对内含子进行剪接

最后还需要在3’末端

加上CCA的氨基酸臂

原核和真核生物的rRNA基因

都是以基因簇的形式存在

几个rRNA基因的多个拷贝串联在一起

原核生物是16S 23S和5S

中间可能会有一个或者几个tRNA基因

真核生物刚才提过了 18S 5.8S 28S

真核的5S不在一起

所以 rRNA转录产物的加工

主要是把几个基因

串联在一起的初产物裁剪开

加工成熟后构成核糖体

最后谈一谈mRNA的转录后加工

原核生物的mRNA一般没有转录后加工过程

因此原核生物的mRNA

是可以边转录边翻译的

这就是原核生物中的羽毛现象

但是真核生物的mRNA

却必须经过非常复杂的转录后加工

才能成为有活性的mRNA

指导蛋白质的合成

所以在基因工程中

进行外源蛋白质表达的时候

必须要注意真核来源的蛋白

是不是能够在原核宿主中很好的表达

真核生物的mRNA在转录开始不久

就在5’末端加上了甲基鸟苷酸的帽子结构

并在转录结束后

加上了长达200个腺苷酸的尾巴

这两个结构

一方面是为了保护RNA

不容易被RNA酶降解

一方面也参与到翻译起始

和mRNA的运输

真核生物合成的初始转录产物

称为核内不均一RNA

简称hnRNA

hnRNA与mRNA的主要区别

就是含有内含子

因此转录后需要把内含子切除

把相邻的两个外显子连接起来

这个过程叫做剪接

剪接指的是

真核生物的初始转录产物hnRNA

具有内含子剪接的特定结构信号

在一系列剪接加工因子的参与下

在内含子上构建剪接体

行使mRNA内含子的剪接

最后生成熟的mRNA

mRNA前体的精确剪接

对于mRNA的成熟非常重要

内含子的5’和3’末端都有共同序列

在中间还有一个共同序列结构

叫做分支位点

5’端和3’端剪接位点 分支位点

和3’端前面的嘧啶富含区

是剪接过程中各种剪接调节因子

和核糖核蛋白的结合作用位点

在真核生物中

剪接主要是由小分子核内RNA行使了

核酶的功能来完成的

提到RNA可以作为核酶

我想到了一个假说

世界上RNA DNA和蛋白质哪个最早出现

DNA可以指导蛋白质合成

没有DNA就没有蛋白质

而DNA又是由酶来合成的

这是一个鸡生蛋蛋生鸡的问题

答案呢是RNA

原因是 RNA可以作为遗传物质

可以指导合成蛋白质

本身还具有酶的功能

好了 说回转录后加工

完成剪接后

mRNA海需要进行化学修饰和编辑

才成为成熟的mRNA

被运输到细胞核外指导翻译

关于转录的部分就讲这么多了

我们下节课见