第十一章 rna的生物合成讲义.ppt

第 十 一 章,RNA的生物合成 （转录） RNA Biosynthesis, Transcription,,转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 DNA的遗传信息传递给RNA的过程转录,复制和转录的共同点:,DNA 模板 依赖DNA的聚合酶 碱基配对规律 生成磷酸二酯键 链延长方向5'→3',复制和转录的区别,模板和酶 Templates and Enzymes,第一节,5′···GCAGTACATGTC ···3′,3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′,,5′···GCAGUACAUGUC ···3′,,N······Ala · Val · His · Val ······C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,,一、转录模板,结构基因 (structural gene) ： 能作为转录模板的DNA区段模板链(template strand)有意义链或Watson链 DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的一股单链 编码链(coding strand)反义链或Crick链 DNA双链中碱基序列与RNA一致的一股链。

反义核酸：以编码链为模板合成的核酸，称为反义核酸（反义RNA、反义DNA） 序列与模板链一致，能抑制mRNA表达5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,,模板链,结构基因,不对称转录 (asymmetric transcription),在DNA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 模板链并非永远在同一条单链上二、RNA聚合酶,定义：以DNA为模板，催化三磷酸核苷 （NTP）聚合形成RNA的酶 作用特点： DNA为模板 不需引物，两游离NTP或一游离NTP与RNA链聚合. 3'-OH与5'-P聚合形成磷酸二酯键 方向：5'→3'一）原核生物的RNA聚合酶,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),核心酶: 转录延长; 全酶：转录起始 σ70是辨认典型转录起始点的蛋白质 σ32是辨认热休克蛋白(Hsp)转录起始点的蛋白质RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,（二）真核生物的RNA聚合酶,45S-rRNA，5S-rRNA： 核糖体RNA成分 hnRNA： mRNA的前体 snRNA： 参与mRNA剪切RNA聚合酶结构特点： 两个大亚基：分子量100 KDa，催化亚基， 与原核β，β'亚基有同源性。

50 kDa亚基：分子量 50 kDa， 与原核α亚基相似 小亚基：10，7，11个 羧基末端结构域(CTD)： (YSPTSPS)n：Y：Tyr；S：Ser；P：Pro；T：Thr RNA-polⅡ大亚基C末端磷酸化，使转录进入链的延长阶段三、模板与酶的辨认、结合,操纵子(operon):原核生物的一个转录单位，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列启动子(promoter): RNA聚合酶结合模板DNA的部位RNA聚合酶保护法,,,,,目 录,,开始转录,,T T G A C A A A C T G T,-35 区,(Pribnow box),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,RNA-pol辨认位点 (recognition site),,原核生物启动子结构特点： 一致性序列(concensus保守序列)： 碱基序列相对稳定，不易发生突变 TTGACA：-35区，RNA聚合酶的辨认位点，σ亚基结合位点 TATAAT：-10区，Pribrow盒，RNA聚合酶的稳定结合位点β'亚基的结合位点结构基因,,,-GCGC---CAAT---TATA,,,,,,,,,,,,,,真核生物启动子保守序列,转录过程 The Process of Transcription,第二节,一、原核生物的转录过程,（一）转录起始,转录起始需解决两个问题： RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。

DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板辨认起始位点： 亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全酶 (2)与模板疏松结合 酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固结合 2. DNA双链解开: RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约20个核 苷酸， 拓扑异构酶参与转录起始过程：,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RNApol (2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3,转录起始复合物: RNA聚合酶-DNA模板-四磷酸二核苷酸,5-pppG -OH + NTP  5-pppGpN - OH 3 + ppi,（二）转录延长,1. 亚基脱落，RNA–pol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,3. 转录空泡的形成：,3.转录空泡(transcription bubble)：,DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转录复合物目 录,RNA-pol：40 bp以上； 解链：20 bp； RNA/DNA：12 bp。

