您的位置:首页>>公司动态>>企业动态

DNA聚合酶在转录中的作用(DNA转录步骤过程图解)

发布时间:2022-01-20 10:17:18 阅读:121142次 来源:百度学术

  DNA 转录,也称为 RNA 合成,是 DNA 中包含的遗传信息通过 RNA 聚合酶重新写入信使 RNA (mRNA) 的过程。

  合成的 mRNA 被转运出细胞核,随后它将通过翻译机制帮助蛋白质的合成。

  核内mRNA产生的调节,细胞自动调节基因表达的速率。

  转录过程由 RNA 聚合酶辅助,该酶在 DNA 模板上复制正确的序列以产生基因的互补 RNA 拷贝。

  真核生物和原核生物中转录的基本机制是相同的,但是它们之间可能在许多方面有所不同。

  DNA转录酶和功能

  DNA转录中使用的主要酶是RNA聚合酶。在原核生物中,使用一种类型的RNA聚合酶,而在真核生物中,使用三种类型的RNA聚合酶,即RNA聚合酶I、II和III。

DNA转录酶

  图:RNA 聚合酶。图片来源:可汗学院。

  RNA聚合酶的主要功能包括:

  引发剂复合物的形成有助于 DNA 双螺旋结构的解旋过程

  通过添加核苷酸碱基腺嘌呤 (A)、胞嘧啶 (C)、鸟嘌呤 (G) 和尿嘧啶 (U) 合成和延伸 RNA 转录物。

  它形成终止和终止转录的终止序列。

  DNA转录步骤

  摘要:转录步骤

转录步骤

  50 种不同的蛋白质转录因子将与启动子位点结合,位于要转录的基因的 5' 侧。

  RNA聚合酶与转录因子复合物结合,使DNA的双螺旋打开。

  然后 RNA 聚合酶读取 3' 到 5 中的一条链;方向

  在真核细胞中,核小体在推进 RNA 聚合酶 (Pol II),用于蛋白质编码基因。

  在 DNA 被转录并且 Pol II 继续前进后,RNA 聚合酶和转录因子复合物取代了核小体。

  当 RNA 聚合酶沿着 DNA 链移动时,它通过利用三磷酸 (ATP) 将核糖核苷酸组装成 RNA 链

  每个核糖核苷酸通过碱基配对插入到正在生长的 RNA 链中,即每个胞嘧啶 (C) 与鸟嘌呤 (G) 相连,而尿嘧啶 (U) 与腺嘌呤 (A) 相连。

  RNA合成发生在5'-3'方向

  随着每个核苷三磷酸被添加到生长链的 3' 端,两个末端磷酸被去除。

  当转录结束时,转录物从聚合酶中释放出来,聚合酶也从DNA中释放出来

  DNA转录过程

  在原核细胞中,整个转录机制概括为三个阶段:起始、延伸和终止。

  在原核生物的终止结束时,形成的 mRNA 已准备好进行翻译。

  与真核生物不同,终止后会形成未成熟的 mRNA,因此需要更多的过程来形成成熟的 mRNA,然后将其翻译成蛋白质。

  通常,转录过程将 DNA 转录为 mRNA,mRNA 是一种携带蛋白质合成所需信息的 RNA。

  在真核生物中,转录有两个广泛的步骤;

