RNA的生物合成（转录）课件.ppt

1、转录转录是指是指以以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 参与物质参与物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) DNA模板模板RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子复制和转录的区别复制和转录的区别 DNA 聚合酶聚合酶酶酶原料原料模板模板转录转录复制复制配对配对A-U，T-A，G-CA-U，T-A，G-CA-T，G-C，-mRNA ，tRNA ，rRNA子代双链子代双链 DNA产物产物产物产物聚合酶聚合酶RNA（RNA-pol）DNA 聚合酶聚合酶NTPdNTP基因区段，单股重复使用基因区段，单股重复

2、使用两股全程，参与子代两股全程，参与子代转录转录复制复制方式方式半保留复制，半不连续复制半保留复制，半不连续复制不对称转录，连续进行不对称转录，连续进行引物引物RNA引物引物不需引物不需引物一、一、不对称转录不对称转录 1. DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因结构基因(structural gene)。结构基因中能转录生成。结构基因中能转录生成RNA的一股的一股单链，称为单链，称为模板链模板链(template strand)，也称作，也称作有意义链有意义链或或Watson链链。另一股单链是。另一股单链是编码链编码链(coding strand)，也称为也称为

3、反义链反义链或或Crick链链。(一一)转录转录的模板的模板 2. 在包含多个基因的在包含多个基因的DNA分子中，各基因的模板链并分子中，各基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链为模板，这种选择性称不对称转录。为模板，这种选择性称不对称转录。 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转录方向转录方向转录方向转录方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a

4、 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 (二二) 转录的特点转录的特点1. 转录的不对称性转录的不对称性2. 转录方向的单向性转录方向的单向性 3. 转录不需要引物形成转录不需要引物形成4. 转录过程有特定起始和终止点转录过程有特定起始和终止点TGACTGCCTTAGG ACTTTGATGACTGACTGACGGAATCC TGAAACTACTGAC转录单位转录单位上游区上游区下游区下游区结构基因结构基因TGACTGCCTTAGG ACTTTGATGACTGACTGACGGAATCC TGAAACT

5、ACTGAC转录单位转录单位上游区上游区下游区下游区结构基因结构基因单顺反子单顺反子多顺反子多顺反子二、二、 RNA转录的体系转录的体系(一一)模板模板结构基因双链中的一股链结构基因双链中的一股链。(二二)原料原料4种核糖核苷酸：种核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。(三三)RNA聚合酶聚合酶1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶全酶全酶 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 TATAATATATTA+1-55TTGACAAACTGA+20DNA 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结

6、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 量量功功能能原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶开始转录开始转录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聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 2.真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类对鹅膏蕈对鹅膏蕈碱碱的反应的反应45S-rRNAhnRNA5S-

7、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 RNA转录时除需以上物质外，还需要一些转录时除需以上物质外，还需要一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止因因子。真核生物聚合酶子。真核生物聚合酶启动转录时的转录因子。启动转录时的转录因子。 (四四)蛋白因子蛋白因子(一一)转录起始转录起始1. 转录起始需解决两个问题转录起始需解决两个问题 (1)RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。的起始区域。 (2)DNA双链解开，使其中的一条链作为转双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。录的模板

8、。一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程(The Process of Transcription)(2) DNA双链解开。双链解开。(1) RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板与模板保守序列保守序列结合。结合。 (3) 在在RNA-pol作用下形成转录起始复合物。作用下形成转录起始复合物。RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物2. 转录起始过程转录起始过程TGTTGACATATAAT5/5/3/3/-35区区-10区区转录方向转录方向基因转录区基因转录区启动子启动子+1编码链编码链模板链模板链原核生物启动子的保守序列原核生物启

9、动子的保守序列 TATAATATATTA+1-55TTGACAAACTGA+20 +1-55+20RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 pppGpN15 形成闭合转录复合体形成闭合转录复合体 形成开放转录复合体形成开放转录复合体 RNA聚合酶识别结合启动子聚合酶识别结合启动子转录开始转录开始启动子清除启动子清除 转转 录录 延延 伸伸5335-35 -10 +1(二二)转录延长转录延长1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApol核心酶核心酶变构，与模板变构，与模板结合松弛，沿着结合松弛，沿着DNA模板推进，模板推进，NTP不不断聚断聚合合RNA链不断延长。链不断延长。(N

