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真核生物中的转录(真核生物的转录过程)

发布时间:2022-01-25 10:04:43 阅读:146362次 来源:百度学术

  真核 转录

  转录是将 DNA 链中的信息复制到新的RNA分子中的过程。

  它是基因表达的第一步,其中特定的 DNA 片段被 RNA 聚合酶复制成 RNA(尤其是 mRNA)。

  它产生一条互补的、反平行的 RNA 链,称为初级转录本。

  真核生物中的转录

  就所涉及的基本步骤而言,转录以类似于原核生物的方式在真核生物中发生。但是,它们之间的一些主要区别包括:

  启动更复杂。

  终止不涉及茎环结构。

  转录由三种酶(RNA 聚合酶 I、II 和 III)进行。

  转录的调节比原核生物更广泛。

真核生物转录

  参与真核转录的酶

  与所有 RNA 由单一 RNA 聚合酶合成的原核生物不同,真核细胞的细胞核具有三种 RNA 聚合酶,负责转录不同类型的 RNA。

  RNA 聚合酶 I (RNA Pol I)位于核仁并转录 28S、18S 和 5.8S rRNA 基因。

  RNA 聚合酶 II (RNA Pol II)位于核质中并转录蛋白质编码基因,产生前 mRNA,以及编码参与 rRNA 加工的小核仁 RNA (snoRNA) 和参与 rRNA 加工的小核 RNA (snRNA) 的基因。 mRNA 加工,U6 snRNA 除外。

  RNA聚合酶III(RNA Pol III)也位于核质中。它转录与信号识别颗粒 (SRP) 相关的 tRNA、5S rRNA、U6 snRNA 和 7S RNA 的基因,SRP 参与蛋白质跨内质网膜的易位。

  三种真核 RNA 聚合酶中的每一种都包含 12 个或更多亚基,因此它们是大型复杂酶。

  编码每种真核酶的一些亚基的基因显示出与编码大肠杆菌RNA聚合酶核心酶亚基的基因的DNA序列相似性。

  然而,每种真核 RNA 聚合酶的 4 到 7 个其他亚基是独特的,因为它们与细菌 RNA 聚合酶亚基或其他真核 RNA 聚合酶的亚基没有相似性。

  真核转录的特点

  真核生物中的转录发生在细胞核内,mRNA 从细胞核移出进入细胞质进行翻译。

  RNA 聚合酶启动 RNA 合成是由转录起始位点 5' 侧的启动子位点的存在指导的。

  RNA 聚合酶转录 DNA 模板的一条链,即反义 (-) 链。

  RNA 合成不需要引物。

  RNA 合成发生在 5' → 3' 方向,其中 RNA 聚合酶催化正在生长的 RNA 链的 3-OH 对传入的核糖核苷 5-三磷酸上的 α-磷原子进行亲核攻击。

  真核生物中的 mRNA 由初级 RNA 转录物加工而成,这一过程称为成熟。

  真核转录过程

  这些真核RNA聚合酶合成RNA的基本机制可分为以下几个阶段:

  启动阶段

真核转录的起始阶段

  在起始过程中,RNA 聚合酶识别 DNA 上的特定位点,该位点位于将被转录的基因的上游,称为启动子位点,然后在局部解开 DNA。

  RNA 聚合酶 II 的大多数启动子位点包括一个高度保守的序列,位于起始位点上游(即第 5 侧)约 25-35 bp,具有共有 TATA(A/T)A(A/T),被称为塔塔盒子。

  由于起始点被表示为位置 +1,因此 TATA 框位置被称为位于位置 -25 左右。

  TATA 盒序列类似于原核生物 (TATAAT) 中的 -10 序列,只是它位于更上游的位置。

  这两个元件具有基本相同的功能,即被 RNA 聚合酶识别,以便将酶定位在正确的位置以启动转录。

  TATA 框周围的序列也很重要,因为它会影响启动效率。转录也受到位于 TATA 盒 5' 的上游控制元件的调节。

  一些真核蛋白质编码基因缺少 TATA 盒,而是具有以转录起始位点为中心的起始元件。

  为了启动转录,RNA 聚合酶 II 需要几种其他蛋白质或蛋白质复合物(称为一般(或基础)转录因子)的帮助,它们必须在启动子上组装成复合物,以便 RNA 聚合酶结合并开始转录。

