第十一章转录复习提要.doc

第 十 一 章RNA的生物合成（转录）RNA Biosynthesis, Transcription概述 基因表达：通过转录和翻译、用基因的遗传信息在细胞内合成有功能蛋白质(生物活性产物)的过程。 转录 (transcription) ：生物体以DNA为模板合成RNA的过程 转录与复制的相似之处：n 都是酶促的核苷酸聚合过程n 都以DNA为模板n 都需依赖DNA的聚合酶n 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键n 都从5至3方向延伸聚核苷酸链n 都遵从碱基配对规律复制和转录的区别 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)其他蛋白质因子第一节 模板和酶Templates and Enzymes 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。 不对称转录(asymmetric transcription) 含义： 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（一）原核生物的RNA聚合酶组成与功能核心酶 (core enzyme)：（ a2 b b）全酶 (holoenzyme): （ a2 b b s）（二）真核生物的RNA聚合酶 种类与产物： RNA-pol最大亚基羧基末端结构域（carboxyl terminal domain，CTD）（YSPTSPS）n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)。RNA聚合酶保护法原核生物启动子保守序列:-35 区:T T G A C A RNA-pol辨认位点(recognition site) -10 区: Pribnow box第二节 转录过程(The Process of Transcription) 一、原核生物的转录过程（一）转录起始1 RNA聚合酶全酶 (a2bb s) 与模板结合 2 DNA双链解开 , 形成转录空泡3 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应起始复合物: RNApol - DNA - pppGpN- OH （二）转录延长1. s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。转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶） DNA RNA原核生物转录过程中的羽毛状现象（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: 依赖Rho ()因子的转录终止; 非依赖Rho因子的转录终止1. 依赖 Rho因子的转录终止Rho因子终止转录的机制： 1) 很强的结合polyC的能力，与RNA3端结合，使RNA聚合酶变构而终止转录 2) ATP酶和解螺旋酶活性解开DNA-RNA杂化链2. 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。 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。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。1. 转录起始前的上游区段 顺式作用元件(cis-acting element)：真核基因上游DNA分子上起转录起始作用的共有序列。大多数有TATAbox（-25bp）启动子的核心序列增强子：远离基因而调控基因转录的DNA序列。2. 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)。与上游序列如GC，CAAT等顺式作用元件结合的蛋白质，称为上游因子能结合应答元件，只在某些特殊生理情况下才被诱导产生的，称为可诱导因子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。 4.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，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。 （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。 （三）转录终止 和转录后修饰密切相关。转录终止的修饰点:AATAAA GTGTGTG第三节 真核生物的转录后修饰 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 ) 与翻译有关 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 稳定mRNA（二）mRNA的剪接1. hnRNA 和 snRNA snRNA (small nuclear RNA、100-300nt) 分类：U1、2、3、4、5、6snRNA和核内的蛋白质组成小分子核糖核酸蛋白体（拼接体, splicesomeRNA剪接场所） 核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)断裂基因(splite gene)：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。 2. 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：在初级转录产物上出现（隔断基因的线性表达）而在剪接过程中被除去的核酸序列。 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。4. mRNA的剪接除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。 snRNP与hnRNA结合成为剪接体5. mRNA的编辑(mRNA editing) 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)。二、tRNA的转录后加工三、rRNA的转录后加工四、核 酶核酶(ribozyme)： 具有酶促活性的RNA称为核酶。 除rRNA外