(武大张楚富版生化)第二十章.转录与加工.ppt

生物化学 1 第二十章转录与加工 生物化学 2 在DNA指导下RNA的合成称为转录 RNA链的转录始于DNA模板的起始位点 止于终止位点 此转录区域称为转录单位 转录的起始是由启动子 promotor 控制 控制终止的部位称为终止子 terminator 顺式作用元件 DNA上影响基因活性的遗传元件 反式作用因子 第一节原核生物的转录 生物化学 3 DNA双链在转录过程中只有一条链中的某一片段 活化基因 起作用 该链称模板链 templatestrand 又称反义链 链 与其互补的链称为编码链 codingstrand 又称有义链 链 模板链 编码链 P582 模板链 5 CGCTATAGCGTTT3 DNA编码链 3 GCGATATCGCAAA5 DNA模板链 5 CGCUAUAGCGUUU3 RNA转录本转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似 以U取代T 生物化学 5 一 DNA指导的RNA聚合酶 RNA聚合酶 DNAdependentRNApolymerase RNApol 生物化学 6 一 原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌 E coli RNA聚合酶 4种亚基 sigma 组成的五聚体蛋白质 分子量460kD p581 生物化学 7 核心酶 coreenzyme 2 能催化NTP按模板的指引合成RNA 在转录全过程中均起作用 全酶 2 即 亚基 核心酶 亚基的功能是辨认转录起始点 转录起始阶段需要全酶 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶 2 起始因子 和模板DNA结合 起始和催化聚合反应 全酶 2 生物化学 10 二 RNApol与模板的辨认结合 一 启动子 promotor 指RNA聚合酶识别 结合并开始转录的一段DNA序列 原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位 即起始部位 结合部位 识别部位 生物化学 11 起始部位 指DNA分子上开始转录的作用位点 该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基 该碱基的序号为 1 识别部位 35区RNA聚合酶 亚基的识别部位 中心部位在 35bp处 该序列的碱基富含TTGACA P583 生物化学 12 结合部位 10区 TATAbox Pribnowbox是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位 其长度为7bp 中心部位在 10bp处 碱基序列具有高度保守性 富含TATAAT序列 故称之为TATA盒 TATAbox 又称Pribnowbox 该序列中富含AT碱基 维持双链结合的氢键相对较弱 导致该处双链DNA易发生解链 有利于RNA聚合酶的结合 大肠杆菌启动子共有序列的功能 起点 5 生物化学 14 二 原核生物的转录过程 大肠杆菌转录过程包括转录起始 延长 终止三步 真核生物的转录 除延长过程相似外 起始 终止都与原核生物有较多的不同 生物化学 15 一 原核生物的转录起始 转录起始复合物 RNA聚合酶的全酶 DNA模板 四磷酸二核苷酸 pppGpN OH3 三者结合在一起的复合体 转录起始不需引物 两个与模板配对的相邻核苷酸 在RNApol催化下生成磷酸二酯键直接连接起来 转录生成的第一个核苷酸总是GTP或ATP 以GTP更为常见 生物化学 16 二 转录延长 转录起始复合物形成后 亚基即脱落 由于 亚基的离去 使复合体中核心酶的构象发生改变 与DNA模板的结合变得松散 有利于RNA聚合酶沿DNA链的3 5 方向迅速向前移行 每移行一步都与一分子三磷酸核苷生成一个新的磷酸二酯键 使合成的RNA链按照5 3 方向不断延伸 p584 核心酶 转录泡 transcriptionbubble 也称转录复合物 是由RNA聚合酶的核心酶 DNA模板解链区和转录产物RNA三者结合在一起的复合体 生物化学 18 转录泡的形成 RNA聚合酶 亚基辨认启动子识别部位 在这一区段 酶与模板的结合很松弛 酶随即移向启动子的结合部位 并跨入了转录起始点 开始转录 第一个磷酸二酯键生成后 亚基从转录起始复合物上脱落 形成转录泡 核心酶沿模板DNA前移 进入延长阶段 生物化学 19 三 转录终止 终止子 terminator 在模板DNA分子上所转录的RNA行将结束时 会出现带有终止信号的序列 1 非依赖 因子的转录终止子2 依赖 因子的转录终止子 终止因子 协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子为蛋白质 称为终止因子 如 因子 反式作用因子 大肠杆菌E coli存在两类终止子 生物化学 20 原核生物的转录终止 1 依赖 因子的转录终止2 非依赖 因子的转录终止 生物化学 21 1 依赖 因子的转录终止 因子是rho基因的产物 广泛存在于原核和真核细胞中 分子量300KD 因子结合在新生的RNA链上 借助水解ATP获得能量推动其沿着RNA链移动 但移动速度比RNA聚合酶慢 当RNA聚合酶遇到终止子时便发生暂停 