脱氧核糖核酸转录课件.ppt

1、 转录转录(transcription)(transcription)：以：以DNADNA单链为单链为模板模板，核苷三，核苷三磷酸磷酸NTPNTP（ATP,GTP,CTP,UTPATP,GTP,CTP,UTP四种核糖核苷三磷酸）为四种核糖核苷三磷酸）为原料原料，在在RNARNA聚合酶催聚合酶催化下化下合成合成RNARNA链链的过程。的过程。转录的条件转录的条件：模板模板DNA(不对称转录）不对称转录）原料NTP酶RNA聚合酶聚合酶产物mRNA,tRNA,rRNA配对A-U,T-A,G-C方向5 3引物不需要转录转录转录通用公式：模板Nn+NTP模板Nn+1+PPiMg2+RNA聚合酶1.1.原

2、料是原料是NTP NTP（ATP,GTP,CTP,UTPATP,GTP,CTP,UTP四种四种核糖核苷三磷酸核糖核苷三磷酸）。）。2.RNA2.RNA聚合酶聚合酶+镁镁。3.3.起始链核苷酸为嘌呤核苷三磷酸，起始链核苷酸为嘌呤核苷三磷酸，5 5端保持三磷酸集团。端保持三磷酸集团。4.DNA4.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。双链上，一股链可转录，另一股不转录。5.5.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。6.6.转录方向都是转录方向都是5 5 3 3模板链：模板链：反意义链反意义链 antisense strand：以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成-

3、被转录的那条 DNA 链。编码链编码链：有意义链有意义链 sense strand/template strand：不被转录的那条DNA链。几个基本概念几个基本概念 5-GCAGTACATGTC-3编码链编码链 DNA 3-CGTCATGTACAG-5模板链模板链 5-GCAGUACAUGUC-3 mRNA N-Ala-Val-His-Val-C 蛋白质蛋白质有两方面含义：有两方面含义：1）DNA分子双链上的某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；分子双链上的某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；2）模版链并非永远在同一单链上。）模版链并非永远在同一单链上。双链双链DNA

4、分子上分布着分子上分布着很多基因很多基因，并不是所有基因的转录均在同一条，并不是所有基因的转录均在同一条DNA单链上，单链上，而是一些基因在这条单链转录，另一些基因的转录在另一条单链上，而是一些基因在这条单链转录，另一些基因的转录在另一条单链上，DNA双链一次只双链一次只有一条链可作为模板转录有一条链可作为模板转录，称之为，称之为不对称转录不对称转录。RNA 聚合酶 以DNA 为模板，催化 2个游离的 NTP形成 3，5-磷酸二酯键。1、大肠杆菌RNA聚合酶的组成西格玛 全酶全酶(Holo Enzyme)和核心酶和核心酶(Core Enzyme)Core Enzyme Holo Enzyme（

5、1）全酶（全酶（Holo Enzyme）用于转录的用于转录的起始起始 依靠依靠空间结构空间结构与与DNA模板结合模板结合 专一性专一性地与地与DNA序列序列(启动子启动子)结合结合 （2）核心酶核心酶 （Core Enzyme）作用于转录的作用于转录的延伸过程延伸过程 依靠依靠静电引力静电引力与与DNA模板结合模板结合 非专一性非专一性的结合（与的结合（与DNA的序列无关）的序列无关）2、各亚基的特点和功能、各亚基的特点和功能 （1）因子因子 因子可因子可重复使用重复使用 修饰RNA聚合酶的构型 使Holo Enzyme 识别启动子的特定区域 不同的不同的因子识别不同的启动子因子识别不同的启动

6、子 E.coli 中有中有五五种种因子（因子（70、32、54、28 、24 ）枯草杆菌中有枯草杆菌中有11种种因子因子（2）因子因子核心酶的组建因子核心酶的组建因子 促使促使RNApol 与与DNA模板链结合模板链结合 2 2 前端前端因子使模板因子使模板DNA双链变单链双链变单链 尾端尾端因子使单链因子使单链DNA重新聚合为双链重新聚合为双链 （3）因子因子 促进促进RNA elongation 完成磷酸酯键的连接完成磷酸酯键的连接 Editing 功能（排斥与模板链不互补的碱基）功能（排斥与模板链不互补的碱基）E site:对对NTP非专一性地结合非专一性地结合（4）因子因子 参与参与R

7、NA非模板链的结合非模板链的结合 （充当（充当SSB）构成构成Holoenzyme 后，后，因子含有两个位点因子含有两个位点 I site:该位点专一性地结合该位点专一性地结合ATP或或GTP（利福霉素（利福霉素 rifamycin、利福平、利福平 rifampin）抑制）抑制I位点位点（利迪链菌素（利迪链菌素 streptollydigin）抑制）抑制E位点位点敏感度是指浓度抑制力：敏感度是指浓度抑制力：高（高（10-910-8mol/L），），中（中（10-510-4mol/L），），低（大于低（大于10-3mol/L）。）。一、真核生物的一、真核生物的RNApol 1、三种三种RNApo

