王镜岩生化第三版考研课件 第36章 RNA的生物合成与加工.ppt
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1、 DNA复制与转录的比较复制与转录的比较相相同同点点模板模板 两股链均复制两股链均复制 模板链转录模板链转录 合成方式合成方式 半保留复制半保留复制 不对称转录不对称转录 原原 料料 dNTP NTP 聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 碱基配对碱基配对 A-T,G-C A-U,T-A,G-C 产物产物 半保留的双链半保留的双链DNA 单链单链RNA不不同同点点以以DNA为模板为模板 遵循遵循碱基配对碱基配对原则原则 都需都需依赖依赖DNA的聚合酶的聚合酶 聚合过程都是生成聚合过程都是生成磷酸二酯键磷酸二酯键新链合成方向为新链合成方向为533/50 复制复制 转录转录几个基本
2、概念几个基本概念模板链:模板链:反意义链反意义链(antisenseantisense strand strand,(-)(-)链链) 以该链中的以该链中的DNADNA碱基顺序指导碱基顺序指导RNARNA的合成的合成即被转录的那条即被转录的那条DNADNA链。链。不对称转录不对称转录 .DNA.DNA双链上,仅一股链转录,另一股不转录。双链上,仅一股链转录,另一股不转录。 . .有意义链与反意义链并非固定不变。有意义链与反意义链并非固定不变。 . .转录方向都是转录方向都是5 35 3转录方向转录方向5 3模板链模板链 (一)(一)RNARNA聚合酶聚合酶依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚
3、合酶聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase,DDRPDNA-dependent RNA polymerase,DDRP) 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合 起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应 酶的装配、结合启动子等酶的装配、结合启动子等全酶全酶( (2 2 ) )全酶全酶= 2() 核心酶核心酶= 2 开始合成开始合成RNA链时必需有链时必需有因子,因子, 一旦合成开始即释放出来一旦合成开始即释放出来 参与酶与底物的结合,参与酶与底物的结合, 以及与以及与因子和核心因子和核心 酶的结
4、合酶的结合 参与参与因子和核心酶的结合,因子和核心酶的结合, 并参与并参与RNA合成的引发、合成的引发、 延伸延伸 与结合模板、酶的滑动及碱基识别有关与结合模板、酶的滑动及碱基识别有关起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA启动子启动子Promoter 终止子终止子terminator5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开转录泡转录泡2. 真核细胞真核细胞RNARNA聚合酶聚合酶在在DEAE-SephadexDEAE-Sephadex柱上的洗脱次序称为柱上的洗脱次序
5、称为酶酶、 NHCOCH2NHCOCHNHCOCH3CHCHOHCH2OHCHHNCNHCHCNHCH2CCOCHNHHOCH2NHNHCHCHCH3CH2CH3COOOOCH2CH2SOOH鹅膏覃碱的化学结构酵母酵母RNARNA聚合酶聚合酶See Movie of Transcription(二)启动子(二)启动子(promoterpromoter)和)和转录因子转录因子1 1、启动子、启动子 RNARNA聚合酶全酶识别、结合、开始转录聚合酶全酶识别、结合、开始转录的的DNADNA序列序列(双链)(双链)2 2、转录因子、转录因子RNARNA聚合酶聚合酶起始转录起始转录所需要的辅助因子(蛋白
6、质)所需要的辅助因子(蛋白质)足迹法(足迹法(Footprinting)足迹法技术用于测定足迹法技术用于测定与特殊蛋白质与特殊蛋白质结合的核酸顺序结合的核酸顺序。如该技术提供了如该技术提供了RNARNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子之间相互作用的信息并确定了作用之间相互作用的信息并确定了作用位点(启动子)的核苷酸顺序。位点(启动子)的核苷酸顺序。通过核酸酶消化分离Pr结合的DNA片段足迹法确定足迹法确定启动子序列启动子序列原核生物的转录起始原核生物的转录起始亚基辨认亚基辨认-35区区RNA pol 全酶移向全酶移向-10区区合成第一个磷酸二酯键合成第一个磷酸二酯键5-pppGpN-OH-3转录起
7、始复合物转录起始复合物RNA pol( ) DNApppGpN-OH亚基脱落亚基脱落(结合松弛)(结合松弛)(结合紧密)(结合紧密)转录起始不需引物!转录起始不需引物!16/50RNA聚合聚合酶保护区酶保护区结构基因结构基因终止点终止点10- -10TTGACATATAAT转录开始转录开始+ +1翻译开始翻译开始Purine- -35(Pribnow box)辨认结合区辨认结合区转录起始区转录起始区12/50大肠杆菌启动子共有序列的功能大肠杆菌启动子共有序列的功能 AGTCTTGACA AAT TTAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9b
8、p起点由含由含 70RNA聚合酶全酶识别的典型大肠杆菌启动子聚合酶全酶识别的典型大肠杆菌启动子促进转录促进转录TTGACATATAAT-35原核生物原核生物RNA聚合酶及其在转录起始区的结合聚合酶及其在转录起始区的结合-109/50 70 32Heat shock protein (HSP)热休克蛋白热休克蛋白应激应激延长延长- - 转录泡转录泡RNARNA聚合酶(核心酶)聚合酶(核心酶)与与DNADNA模板紧密结合,模板紧密结合,沿沿3 53 5方向移方向移动动解旋作用:解旋作用:DNADNA解开解开聚合功能聚合功能(不具外切酶功能)(不具外切酶功能) 杂交螺旋杂交螺旋 RNA-DNARNA
