十四章-RNA的生物合成-转录(PPT)课件.ppt
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- PPT 十四 RNA 生物 合成 转录 课件
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1、1 RNA(mRNA,tRNA,rRNA)的的生物合成包括以生物合成包括以DNA为为templete,在,在RNA polymerase催化下合成催化下合成RNA (转录转录)和以和以RNA为模板在为模板在RNARNA复制酶作用下合成复制酶作用下合成RNA (复制复制)两个方面。两个方面。 第一节、概况第一节、概况2转录的基本概念转录的基本概念 在在DNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶聚合酶催化下,以催化下,以DNADNA的模的模板链为模板,板链为模板,4 4种种NTPNTP为原料,按碱基配对规为原料,按碱基配对规律律(T-AT-A,A-UA-U,G-CG-C)合成一条与模板链互合成一条
2、与模板链互补的补的RNARNA链的过程。链的过程。 DNA template 3 ATACTGGAC-5 RNA product 5 UAUGACCUG-3 转录起始于模板的一个特定位置即转录起始于模板的一个特定位置即启动子启动子, 终止于另一终点处即终止于另一终点处即终止子终止子,该区域称为,该区域称为一一个转录单位。个转录单位。3转录的转录的DNADNA模板模板 DNADNA双链中,可作为模板转录成双链中,可作为模板转录成 RNA RNA 的一的一条链,称为条链,称为模板链(或反意义链)。模板链(或反意义链)。 同一同一DNADNA双链中与模板链互补的一条链称双链中与模板链互补的一条链称为
3、为编码链(或有意义链)编码链(或有意义链)。 模板链模板链 = = 反意义链反意义链 = = 负链负链 编码链编码链 = = 有意义链有意义链 = = 正链正链456 该酶需要适当的该酶需要适当的DNADNA作模板,以作模板,以4 4种核糖核种核糖核苷三磷酸(苷三磷酸(NTPNTP)作底物,并在二价阳离子)作底物,并在二价阳离子(MnMn2+2+或或MgMg2+2+)参与下催化)参与下催化RNARNA合成。合成。RNARNA链链的合成方向是的合成方向是5533,不需要引物不需要引物,无,无校对功能。校对功能。第二节、第二节、RNA聚合酶聚合酶(依赖(依赖DNA的的RNA聚合酶)聚合酶) RNA
4、 polymerase ,简称简称DDRP 7已经从已经从E.Coli及其它菌得到高纯度的及其它菌得到高纯度的DDRP 以以E.Coli DDRP为例为例:MW 500Kd、五、五个核个核心心亚基(亚基()及)及第六个亚基第六个亚基 。一、一、 Prokaryote DDRP(仅一种类型)(仅一种类型)8因子:因子:识别识别DNADNA模板上模板上RNARNA合成的起始信合成的起始信号,在号,在RNARNA合成中起发动作用。一旦合成开合成中起发动作用。一旦合成开始,始,因子便释放出来,没有因子便释放出来,没有因子的核因子的核心酶也能完成心酶也能完成RNARNA的合成。的合成。亚基:亚基:与模板
5、结合、酶的滑动以及碱基与模板结合、酶的滑动以及碱基识别有关,具有调控识别有关,具有调控RNARNA转录的作用。转录的作用。亚基:亚基:与与因子与核心酶的结合有关,因子与核心酶的结合有关,并促进第一个磷酸二酯键的形成。并促进第一个磷酸二酯键的形成。 亚基:亚基:与与亚基一起亚基一起参与参与RNARNA的合成。的合成。9二、二、Eukaryote DDRP 多种类型,结构、功能、分布和对模多种类型,结构、功能、分布和对模板的专一性等不同板的专一性等不同 1011三、三、RNARNA聚合酶的主要功能聚合酶的主要功能 1 1、能识别并结合于、能识别并结合于DNADNA模板的启动子部位(真核模板的启动子
6、部位(真核生物还需要转录因子的帮助)生物还需要转录因子的帮助) 2 2、解开转录起始点下游一小段、解开转录起始点下游一小段( (约约 17bp) DNA17bp) DNA双双螺旋,产生单链模板,形成所谓的螺旋,产生单链模板,形成所谓的“转录泡转录泡”; ; 3 3、不需引物,催化形成第一个、不需引物,催化形成第一个3 3,5 5-磷酸二酯磷酸二酯键,沿键,沿 5 533方向延伸方向延伸RNARNA链链 ; 4 4、能识别、能识别DNADNA模板上的转录终止信号;模板上的转录终止信号; 5 5、在基因表达中,参与转录水平的调控。、在基因表达中,参与转录水平的调控。1213第三节、转录过程(以原核
