(课件)-RNA的生物合成（转录）.ppt

1、RNA的生物合成的生物合成（转录）（转录） ATGCn转录转录 生物体以生物体以DNA的一条链的一条链为模板，以为模板，以NTP为原料合成为原料合成RNA的过程的过程转转录录RNADNA A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制

2、）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制复制和转录的区别复制和转录的区别第一节转录的模板和酶第一节转录的模板和酶n转录以在转录以在DNA的一条链为模板，另一条链的一条链为模板，另一条链为编码链（不转录），这样模板链不总在为编码链（不转录），这样模板链不总在同一条链上，这种转录方式称为同一条链上，这种转录方式称为不对称转不对称转录录 nDNA双链中按碱基配对规律能指引转录生双链中按碱基配对规律能指引转录生成成RNA的一股单链，称为的一股单

3、链，称为模板链模板链，也称作，也称作有有意义链意义链或或Watson链链。相对的另一股单链。相对的另一股单链是是编码链编码链，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150

4、618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能（一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶全酶全酶 转录起始转录起始转录延长阶段转录延长阶段亚基脱落亚基脱落RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 （二）真核生物的（二）真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物模板与酶的辨认结合模板与酶的辨认结合n原核生物一个转录区段可视为一个转录单

5、原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为位，称为操纵子操纵子，包括若干个，包括若干个结构基因结构基因及及其上游的其上游的调控序列调控序列5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启动子启动子开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点辨认位点5 5 RNA聚合酶保护区聚

6、合酶保护区结构基因结构基因3 3 第二节转录过程第二节转录过程一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板结合与模板结合-35区，区，酶移向酶移向10区，跨入转录起始点区，跨入转录起始点 2. DNA双链解开，双链解开，20bp以下，通常是以下，通常是（171）bp转录起始过程转录起始过程3. 在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物（形成转录起始复合物（ 5 - 端端GTP、ATP）RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 亚基脱落，进入延长阶

7、段亚基脱落，进入延长阶段转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi（二）转录延长（二）转录延长1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移； 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 3. 转录空泡转录空泡 DNA/DNADNA/RNA G-CA-TA-U转录空泡转录空泡：RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA

8、DNA/DNADNA/RNAG-CA-TA-U5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶（三）转录终止（三）转录终止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来不模板上停顿下来不再前进，转录产物再前进，转录产物RNA链从转录复合物上链从转录复合物上脱脱落落下来。下来。 分类分类A T P1. 依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止2. 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出的碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物产物形成特殊的结构形

9、成特殊的结构来终止转录。来终止转录。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3茎环茎环/发夹结构发夹结构茎环结构使转

10、录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol二、真核生物的转录过程二、真核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模不直接结合模板板，其起始过程比原核生物复杂。，其起始过程比原核生物复杂。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting

11、 element)1. 转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体2. 转录因子转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为的蛋白质，现已发现数百种，统称为反反式作用因子式作用因子反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(TF)参与参与RNA-pol转录的转录的TF 蛋白激酶活性，使蛋白

12、激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁

13、33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子3. 转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的合，而需依靠众多的转录因子转录因子。 POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-

14、PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化4. 拼板理论拼板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。配而有针对性地结合、转录相应的基因。 （二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因似，但因有核膜相隔有核膜相隔，没有转录与翻译同步的，没有转录与翻译同步的现象。现象。 R

15、NA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。 转录延长过程中可以观察到转录延长过程中可以观察到核小体移位和核小体移位和解聚解聚现象。现象。 5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）转录终止（三）转录终止 和转录后修饰密切相关和转录后修饰密切相关一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp ) 3 端加上端加上多聚腺苷

16、酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)第三节真核生物的转录后修饰第三节真核生物的转录后修饰5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基化酶甲基化酶帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi（二）（二）mRNA的剪接的剪接1. hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)snRNA (small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体小分子核糖核蛋白体（snRNP）RNARNA剪接场剪接场所所snRN

17、A真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区2. 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列的核酸序列 内

18、含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列除去的核酸序列鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA3. 内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为子分为4 4类类 I I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的核生物的rRNA基因；基因；I

19、I II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； IIIIII：是常见的形成套索结构后剪接，大多数是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子； IVIV：是是tRNA基因及其初级转录产物中的内基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及含子，剪接过程需酶及ATP。4. mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为剪接体结合成为剪接体UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U

20、5pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 5. mRNA的编辑的编辑(mRNA editing) 人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 000）mRNA编辑编辑二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGT

21、GCGGTTCGANNCCDNARNaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU（4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4） （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U 1 1OHOCH2OHOHNNOO三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S45S - rRNA四、核四、核 酶酶具有酶促活

22、性的具有酶促活性的RNA称为核酶称为核酶核酶核酶(ribozyme)核酶作用的基础核酶作用的基础锤头结构锤头结构底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同一分子上包括有催化同一分子上包括有催化部份和底物部份部份和底物部份 催化部份和底物部份组催化部份和底物部份组成锤头结构成锤头结构 核酶研究的意义核酶研究的意义人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点P112 A1型选择题：型选择题：20、C X型选择题：型选择题：3、BD 5、BC 9、BCD