因子得以赶上酶 因子与RNA聚合酶相互作用 导致释放RNA 并使RNA聚合酶与该因子一起从DNA上释放下来 因子 DNA RNA RNA聚合酶 2 非依赖 因子的转录终止 RNA产物3 端往往形成茎环结构 该结构阻碍RNA聚合酶前移 茎环结构后有一串寡聚U 寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出 5 3 3 5 RNA合成过程 起始 双链DNA局部解开 磷酸二酯键形成 终止阶段 解链区到达基因终点 延长阶段 RNA 启动子 promoter 终止子 terminator 5 5 3 3 生物化学 27 第二节真核生物的转录 一 真核生物的RNA聚合酶 生物化学 28 二 真核生物的转录起始 顺式作用元件 真核生物编码基因两侧的DNA序列 可影响自身基因的表达活性 通常是非编码序列 包括启动子 增强子 沉默子 生物化学 29 1 TATA框 Hogness框 解链区中心在 25至 30 长度7bp左右 碱基频率 全为A T对 功能 使DNA双链解开 并决定转录的起点位置 2 CAAT框 聚合酶识别结合区中心在 75处 9bp 共有序列GGT G CAATCT功能 与RNA聚合酶结合 3 GC框 在CAAT框上游 序列GGGCGG 与某些转录因子结合 CAAT和GC框均为上游序列 对转录的起始频率有较大影响 p592 生物化学 30 反式作用因子 与顺式作用元件结合而调控基因转录的蛋白质因子 在反式作用因子中 直接或间接结合RNA聚合酶的 则称为转录因子 transcriptionfactor TF 种类较多的是TFII p594 生物化学 31 三 真核生物的转录终止 真核生物转录终止是和加尾修饰同步进行的 RNA链上的加尾修饰点结构特征是有AAUAAA序列 生物化学 32 第三节RNA转录后的加工 一 RNA的加工二 RNA的拼接 编辑三 RNA的降解 42 一 RNA的加工 一 原核生物中rRNA前体的加工 甲基化作用专一核酸外切酶 30S前体 17S tRNA 25S 专一核酸外切酶 16SrRNA tRNA 23SrRNA 5SrRNA 专一核酸外切酶 p600 二 tRNA前体分子的加工 a 切除tRNA前体两端多余的序列 5 端切除几到10个核苷酸 b 末端添加 3 端添加CCA序列 c 修饰 形成稀有碱基如DH2 RNAaseP RNAaseF RNAaseP RNAaseF RNAaseD RNAaseD ACC 表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用 p602 生物化学 35 早转录本 成熟tRNA 加工 酵母酪氨酸tRNA前体的加工 三 真核细胞mRNA的加工 5 帽子 PolyA3 顺反子 cistron AAAAAAA OH 5 端接上一个 帽子 CAP 结构3 端添加PolyA 尾巴 由RNA末端核苷酸转移酶催化剪接 剪去内含子 intron 拼接外显子 extron 二 RNA的拼接 编辑 剪接 大多数的真核基因都是断裂基因 断裂基因的转录产物产物需要通过拼接 去除插入部分 对应基因的内含子 intron 使编码区 对应基因的外显子 Exon 成为连续序列 这是基因表达的一个重要环节 编辑 RNA编码序列的改变称为编辑 editing 由于存在选择性的拼接 编辑 一个基因可以产生多种蛋白质 1 RNA的拼接2 RNA的编辑 RNA的剪接方式p606 类型I自我剪接 类型II自我剪接 核mRNA的拼接体的剪接 核mRNA的酶促拼接 剪切 swf RNA编辑的不同类型和分布p609 编辑类型机制存在 U的插入与删除C A或U的插入 碱基的插入 G的插入C转变为UC转变为U或U转变为C 碱基的替换 A转变为I 生物化学 40 RNA编辑的不同类型和分布p609 编辑类型机制存在 U的插入与删除gRNA的转酯反应锥虫线粒体mRNAC A或U的插入多头绒孢菌线粒体的mRNA和tRNAG的插入RNA聚合酶重复转录副粘病毒的P基因C转变为U酶促脱氢哺乳类肠的apoPtRNAC转变为U或U转变为C脱氢或氨基化植物线粒体mRNA和tRNA牛心线粒体tRNAA转变为I脱氨脑谷氨酸受体亚基mRNA 生物化学 41 三 RNA的降解 RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节 rRNA和tRNA是稳定的RNA 其更新率低 mRNA是不稳定的RNA 其更新率非常高 半衰期约为3h 所有细胞中都存在各种核糖核酸酶 可以降解RNA 真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly A 尾巴的缩短 去腺苷酸化能诱发脱去5 端帽子结构 然后由5 3 方向和3 5 方向降解mRNA 生物化学 42 第四节RNA指导下的RNA合成 RNA的复制RNA复制酶 RNA指导下的RNA合成酶如大肠杆菌噬菌体Q DNA和RNA合成的比较 生物化学 44 DNA和RNA合成的比较 合成部位底物模板酶引物链延长的方向产物 真核生物和原核生物转录的差别 DNA 核 核糖体 新生蛋白质 真核生物 原核生物 mRNA前体 转运 加工 mRNA mRNA 真核生物中转录在不同的区域 RNA聚合酶不相同 启动子不