7、为例)第三节、转录过程(以原核为例)Transcription can be divided into 4 stages: Binding E with DNA; Initiation; Elongation; Termination14一、一、RNARNA合成的识别与起始阶段合成的识别与起始阶段 RNARNA聚合酶(聚合酶(DDRPDDRP)首先与模板上的特异首先与模板上的特异起始部位结合,起始部位结合,DNADNA上这个与转录起始有上这个与转录起始有关的部位称为关的部位称为启动子启动子。原核与真核生物的启原核与真核生物的启动子具有各自不同的动子具有各自不同的结构与特点。结构与特点。151
8、1、原核生物启动子的、原核生物启动子的3 3个功能部位个功能部位 转录起始点转录起始点, , 常标以常标以+1+1,第,第1 1个核苷酸为嘌个核苷酸为嘌呤核苷酸呤核苷酸(A(A或或G)G),对应于,对应于RNARNA分子起始部位分子起始部位之前的之前的DNADNA碱基对为负值,而对应于碱基对为负值,而对应于RNARNA分分子起始部位之后的子起始部位之后的DNADNA碱基对为正值,分别碱基对为正值,分别用用上游或下游上游或下游即即- -或或+ +表示。表示。 16典型的大肠杆菌的启动子典型的大肠杆菌的启动子17RNARNA聚合酶的识别部位聚合酶的识别部位牢固结合部位牢固结合部位上游启动子元件:上
9、游启动子元件:富含富含ATAT的识别元的识别元件,通常位于件,通常位于- -4040到到-60bp-60bp之间之间的区域,能极大的区域,能极大地增强启动子的地增强启动子的转录。转录。18 RNARNA聚合酶结合到启动子上并引发转聚合酶结合到启动子上并引发转录的效率在很大程度上取决于这些序录的效率在很大程度上取决于这些序列、序列间的间隔以及它们与转录起列、序列间的间隔以及它们与转录起始位点的距离。始位点的距离。192、Enzyme binds with DNA templete首先首先因子识别因子识别DNADNA上启动子的上启动子的3535区区(TTGACATTGACA),),因子(亚基)通过
10、影响核心酶的因子(亚基)通过影响核心酶的构象使得它与构象使得它与DNADNA一般序列的亲和力大大降低,同一般序列的亲和力大大降低,同时大大增加了酶与启动子的结合常数和停留时间。时大大增加了酶与启动子的结合常数和停留时间。20 全酶结合到全酶结合到DNADNA模板上,形成模板上,形成封闭封闭复合物复合物,然后酶迅速滑向,然后酶迅速滑向1010区区(TATAATTATAAT),并同),并同DNADNA牢固结合,牢固结合,同时聚合酶使同时聚合酶使DNADNA局部打开双链,局部打开双链,形成形成开放复合体开放复合体。21因子的解离因子的解离 RNARNA链的延伸阶段开始后,链的延伸阶段开始后,因子即从
11、核因子即从核心酶心酶-DNA-DNA-新生新生RNARNA复合体上解离下来,并可再复合体上解离下来,并可再用于和新的核心酶结合,可能是因为用于和新的核心酶结合,可能是因为因子如因子如仍然存在将会造成仍然存在将会造成RNARNA聚合酶与启动子序列结聚合酶与启动子序列结合过紧,以致不能沿着模板移动。合过紧,以致不能沿着模板移动。 22233 3、真核生物的转录起始、真核生物的转录起始 真核生物转录起始十分复杂,往往需要真核生物转录起始十分复杂,往往需要多种蛋白质因子的协助。已经知道,在多种蛋白质因子的协助。已经知道,在所有的细胞中有一类叫做所有的细胞中有一类叫做转录因子转录因子的蛋的蛋白质分子,它
12、们与白质分子,它们与RNARNA聚合酶形成转录起聚合酶形成转录起始复合物,共同参与转录起始的过程。始复合物,共同参与转录起始的过程。 真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶I I、IIII、IIIIII各自识别各自识别不同的启动子序列。不同的启动子序列。 24upstream control element,UCE,转录增强作用转录增强作用25上游结合因子上游结合因子选择性因子选择性因子I265s-rRNA基因内部启动子基因内部启动子2728真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶IIII启动的转录启动的转录29 增强子:增强子:除了启动子以外的另一段除了启动子以外的另一段与转录起始有关的序
