医学转录课件

1、目目 录录 RNA的生物合成的生物合成 （转录转录） RNA Biosynthesis, Transcription 目目 录录 转录转录 (transcription) 生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 转转 录录 RNADNA 目目 录录 复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对 mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA （半保留复制）半保留复制） 产物产物 RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶 NTPdNTP原料原料 模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均

2、复制模板模板 转录转录复制复制 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对 mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA （半保留复制）半保留复制） 产物产物 RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶 NTPdNTP原料原料 模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板 转录转录复制复制 目目 录录 参与转录的物质参与转录的物质 原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA 酶酶: : RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子其他蛋白质因子 目

3、目 录录 模板和酶模板和酶 Templates and Enzymes 目目 录录 一一) )、转录模板、转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因结构基因 (structural gene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA 的一股单链，称为的一股单链，称为模板链模板链(template strand)，也称，也称 作作有意义链有意义链或或Watson链链。相对的另一股单链是。相对的另一股单链是编编 码链码链(coding strand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。 目目 录录 5GCA

4、GTACATGTC 3 3 c g t g a t g t a c a g 5 5GCAGUACAUGUC 3 NAla Val His Val C 编码链编码链 模板链模板链 mRNA 蛋白质蛋白质 转录转录 翻译翻译 目目 录录 5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链 编码链编码链模板链模板链 结构基因结构基因 转录方向转录方向 转录方向转录方向 目目 录录 不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) 在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作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指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并

5、非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。 目目 录录 二二) )、RNA聚合酶聚合酶 1 1 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点 亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能 目目 录录 核心酶核心酶 (core enzyme) 全酶全酶 (holoenzyme) 目目 录录 RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 目目 录录 2 2 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类 对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 的反

6、应的反应 45S-rRNAhnRNA5S-rRNA tRNA snRNA 耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感 转录产物转录产物 目目 录录 转录过程转录过程 The Process of Transcription 目目 录录 1 1 转录起始转录起始 转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的 起始区域。起始区域。 2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录 的模板。的模板。 一一) )、原核生物的转录过程、原核生物的转录过程 目目 录录 模板上酶的辨认、结合模板上酶的辨认

7、、结合 原核生物一个转录区段可视为一个转录单原核生物一个转录区段可视为一个转录单 位，称为位，称为操纵子操纵子(operon)，包括若干个，包括若干个结构基因结构基因 及其上游及其上游(upstream)的的调控序列调控序列。 5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列 RNA-pol RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启启 动子动子(promoter)。 RNA聚合聚合 酶保护法酶保护法 目目 录录 目目 录录 开始转录开始转录 T T G A C A A A C T G T -35 区区 (Pribnow box) T A T A A T Pu A T

8、A T T A Py -10 区区 1-30-5010-10-40-20 5 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列 RNA-pol辨认位点辨认位点 (recognition site) 5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因 3 3 目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因 -GCGC-CAAT-TATA 转录起始转录起始 真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列 2. DNA双链解开双链解开 1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板结合与模板结合 3. 在在RNA聚合酶作用下发生第

9、一次聚合反应，聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 形成转录起始复合物形成转录起始复合物 RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物: 5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi 转录起始过程转录起始过程 目目 录录 2 转录延长转录延长 1). 亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构， 与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移； 2). 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA 链不断延长。链不断延长。 (NMP) n + NTP

10、(NMP) n+1 + PPi 转录空泡转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA 目目 录录 目目 录录 目目 录录 5 3 DNA 原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象 核糖体核糖体 RNA RNA聚合酶聚合酶 目目 录录 目目 录录 A T P 1). 依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止 目目 录录 2). 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱模板上靠近终止处，有些特殊的碱 基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形

11、成特殊 的结构来终止转录。的结构来终止转录。 目目 录录 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU. 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 茎环茎环(s

12、tem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构 目目 录录 茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。 5 pppG 5 3 3 5 RNA-pol 目目 录录 二二) )、真核生物的转录起始、真核生物的转录起始 1 转录起始转录起始 真核生物的转录起始上游区段比原核生物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，多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模不直接结合模 板，其起始过程比原核生物复杂。板，其起始过程比原核生物复杂。 目目

