第11章转录

nullnull第 十 一 章RNA的生物合成 （转录） RNA Biosynthesis, Transcriptionnull转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转录null复制和转录的区别 null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null模板和酶 Templates and Enzymes第一节null一、转录模板 DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。 null5′···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 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc null5 33 5模板链编码链编码链模板链结构基因null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。 null二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶null核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)nullRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 null（二）真核生物的RNA聚合酶 null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，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)。nullRNA聚合酶保护法目 录null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) null 结构基因-GCGC---CAAT---TATA真核生物启动子保守序列null转录过程 The Process of Transcription 第二节 null（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。一、原核生物的转录过程null2. DNA双链解开1. RNA聚合酶全酶(2)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RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3转录起始复合物:5-pppG -OH + NTP  5-pppGpN - OH 3 + ppi转录起始过程null（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 + PPinull转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶） ···· DNA ···· RNA目 录null目 录null53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶null依赖Rho (ρ)因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。 分类nullA T P1. 依赖 Rho因子的转录终止null2. 非依赖 Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。null5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3 DNA 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构null茎环结构使转录终止的机理 使RNA聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。null二、真核生物的转录起始（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。null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null2. 转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。 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(transcriptional factors, TF)。 null参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ null3. 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。 nullTFⅡFⅡAⅡB由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC ⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡEPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化null4. 模板理论(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，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。 null（二）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。 nullRNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向null5------AAUAAA-5 ------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA 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。null真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification第三节null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)null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)帽子结构帽子结构null5 pppGp…帽子结构的生成null（二）mRNA的剪接1. hnRNA 和 snRNA 核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA)null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)编码区 A、B、C、Dnull2. 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RNA的核酸序列。 内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。 null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、转录后修饰目 录null鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目 录null3. 内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。 I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。null4. mRNA的剪接—— 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为并接体①目 录null②③nullpG-OH (ppG-OH, pppG-OH)剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification) null• RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。5. mRNA的编辑(mRNA editing) null二、tRNA的转录后加工tRNA前体目 录null目 录nulltRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目 录null碱基修饰目 录null三、rRNA的转录后加工null四、核 酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)null四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式5´-端核苷酸序列null最简单的核酶二级结构——槌头状结构 (hammerhead structure)底物部分通常为60个核苷酸左右 同一分子上包括有催化部份和底物部份 催化部份和底物部份组成锤头结构 除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。 null核酶的发现，对中心法则作了重要补充； 核酶的发现是对传统酶学的挑战； 利用核酶的结构设计合成人工核酶 。 核酶研究的意义null人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子 细线表示天然的核酸分子 X 表示一致性序列 箭头表示切断点目 录附录附录null四膜虫RNA的自我剪接