RNA的生物合成1

1、第十一章第十一章 rna的生物合成的生物合成dna转录转录rna前体前体成熟的成熟的rna分子分子加工加工rna （rna病毒）病毒）复复制制第一节第一节 dna指导下指导下rna的合成的合成mrna（信使（信使rna）: 5-6% 蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板trna(转运转运rna) : 15% 转运转运aarrna(核糖体核糖体rna) : 80% 构成核糖体的骨架构成核糖体的骨架 （核糖体是蛋白质合成的部位）核糖体是蛋白质合成的部位）snrna(核内小核内小rna) ： 参与参与mrna转录后加工转录后加工v生物体内生物体内rna的主要类型的主要类型转录（转录（transcript

2、ion）dna指导下指导下rna的合成。的合成。以以dna为模板，为模板，4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（ntp）为）为底物，在底物，在rna聚合酶的作用下，按照碱基聚合酶的作用下，按照碱基互补规律，合成互补规律，合成rna链的过程。链的过程。一、不对称转录一、不对称转录 编码链（编码链（coding strand，+ 链）链） 与转录出的与转录出的rna顺序相同的一条链（仅顺序相同的一条链（仅t代替代替u） 转录时，转录时，dna双链不是同时作为模板，而是双链不是同时作为模板，而是在一定条件下，只有一条链（或其上某些区域）在一定条件下，只有一条链（或其上某些区域）可作为转录的模板。可作为转录的

3、模板。 模板链（模板链（template strand，- 链）链） 为为rna提供转录模板的链。提供转录模板的链。编码链（正链）编码链（正链）模板链（负链）模板链（负链）编码链（正链）编码链（正链）模板链（负链）模板链（负链）不是所有基因的编码链都位于不是所有基因的编码链都位于dna分子的同一条链上。分子的同一条链上。abcd编码链编码链基因的转录是有选择性的。基因的转录是有选择性的。 - 并不是全部并不是全部dna都必须转录都必须转录 - 根据细胞实际需求，特定的基因根据细胞实际需求，特定的基因“开放开放”或或“关闭关闭”，具，具复杂复杂 的调控机制。的调控机制。二、转录单位二、转录单位

4、rna的转录起始于的转录起始于dna模板的一个特定位点，模板的一个特定位点，并在另一位点处终止，此转录区域称为并在另一位点处终止，此转录区域称为转录单位转录单位。真核生物真核生物例：为例：为mrna编码的转录单位编码的转录单位原核生物原核生物转录单位转录单位（单顺反子）（单顺反子）（1个基因个基因）转录转录mrna1种蛋白质种蛋白质翻译翻译转录单位转录单位（多顺反子）（多顺反子）（多个基因多个基因）转录转录mrna多种蛋白质多种蛋白质翻译翻译三、三、 启动子和转录因子启动子和转录因子 启动子（启动子（promoter）：）： 指指 rna聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别、结合和开始转

5、录的一段dna序列。具有特定的核苷酸顺序。序列。具有特定的核苷酸顺序。 转录因子（转录因子（transcription factor） 指指 rna聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。the footprinting technique. 用用足迹法足迹法(footprint)和和dna测序法测序法可确定启动子可确定启动子的序列结构的序列结构v dna序列的书写方式（编码链）序列的书写方式（编码链）+153转录起点转录起点上游上游upstream下游下游downstream转录单位的起点核苷酸定为转录单位的起点核苷酸定为+1，起点的左侧为，起点的左侧

6、为上游，用负的数码表示，起点的右侧为下游，上游，用负的数码表示，起点的右侧为下游，即转录区。即转录区。识别区pribnow boxtataatttgaca-35-10+16 bp保守序列保守序列6 bp保守序列保守序列提供提供rna聚合酶聚合酶全酶识别的信号全酶识别的信号双链局部双链局部解开区域解开区域1. 原核生物启动子结构特点和功能原核生物启动子结构特点和功能转录起点转录起点（第（第1 1个核苷酸参入的位置）个核苷酸参入的位置）the nucleotide sequences of representative e. coli promoters.2. 真核生物启动子结构特点和功能真核生物