目 录,DNA/DNA双链比DNA/RNA杂化双链稳定 稳定性: G≡CA=TA=U DNA双链超螺旋作用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5,3,,,,,,,,DNA,,,原核生物转录过程中的羽毛状现象,,核糖体,,,RNA,,,RNA聚合酶,,依赖Rho (ρ)因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,（三）转录终止,RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落机制,A T P,,依赖 Rho因子的转录终止： 具有控制转录终止作用的蛋白质因子 机制： Rho因子与RNA3’-OH的poly C结合， 抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性2. 非依赖 Rho因子的转录终止,DNA模板近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA产物形成特殊的结构终止转录 发夹结构：反向碱基互补序列 末端PolyU：U:A不稳定.,5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3`,5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3`,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,,5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3`,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,,,茎环结构终止转录的机理,使RNA聚合酶变构，转录停顿； 末端polyU 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。

二、真核生物的转录起始,（一）转录起始,转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板的启动子，其起始过程比原核生物复杂转录起始点,,,,-25bpTATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element)： DNA分子上可影响（调控）转录的序列 启动子，增强子，沉默子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,2. 转录因子(transcriptional factors, TF),能与顺式作用原件识别、结合，调节真核基因转录的蛋白质，称为转录调节因子，简称转录因子 反式作用因子 (trans-acting factors) trans-分子外 顺式作用元件 (cis-acting factor) cis-分子内,基本转录因子 （TFⅠ，TFⅡ，TFⅢ） 直接或间接参与RNA聚合酶与启动子结合的转录因子 特异转录因子： 特异调节各个基因转录的转录因子，决定该基因的时间，空间特异性表达参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ,TBP：TATA binding protein, TATA结合蛋白 TAF: TBP associated factor, TBP辅因子,不同基因TAF不同 CTD: RNA-polⅡ大亚基羧基末端结构域,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。

TFⅡF,,,ⅡA,,,ⅡB,,,,,由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC,ⅡH,ⅡE,TBP,TAF,TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物,TATA,ⅡA,,ⅡB,TBP,TAF,TATA,ⅡH,ⅡE,PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化,（二）转录延长,RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象 体外转录实验: 移位 DNA酶水解法, 200 bp及其倍数的电泳区带, 被组蛋白保护 细胞转录实验：解聚 组蛋白精氨酸乙酰化，降低正电荷 DNA：AMP→ADP→聚ADP，降低负电荷与原核生物大致相似， 没有转录与翻译同步的现象RNA-Pol,,RNA-Pol,,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,,,,,转录方向,5------AAUAAA-,,5 ------AAUAAA--,核酸酶,,-GUGUGUG,RNA-pol,,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,,,5,5,3,3,,,3加尾,AAAAAAA······ 3 mRNA,,（三）转录终止—— 和转录后修饰密切相关转录终止修饰点: DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同序列, 参与转录终止过程, 这些序列称之。

真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification,第三节,几种主要的修饰方式,1. 剪接(splicing),2. 剪切(cleavage),3. 修饰(modification),4. 添加(addition),一、真核生物mRNA的转录后加工,（一）首、尾的修饰,5端形成 帽子结构 (m7GpppGp —) 3端加上多聚腺苷酸尾巴 (poly A tail),帽子结构: (m7GpppGp —) 7-甲基鸟嘌呤-三磷酸鸟苷 5’-5’磷酸二酯键,5 pppGp…,帽子结构的生成,帽子结构的功能: 核内生成, 保护mRNA不被核酸外切酶水解 与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子2. 3’-末端 Poly A 尾: （长约100-200bp） 生成：在核内修饰, 与转录终止同时进行. 作用：增加mRNA稳定性，维持翻译模板活性5------AAUAAA-,,5 ------AAUAAA--,核酸酶,,-GUGUGUG,RNA-pol,,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,,,5,5,3,3,,,3加尾,AAAAAAA······ 3 mRNA,,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,,DNA,,mRNA,,,,,目 录,（二）mRNA的剪接,编码区和非编码区互相间隔,又连续镶嵌而成，这些基因称为断裂基因。

1. 断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,,2.外显子(exon)和内含子(intron),外显子：（基因上的编码序列） 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。