RNA的生物合成【】课件

11RNA的生物合成Chapter11RNABiosynthesis,Transcription11RNA的生物合成1本章重点与难点重点：掌握RNA生物合成方式、酶类及合成后加工，RNA合成后加工的意义，RNA合成的起始与终止、RNA的复制、核酶。难点：RNA合成的起始与终止；真核生物RNA转录后加工；核酶。本章重点与难点2一、转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

一、转录(transcription)转录RNADNA3复制和转录的区别复制和转录的区别4参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP5（一）转录模板DNA上为一种或几种蛋白质的全部氨基酸编码的核苷酸顺序称为基因。DNA分子上编码蛋白质的基因片段，称为结构基因(structuralgene)。DNA上有重复基因、重叠基因和不连续基因。DNA上插入而不编码的序列称为内含子被间隔的编码蛋白质的基因部分称为外显子。（一）转录模板DNA上为一种或几种蛋白质的全部氨基酸编码的65′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译DNA双链中按碱基配对规律能指导转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c75335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向8不对称转录(asymmetrictranscription)

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。不对称转录(asymmetrictranscription9（二)RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶（二)RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶10核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym11RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合122、真核生物的RNA聚合酶2、真核生物的RNA聚合酶13（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。

5335结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。（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14开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb15TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结161）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。（四）原核生物的转录过程1）转录起始转录起始需解决两个问题：（四）原核生物的转录过程172.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-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与182）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

+PPi2）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构19转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA转录空泡(transcriptionbubble)：RNA20RNA的生物合成【】课件2153DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN22依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止3）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。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止3）转录终止指RNA聚合酶在23ATP1.依赖Rho因子的转录终止ATP1.依赖Rho因子的转录终止242.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。2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有255`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC26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。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´27（五）真核生物的转录起始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。（五）真核生物的转录起始1）转录起始真核生物的转录起始上游区28转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)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-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(292.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-actingfactors)。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(transcriptionalfactors,TF)。2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋30参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ313.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。3.转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直32POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI332）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。2）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34RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的355------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA36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)二、RNA转录后的修饰Post-transcriptionalModification几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(37（一）真核生物mRNA的转录后加工1、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(polyAtail)（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰5端38帽子结构帽子结构395pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸402）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA2）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的初41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(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续422.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。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子43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、转录后修饰鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN44鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA453.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。3.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464.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①4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子47②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U248pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpApG-OHU-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应49•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(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有50（二）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA（二）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTG51RNAaseP、内切酶RNAaseP、内切酶52tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADPtRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP53碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的54（三）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S（三）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S55三、真核生物与原核生物转录的异同点P212－213相同点：不同点：四点三、真核生物与原核生物转录的异同点P212－21356四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(riboz57四膜虫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´-端核苷酸序列四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪58最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)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。最简单的核酶二级结构——槌头状结构底物部分通常为60个核苷酸59GOH3´G5´OH5´3´GOH414G3995´3´3955´3´E1E2I四膜虫RNA的自我剪接5´3´L19RNA具有催化活性的片段GOH3´G5´OH5´3´GOH414G3995´3´360核酶研究的意义核酶的发现，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。核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；61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人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子629E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(qVgL6B(rWhM7C)sVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI2x$nSdI3y%oB(rWhM7C)sXiN8D)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7B(rWhM7C)sXiN8D-tYz&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x!mRcH2x$nSdI3y%o+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaE+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0vH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mQbG1w!mRcH2x$n-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhL6B(rWhM7C)sXiN#lQbG1w!mRcH1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A%oSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y9E+uZkPaF0v#lQbG1v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(rVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkx$nSdI2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#kPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(rWhM7C)sVgL5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%nSdI3y%oTeJ4z&7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeI3y%oTeJ4PaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A&pUfK5A*qVgL6B(rWx$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E-tYhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7kO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfJ4z&pUfK5A*q1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7CPa1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6jO9E+uZkPaF0v#kPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4zaF0v#lQbG1w!mRcH1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgK5A*qVgL6B(rUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3yL6B(qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXhM7C)sXiN8D-tYjOpUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A&pUfK5A*qVgL6B(rWfK5A*qVgL6B(rWhL6B(rWhM7SdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-sX0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcHiN8D-tYjO9E+uZkP8D-tYjO8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaFgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfI3y%oTeJ4z&pTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2w!mRcH2x$nSdI3y%E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkP9E+uZkPaF0v#lQbGTeJ4z&pUfK4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYPaF0v#lQbG1w#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjv#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&F0v#lQbG1w!mRbG1w!mRcH2x$nSdI3y%mRcH2x$nSdI3y$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbF0dI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkP9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTdI3y%oTeJ4z&pUfK5QbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTdI3y%oTcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiNoTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcG1w!mRcH2x$nSdI3y%oRcH2x$nSdI3y%nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+u5A*qVgL6B(rWhM7C)rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQ9E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH6311RNA的生物合成Chapter11RNABiosynthesis,Transcription11RNA的生物合成64本章重点与难点重点：掌握RNA生物合成方式、酶类及合成后加工，RNA合成后加工的意义，RNA合成的起始与终止、RNA的复制、核酶。难点：RNA合成的起始与终止；真核生物RNA转录后加工；核酶。本章重点与难点65一、转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