10、MP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol (核心酶核心酶) DNA RNA2.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5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶转录延长转录延长1.依赖依赖 (Rho)因子的转录终止因子的转录终止 因子以六聚体因子以六聚体形式存在，协助形式存在，协助RNA-pol识别终止信号，与转识别终止信号，与转录产物结合，录产物结合，RNA和和RNA-pol一起从模板上脱一起从模板上脱落。落。(三三)转录终止转录终止A T Prho5/3/5/3/rho2.

11、非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，可转录出具有茎环结构的有些特殊的碱基序列，可转录出具有茎环结构的RNA，来终止转录。来终止转录。5/3/5/3/3/5/转录产物转录产物RNA聚合酶聚合酶DNA3/5/3/5/DNA5/U-U-U-U-U-U-U-U- 3/RNA聚合酶聚合酶5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5

12、 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、真核生物的转录起始二、真核生物的转录起始(一一)转录起始转录起始1. 转录因子转

13、录因子 (1)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，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)。 (2)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聚合聚合酶的，则称为酶的，则称为转录因子转录因子(transcriptional factors, TF)。 真核生物的转录起始上游区有不同真核生物的转录起始上游区有不同DNA序列序列的的顺式作用元件顺式作用元件，转录起始时，转录起始时，RNA-pol不直接不直接结合模板结合模板，由，由转录因子转录因子

14、识别起始部位。识别起始部位。参与参与RNA-pol转录的转录的TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使 CTD酸化酸化TFHATPase57 ( )34TFE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TFHATPase5734TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA

15、-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)( )*CTD(carboxyl terminal domain) : RNA-pol大亚基羧基末端结构域。大亚基羧基末端结构域。* TAF(TBP associated factors) :TBP辅助因子。在不同的基因转录中辅助因子。在不同的基因转录中有不同的有不同的TAF辅助。辅助。* TBP(TATA binding protein)

16、: TATA结合蛋白。结合蛋白。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 element)2. 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 3. 转录起始前复合物转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC) POL-TFFABTFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPOL-(二二)转录延长转录延长真核生物转录延长过程与原

17、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，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。现象。 (三三)转录终止转录终止和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。三、三、转录后的加工修饰转录后的加工修饰主要的修饰方式有主要的修饰方式有剪接剪接、剪切、修饰、添加剪切、修饰、添加。 剪切剪切(cleavage)剪接剪接(splicing)(一一) 真核生物真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工1. 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppNm)。1、保护、保护mRNA免受降解免受降解 2、与蛋白质生物合成起始有关、与蛋白质生物合成起始有关2

18、. 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。1、保护、保护mRNA免受降解免受降解 2、引导、引导mRNA由细胞核向胞液转移由细胞核向胞液转移3.mRNA的剪接的剪接真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码真核生物结构基因，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，称为区互相间隔开但又连续镶嵌而成，称为断裂基因断裂基因。 (1) 断裂基因断裂基因(splite gene)(2)外显子外显子(exon)在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。(3)内含子内含子(intron

19、)隔断基因的线性表达而在剪接过隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。程中被除去的核酸序列。 鸡卵清蛋白基因鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰7.7kbL 1 2 3 4 5 6 7ABCDEFG47 185 51 129 118 143 156 1043转录转录GpppGAAAAAGpppGAAAAAGpppGAAAAA 核酶和内切酶核酶和内切酶tRNA核苷核苷酸转移酶、酸转移酶、连接酶连接酶ATPADPtRNA前体前体(二二) tRNA的转录后加工的转录后加工1.

20、转录后剪切转录后剪切tRNA2. 碱基修饰碱基修饰(2)还原反应还原反应 如：如：U DHU(3)核苷内的转位反应核苷内的转位反应 如：如：U (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)(3)(2)(4)OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGDDGGDDDAACAGUUAIAAGUUCCDmAACAmm(1)(三三) rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNADNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S第四节第四节 核

21、核 酶酶具有酶促活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