普通遺傳學/轉錄
轉錄是將DNA中的遺傳資訊轉化為RNA的過程。轉錄機制可以用6個步驟(原核生物中是5個步驟)簡單地描述。
- 要轉錄的DNA片段被參與轉錄的蛋白質識別。
- DNA鹼基對之間的氫鍵斷裂,DNA雙螺旋“解開”。
- 互補的RNA鹼基與現在暴露的DNA鹼基結合。
- RNA聚合酶將RNA鹼基連線在一起,形成一條mRNA鏈。
- 原始DNA鏈和新RNA鏈之間形成的氫鍵斷裂。
- 在真核生物中,新的RNA鏈被進一步加工並移動到細胞質中。
要轉錄的DNA片段稱為轉錄單位,至少包含一個基因。如果這個基因編碼蛋白質,那麼RNA轉錄產物稱為信使RNA或mRNA。該基因還可以編碼核糖體RNA (rRNA)、轉移RNA (tRNA) 或核酶。
啟動子位於基因的上游。啟動子的末端是轉錄起始位點,即要轉錄的DNA序列開始的地方。終止序列停止轉錄。在原核生物啟動子中,只有兩個區域往往是保守的,一個稱為Pribnow盒的位點,位於基因上游10 bp處,以及一個位於基因上游35 bp處的位點。-35位點(共有序列:TTGAC)是RNA聚合酶結合的地方,它首先在Pribnow盒(共有序列:TATAAT)處熔化鏈。
沒有特定的保守或共有序列來表徵原核生物終止序列。然而,它們通常是迴文:從中心對稱點,序列與其自身互補。序列的轉錄形成了一個摺疊成“髮夾”二級結構的RNA轉錄物。髮夾“阻塞”了聚合酶。
Rho依賴性終止需要一種稱為Rho的酶,它緊隨轉錄。當RNA聚合酶由於髮夾結構而暫停時,Rho利用其解旋酶樣功能從DNA上移除RNA轉錄物。在沒有Rho的情況下,終止序列之後通常是一系列A核苷酸。由於A和U之間的分子間力相對較弱,因此從DNA鏈上移除轉錄物所需的能量更少。
原核生物RNA聚合酶覆蓋約60 bp。它具有解旋酶樣活性,這意味著它能夠解開DNA鏈。核糖核苷酸進入RNA聚合酶,並與編碼DNA鏈的核苷酸形成氫鍵。聚合酶催化最後一個3'羥基之間的氫鍵形成
大腸桿菌RNA聚合酶由具有四個亞基的核心組成:β、β'和兩個α亞基。加入一個負責結合位點識別的σ蛋白,形成了一個功能性的全酶。
由於原核生物缺乏細胞核和RNA加工,原核生物能夠進行“耦合”轉錄,即在DNA聚合酶完成從DNA模板合成mRNA之前,核糖體就從mRNA開始合成蛋白質。
RNA Pol I位於核仁,轉錄某些rRNA。
RNA Pol II位於細胞核,轉錄mRNA和大多數SnRNA。
RNA Pol III位於細胞核,轉錄tRNA、某些rRNA和一些SnRNA。
典型的真核生物Pol II啟動子具有位於基因上游75 bp處的CAAT盒(序列:GGNCAATCT)和位於上游25 bp處的TATA或Hogness盒(序列:TATAAA)。然而,RNA Pol II不能直接與啟動子結合。需要一個完整的轉錄因子複合物來與Pol II結合,然後聚合酶才能與DNA結合。這種轉錄因子複合物被稱為預起始複合物。每種細胞型別都有其自身的特徵性轉錄因子,導致同一基因組的不同表達。
真核生物還具有組織特異性的增強子(上調基因表達)和沉默子(下調基因表達)。同源二聚體啟用蛋白對增強子序列具有高親和力。啟用蛋白募集一個蛋白質複合物,該複合物發揮兩個功能:(1)RNA Pol II與增強子位點結合,以及(2)DNA摺疊,使RNA聚合酶“著陸”在增強子上調錶達的基因上。然後,聚合酶轉錄該基因。增強子可以距離其上調錶達的基因數千個鹼基對。
在聚腺苷酸化切割位點,切割和聚腺苷酸化(CPA)複合物被募集並與RNA Pol II結合。這允許切割並減緩RNA Pol II。切割後轉錄的RNA侵入DNA雙鏈體並形成一個“R環”,這進一步阻礙了RNA Pol II的速度。Xrn2核酸外切酶附著在5'端並降解轉錄物。SETX解旋酶充當“魚雷”,以捕獲暫停的RNA Pol II,所有組分釋放。