一、转录(transcription)转录RNADNA66复制和转录的区别复制和转录的区别67参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP68（一）转录模板DNA上为一种或几种蛋白质的全部氨基酸编码的核苷酸顺序称为基因。DNA分子上编码蛋白质的基因片段，称为结构基因(structuralgene)。DNA上有重复基因、重叠基因和不连续基因。DNA上插入而不编码的序列称为内含子被间隔的编码蛋白质的基因部分称为外显子。（一）转录模板DNA上为一种或几种蛋白质的全部氨基酸编码的695′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译DNA双链中按碱基配对规律能指导转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c705335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向71不对称转录(asymmetrictranscription)

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。不对称转录(asymmetrictranscription72（二)RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶（二)RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶73核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym74RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合752、真核生物的RNA聚合酶2、真核生物的RNA聚合酶76（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。

5335结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。（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77开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb78TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结791）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。（四）原核生物的转录过程1）转录起始转录起始需解决两个问题：（四）原核生物的转录过程802.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-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与812）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

+PPi2）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构82转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA转录空泡(transcriptionbubble)：RNA83RNA的生物合成【】课件8453DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN85依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止3）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。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止3）转录终止指RNA聚合酶在86ATP1.依赖Rho因子的转录终止ATP1.依赖Rho因子的转录终止872.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。2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有885`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC89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。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´90（五）真核生物的转录起始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。（五）真核生物的转录起始1）转录起始真核生物的转录起始上游区91转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)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-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(922.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-actingfactors)。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(transcriptionalfactors,TF)。2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋93参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ943.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。3.转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直95POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI962）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。2）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97RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的985------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA99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)二、RNA转录后的修饰Post-transcriptionalModification几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(100（一）真核生物mRNA的转录后加工1、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(polyAtail)（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰5端101帽子结构帽子结构1025pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸1032）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA2）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的初104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(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续1052.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。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子106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、转录后修饰鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN107鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA1083.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。3.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1094.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①4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子110②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2111pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpApG-OHU-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应112•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(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有113（二）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA（二）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTG114RNAaseP、内切酶RNAaseP、内切酶115tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADPtRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP116碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的117（三）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S（三）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S118三、真核生物与原核生物转录的异同点P212－213相同点：不同点：四点三、真核生物与原核生物转录的异同点P212－213119四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(riboz120四膜虫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´-端核苷酸序列四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪121最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)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。最简单的核酶二级结构——槌头状结构底物部分通常为60个核苷酸122GOH3´G5´OH5´3´GOH414G3995´3´3955´3´E1E2I四膜虫RNA的自我剪接5´3´L19RNA具有催化活性的片段GOH3´G5´OH5´3´GOH414G3995´3´3123核酶研究的意义核酶的发现，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。核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；124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人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子1259E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(qVgL6B(rWhM7C)sVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI2x$nSdI3y%oB(rWhM7C)sXiN8D)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7B(rWhM7C)sXiN8D-tYz&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x!mRcH2x$nSdI3y%o+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaE+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0vH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mQbG1w!mRcH2x$n-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhL6B(rWhM7C)sXiN#lQbG1w!mRcH1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A%oSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y9E+uZkPaF0v#lQbG1v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(rVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkx$nSdI2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#kPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D)sXiN8D-tYjO9E+K5A*qVgL6B(rWhM7C)sVgL5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%nSdI3y%oTeJ4z&7C)sXiN8D-tYjN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeI3y%oTeJ4PaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeI3y%oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A&pUfK5A*qVgL6B(rWx$nSdI3y%oTeJ4z&pUfK5A*pUfK5A*qVgL6B(rWhM7C)sXiN8D-tYjO9E-tYhM7C)sXiN8D-tYjO9E+uZkPaF0v#lPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%oTeJ4z&oTeJ4z&pUfK5A*qVgL6B(rWhM7kO9E+uZkPaF0v#lQbG1w!mRcH2x$nSdI3y%nSd