第31章 RNA的生物合成与加工 扬州大学《生物化学》课件.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引物引物 需要需要 不需要不需要不不同同点点以以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53 复
2、制复制 转录转录几个基本概念几个基本概念模板链:模板链:反意义链反意义链(antisense strandantisense 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DNA
3、DNA的的RNARNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase,DDRPDNA-dependent RNA polymerase,DDRP) 转录速度约为转录速度约为5050核苷酸核苷酸/ /秒秒模板识别模板识别双链双链DNA局部解开局部解开转录起始转录起始脱离脱离转录终止转录终止转录延伸转录延伸5 3 NusARNA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 NusA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
4、洗脱次序称为柱上的洗脱次序称为酶酶、 真核生物真核生物RNARNA聚合酶的转录过程与细菌类似,但是其自身不能聚合酶的转录过程与细菌类似,但是其自身不能识别启动子,需由转录因子识别并与之装配成转录复合物后才识别启动子,需由转录因子识别并与之装配成转录复合物后才开始转录。开始转录。过程:装配、起始、延伸和终止过程:装配、起始、延伸和终止4 4个阶段。个阶段。(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、开始转录的一段聚合酶全酶识别、结合、开始转录的一段DNADNA序列。序列。(双链)(双链)2 2、转录因
5、子、转录因子RNARNA聚合酶起始转录所需要的辅助因子(蛋白质)聚合酶起始转录所需要的辅助因子(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
6、区合成第一个磷酸二酯键合成第一个磷酸二酯键5-pppPypN-OH-3转录起始复合物转录起始复合物RNA pol( ) DNApppPypN-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转录区域终止点终止点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 A
7、AT Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp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-DNA形成
8、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:远离转录起始点(远离转录起始点(130kb) 增强启
9、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)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
10、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启动子启动子B B 类别类别启动子启动子 基本启动子(基本启动子(basal pro
11、moter) 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( 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)以TFIIX来表示,其中X按先后发现次序用英文命名。基本启动子基本启动子Y为嘧啶碱起始子(起始子(initiator,Inr)RNA聚合酶聚合酶与转录因子的装配与转录因子的装配上游元件上
12、游元件lCAAT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八聚体框(八聚体框(octamer,被Oct-1和Oct-2识别)与基本启动子及其转录因子共同调节转录。 转录激活因子的诱导调节转录激活因子的诱导调节 磷酸磷酸/去磷酸化(主要是共价修饰)去磷酸化(主要是共价修饰)应答元件应答元件应激或信号转导效应因子应激或信号转导效应因子 类别类别启动子启动子 为为RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII所识别所识别 部分是下游启动子部分是下游启动子/ /内部启动子内部启动子 tRNAtRNA 基因:基因内部两个控制元件基
13、因:基因内部两个控制元件(box Abox A、box Bbox B) 5S rRNA5S rRNA基因:基因:+50+50+83+83(3 3个控制元件个控制元件box Abox A、中间元件、中间元件、box B)box B) 需要需要3 3种转录因子的参与种转录因子的参与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
14、TF F解旋酶,与解旋酶,与pol紧密结合紧密结合20/50(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( antitermi
15、nation 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终止信号位于已转录的序列中,所有原核生物的终止子终止信号位于已转录的序列中,所有原核生物的终止子在终止点之前都有一个回文结构。其产生的在终止点之前都有一个回文结构。其产生的RNARNA可形成茎可形成茎环构成的发夹结构。环构成的发夹结构。1 1、转录终止的两种方式(原核)、转录终止的两种方式(原核)旋酶活性旋酶活性Nus A 蛋白置换蛋白置换因子因子并识别终止子结构,并识别终止子结构,N蛋白可抑蛋白可抑制这种
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