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5.1概述
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:3189    更新时间:2011/4/15
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名词解释:

基因表达(gene expression)是基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。

 

典型的基因表达是基因经过转录、翻译,产生有生物活性的蛋白质的过程。

 

转录(transcription)是以DNA的一条链为模板(template)合成互补RNA的过程。

转录产生初级转录物为RNA前体(RNA precursor,原初转录物,primary transcript),它们必须经过加工才能成为有生物活性的RNA。

 

翻译是依照mRNA的序列合成蛋白质的过程。

DNA的遗传信息通过mRNA表达为蛋白质中氨基酸顺序。

 

RNA为线性单链分子,极少有环状RNA分子。RNA分子中可形成短双螺旋部分,称为发夹。

 

一个细胞中含有许多不同的RNA子,长度50nts到数万nts。

tRNA:传递氨基酸的RNA。

 

rRNA:核糖体RNA。

 

mRNA:信使RNA,编码一个或多个蛋白质,将DNA的信息传递给蛋白质。寿命为几分钟。

 

5.1 概述

RNA的转录合成类似于DNA的复制,多核苷酸链的合成都是以5’→3’的方向。

 

5.1.1 RNA合成的途径

RNA的合成方式有DNA转录和RNA复制。

DNA转录:以DNA的一股为模板合成一条互补RNA的过程,转录后的RNA序列中的U与DNA的T配对。

RNA复制:以RNA为模板合成RNA。

 

5.1.2 RNA合成的方式——不对称转录

转录区只有一小段DNA的一条链作为模板链(template strand)进行转录,称为不对称转录。

 

DNA分子中仅有一条链作为RNA的模板。如果DNA的两条链均作为RNA的模板,则每个基因必将产生两条有互补顺序的RNA。遗传学证明每个基因只控制一个蛋白质,故实际上只合成了一条RNA链,或者即使合成两条RNA链,其中也只有一条有功能。

 

1963年Julius Marmur和Paul Doty利用DNA-RNA杂交技术,以侵染枯草杆菌(Bacillus subtilis)的噬菌体SP8为材料进行实验,证明DNA只有一条链被转录。

SP8的DNA两条链碱基组成很不平均,其中一条链富含嘌呤,另一条富含嘧啶,富含嘌呤的为“重”链,富含嘧啶的为“轻”链。可用密度梯度离心分离两条链。

 

用SP8感染枯草杆菌细胞后提取RNA,再与变性的噬菌体DNA链杂交,结果RNA只与重链形成DNA-RNA的杂合分子,因此DNA双链中只有一条链作为转录的模板。

 

Marmur和Doty很幸运地选用SP8做实验,因为它的全部基因都是同一条DNA链中转录而来。而另一些噬菌体,包括T4和λ噬菌体,部分基因由一条链转录而其他基因则由另一条链转录;因此若用这些噬菌体而不是SP8做实验,则不能成功地说明问题。

 

如果用RNA聚合酶在体外对DNA双螺旋进行转录,则结果取决于DNA模板受到损伤的程度。

如将T7 DNA变性,使RNA聚合酶能与单链DNA结合,则两条均能被转录。但如果用天然的完整双链DNA为模板,则RNA聚合酶仅能和启动子结合,从而只能转录在活体内被转录的那条链。

 

模板链又称为负链(minus strand,-)、反意义链(anti-sense strand),它与转录出来的RNA反义(序列相反)。

 

模板链是针对某一基因而言的。

不做为模板的DNA链为编码链,又称为正链(plus strand, +)、有意义链(sense strand),它与转录出来的RNA同义(序列相同)。

编码链的序列与转录的RNA序列相同,只是在编码链上的T在RNA中为U。

 

5.1.3 转录方向、起始及终止位点

转录是从DNA分子的特定部位开始的,这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部位。

转录时不需引物,由RNA聚合酶催化以NTP为底物,连续合成RNA链。

 

[g-32P]GTP和非标记的GTP可证明RNA的合成方向,若RNA中的32P无变化,证明合成方向为5’→3’,反之则是3’→5’。

用代谢抑制剂3’-脱氧腺苷证明RNA链合成方向为5’→3’。

 

在DNA上开始转录的第一个碱基规定为+1,与转录相反的方向称上游(up stream);转录方向为下游(down stream)。在上游方向与转录起点相邻的位置定为-1。

 

模板DNA上都有终止转录的特殊信号——终止子,每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。

 

DNA链上从启动子直到终止子为止的序列称为一个转录单位。一个转录单位包括一个或几个基因。

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