8、l：根据对根据对 -鹅膏蕈碱的敏感性不同而分类鹅膏蕈碱的敏感性不同而分类 RNApol 最不敏感最不敏感 （动、植、昆）（动、植、昆）RNApol 最敏感最敏感 RNApol 不同种类（物种）的敏感性不同不同种类（物种）的敏感性不同 2、位置和转录产物位置和转录产物 RNApol 核仁核仁 活性所占比例最大活性所占比例最大 转录转录rRNA（5.8S、18S、28S）RNApol 核质核质 主要负责主要负责 hnRNA、snRNA 的转录的转录 hnRNA（mRNA 前体，核不均一前体，核不均一RNA heterogeneous nuclear RNA）snRNA（核内小分子（核内小分子 RN

9、A small nulear RNA)RNApol 核质核质 负责负责 tRNA 二、二、真核生物的启动子真核生物的启动子三三种种 RNApol 识别识别三三种启动子种启动子 三三种聚合酶种聚合酶需要不同的转录因需要不同的转录因子子-TF、TF、TF 等等三三种转录方式种转录方式 三三种产物：种产物：RNA聚合酶聚合酶mRNA前体；前体；RNA聚合酶聚合酶rRNA；RNA聚合酶聚合酶tRNAt RNA 的转录包括的转录包括 promotion.elongation.termination 三过程三过程 t 从启动子从启动子(promoter)到终止子到终止子(terminator)称为转录单称

10、为转录单 位位(transcription unit)t 原核生物的转录单位原核生物的转录单位有操纵子有操纵子operont 真核生物中的转录单位真核生物中的转录单位无无 operon t 转录起点转录起点即转录原点记为即转录原点记为1，其上游记为负值，下游，其上游记为负值，下游 记为正值记为正值 upstream start point downstream10110一、原核生物启动子和终止子启动子（promoter）:RNA聚合酶的结合区域。启动子的特点启动子的特点:(1)在转录起始点的5端(2)TTGACA:Sextama框，RNA聚合的识别部位（酶靠亚基与之结合），在-35区。(3)T

11、ATAAT:Pribnow 框，RNA聚合酶的结合区，在-10区。Pribnow 框框结合位点结合位点Sextama框框识别位点识别位点（1）Sextama 框（框（Sextama Box）RNA聚合酶的聚合酶的松弛结合松弛结合（只为识别），（只为识别），RNA聚合酶依靠其聚合酶依靠其亚基亚基识别该位点识别该位点 决定了启动子的强度决定了启动子的强度 不同启动子中位置略有变动不同启动子中位置略有变动（2）Pribonow 框（框（Pribonow Box）RNA聚合酶的牢固结合位点聚合酶的牢固结合位点 一致序列：一致序列：TATAAT原核生物的终止子终止子：终止子：提供转录终止信号的一段提供转

12、录终止信号的一段 DNA DNA 序列序列。两个主要特征：1.反向重复序列：5-CGGATG|CATCCG-3 3-GCCTAC|GTAGGC-5 反向序列的长度和GC含量直接影响RNA二级结构的稳定性!2.反向重复序列后接寡聚U二、真核生物启动子真核生物启动子 真核生物中有三种不同的真核生物中有三种不同的RNA聚合酶，聚合酶，因此也有三种不同的因此也有三种不同的启动子启动子，其中以，其中以启动子启动子最为复杂最为复杂。（1 1）有多种元件：）有多种元件：TATATATA框，框，GCGC框，框，CAATCAAT框，框，OCTOCT等；等；（2 2）结构不恒定；）结构不恒定；（3 3）它们的位置

13、、序列、距离和方向都不完全相同；）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同；（4 4）有的有远距离的）有的有远距离的调控元件调控元件，元件起到控制，元件起到控制转录效率转录效率和和选择起始位点选择起始位点的的作用；作用；（5 5）转录时先和其它）转录时先和其它转录激活因子转录激活因子结合，再和聚合酶结合。结合，再和聚合酶结合。增强子增强子-200（1）TATA框：顺序框：顺序TATAATAAT，在转录起始点上游约，在转录起始点上游约-25-30bp处，基本上由处，基本上由A-T碱基对组成，碱基对组成，RNA聚合酶与聚合酶与TATA框牢固框牢固结合之后才能结合之后才能开始开始转录转录。（2）CA

14、AT框：顺序框：顺序GGGTCAATCT，位于转录起始点上游约，位于转录起始点上游约-80-100bp处，也是处，也是RNA聚合酶的一个结合处，聚合酶的一个结合处，控制着转录起控制着转录起始的始的频率频率。（3）GC框：有两个拷贝，位于框：有两个拷贝，位于CAAT框的两侧，由框的两侧，由GGCGGG组成，是一个组成，是一个转录调节区转录调节区。二、延伸二、延伸 以原核生物的以原核生物的RNA连延伸过程为代表连延伸过程为代表n亚基脱离酶分子：亚基脱离酶分子：核心酶与核心酶与DNA的结合变松的结合变松较容易继续前移。较容易继续前移。n核心酶无专一性，能核心酶无专一性，能转录模板上的任何序列转录模板

