第十一章RNA的生物合成(PPT-93)课件.ppt
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- 第十一 RNA 生物 合成 PPT 93 课件
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1、第第 十十 一一 章章RNA的生物合成的生物合成(转录转录)RNA Biosynthesis, Transcription转录转录 (transcription) 生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA l转录生成的产物:转录生成的产物: 主要有主要有rRNArRNA,tRNAtRNA,mRNAmRNA,snRNAsnRNA和和hnRNAhnRNA。 复制和转录的区别复制和转录的区别 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
2、)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)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参与转录的物质参与转录的物质原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA酶酶: : RNA聚合酶聚合酶(RN
3、A polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子第一节第一节 模模 板板 和和 酶酶转录模板转录模板一、转录模板一、转录模板 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)。 模板链模板链/有意义链有意义链/ Watson链:链:DNA双链中按碱双链中按碱基配对规律能基配对规律能指引转录生成指引转录生成RNA的一股单链的一股单链,称称。编码链编码链/反义链反义链/ Crick链:链:与模板链互补的另一与模板链互补的另一股单链。股单链。 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
4、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5GCAGTACATGTC 33 c g t c 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不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) 在在DNA分子双链上某一区段,一股链用分子双链上某一区段,一股链用作模板指引转录,另一股链不转录作模板指引转录,另一股链不转录 ; 模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。转录的特点转录的特点转录的连续性转录的连续性转录的单向性转录的单向性
5、有特定的起始和终止位点有特定的起始和终止位点(转录单位(转录单位:指特定起始点和特定终止点之指特定起始点和特定终止点之间的间的DNA链;通常由转录区和有关的调节链;通常由转录区和有关的调节顺序构成。)顺序构成。) 二、二、RNA聚合酶(聚合酶(DDRPDDRP)(一)原核生物的(一)原核生物的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 150618 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 能能核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 大肠杆菌中大肠杆菌中R
6、NA 聚合酶聚合酶 (DNA dependent RNA polymerase ) 全酶全酶 核核心心酶酶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 -35(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酵母酵母RNA聚合酶聚合酶和和示意图示意图三、模板上酶的辨认、结合三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称为,称为操纵子操纵子(operon),包括若干个,包
7、括若干个结构基因结构基因及其及其上游上游(upstream)的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-poll启动子(启动子(promoter)promoter):DNA顺序顺序RNA聚合聚合酶保护法酶保护法目目 录录开始转录开始转录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(recognition site) 5 5 RN
8、A聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 TTGACAN17TTTACAN16TTTACAN17TTGATAN16CTGACGN18被被RNA聚合酶保护的聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析区段碱基序列分析1-5行举出几个具体操纵子的分析结果行举出几个具体操纵子的分析结果6,7行示对行示对45个操纵子分析后得出的一致性序列个操纵子分析后得出的一致性序列TTGACA TTGACA TATAATTATAAT X/4.5 38 36 29 40 25 30 37 37 28 41 29 44 trp tRNAtrp lac recA ara 最大一致性最大一致性TTAACT N7 A TATG
9、AT N7 A TATGAT N6A TATAAT N7A TACTGT N6A 35区区10区区+1Pribnow box 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 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列(一)转录起始(一)转录起始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。一、原核生物的转录过程一、
10、原核生物的转录过程2. DNA双链解开双链解开1. RNA聚合酶聚合酶全酶全酶( 2)与模板结合与模板结合 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RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi转录起始过程转录起始过程RNA聚合酶OH转录方向模板链5-pppGRNA由由RNA聚合酶、聚合酶、DNA、转录产物、转录产物RNA组成的转录复合物组成的转录复合物 (转录空泡)(转录空泡)DNAF(二
11、)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 + PPiT C G A G T A CA G C T C A T GC G A G U A CG C A URNA聚合酶聚合酶编码链编码链模板链模板链RNAPPi5555333355GTPUTPCTPATPUTP转录的延长转录的延长33起起终终5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原
12、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l依赖依赖Rho ()因子的转录终止因子的转录终止l非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止(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链从转录复合物上脱链从转录复合物上脱落下来。落下来。 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1969,J. Roberts ,因子因子rhorhoPolymerasePolymerase Rho 因子的作用原理因子的作用原理RNA链上带条纹线的代表富含链上带条纹线的代表富含C的
13、区段。的区段。Rho因子结合因子结合RNA(右),发挥其(右),发挥其ATP酶及螺酶及螺旋酶活性旋酶活性5RNA+ATP5332. 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止自动终止自动终止DNA模板上靠近终止处,有些特殊的碱模板上靠近终止处,有些特殊的碱基序列(基序列(富含富含GC和和AT的区域的区域,转录出,转录出RNA后,后,RNA产物形成特殊的结构来终止转录。产物形成特殊的结构来终止转录。TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU.ABCA大肠杆菌核糖体蛋白大肠杆菌核糖体蛋白L基因基因3端碱基序列(上
14、)端碱基序列(上) 及其转录产物可能形成的两种二级结构形式(下)及其转录产物可能形成的两种二级结构形式(下)B5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUA
15、GUCACCAGCCUUUUU. 3茎环茎环(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构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启动子结构基因终止区 1.55核心酶2.3.4.Gppp5.6.5pppG7.5pppG8.5mRNA转录过程转录过程1,2. 待转录的基因待转录的基因 ; 3 至至5 的单股为有意义链的单股为有意义链; 3,4. 起始起始:全酶结合于有启动区全酶结合于有启动区;5.第一个第一个
16、pppG加入加入; 6.因子因子释出后开始延长释出后开始延长; 7.终止终止: 因子加入因子加入,核心酶释出核心酶释出; 8.转录完成转录完成 核心酶F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,其起始过程比原核生物复杂。板,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 element)1. 转录起始前的上游区段转录起始前
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