13、录录 转录起始点转录起始点 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element) 1). 转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA 切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点 内内 含含 子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体 目目 录录 2). 转录因子转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、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，统称为的蛋白质，现已发现数百种，统称为反反 式作用因子式作用因子(trans-actin

14、g factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA 聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(transcriptional factors, TF)。 目目 录录 参与参与RNA-pol转录的转录的TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷 酸化酸化 TFH ATPase57（ ） 34（ ）TFE 解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF 促进促进RNA-pol结合及作结合及作 为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁 33TFB 稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA 辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF* 结合结合TATA

15、盒盒TBP* 38TFD 功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷 酸化酸化 TFH ATPase57（ ） 34（ ）TFE 解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF 促进促进RNA-pol结合及作结合及作 为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁 33TFB 稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA 辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF* 结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD 功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子 目目 录录 3). 转录起始前复合物转录起始前复合物 (pre-ini

16、tiation complex, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结 合，而需依靠众多的转录因子。合，而需依靠众多的转录因子。 目目 录录 POL- TFF A B 由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL- TFF H E TBP TAF TFD-A-B-DNA复合物复合物 TATA A B TBP TAF TATA H E CTD-P PIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化 目目 录录 2 转录延长转录延长 真核生物转录延长过程与原核生物大致相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

17、似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的 现象。现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。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转录延长过程中可以观察到核小体移位和 解聚现象。解聚现象。 目目 录录 RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小体核小体 转转 录录 延延 长长 中中 的的 核核 小小 体体 移移 位位 转录方向转录方向 目目 录录 5 -AAUAAA- 5 -AAUAAA- 核酸酶核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol AATAAA GTGTGTG 转录终止的修饰点转录终止的修饰点 5 5 3 3 3 3 加尾加尾 AAAAAAA 3 mRNA

18、 3 转录终止转录终止 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。 目目 录录 真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification 目目 录录 几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式 1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage) 3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition) 目目 录录 一一) )、真核生物、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工 1 1 首、尾的修饰首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp ) 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾

19、巴(poly A tail) 目目 录录 帽子结构帽子结构 目目 录录 5 pppGp 5 GpppGp pppG ppi 鸟苷酸鸟苷酸 转移酶转移酶 5 m7GpppGp 甲基转移酶甲基转移酶 SAM 帽帽 子子 结结 构构 的的 生生 成成 5 ppGp 磷酸酶磷酸酶 Pi 目目 录录 2 2 mRNA的剪接的剪接 1). hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA (hetero- nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA) 核内的蛋白质核内的蛋白质 小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体 （并接

20、体（并接体, , splicesome） snRNA 目目 录录 真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splite gene) CABD 编码区编码区 A、B、C、D 非编码区非编码区 目目 录录 2.) 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子外显子 在断裂基因及其初级转录产物上

21、出现，在断裂基因及其初级转录产物上出现， 并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 内含子内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被 除去的核酸序列。除去的核酸序列。 鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白 基因基因 hnRNA 首、尾修饰首、尾修饰 hnRNA剪接剪接 成熟的成熟的mRNA 鸡鸡 卵卵 清清 蛋蛋 白白 基基 因因 及及 其其 转转 录、录、 转转 录录 后后 修修 饰饰 目目 录录 鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图 DNA mRNA 目目 录录 目目 录录 3). 内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接

22、的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含 子分为子分为4 4类。类。 I I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真 核生物的核生物的 rRNA基因；基因； II II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是 mRNA； IIIIII：是常见的形成套索结构后剪接，大多数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；基因有此类内含子； IVIV：是是tRNA基因及其初级转录产物中的内基因及其初级转录产物中的内 含子，剪接过程需酶及含子，剪接过程需酶及ATP。 目目 录录 二二)、rRNA的转录后加工的转录后加工 转录转录 45S - rRNA 剪接剪接 18S - rRNA 5.8S和和28S-rRNA rDNA 内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S 目目 录录 具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。 核酶核酶(ribozyme) 目目 录录 四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二