15、上的任何序列，包括在转录后加工时待切除，包括在转录后加工时待切除的的居间序列居间序列。n脱离核心酶的脱离核心酶的亚基亚基可与另外的核心酶结合可与另外的核心酶结合，参与另一转录过程。，参与另一转录过程。n随着转录不断延伸，随着转录不断延伸，DNA双链顺次地被打开双链顺次地被打开，并接受新来的碱基配对，合，并接受新来的碱基配对，合成成新的磷酸二酯键新的磷酸二酯键后，后，核心酶向前移去核心酶向前移去，使用过的，使用过的模板重新关闭模板重新关闭，恢复原，恢复原来的双链结构。来的双链结构。n一般合成的一般合成的RNA链对链对DNA模板具有模板具有高度的忠实性高度的忠实性。nRNA合成的速度，合成的速度，

16、原核原核为为2550个核苷酸个核苷酸/秒，秒，真核真核为为45100个核苷酸个核苷酸/秒。秒。三、终止三、终止终止：包括终止：包括停止延伸停止延伸+释放释放RNA聚合酶聚合酶及及合成的合成的RNA。原核生物：原核生物：基因或操纵子的末端通常有一段终止序列即基因或操纵子的末端通常有一段终止序列即终止子。终止子。真核生物：真核生物：DNA上也有转录终止的信号区。转录单元的上也有转录终止的信号区。转录单元的3端均富有端均富有AT序列序列，在，在相隔相隔030bp之后又出现之后又出现TTTT序列序列（通常是（通常是35个个T）。）。转录产物的后加工转录产物的后加工1.mRNA前体的后加工前体的后加工

17、原核mRNA的原始转录产物都可直接用于翻译；真核mRNA一般都有相应的前体，前体必须经过后加工才能用于转译蛋白质。真核mRNA的原始转录产物-hn RNA-最终被加工成成熟的mRNA。后加工：后加工：戴帽：装上戴帽：装上5端帽子端帽子，转录产物的，转录产物的5端核苷酸端核苷酸的的2位羟基被甲基化，装上位羟基被甲基化，装上甲基化的帽子甲基化的帽子。Cap的重要性：的重要性：为为核糖体识别核糖体识别mRNA提供信号提供信号；可增加可增加mRNA稳定性，保护其在转运时稳定性，保护其在转运时免遭核酸免遭核酸酶水解酶水解。剪接：剪接：将将hnRNA中的中的内含子内含子切除切除，将，将外显子外显子拼接拼接

18、。内含子参与转录但不表达内含子参与转录但不表达，转录后转录后RNA的分子量比的分子量比成熟成熟mRNA大几倍或几十倍大几倍或几十倍，因此需要，因此需要切除内含子切除内含子，连接外显子连接外显子。加帽加帽5端：端：m7GpppGpN 作用作用:稳定稳定mRNA 5端和翻译的起始有端和翻译的起始有关关加尾加尾3端端:polyA尾巴尾巴作用：稳定作用：稳定mRNA和翻译模板活性有关和翻译模板活性有关mRNA前体的剪接前体的剪接剪除内含子，连接外显子剪除内含子，连接外显子2.tRNA前体的后加工前体的后加工 tRNA前体前体有两类：有两类：单个单个tRNA前体，在前体，在5和和3端各有一段多余顺序；端

19、各有一段多余顺序；含二个含二个tRNA的前体，除的前体，除5和和3端有长短不一的多余顺端有长短不一的多余顺序外，在序外，在两个两个tRNA之间还有数目不等的核苷酸隔开之间还有数目不等的核苷酸隔开。真核生物真核生物tRNA前体后加工的相似步骤：前体后加工的相似步骤：修饰：对修饰：对tRNA分子上的部分核苷酸进行修饰（分子上的部分核苷酸进行修饰（包括包括甲基化、酰化、硫代和重排甲基化、酰化、硫代和重排等）；等）；tRNA前体的前体的剪接剪接，切除，切除5端的先导序列；端的先导序列；添加或修复添加或修复3端端CCA序列序列。真核生物的18s rRNA、5.8s rRNA、28s rRNA基因串联构成转录基因串联构成转录单位单位-rDNA,。每个rDNA单位转录出单位转录出45S的的rRNA前体，前体经剪切后产生前体，前体经剪切后产生18s rRNA、5.8s rRNA、28s rRNArRNA 转录后的加工转录后的加工 逆转录：逆转录：RNA 为模板，有逆转录酶的参与，在 4种 dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成 cDNA(complementary DNA，cDNA)的过程。1、逆转录病毒：鸡肉瘤病毒（ASV）Rouse 肉瘤病毒（RSV）小鼠白血病病毒（MuLV)人类 T细胞白血病病毒（HTLV-I）爱滋病病毒（HIV）SARS