  这些都具有 TFII 的通用名称(用于 RNA 聚合酶 II 的转录因子)。

  起始的第一个事件是转录因子 IID (TFIID) 蛋白复合物通过一个称为 TBP(TATA 盒结合蛋白)的亚基与 TATA 盒结合。

  一旦 TFIID 复合物结合,TFIIA 就会结合并稳定 TFIID-TATA 盒相互作用。接下来,TFIB 绑定到 TFIID。

  然而,TFIIB 也可以与 RNA 聚合酶 II 结合,因此充当桥接蛋白。因此,

  已经与 TFIIF 复合的 RNA 聚合酶 II 现在可以结合。

  随后是 TFIIE 和 H 的结合。这个最终的蛋白质复合物包含至少 40 个多肽,称为转录起始复合物。

  那些具有起始元件而不是 TATA 盒的蛋白质编码基因似乎需要另一种与起始元件结合的蛋白质。

  然后其他转录因子以与上述具有TATA盒启动子的基因类似的方式结合形成转录起始复合物。

  伸长阶段

  TFIIH 有两个功能:

  它是一种解旋酶,这意味着它可以使用 ATP 解开 DNA 螺旋,从而开始转录。

  此外,它使 RNA 聚合酶 II 磷酸化,导致该酶改变其构象并与起始复合物中的其他蛋白质解离。

  关键的磷酸化发生在称为 RNA 聚合酶 II 分子 C 末端结构域 (CTD) 的长 C 末端尾部上。

  有趣的是,只有具有非磷酸化 CTD 的 RNA 聚合酶 II 才能启动转录,但只有具有磷酸化 CTD 的 RNA 聚合酶 II 才能延长 RNA。

  RNA 聚合酶 II 现在开始沿着 DNA 模板移动,合成 RNA,即该过程进入延伸阶段。

  RNA 合成发生在 5' → 3' 方向,其中 RNA 聚合酶催化正在生长的 RNA 链的 3-OH 对传入的核糖核苷 5-三磷酸上的 α-磷原子进行亲核攻击。

  由 RNA 聚合酶 II 由蛋白质编码基因制成的 RNA 分子称为初级转录物。

  终止阶段

真核转录的终止阶段

  RNA 链的延伸一直持续到终止发生。

  与原核生物中的 RNA 聚合酶不同,RNA 聚合酶 II 不会在特定位点终止转录,而是转录可以在基因下游的不同距离处停止。

  由 RNA 聚合酶 II 转录的 RNA 基因缺乏任何特定的信号或序列来指导 RNA 聚合酶 II 在特定位置终止。

  RNA 聚合酶 II 可以继续在基因实际末端之后从几个 bp 到数千个 bp 的任何地方转录 RNA。

  在 RNA 聚合酶 II 完成转录之前,转录物在内部位点被切割。这释放了转录物的上游部分,它将作为进一步处理之前的初始 RNA(在蛋白质编码基因的情况下是前 mRNA)。

  这个切割位点被认为是基因的“末端”。转录物的其余部分被 5'-外切核酸酶(在人类中称为 Xrn2)消化,同时仍被 RNA 聚合酶 II 转录。

  当 5'-外切核酸酶通过消化掉所有突出的 RNA “赶上” RNA 聚合酶 II 时,它帮助聚合酶从其 DNA 模板链上脱离,最终终止该轮转录。

  RNA加工

  初级真核 mRNA 转录本更长,并且位于细胞核中,此时它也称为异源核 RNA (hnRNA) 或前 mRNA。

  它经过各种加工步骤变成成熟的 RNA:

  乳沟

  较大的 RNA 前体被切割形成较小的 RNA。

  初级转录物被核糖核酸酶-P(一种 RNA 酶)切割形成 5-7 个 tRNA 前体。

  封盖和拖尾

  最初在 5' 端添加一个帽(由 7-甲基鸟苷或 7 mG 组成)和在 3' 端的 poly A 尾。

  帽子是经过化学修饰的三磷酸鸟苷 (GTP) 分子。

  拼接

  真核初级 mRNA 由两种类型的片段组成;非编码内含子和编码外显子。

  内含子通过称为 RNA 剪接的过程去除,其中 ATP 用于切割 RNA,释放内含子并连接两个相邻的外显子以产生成熟的 mRNA。

  核苷酸修饰

  它们最常见于 tRNA 甲基化(例如,甲基胞嘧啶、甲基鸟苷)、脱氨基(例如,来自腺嘌呤的肌苷)、二氢尿嘧啶、假尿嘧啶等。

  需要进行转录后处理才能将初级转录物转化为功能性 RNA。

  意义

  DNA转录是调节基因表达的方法。

  它发生在蛋白质翻译的准备过程中并且是蛋白质翻译所必需的。

本文链接:https://www.zjby-biotech.com/news/hydt/764.html

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