13、列,能增强或与转录起始有关的序列,能增强或促进转录的起始。促进转录的起始。30 在每个在每个RNARNA聚合酶聚合酶IIII启动子上需要的基本启动子上需要的基本转录因子(转录因子(basal transcription fator, basal transcription fator, TFIITFII)在真核生物中具有高度保守性。)在真核生物中具有高度保守性。 31转录因子转录因子亚基亚基数目数目亚基亚基MrMr功能功能TBP(TATA TATA 结结合蛋白)合蛋白)138 000专一识别专一识别TATATATA盒盒TFIIA312000,19000, 35000使使TFIIBTFIIB和和
14、TBPTBP稳定结合到启动子上稳定结合到启动子上TFIIB135000与与TBPTBP结合,募集结合,募集RNARNA聚合酶聚合酶-TFIIF-TFIIF复合体复合体TFIID1215000-25000与正负调控蛋白结合与正负调控蛋白结合TFIIE234000,57000募集募集TFIIHTFIIH;具;具ATPATP酶及解旋酶活性酶及解旋酶活性TFIIF230000,74000与与RNARNA聚合酶聚合酶IIII紧密结合;与紧密结合;与TFIIBTFIIB结合,结合,阻止阻止RNARNA聚合酶与非专一聚合酶与非专一DNADNA序列结合序列结合TFIIH1235000-89000使启动子处的使
15、启动子处的DNADNA解旋,使解旋,使RNARNA聚合酶磷酸聚合酶磷酸化;募集核苷酸切除修复复合体化;募集核苷酸切除修复复合体真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶IIII转录起始阶段所需转录因子转录起始阶段所需转录因子32RNARNA聚合酶聚合酶IIII启动子的转录启动子的转录33 RNARNA聚合酶聚合酶IIII最大亚基的羧基末端有一段共最大亚基的羧基末端有一段共有序列有序列(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-SerTyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)的重复片段,称为的重复片段,称为羧基末端结构域羧基末端结构域(carboxyl-terminal dom
16、aincarboxyl-terminal domain,CTDCTD)。)。RNARNA聚合酶聚合酶I I和和RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII没有没有CTDCTD。开放。开放复合体形成后,复合体形成后,CTDCTD被被TFIIHTFIIH磷酸化,聚合磷酸化,聚合酶离开启动子开始转录。转录终止,酶离开启动子开始转录。转录终止,CTDCTD去去磷酸化,磷酸化,RNARNA聚合酶从聚合酶从DNADNA上释放。上释放。3435 转录起始时形成的转录起始时形成的“转录泡转录泡”仍保留;仍保留; RNARNA链的延长由核心酶催化,核心酶沿模板链链的延长由核心酶催化,核心酶沿模板链3535方向移动,方向
17、移动,RNARNA链按碱基配对规律沿链按碱基配对规律沿5353方向延伸;方向延伸; 新生链与模板链形成杂化双链新生链与模板链形成杂化双链( (该杂化分子结该杂化分子结构不稳定,构不稳定,RNARNA链游离后,链游离后,DNADNA双链重新形成双链重新形成) ) 随随“转录泡转录泡”和和DDRPDDRP不断移动不断移动( (单链模板不断单链模板不断暴露暴露) ),转录连续不断地进行。,转录连续不断地进行。36转录过程中转录过程中DNADNA超螺旋结构的变化超螺旋结构的变化由于转录引起由于转录引起DNADNA的超螺旋,在转的超螺旋,在转录泡前形成正超螺旋,转录泡后录泡前形成正超螺旋,转录泡后形成负
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