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【转载】DNA复制的解旋与转录解旋的比较  

2014-11-26 21:04:38|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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人教版必修2[教师用书]P99:基因的转录是由RNA聚合酶催化进行的。基因的上游具有结合RNA聚合酶的区域,叫做启动子。启动子是一段具有特定序列的DNA,具有和RNA聚合酶特异性结合的位点,决定了基因转录的起始位点。RNA聚合酶与启动子结合后,在特定区域将DNA双螺旋两条链之间的氢键断开,使DNA解旋,形成单链区,以非编码链为模板合成RNA互补链的过程就开始了.

这一段话引起了我的思考,到底DNA转录要不要解旋酶?DNA转录与DNA复制的解旋有何不同?

1.     DNA复制的解旋。

1.1原核生物DNA复制的解旋

1.1.1DNA复制过程要解开双螺旋仅仅靠解旋酶是不够的。与解链有关的酶和蛋白质有:

(1)解旋酶:有一类能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA的酶称为DNA解旋酶。

如:DnaB、 rep蛋白、 PriA(w蛋白)、TraY/I等。

(2)单链结合蛋白:在DNA链上,DNA解旋后存在单链区,为了避免单链退火或形成链内氢键,单链区必须与单链结合蛋白(SSB)结合。

(3)拓扑异构酶Ⅰ:DNA复制中双螺旋的解开使复制叉前面产生正超螺旋,拓扑异构酶Ⅰ可以使产生的这种应力释放而使超螺旋DNA变得松弛。

(4) 拓扑异构酶Ⅱ:拓扑异构酶Ⅱ可以在水解ATP的同时使松弛状态环状DNA变为负超螺旋DNA,在没有ATP时可以使超螺旋DNA变为松弛态,其反应机制不同于拓扑异构酶Ⅰ。拓扑异构酶Ⅱ广泛存在于各种生物中,它是完成复制所必需的一种酶,至少可以使完成复制的两个子代环状DNA互相分开。

DNA复制的解旋与转录解旋的比较 - 一江秋水 - 一江秋水的博客

图1:超螺旋

DNA复制的解旋与转录解旋的比较 - 一江秋水 - 一江秋水的博客

图2:DNA超螺旋结构

DNA复制的解旋与转录解旋的比较 - 一江秋水 - 一江秋水的博客

图3:拓扑异构酶Ⅰ的作用

DNA复制的解旋与转录解旋的比较 - 一江秋水 - 一江秋水的博客

图4: 拓扑异构酶Ⅱ的作用

 

1.1.2原核生物DNA复制解旋的大概过程(以大肠杆菌为例)

双链环状DNA的复制起始需要一系列的激活作用。(1)起始双链区必需打开一小段,这主要依赖DNA聚合酶在附近的转录,将双链打开(2)双链解开的这一点沿着DNA向两边延伸扩展,产生复制叉(3)开始合成引物。

首先的大肠杆菌的DnaA单体结合到orC上形成一个核心,开始解链,产生一个开放复合物。DnaB(是大肠杆菌解旋酶)能识别复制叉潜在的单链结构,取代DnaA,与DnaC形成复合体,从而形成双向复制叉。解旋反应还需要旋转酶和单链结合蛋白、引物酶、引发前提蛋白。拓扑异构酶Ⅰ的作用和拓扑异构酶Ⅱ的作用如前所述。

 

 1.2真核生物DNA的复制:真核生物DNA的复制也需要单链结合蛋白和解旋酶。

以SV40DNA的复制为例,Tag首先识别复制原点并与之结合,Tag的解旋酶活性使DNA局部溶链,RPB是一种单链结合蛋白,引物酶合成引物,合成起始。

2.1原核生物转录的解旋

原核细胞中,除了某些启动子需要辅助因子之外,RNA聚合酶可以单独起始转录。正如必修2所说的,无需解旋酶的参与。

以大肠杆菌为例,RNA聚合酶单独起作用,在启动子处识别一个合适的构型中,打开双螺旋从而对其中的碱基进行拷贝。在Pribnow box 区,DNA双螺旋解开与RNA聚合酶形成开放复合物,转录开始。

2.2真核生物转录的解旋

在真核生物中,,RNA聚合酶不能单独起作用,需要负责识别启动子元件的辅助因子,即转录因子,对转录起始所必需的但不是RNA聚合酶成分的任何蛋白质定义为转录因子。

与RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相应的转录因子分别称为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ,对TFⅡ研究最多。下表列出真核基因转录需要基本的TFⅡ。

 RNA聚合酶Ⅱ的基本转录因子

转录因子

分子量(kD)

功能

TBP

30

与TATA盒结合

TFⅡ-B

33

介导RNA聚合酶Ⅱ的结合

TFⅡ-F

30,74

解旋酶

TFⅡ-E

34,37

ATP酶

TFⅡ-H

62,89

解旋酶

TFⅡ-A

12,19,35

稳定TFⅡ-D的结合

TFⅡ-I

120

促进TFⅡ-D的结合

TFⅡ-F 和TFⅡ-H和RNA聚合酶结合后具有解旋酶活性,从解旋酶的定义(一类能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA的酶称为DNA解旋酶)来看,它们便是解旋酶,只不过与DNA复制过程的解旋酶有所不同。

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