真核轉錄
編輯真核轉錄是真核細胞用來將存儲在 DNA 中的遺傳信息復制到可運輸的互補 RNA 復制品單元中的精細過程。 基因轉錄發生在真核和原核細胞中。 與啟動所有不同類型 RNA 轉錄的原核 RNA 聚合酶不同,真核生物(包括人類)中的 RNA 聚合酶具有三種變體,每種變體翻譯一種不同類型的基因。 真核細胞具有將轉錄和翻譯過程分開的細胞核。 真核轉錄發生在細胞核內,在那里 DNA 被包裝成核小體和更高級的染色質結構。 真核生物基因組的復雜性需要基因表達控制的多樣性和復雜性。
真核轉錄分為三個連續的階段:起始、延伸和終止。
轉錄的 RNA 具有多種功能。 例如,核糖體的結構成分由 RNA 聚合酶 I 轉錄。蛋白質編碼基因由 RNA 聚合酶 II 轉錄成信使 RNA (mRNA),將信息從 DNA 傳送到蛋白質合成位點。 更為豐富的是所謂的非編碼 RNA,它們占細胞轉錄輸出的絕大部分。 這些非編碼 RNA 執行多種重要的細胞功能。
RNA聚合酶
編輯真核生物具有三種核 RNA 聚合酶,每種都有不同的作用和特性。
RNA 聚合酶 I (Pol I) 催化除 5S 之外的所有 rRNA 基因的轉錄。 這些 rRNA 基因被組織成一個單一的轉錄單元,并被轉錄成一個連續的轉錄本。 然后將該前體加工成三種 rRNA:18S、5.8S 和 28S。 rRNA 基因的轉錄發生在稱為核仁的細胞核特殊結構中,轉錄的 rRNA 與蛋白質結合形成核糖體。
RNA 聚合酶 II (Pol II) 負責所有 mRNA、一些 snRNA、siRNA 和所有 miRNA 的轉錄。 許多 Pol II 轉錄本作為單鏈前體 RNA (pre-RNA) 短暫存在,進一步加工生成成熟 RNA。 例如,前體 mRNA (pre-mRNA) 在通過核孔進入細胞質進行蛋白質翻譯之前經過廣泛加工。
RNA 聚合酶 I、II 和 III 分別包含 14、12 和 17 個亞基。 所有三種真核聚合酶都有五個核心亞基,與大腸桿菌 RNA 聚合酶的 β、β'、αI、αII 和 ω 亞基具有同源性。 所有三種真核聚合酶都使用相同的 ω 樣亞基 (RBP6),而 Pol I 和 III 使用相同的 α 樣亞基。 三種真核聚合酶彼此共享另外四個共同的亞基。 其余亞基對每種 RNA 聚合酶都是獨特的。 相對于 Pol II,在 Pol I 和 Pol III 中發現的額外亞基與 Pol II 轉錄因子同源。
RNA 聚合酶 I 和 II 的晶體結構提供了了解亞基之間的相互作用和原子細節真核轉錄的分子機制的機會。
RPB1 的羧基末端結構域 (CTD) 是 RNA 聚合酶 II 的xxx亞基,在匯集合成和加工 Pol II 轉錄物所需的機制方面起著重要作用。 CTD 長且結構無序,包含七肽序列 YSPTSPS 的多個重復,在轉錄周期中會發生磷酸化和其他翻譯后修飾。 這些修飾及其調控構成了 CTD 控制轉錄起始、延伸和終止以及耦合轉錄和 RNA 加工的操作代碼。
啟動
編輯真核生物中基因轉錄的起始發生在特定的步驟中。 首先,RNA 聚合酶與一般轉錄因子結合到基因的啟動子區域,形成稱為預起始復合物的封閉復合物。 復合物隨后從閉合狀態轉變為開放狀態導致兩條 DNA 鏈熔化或分離,并將模板鏈定位到 RNA 聚合酶的活性位點。 不需要引物,RNA 聚合酶可以使用模板 DNA 鏈啟動新 RNA 鏈的合成,以指導核糖核苷酸選擇和聚合化學。 然而,許多啟動的合成在轉錄本達到相當大的長度(~10 個核苷酸)之前就中止了。 在這些失敗的循環中,聚合酶不斷制造和釋放短轉錄物,直到它能夠產生長度超過 10 個核苷酸的轉錄物。
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