9、-DNA形成杂交螺旋形成杂交螺旋 转录产物转录产物RNARNA沿沿5 35 3方向延长方向延长See Movie 核心酶核心酶4 4、真核生物的起始、真核生物的起始较原核生物复杂较原核生物复杂 顺式作用元件顺式作用元件 ( (启动子启动子/ /增强子增强子) ) 转录因子转录因子(transcription factor,TF)(transcription factor,TF) RNARNA聚合酶聚合酶所需的转录因子所需的转录因子 -转录因子转录因子 (TFTF) 启动子启动子 上游启动子元件上游启动子元件(upstream promotor elements,UPE) 增强子增强子:远离转录
10、起始点(:远离转录起始点(130kb) 增强启动子转录活性增强启动子转录活性DNA序列序列 作用与方向、距离无关作用与方向、距离无关 沉默子沉默子:负性调节元件,起阻遏作用:负性调节元件,起阻遏作用 与基因表达调控有关的与基因表达调控有关的DNA非编码序列非编码序列顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)顺式作用元件顺式作用元件增强子增强子反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 概念:为概念:为DNA结合蛋白,可使邻近基因结合蛋白,可使邻近基因 开放(开放(正正调控)或关闭(调控)或关闭(负负调控)调控)特点:特点: 三个功能结构域:三个功能
11、结构域:DNA识别结合域识别结合域 转录活性域转录活性域 结合其他蛋白的结合域结合其他蛋白的结合域 能识别并结合顺式作用元件能识别并结合顺式作用元件(cis-acting element) 正调控与负调控正调控与负调控功功能能结结构构域域反式作用因子结构域的模式反式作用因子结构域的模式 DNA结合域结合域(DNA- binding domain) 锌指结构锌指结构(zinc finger motif) 同源结构域同源结构域(homodomain,HD): 螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋(helix-turn-helix) 亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构结构 (leucine zipper) 螺旋螺旋-
12、环环-螺旋螺旋(helix-loop-helix,HLH) 碱性碱性螺旋螺旋(alkaline -helix)A A 类别类别启动子启动子(有种属特异性)(有种属特异性) 控制控制rRNA前体基因的转录前体基因的转录 近启动子近启动子-40-40+20+20:决定转录起始的精确位置:决定转录起始的精确位置 远启动子远启动子-180-180-107-107:影响转录的频率:影响转录的频率 (核心启动子和上游控制元件)(核心启动子和上游控制元件) 需要两种转录因子的参与需要两种转录因子的参与upstream control element结合于富含结合于富含CGCG的区域的区域四聚体蛋白四聚体蛋白
13、B B 类别类别启动子启动子 基本启动子(基本启动子(basal promoter) 起始子(起始子(initiator) 上游元件(上游元件(upstream element) 应答元件(应答元件(response element) 需要多种转录因子的参与需要多种转录因子的参与 TATA框( Hogness box, 2525至至-30bp-30bp ) 与RNA聚合酶的定位有关 DNA双链解开的部位 辅助因子为通用转录因子通用转录因子 (general transcription factor,GTF)基本启动子基本启动子Y为嘧啶碱起始子(起始子(initiator,Inr)RNA聚合酶聚
14、合酶与转录因子的装配与转录因子的装配上游元件上游元件lCCAAT框(被框(被CP1CP1、CP2CP2和核因子和核因子NF-1NF-1识别)识别)lGC框(被框(被Sp1Sp1识别)识别)l八八聚体框(八八聚体框(octamer,被Oct-1和Oct-2识别) 转录激活因子转录激活因子 的诱导调节的诱导调节 磷酸磷酸/去磷酸化去磷酸化应答元件应答元件细胞因子细胞因子酪氨酸激酶酪氨酸激酶JAK-STAT途径途径信号转导子和转录激活子信号转导子和转录激活子 类别类别启动子启动子 下游启动子下游启动子/ /内部启动子内部启动子 tRNAtRNA 基因:两个分隔的部分(基因:两个分隔的部分(A A、B
15、 B区)区) 5S rRNA5S rRNA基因:基因:+50+50+83+83 需要需要3 3种转录因子的参与种转录因子的参与定位因子定位因子通用转录因子通用转录因子RNARNA聚合酶聚合酶催化的转录过程催化的转录过程起始起始参与参与RNA-pol 转录的转录的TF转录因子转录因子功功 能能TF A稳定稳定TBP及及TFB与启动子的结合与启动子的结合TF B与与TPB结合引进结合引进pol- TFF复合物复合物TBP辨认辨认TATA盒盒TF HATPase、激酶、解旋酶、激酶、解旋酶TF F解旋酶,与解旋酶,与pol紧密结合紧密结合20/50TBPTBP与与DNADNA的结合的结合TBP-TA
16、TA binding proteinTAF-TBP-associated factorsTFTFD DTF TF A A TFTFB BRNA poly/TFRNA poly/TFF FTFTFE EPICPICD TATABFEDNA起始前复合物起始前复合物 (Pre-Initiation Complex,PIC)ARNA polyTATATATA起始前复合物起始前复合物(PICPIC)的生成)的生成(三)终止:终止子和终止因子(三)终止:终止子和终止因子 转录至模板某一位置转录至模板某一位置 停止形成磷酸二酯键停止形成磷酸二酯键 RNARNADNADNA杂交链解开杂交链解开 DNADNA解
17、链的部分重新形成双螺旋解链的部分重新形成双螺旋 RNARNA聚合酶离开聚合酶离开DNADNA终止子终止子(terminator)提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNA序列序列终止因子(终止因子(termination factor)协助协助RNA Pol识别终止信号的辅助因子识别终止信号的辅助因子抗终止因子(抗终止因子( antitermination factor )阻碍终止子作用的蛋白阻碍终止子作用的蛋白 造成通读(造成通读(readthrough) 如:噬菌体早、中、晚期基因的时序表达如:噬菌体早、中、晚期基因的时序表达1 1、转录终止的两种方式(原核)、转录终止的两种方式(原核)旋
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