生物化学：Chapter 11 RNA生物合成.ppt

RNA Biosynthesis (Transcription),RNA 生物合成 (转录),第 十 一 章,转录（transcription） 生物体以DNA为模板按照碱基配对原则合成RNA的过程 转录,DNA,转录与复制的相似点： 1. 模板均为DNA； 2. 延长机理都是形成磷酸二酯键； 3. 方向均为53； 4. 遵循碱基配对原则； 5. 聚合酶的活性依赖于DNA转录和复制的区别,参与转录的物质,原料: NTP（ATP, UTP, GTP, CTP） 模板: DNA 酶: RNA聚合酶（RNA polymerase, RNA-pol） 其他蛋白质因子,一、转录的模板和酶 Templates of Transcription and Enzymes,（一）转录的概念,转录是以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化下按碱基配对原则合成RNA的过程二）转录的模板,体内DNA的两条链中仅有一条链可以作为模板进行转录；或者某些区段以一条链为模板，而另一区段以另一条链为模板模板链并非永远在同一单链上 转录仅以DNA一条链的某一区段为模板，这种转录方式称为不对称转录(asymmetric transcription)。

双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链（template strand）、无意义链、负链或Crick链 另一条互补链称为编码链（coding strand）、有意义链、正链或Watson链转录产物RNA的碱基序列，除了T变U 外，其余与编码链相同二、RNA聚合酶（DDRP） 1. 原核生物的RNA聚合酶 E.coli的RNA聚合酶是由五种亚基组成的六聚体（2 ）,E. coli RNA聚合酶组分,RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱,其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli相似 原核生物的RNA聚合酶都受一类抗结核药利福平或利福霉素的特异性抑制这类药物能与RNA聚合酶的亚基特异结合，从而影响酶的活性应用：农杆菌转化烟草后，以利福平作为抗生素抑制农杆菌的生长,2. 真核生物的RNA聚合酶（3种）,二、转录过程 The Process of Transcription,分为三个阶段： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination),2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。

5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + PPi,转录起始过程,（一）原核生物的转录过程,1. 转录起始 RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域 DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键酶与模板的辨认结合 原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列 RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)是调控转录的关键部位结构基因(structure gene)： DNA分子中能编码蛋白质的基因定义：将mRNA开始转录的第一个核苷酸定为起点（+1），由此向转录延长的方向为下游，其核苷酸以+XX表示，起始点左侧为上游，核苷酸以-XX表示原核生物启动子 35区：一致性序列为TTGACA 与聚合酶（sigma）亚基结合 是RNA-pol的辨认位点 10区：一致性序列为TATAAT 又叫Pribnow盒（TATA box） 与聚合酶亚基形成酶-DNA复合物 是RNA-pol的结合位点,开始转录,T T G A C A A A C T G T,-35 区,T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,不同基因的启动子区域：,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,转录起始复合物,转录起始动画：,2. 转录延长,1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；,2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。

NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,转录泡（transcription bubble）： 在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物转录泡,核心酶（2）延长RNA链,转录的起始及延长过程,3. 转录终止 RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来1. 不依赖因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列(富含GC的反向重复序列)，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构（发夹结构）来终止转录富含GC的反向重复序列,2. 依赖因子的转录终止 因子是强碱性六聚体蛋白； 因子能结合RNA，改变RNA聚合酶构象，停止前移，使转录终止； 因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性，使DNA-RNA杂化双链解链，新转录成的RNA释放原核生物转录过程,延长,终止,（二）真核生物的转录过程,1. 转录起始,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，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),（1）转录起始前的上游区段,AATAAA,切离加尾,转录终止点,修饰点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚体,顺式作用元件(cis-acting element) ：是同一DNA分子中具有转录调节功能的特异DNA序列。

按功能特性，真核基因顺式作用元件包括启动子、增强子及沉默子等 反式作用因子(trans-acting factor) ：是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质反式作用因子由另一基因表达后，可与靶基因特异的顺式作用元件相互作用，从而激活靶基因的转录这种调节蛋白称反式作用因子反式 作用因子,（2）转录因子,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(trans-criptional factors, TF)参与RNA-pol 转录的TF,（3）转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC),真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子拼板理论(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子转录因子之间互相结合，生成有活性和专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因2.真核转录延长,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现象RNA-pol前移处处都遇上核小体转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。

RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,3. 真核转录终止,（专一终止的核酸内切酶）,（终止信号）,（三）RNA的复制,RNA病毒的遗传基因有 （+）RNA （）RNA （）RNA 1. 概念：以RNA为模板合成RNA 的过程 2. 复制方式：见表10-6 总是以RNA（+）为模板合成蛋白质三、转录调控（自学） （一）原核生物的转录调控 操纵子（operon） （二）真核生物的转录调控 顺式作用元件：启动子（promoter）、增强子（enhancer）、沉默子（silencer） 反式作用因子：DNA结合结构域,四、转录产物的修饰 最初转录生成的RNA一般是不成熟的，需要经过一系列的加工（断裂、拼接和修饰）才能变成成熟的RNA 原核生物和真核生物的tRNA和rRNA转录后的加工方式基本相同，但mRNA转录后的加工存在很大的差别一）mRNA的转录后加工,原核生物的mRNA大多不需要加工，直接翻译成蛋白质，且边转录边翻译 真核生物mRNA转录的初产物是hnRNA（核不均一RNA），需要经过加工生成成熟的mRNA，包括：5端加帽、3端加尾、mRNA剪接以及甲基化。

1. 5-端加帽：m7GpppG,加帽过程,2. 3-端加尾：,多聚腺苷酸 (poly A), 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接3. mRNA的剪接,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断裂基因(splite gene),非编码区 AG,编码区17,外显子(exon)和内含子(intron),外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟mRNA的核酸序列 内含子 断裂基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,4. 甲基化,在mRNA分子内部有少量的A存在甲基化，而在mRNA前体中不存在这样的结构，需要由甲基化酶催化加工生成二) tRNA的转录后加工,tRNA前体,tRNA核苷酸 转移酶,碱基修饰,(三) rRNA的转录后加工,rDNA,间隔区,间隔区,28S,5.8S,18S,45S - rRNA,复习题： 1. 概念 （1）转录（2）不对称转录 （3）结构基因（4）核心酶 （5）外显子（6）内含子 （7）模板链（8）启动子 （9）核酶（10）Pribnow盒,2. 简述转录过程和复制过程的不同点。

3. RNA聚合酶与DNA聚合酶作用的异同点 4. 试述原核生物启动子的结构特点及功能 5. 简述真核生物与原核生物转录的不同点 6. 原核生物与真核生物的转录终止有何不 同？ 7. 简述转录起始阶段的几个反应。