原核生物轉錄Prokaryotic transcription (易懂圖示 + 詳細重點整理)

本篇文章將說明原核生物的轉錄方式，包含轉錄需要什麼、名詞解釋及三個階段個別的介紹。搭配圖示及說明，將更好掌握與理解重點。
另外，也有關於真核生物轉錄的詳細重點，請參考真核生物轉錄 Eukaryotic transcription (詳細重點 + 條列式整理)。

轉錄大綱

轉錄需要的元素

1. 啟動子promoter：RNA polymerase結合的位置。
2. RNA聚合酶(RNA polymerase)。
3. 雙股DNA：其中的一股DNA作為模板。
4. NTP：也就是ATP、TTP、CTP、GTP。
5. 轉錄因子Transcription factor。

**注意容易混淆處：轉錄需有promoter，不需要primer，primer是在進行複製時才需使用。

關於原核生物使用的RNA polymerase

1. RNA polymerase的結構

1. RNA polymerase (holoenzyme) = core enzyme + σ factor
2. core enzyme的組成：α subunit、α subunit、β subunit、β’ subunit。

2. RNA polymerase轉錄時的合成方向

由RNA的5’往3’合成。

3.合成的第1個nucleotide具有3個磷酸(triphosphate)。

關於σ factor

1. σ讀做sigma。
2. σ factor負責辨識promoter，以及使RNA polymerase和promoter之間的結合更緊密。
3. σ factor本身無法結合 promoter，需先結合core enzyme後，才能結合promoter。
4. 不同的promoter會搭配不同的σ factor，來啟動不同基因的轉錄。
5. 舉例：σ⁷⁰為常見的σ factor，house keeping gene會使用σ⁷⁰來啟動轉錄。
6. 舉例：σ^E為對抗heat shock時常用的σ factor。在對抗heat shock時，會使用σ^E來啟動轉錄，使抗heat shock的基因表現。

σ cycle

因為不同的promoter會由不同的σ辨認，所以RNA polymerase可藉由與不同的σ cycle結合，啟動不同的基因轉錄。

關於原核生物的promoter

1. promoter有方向性
2. 有特定的相似序列(consensus sequence)，提供轉錄因子及σ factor協助轉錄。

原核生物的promoter結構

1. UP element(非必要)及core promoter。
2. core promoter中包含普氏箱(Pribnow box)。

**注意容易混淆處：原核生物的promoter結構包含的是普氏箱(Pribnow box)，而非TATA box。

關於UP element

1. 一段AT rich的序列。
2. 若有UP element，RNA polymerase的α-CTD會和UP element結合，使RNA polymerase和promoter之間的結合更緊密，提高轉錄效率。

轉錄時各序列的名稱

原核生物轉錄的3個階段

原核生物轉錄_initiation階段

1. σ factor辨識promoter後，再協助RNA polymerase結合到promoter上，成為holoenzyme。
2. 此時雙股DNA尚未解旋，稱為closed complex。
3. 雙股DNA的promoter區域解旋，成為open complex。
4. σ factor離開，RNA polymerase開始往前進，開始RNA的合成。
5. 合成了幾個nucleotide後，加入elongation factor (NusA)，並開始進入轉錄的elongation階段。

Promoter clearance

Promoter clearance指的是σ factor離開Promoter的這個動作。

原核生物轉錄_elongation階段

1. 當elongation factor (NusA)加入，就開始進入elongation階段。
2. 此階段會有Gre factor加入，具有協助校正的能力，使RNA polymerase的RNase活性提升，將轉錄時錯誤的RNA切掉。

原核生物轉錄_ termination階段

原核生物有兩種方式來進行轉錄的termination階段，依照Rho的參與與否，分成Rho-independent及Rho-dependent。

關於Rho

1. Rho是一種蛋白質，具有ATP-dependent RNA-DNA helicase activity。
2. 也就是字面上的意思，需要利用ATP，將RNA-DNA hybrid解開。
3. 會以hexamer的形式，結合RNA上的rut (一段序列)。

Rho-independent termination

1. 又稱為intrinsic terminators
2. RNA的序列上出現很多C及G，形成hairpin (GC rich hairpin)，Hairpin的後方序列出現許多U。由於這樣的結構不安定，最後導致轉錄終止。

Rho-dependent termination

• RNA會先形成hairpin，來使RNA polymerase先暫停，不繼續前進。
• 接著，Rho以hexamer的方式結合至RNA序列的rut位置。
• Rho開始前進。
• 當Rho遇到hairpin後，Rho發揮helicase的活性，將RNA-DNA解開，導致轉錄終止。

常見問題