生物化学12.第十二章 RNA的生物合成(转录).doc

幻灯片1第十二章 RNA的生物合成 (转录)(RNA Biosynthesis, Transcription)转录是指以DNA为模板合成RNA的过程 。 参与物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) DNA模板RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子幻灯片2复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶-polDNA聚合酶酶NTPdNTP原料两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-CA-T，G-CmRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA(RNA-pol)DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录(不对称转录)两股链均复制模板转录复制幻灯片3第一节 转录基本规律与体系(Basic Rules and System of Transcription)一、不对称转录(一)转录的模板 1. DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。结构基因中能转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。 2. 在包含多个基因的DNA分子中，各基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链为模板，这种选择性称不对称转录。 幻灯片45335模板链编码链编码链模板链转录方向转录方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译 (二) 转录的特点1. 转录的不对称性2. 转录方向的单向性 3. 转录不需要引物形成连续性4. 转录过程有特定起始和终止点幻灯片5二、 RNA转录的体系(一)模板结构基因双链中的一股链。(二)原料4种核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。(三)RNA聚合酶1.原核生物的RNA聚合酶核心酶全酶bbaasbbaa幻灯片6原核生物的RNA聚合酶a36512 决定哪些基因被转录b150618 催化功能b155613 结合DNA模板s70263 辨认起始点亚基分子量功能aabbsTATAATATATTA+1-55TTGACAAACTGA+20DNARNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 幻灯片72.真核生物的RNA聚合酶 种类对鹅膏蕈碱的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受极敏感中度敏感转录产物(四)蛋白因子 RNA转录时除需以上物质外，还需要一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止因子。真核生物聚合酶启动转录时的转录因子。 幻灯片8第二节 RNA转录过程(The Process of Transcription)一、原核生物的转录过程(一)转录起始l 转录起始需解决两个问题l (1)RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。l (2)DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。幻灯片92. 转录起始过程(1) RNA聚合酶全酶(a2bbs)与模板保守序列结合。 (2) DNA双链解开。(3) 在RNA-pol作用下形成转录起始复合物。(4)转录起始复合物:RNApol (a2bbs) - DNA - pppGpN- OH 3TGTTGACATATAAT5/5/3/3/-35区-10区转录方向基因转录区启动子+1编码链模板链原核生物启动子的保守序列 幻灯片10(二)转录延长1. s亚基脱落，RNApol核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板推进，NTP不断聚合RNA链不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol (核心酶) DNA RNA幻灯片11转录延长2.原核生物转录过程中的羽毛状现象53DNA核糖体RNARNA聚合酶幻灯片12(三)转录终止1.依赖 (Rho)因子的转录终止 因子以六聚体形式存在，协助RNA-pol识别终止信号，与转录产物结合，RNA和RNA-pol一起从模板上脱落。A T Prho5/3/5/3/rho幻灯片132.非依赖因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，可转录出具有茎环结构的RNA，来终止转录。5/3/5/3/3/5/转录产物RNA聚合酶DNA3/5/3/5/DNA5/U-U-U-U-U-U-U-U-3/RNA聚合酶幻灯片14二、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有不同DNA序列的顺式作用元件，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，由转录因子识别起始部位。1. 转录因子 (1)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)。 (2)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)。 幻灯片15参与RNA-pol转录的TF 蛋白激酶活性，使CTD酸化TFHATPase57()34TFE解螺旋酶30，74TFF促进RNA-pol结合及作为其他因子结合的桥梁33TFB稳定TFD-DNA复合物12，19，35TFA辅助TBP-DNA结合TAF*结合TATA盒TBP* 38TFD功能亚基组成，分子量(kD)转录因子蛋白激酶活性，使CTD *磷TFHATPase5734TFE解螺旋酶30，74TFF促进RNA-pol结合及作为其他因子结合的桥梁33TFB稳定TFD-DNA复合物12，19，35TFA辅助TBP-DNA结合TAF*结合TATA盒TBP* 38TFD功能亚基组成，分子量(kD)()* TBP(TATA binding protein) : TATA结合蛋白。* TAF(TBP associated factors) :TBP辅助因子。在不同的基因转录中有不同的TAF辅助。*CTD(carboxyl terminal domain) : RNA-pol大亚基羧基末端结构域。幻灯片162. 转录起始前的上游区段 修饰点 顺式作用元件(cis-acting element)切离加尾 AATAAA外显子 翻译起始点转录起始点转录终止点 内含子 增强子TATA盒CAAT盒GC盒 幻灯片173. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC) POL-TFFABTFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPOL-幻灯片18(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。 (三)转录终止和转录后修饰密切相关。三、转录后的加工修饰主要的修饰方式有剪接、剪切、修饰、添加。剪接(splicing) 剪切(cleavage)幻灯片19(一) 真核生物mRNA的转录后加工1. 5端形成 帽子结构(m7GpppNm)。2. 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。7甲基鸟苷三磷酸帽子结构多聚A尾结构OOCH2OOH+NHNNOH2NNCH3OOHH2CO-OPOOPO-OP鸟嘌呤OO-OPOOAAA-OH 3/幻灯片203.mRNA的剪接(1) 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，称为断裂基因。 编码区 A、B、D、F非编码区C、EA B C D E F(2)外显子(exon)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。(3)内含子(intron)隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。 幻灯片21鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰7.7kbL 1 2 3 4 5 6 7ABCDEFG47 185 51 129 118 143 156 1043鸡卵清蛋白基因转录hnRNA首、尾修饰GpppGAAAAAGpppGAAAAAhnRNA剪接成熟的mRNAGpppGAAAAA幻灯片22(二) tRNA的转录后加工1. 转录后剪切tRNA前体 内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADPtRNA幻灯片23(1)(3)(2)(4)氨基酸臂额外环OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGDDGGDDDAACAGUUAIAAGUUCCDmAACADUH环反密码环反密码子mm(1)2. 碱基修饰(1)甲基化 如：A Am(2)还原反应 如：U DHUT环(3)核苷内的转位反应 如：U (4)脱氨反应 如：A I幻灯片24(三) rRNA的转录后加工DNA内含子内含子28S5.8S18S转录45S - rRNA剪接5.8S和28S-rRNA18S - rRNA幻灯片25第三节 逆转录(Reverse Transcription)一、逆转录与逆转录酶 逆转录酶(一) 逆转录现象RNA 模板逆转录酶DNA-RNA 杂