基因的转录和调节.ppt

基因信息的传递及其调控细胞的生物学性状是由其遗传物质携带的遗传信息所决定，绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数噬菌体和病毒的是RNA。基因，gene是细胞内遗传物质的最小功能单位，是负载有特定遗传信息的DNA片段，其结构一般包括DNA编码序列、非编码调节序列和内含子。基因的功能是为生物活性物质编码，其产物为各种RNA和蛋白质。蛋白质是生命活动的执行者，基因能通过转录和翻译，由DNA决定蛋白质一级结构，从而决定蛋白质的功能。同时基因还能通过复制将遗传信息代代相传。1958年，Crick提出分子生物学的“中心法则”，centraldogma，阐明了从DNA到蛋白质的遗传信息流动方向和过程。最初的中心法则认为
①遗传信息包含在DNA的碱基顺序中，通过DNA的复制使其代代相传；
②DNA遗传信息通过转录传递给mRNA，再通过翻译传递给蛋白质，生物的性状由蛋白质决定
③遗传信息的传递可以由DNA到DNA，DNA到RNA，
RNA到蛋白质，但遗传信息一旦进入蛋白质就不能再传出。
分子生物学的中心法则这些观点涵盖了大多数生物遗传信息贮存和表达的基本规律。
1970年，Temin发现了逆转录现象和逆转录酶，表明少数RNA也是遗传信息的携带者，并阐明了生物界中另外一种遗传信息的流动方向，从而使“中心法则”更加完善
而最近“朊病毒，prion”概念的提出，表明蛋白质也可能是遗传信息的载体，这一观点对中心法则提出了挑战。就单个生物体而言，其所有细胞都具有同样的基因，然而不同组织细胞的基因表达情况不同，有些基因被启动进行表达，有些基因被抑制不表达或少表达。即使在同一类型细胞的不同发育阶段，基因表达情况也有不同。基因表达调控遵循一般的规则，即一个体系在需要时被打开，不需要时就被关闭或抑制。这种基因“开”和“关”的控制是通过对基因信息传递过程的多个环节来实现的。转录将基因信息从DNA传递到蛋白质(一)转录是基因信息从DNA传递到蛋白质的重要环节
DNA碱基排列顺序决定了编码蛋白质的氨基酸序列，是蛋白质合成的原始模板。mRNA是蛋白质合成的直接模板，其他几种RNA是参与翻译过程的重要因子。通过基因转录遗传信息从细胞核转运到细胞质，从功能上衔接了DNA和蛋白质这两种生物大分子。基因转录具有以下特点：
1．合成RNA的底物是5´-三磷酸核苷，包括ATP、GTP、CTP和UTP。
2．在RNA聚合酶作用下一个NTP的3-OH和另一个NTP的5’-P反应，形成磷酸酯键。
3．RNA碱基顺序由模板DNA碱基顺序决定，依靠NTP与DNA碱基配对的亲和力被选择。4．在被转录的双链DNA分子的任何一个特定区域都是以单链为模板。
5．RNA合成的方向是5’一3’，生成的RNA链与模板链反向平行，游离的NTP只能连接到RNA链的3’-OH端。
6．在RNA的合成中不需要引物。DNA双链的不对称转录(二)DNA链是基因转录的模板
DNA双链上有转录的启动部位和终止部位，两者之间的核苷酸序列是遗传信息的储存区域，在转录时起模板作用。在基因组全长DNA链中只有部分DNA片段能发生转录，这种能转录出RNA的DNA区域称为结构基因，structuralgene。DNA链这种选择性转录也称为不对称转录，asymmetrictranscription，它有两方面含义：①在DNA分子双链上，总是只有一股链用作模板指引转录，另一股链不转录。能指引转录生成RNA的DNA单链称为模板链，templatestrain，有时也称为有意义链，sensestrain或Watson链；相对于模板链不指引转录的另外一股DNA单链称为编码链，codingstrain，又称为反义链，antisensestrain或Qick链。
②模板链并非总是在同一单链上。在DNA双链某一区段，以其中一单链为模板，而在另一区段，又反过来以其相对应单链为模板。(三)RNA聚合酶是基因转录的关键酶
基因转录过程本质也是一个以核糖核苷酸为底物的多步酶促反应过程，这些反应需要有转录酶催化，转录酶，transcriptase即RNA聚合酶，又称DNA依赖的RNA聚合酶，DNAdependentRNApolymerase。该酶分布于原核细胞的胞液和真核细胞的胞核，分别催化转录的进行。原核生物细胞的RNA聚合酶只有一种类型，能催化各类RNA包括mRNA、rRNA、tRNA的生物合成。目前研究得比较清楚的是大肠杆菌的RNA聚合酶，它在执行不同的
生理功能时分别以全酶，holoenzyme和核心酶，coreenzyme两种不同的状态存在。
全酶由四种5个亚基组成,α2ββ'σ，核心酶由全酶的α2ββ'四个亚基组成。
σ亚基又称σ因子，它本身并没有催化活性，其作用是识别DNA模板上的启动子，辨认转录起始位点。σ亚基结合到核心酶上后可能引起酶构型的变