  使用 RNA 聚合酶形成前信使 RNA

  通过剪接编辑前信使 RNA

  前信使 RNA 形成涉及起始、延伸和终止阶段,最终形成 mRNA。

  然后mRNA经历不同的剪接阶段以形成成熟的mRNA。

  前信使RNA的形成

图:DNA 转录起始。

  当转录开始时,DNA 必须在 RNA 聚合酶的帮助下展开,RNA 聚合酶会催化这个过程。

  在转录过程中,只有一条 DNA 链被转录,即具有起始序列的链。该链称为有义链,而互补链称为反义链。

  被转录的 mRNA 通常是有义链的副本,然而,被转录的是反义链。

  三磷酸核糖核苷 (NTPs) 通过碱基配对沿反义 DNA 链排列,然后 RNA 聚合酶将核糖核苷酸连接在一起形成前信使 RNA 分子,与反义链上的一个区域互补。

  当 RNA 聚合酶发现三个碱基被读取为停止信号时,转录完成。在这个阶段,DNA 分子倒带重新形成双螺旋。

  信使 RNA (mRNA) 的形成分为三个阶段:起始、延伸和终止

  引发

  原核生物的启动子和起始

原核生物中的启动子和起始

  转录的起始在称为启动子的区域发出信号。

  启动子是 RNA 聚合酶结合的位点,因此启动子引导聚合酶位于 DNA 上的位置以启动转录。

  RNA聚合酶是催化转录机制的酶。

  RNA 聚合酶具有 sigma (σ) 因子,它是解离单位,它允许酶识别启动子序列(转录的起点),该序列间隔在 -35 和 -10 区域之间。

  启动子序列被 RNA 聚合酶的全酶亚基识别,通过附着在 DNA 模板分子上并沿其移动。这形成了一个封闭的启动子复合体。

  单个 DNA 分子可能具有多个启动子序列或封闭的启动子复合物。

  与转录因子结合的启动子与 RNA 聚合酶一起形成复合物。

  转录因子是控制转录速率的调节蛋白。

  当 RNA 聚合酶与启动子序列结合时,它会使 DNA 双链局部变性,形成开放的启动子复合物,该复合物成为双链 DNA 的未缠绕部分,暴露出两条 DNA 链中每一条上的碱基。

  真核生物的启动子和启动

真核生物中的启动子和起始

  在真核生物中,RNA 聚合酶不像在原核生物中那样直接附着在启动子序列上。

  称为基础(一般)转录因子的辅助启动子首先与启动子结合,这有助于 RNA 聚合酶附着在 DNA 模板上。

  真核生物有一个称为TATA 盒的启动子序列, 它被转录因子识别,最终允许 RNA 聚合酶结合。

  TATA 盒子有很多 As 和 T,因此很容易将 DNA 链分开。

  伸长

DNA 转录延伸

  启动转录后,sigma (σ) 因子与 RNA 聚合酶分离。

  模板链从 3' 到 5' 方向读取,这意味着 RNA 合成发生在 5' 到 3' 方向,三磷酸核苷 (NTPs) 作为酶的底物。

  来自 DNA 模板的另一条链称为编码链,因为新 mRNA 的碱基序列与其相同,只是硫胺素被尿嘧啶碱基取代。

  RNA聚合酶催化相邻核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键。

  RNA聚合酶使用的能量来自于将高能三磷酸盐分解成一磷酸盐,释放出无机二磷酸盐(PPi)。

  形成了一个转录泡,它必须保持正弦转录发生在双链 DNA 模板上。在延伸过程中,气泡沿着 DNA 双链移动。

  停顿或暂停很常见,这对于后来的转录终止至关重要。

  终止

  这是结束转录的过程,当由称为终止序列的终止序列发出信号时就会发生这种情况。

  当 RNA 聚合酶转录终止子序列时,就会发生这种情况。

  然后 RNA 聚合酶释放 DNA 寺庙,DNA 寺庙展开回双螺旋结构。

  终止细菌

  细菌有两种终止方法

  依赖于 Rho 的终止

Rho 依赖终止

  这是一个终止过程,其中 RNA 分子包含一个称为 Rho 因子的蛋白质的结合位点,它与 DNA 序列结合。它开始向 RNA 聚合酶爬升转录本并到达转录泡。在气泡处,Rho 因子将 RNA 转录物和 DNA 模板链分开,释放 RNA 分子并终止转录过程。稍后在 DNA 中发现的转录终止点序列导致 RNA 聚合酶停止并允许 Rho 因子赶上并终止该过程。

  与 Rho 无关的终止

图:与 Rho 无关的终止。

  这个过程取决于 DNA 模板链上的特定序列。在转录过程中,随着 RNA 聚合酶接近转录基因的终点,它会到达富含胞嘧啶 (C) 和鸟嘌呤 (G) 的区域。从这个区域转录的 RNA 会自行折叠,互补的 C 和 G 结合在一起形成一个稳定的发夹,使 RNA 聚合酶停止。发夹后跟在 RNA 终止子中的尿嘧啶 (U) 与 DNA 模板腺嘌呤 (A) 互补。UA 区域与 DNA 模板形成弱相互作用,并且与停滞的 RNA 聚合酶导致不稳定性,使酶从新的 RNA 转录物中脱落并终止。

  翻译前mRNA加工

  在真核生物中,被转录的 mRNA 被称为前 mRNA,因此,它必须经过其他过程才能成熟为成熟的 mRNA。

  这些被称为翻译前mRNA过程。他们包括:

  5' 封盖

  这是在 mRNA 的 5' 末端添加甲基化鸟嘌呤帽

  5' 帽有助于核糖体识别 mRNA 分子,并保护未成熟的 mRNA 免受 RNases 的降解。

  多聚腺苷酸化

  这是在 mRNA 的 3' 末端添加一个 poly (A) 尾。聚 (A) 尾由几个单磷酸腺苷分子组成,由于其天然的不稳定性,可稳定 RNA。

  拼接

  这是对不同蛋白质的一种基因序列的编码,保护了遗传物质。

  该过程包括:

  通过剪接体切除去除称为内含子的非编码序列。

  通过连接连接称为外显子的编码序列。

  剪接是序列依赖性的,因此它发生在转录本中。

  这使得许多蛋白质 可以由单个前 mRNA 制成

  在剪接过程结束时,将产生成熟的 mRNA。

  成熟的 mRNA 然后成为使蛋白质合成发生的信使载体。

  成熟的 mRNA 具有开放阅读框 (ORF),这是一个翻译成蛋白质的区域。ORF 上的翻译是在三个核苷酸的三个区块中完成的,这些核苷酸称为密码子。

  在 5' 和 3' 末端是非翻译区 (UTR),在蛋白质合成过程中不翻译。

  真核生物中的 DNA 转录(与原核生物的区别)

  真核生物和原核生物中的转录有一些相似之处和不同之处。

  相似之处

  一些常见的相似之处包括:

  DNA在两种生物中都被用作模板

  RNA聚合酶是促进两种生物体中整个机制的主要酶

  RNA分子是两种生物体的最终产物

  转录物的化学成分在两种生物体中是相同的

  差异

  真核生物和原核生物之间转录的主要差异包括:

  发起人

  原核生物具有三个启动子元件,即-10、-35启动子和上游元件

  真核生物具有许多不同的启动子元件,即 TATA 盒、起始元件、下游核心启动子、CAAT 盒和 CG 盒

  RNA聚合酶:

  原核生物具有一种有助于 RNA 链合成的 RNA 聚合酶。

  真核生物具有三种类型的 RNA 聚合酶 I、II 和 III,它们有助于 RNA 链的合成。

  引发:

  真核生物的起始复合物由在起始过程完成时解离的各种转录因子组成。

  虽然原核生物不形成引发剂复合物

  转录和翻译并发

  另一个主要区别是,在原核生物中,转录和翻译同时发生,而在真核生物中,转录必须在翻译机制启动之前完成。

  真核生物中的 RNA 经历转录后修饰,如加帽、多腺苷酸化和剪接,形成成熟的 mRNA,然后进行翻译。这些过程不会发生在原核生物中

  RNA遗传学

  原核生物中的mRNA在单个mRNA上有许多不同的基因,因此它们被称为多顺反子

  真核生物在一个 mRNA 分子上具有单个基因,因此称为单顺反子。

  终止

  原核生物中的终止由 Rho 依赖性或 Rho 非依赖性因子辅助,而在真核生物中,转录由多腺苷酸化 (A) 信号和下游终止子序列终止。

  逆转录

  这是 RNA 向 DNA 的转化,通过这种转化,RNA 在合成一种称为互补 DNA (cDNA) 的 DNA 中充当模板。

  中心法则定义了涉及 DNA 合成(复制)、RNA 合成(转录)、蛋白质合成(翻译)和 cDNA 合成(逆转录)的机制。因此,DNA 编码 RNA,RNA 编码蛋白质,RNA 在逆转录的情况下也可以编码 DNA。

  RNA编码的病毒经历逆转录机制,在逆转录酶的帮助下,它们的基因组RNA被转化为DNA。

  逆转录也称为逆转录或逆转录。这是一个极其错误的过程,可能会导致可能导致耐药性的突变。

  RNA 到 DNA 的转化通常希望在实验室中主要用作大多数 RNA 病毒(如 HIV、肝炎、流感、冠状病毒等)的诊断工具

  转录抑制剂

  转录抑制剂是用于抑制RNA聚合酶的作用和机制的元件,它阻碍转录过程。转录抑制剂主要用于阻碍致病病原体中的细菌转录机制。一些最常用的抑制剂包括

  α-鹅膏菌素——这是一种从酵母中提取的抑制剂,对 RNA 聚合酶 II 和 RNA 聚合酶 III 具有选择性。

  利福平通过与 β 亚基结合来抑制 DNA 依赖性 RNA 聚合酶,从而抑制细菌转录。

  8-羟基喹啉也是一种抗真菌转录抑制剂

  其他包括放线菌素 D、CDK9 抑制剂如 DRB 和黄酮吡醇、雷公藤内酯。

  抑制机制是阻止转录作用的组蛋白甲基化。

本文链接:https://www.zjby-biotech.com/news/hydt/750.html

注释:[本文仅供阅读]不代表企业及作者的立场,如侵权请联系删除,欢迎分享本文,转载请保留出处!

推荐服务

  • 分子实验

    分子实验平台为广大科研工作提供蛋白、RNA和DNA分子类分析及检测服务···

  • 细胞实验

    细胞实验平台为广大科研工作者提供原代细胞提取、鉴定和培养相关服务···

  • 病理实验

    动物实验平台为广大科研工作者提供动物寄养、疾病模型构建和体内验证···

  • 动物实验

    动物实验平台为广大科研工作者提供科研成果向产品转化的服务,转化方···

  • 精准医疗

    精准医疗平台为癌症患者提供肿瘤移植动物体内服务,模拟患者癌症发展···