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RNA的生物合成RNABiosynthesis 第十二章 本章内容 第一节转录的酶和模板第二节转录过程第三节真核生物的转录后修饰 转录 transcription 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 转录 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 RNApolymerase RNA pol 其他蛋白质因子 转录的酶和模板 第一节 一 转录模板 一 不对称转录 asymmetrictranscription 1 DNA分子上转录出RNA的区段 称为结构基因 structuralgene 2 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 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 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 5 3 3 5 模板链 编码链 编码链 模板链 结构基因 3 不对称转录的含义一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板 有意义链或模板链 二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上 二 转录单位包括上游调控区 结构基因区 下游转录终止区三个部分 原核生物的转录单位称为操纵子 通常由2个以上的编码序列与启动序列 操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成 启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列 二 RNA聚合酶 一 原核生物的RNA聚合酶 核心酶 coreenzyme 全酶 holoenzyme 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 三 模板与酶的辨认 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 目录 开始转录 TTGACAAACTGT 35区 Pribnowbox TATAATPuATATTAPy 10区 原核生物启动子保守序列 RNA pol辨认位点 recognitionsite 结构基因 GCGC CAAT TATA 真核生物启动子保守序列 转录过程 第二节 一 原核生物的转录过程 一 起始阶段1 RNA聚合酶全酶 2 与模板结合2 DNA双链解开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 OH3 ppi RNApol 2 DNA pppGpN OH3 二 延长阶段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 转录空泡 transcriptionbubble RNA pol 核心酶 DNA RNA 目录 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 二 终止阶段指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 1 依赖Rho 因子的转录终止2 非依赖Rho因子的转录终止 ATP 1 依赖Rho因子的转录终止 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 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 真核生物的转录过程 一 起始阶段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 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 1 OCT 1 ATTTGCAT八聚体 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 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 参与RNA pol 转录的TF 3 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 TF F A B 由RNA Pol 催化转录的PIC H E TBP TAF TF D A B DNA复合物 TATA A B TBP TAF TATA H E PIC组装完成 TF H使CTD磷酸化 4 模板理论 piecingtheory 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 延长阶段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 三 终止阶段 和转录后修饰密切相关 5 AAUAAA 5 AAUAAA 核酸酶 GUGUGUG RNA pol AATAAAGTGTGTG 转录终止的修饰点 5 5 3 3 3 加尾 AAAAAAA 3 mRNA 真核生物的转录后修饰 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 尾修饰 5 端形成帽子结构 m7GpppGp 3 端加上多聚腺苷酸尾巴 polyAtail 帽子结构 5 pppGp 帽子结构的生成 二 mRNA内含子的剪接1 hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA hetero nuclearRNA hnRNA snRNA smallnuclearRNA 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 断裂基因 splitegene 编码区A B C D 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 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 鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图 DNA mRNA 目录 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 套索剪接模式 1 内含子两端的序列 5 GU AG3 5 GU可结合U1 snRNA分支点A可结合U2 snRNA 2 U1 snRNA U2 snRNA等形成并接体将内含子切除 三 mRNA编辑 mRNAediting 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 二 tRNA的转录后加工 一 剪接和剪切 二 3 端添加CCA 三 化学修饰 一 剪接和剪切 tRNA核苷酸转移酶 连接酶 ATP ADP 二 3 端添加CCA 三 化学修饰 三 rRNA的转录后加工 四 核酶ribozyme 一 定义 具有酶促活性的RNA称为核酶 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