原核生物转录的终止.doc

原核生物轉錄的終止 原核生物轉錄的終止有兩種主要機制。一種機制是需要蛋白質因數（Rho）的參與，稱為依賴因數(factor)的轉錄終止機制，另一種機制是在離體系統中觀察到，純化的RNA聚合酶不需要其他蛋白質因數參與，可使轉錄終止，稱為不依賴因數的轉錄終止機制。(1) 依賴因數的轉錄終止： 因數是一種分子量為46kDa的蛋白質，以六聚體為活性形式。依賴因數的終止位點，未發現有特殊的DNA序列，但因數能與轉錄中的RNA結合。因數的六聚體被約7080 nt的RNA包繞，啟動因數的ATP酶（ATPase）活性，並向RNA的3端滑動，滑至RNA聚合酶附近時，RNA聚合酶暫停聚合活性，使RNADNA雜化鏈解鏈，轉錄的RNA釋放出來而終止轉錄。因數與轉錄中的RNA結合 向RNA的3端滑動 啟動因數的ATP酶（ATPase）活性 RNA聚合酶暫停聚合活性 (2) 不依賴因數的轉錄終止： 在這種轉錄終止系統中，範本DNA在終止位元點附近有特殊的連續T序列，在連續T之前有富含GC互補區及幾個插入堿基。這種互補區的轉錄物可形成莖-環結構，影響RNA聚合酶的構象使轉錄暫停；同時，由於轉錄產物的（rU）n與範本的（dA）n之間的dArU雜交區的雙鏈是最不穩定的雙鏈，使雜化鏈的穩定性下降，而轉錄泡範本區的兩股DNA容易恢復雙鏈，釋出轉錄產物RNA，使轉錄終止。 真核生物轉錄的終止 真核生物轉錄終止的機制，目前瞭解尚不多，而且3種RNA聚合酶的轉錄終止不完全相同。RNA聚合酶催化的轉錄有18 bp的終止子序列，可被輔助因數識別。RNA聚合酶II和III催化轉錄的終止子，可能有與原核生物不依賴因數的終止子相似的結構和終止機制，即有富含GC的莖-環結構(stem-loop structure)和連續的U。由於成熟的mRNA 3端已被切除了一段並加入了poly A尾,具體的轉錄終止點目前尚未認識。Termination of Transcription (Prokaryotic)In Prokaryotes, there are two types of termination of transcription. The first type is rho depedent termination and the second type is rho indepedent termination.Rho depedent termination is required when the termination sequences lack the series of adenines which are transcribed into uracils on the RNA. In these situations, rho protein is necessary to assist the process of termination. During rho dependent termination, rho protein will bind to the 5end of the RNA. Then ATPase, which activates the rho protein, becomes active; therefore, rho also becomes active. Rho protein scans down the RNA until it catches up with an RNA polymerase which stops at a stem-loop structure. Stem-loop structure, also called the hairpin form, is the result of a specific DNA palindrome structure. At this site, the rho protein then forces the RNA to separate from the DNA template. Rho independent protein is very similar to rho dependent termination, only that it does not require the use of a rho protein. This type of termination also require a specific DNA palindrome structure, which forms a hairpin loop. The formation of this hairpin-loop structure disrupts hydrogen bonding between RNA uracils and DNA adenines at the site of transcription. The structure between RNA uracils and DNA adenines are disrupted because there is only two H-bonds between adenine and uracil compared to three H-bonds between guanine and cytosine. At this DNA plaindrome structure site, the RNA will sepaprate from the DNA template itself.四膜蟲的自我剪接Tetrahymena thermophila，鞭毛原生物、有兩個細胞核，一大一小。小核只是貯藏染色體的地方，沒有轉錄的現象。大核是有性生殖中從小核衍生出來的，屬於多倍體（polyploid），含有45套以上的染色體。另外，核醣體RNA（ribosomal RNA,簡稱rRNA）的基因，在大核中放大為約兩萬個拷貝（copy）。所有的拷貝都可以用來轉錄成rRNA，以應付Tetrahymena每2小時分裂一次的快速生長。1989 年諾貝爾化學獎得主Tom Cech 發現了RNA的自我剪接，傑克在1981年就發現Tetrahymena的pre-rRNA在試管中，不需要蛋白質或ATP的存在就可以進行正確的剪接。唯一需要的只是單價陽離子、鎂離子和鳥嘌呤核（guanosine）。但是，當時他們用的pre-rRNA是從Tetrahymena體內純化出來的，或許還有很緊地附著在上面，無法除掉。他們認為這種pre-rRNA或許只是剪接反應中的中間產物。沒有催化的生化反應，到底還是很難接受。可是後來他們繼續用各種方法以除去這假想的活性，都無法成功。用放射性標識等方法也測不出蛋白質的存在。最後他們想出一個徹底的辦法：用組合DNA的方法，將一段Tetrahymena的rRNA基因種殖（clone）到大腸菌的質體（plasmid）上。純化出來的質體，在試管中用大腸菌的RNA聚合（RNA polvmerase）轉錄，得到一段pre-rRNA的順序包括214氮基長的內子，內子5前面216氮基，和3後面624氮基的外子順序。這樣純化得來的pre-rRNA，從未接觸真核生物物質，也可以進行自我剪接，不需要外來的。於是傑克等人乃肯定Tetrahymena rRNA的剪接功能，是屬於pre-rRNA分子本身結構上所具的活性。另一個有趣的現象是：切下來的內子，本來是直線的，但是也會自己再進行剪接，成為一條15氮基長的直線多核酸，以及一個環狀的RNA。所以整個過程一共剪接兩次：內子的切除以及內子的自我環化。pre-rRNA的剪接是如何自我催化呢？傑克等根據實驗結果提出一個基本模型(見圖)：首先，內含子中的辨識序列3-GGAGGG-5會去辨識外顯子中需要剪接的序列5-CUCUCU-3，特別的是其中有U:G的件結使及部分構造不穩定，接下來溶液中的guanosine（G）插入內子5端的UA順序之間，打斷其間的共價鍵，接到A前面。U則打斷內子3端的GU順序之間的共價鍵，釋放出內子；自己則與U黏接起來，使兩個外子連成完整的rRNA。被切除下來的內子，其3端的G又可以插入5端算起第15及第16位置的UA之間，形成一個環狀RNA和一條15個氨基酸的RNA。整個反應前後的自由能（free energy）不變（磷酯鏈總數不變），這解釋了為什麼過程中不需要外來的能量，如ATP