7、启动子结构特点和功能包括三类包括三类: 类别（类别（class）、 类别类别i（由（由rna聚合酶聚合酶i 进行转录）进行转录）转录因子：转录因子：核心启动子核心启动子上游控制元件上游控制元件ubf1： 结合在结合在uce和和core 富含富含gc区区sl1（四聚体）：（四聚体）： tbp + taf（3）由两部分保守序列组成：由两部分保守序列组成： 类别类别ii（由由rna聚合酶聚合酶ii进行转录）进行转录）控制元件控制元件基本启动子基本启动子起始子起始子(inr)上游元件上游元件应答元件应答元件转录因子转录因子py py a n py py+1atcaat 框框gc框框八聚体框八聚体框通用

8、因子通用因子(tfx) 可诱导因子可诱导因子tata框框(7bp, -25 -30)（6种：种：tfd, a, b, f, e, h)cp1, cp2, nf-1 sp1oct1, 2上游上游因子因子上游元件上游元件基本启动子基本启动子起始子起始子调节转录调节转录的效率的效率dna在此解开并在此解开并起始转录起始转录rna聚合酶聚合酶ii和和通用因子形成通用因子形成前起始复合物的前起始复合物的主要装配点主要装配点应答元件应答元件与细胞类型和发育相关基因的表达有关与细胞类型和发育相关基因的表达有关因子因子亚基数目亚基数目功能功能tfd tbp tafs112识别识别tata框，促双链打开框，促双

9、链打开tfa3稳定稳定tfd 与与tata框的结合框的结合tfb1结合结合tbp，引进，引进tff-pol复合物复合物tff2与与pol结合，参与解链结合，参与解链rna pol12催化催化rna的合成的合成tfe2引入引入tfh并提高其活性并提高其活性tfh9解开双链，启动子清除解开双链，启动子清除人细胞的通用转录因子人细胞的通用转录因子dnatbpa proposed modelfor pol ii- catalyzedmrna synthesis类型：类型： 类别类别iii（由由rna聚合酶聚合酶iii进行转录）进行转录）类型类型中间元件中间元件+55+80基因内（下游）启动子基因内（下

10、游）启动子 类型类型基因内启动子（类型基因内启动子（类型、）上游启动子上游启动子oct pse tata转录起点转录起点snrna上游启动子上游启动子八聚体框八聚体框邻近序列元件邻近序列元件转录因子：转录因子： tfa, b, c四、四、 终止子和终止因子终止子和终止因子1.1. 终止子（终止子（terminatorterminator）：）： 提供转录终止信号的提供转录终止信号的dnadna序列。序列。 原核生物终止子在终止点前有一原核生物终止子在终止点前有一回文结构回文结构，其产生，其产生的的rna rna 可形成发夹结构。该结构可被可形成发夹结构。该结构可被rnarna聚合酶感受，聚合酶

11、感受，从而使聚合酶减慢移动或停止转录从而使聚合酶减慢移动或停止转录。大肠杆菌两类终止子：大肠杆菌两类终止子：不依赖不依赖rho（ ）的终止子）的终止子（简单终止子）（简单终止子）依赖依赖rho（ ）的终止子）的终止子回文结构内有一段富含回文结构内有一段富含g-c的序列，在终止点前有一系的序列，在终止点前有一系列列t核苷酸（核苷酸（+ 链）。链）。 非依赖非依赖rho的转录的转录终止：终止：模板模板dna链链在接近转录终止点在接近转录终止点处存在相连的富含处存在相连的富含gc和和at的区域，的区域，使使rna转录产物形转录产物形成寡聚成寡聚u及发夹形及发夹形的二级结构，引起的二级结构，引起rna

12、聚合酶变构及聚合酶变构及移 动 停 止 ， 导 致移 动 停 止 ， 导 致rna转录的终止。转录的终止。the factor mechanism of transcription termination. ntp酶活力酶活力rna-dna解螺旋酶活力解螺旋酶活力3 5 2. 终止因子终止因子(termination factor)： 协助协助rna聚合酶识别终止信号的辅助因子聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。（蛋白质）。原核生物：原核生物：nus a、nus b、nus e、nusg等蛋白等蛋白nus a：可提高终止效率，促进可提高终止效率，促进rna聚合酶在终止聚合酶在终止子处的停顿

13、。子处的停顿。3. 抗终止因子（抗终止因子（antiterminationantitermination factor factor)：起抗终止作用的蛋白质起抗终止作用的蛋白质五、原核生物五、原核生物rna合成的分子机制合成的分子机制部位：核区部位：核区模板模板: 双链双链dna的模板链的模板链原料及能源：原料及能源： ntp (n: a, g, c, u) 反应式：反应式：nntp(nmp)n + nppidna指导下的指导下的rna聚合酶聚合酶dna, mg2+rna片段片段 rna聚合酶特点：聚合酶特点：- 需要需要4种种ntp为底物，第一个底物通常为为底物，第一个底物通常为gtp或或a

14、tp。- 需需dna模板。模板。- 聚合方向聚合方向5 3 。- 不需要引物。不需要引物。- 无外切酶活性（无校对功能）。无外切酶活性（无校对功能）。(一一) rna聚合酶聚合酶（dna-directed rna polymerase） rna聚合酶结构：聚合酶结构：mr. 460 000，具有，具有5个亚基（个亚基（ 2 ），含），含zn2+ 2 （核心酶）（核心酶） （起始亚基）（起始亚基） 催化催化rna链的延长链的延长识别启动子，促进转录的起始识别启动子，促进转录的起始功能未知功能未知possible catalytic subunitsthe e. coli rna polymera

15、se holoenzyme consists of six subunits: promoterspecificity（二）转录过程（二）转录过程 1. 模板的识别模板的识别2. 转录的起始转录的起始 rna聚合酶在聚合酶在 因子的协助下结合到启动子上，因子的协助下结合到启动子上，dna双链局部打开，形成转录泡。双链局部打开，形成转录泡。 rna聚合酶催化合成聚合酶催化合成rna链最初的链最初的2 9个核苷酸。个核苷酸。 加入的第一个核苷酸通常为加入的第一个核苷酸通常为atp或或gtp。新生链。新生链5 端端 为为pppa或或pppg。 3.延伸延伸(1) 因子脱离核心酶因子脱离核心酶(2)

16、核心酶核心酶 2 催化催化rna链链53 延长。已转录的区域重延长。已转录的区域重 新恢复双螺旋结构。新恢复双螺旋结构。4.终止终止 rna聚合酶自身感知终止信号，且聚合酶自身感知终止信号，且nus a识别终止子，识别终止子，使转录终止，产物使转录终止，产物rna链释放。链释放。 核心酶核心酶 2 自模板脱落，重新与自模板脱落，重新与 因子结合，参与下因子结合，参与下一次转录。一次转录。 某些终止过程尚需某些终止过程尚需蛋白参与。蛋白参与。 转录泡的形成转录泡的形成transcription in prokaryotes.模板的识别模板的识别转录的起始转录的起始转录的延伸转录的延伸转录的终止转

17、录的终止3 5 3 5 3 5 转录的起始转录的起始(next slide)转录的起始与延伸转录的起始与延伸sequence of events in the initiation and elongation phases of transcription as it occurs in prokaryotes.六、真核生物六、真核生物rna的合成的合成（一）（一）rna聚合酶聚合酶酶酶位置位置产物产物(前体前体)对对a-鹅膏鹅膏蕈蕈碱的敏感性碱的敏感性rna聚合酶聚合酶核仁核仁5.8s, 18s, 和和28srrna不敏感不敏感rna聚合酶聚合酶核浆核浆mrna大多数大多数snrna敏感敏感rna聚合酶聚合酶核浆核浆小小rna（trna, 5srna等）等）中等敏感中等敏感mr. 500 000，8-14个亚基，含个亚基，含zn2+（二）合成过程（二）合成过程 转录过程分为装配、起始、延长、终止等阶段。转录过程分为装配、起始、延长、终止等阶段。 起始机制十分复杂：起始机制十分复杂： 真核真核rna聚合酶不能识别和结合启动子，需要聚合酶不能识别和结合启动子，需要与转录因子装配成结构复杂的活性复合物，才能起