武大张楚富生化转录与加工学习教案

1、会计学1武大张楚富生化武大张楚富生化(shn hu)转录与加工转录与加工第一页，共49页。生物化学(shn w hu xu)2(terminator)。n顺式作用元件：顺式作用元件：DNA上影响基上影响基因活性的遗传元件。因活性的遗传元件。n反式作用因子：反式作用因子：第1页/共48页第二页，共49页。生物化学(shn w hu xu)3模板模板(mbn)链、编码链、编码链：链：P582第2页/共48页第三页，共49页。模板模板(mbn)链链5 CGCTATAGCGTTT 3 DNA编码链（编码链（+）3 GCGATATCGCAAA 5 DNA模板链（模板链（-）5 CGCUAUAGCGUUU

2、 3 RNA转录本转录本转录生成的转录生成的RNA链与编码链的碱基序列链与编码链的碱基序列(xli)相似，以相似，以U取代取代T第3页/共48页第四页，共49页。生物化学(shn w hu xu)5RNA聚合酶聚合酶(DNA dependent RNA polymerase, RNA pol)第4页/共48页第五页，共49页。生物化学(shn w hu xu)6（一）原核（一）原核(yun h)生物的生物的RNA 聚合酶聚合酶大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)（E.coli）RNA 聚合酶：聚合酶：4种亚基种亚基、 /sigma/组成的五聚体蛋白质，组成的五聚体蛋白质，分子量分子量460

3、 kD。 亚基亚基 分子量分子量 功能功能 37 kD 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150 kD 与转录与转录催化催化有关有关 156 kD 结合结合DNA模板（模板（开链开链） 70 kD 辨认转录起始点辨认转录起始点p581第5页/共48页第六页，共49页。生物化学(shn w hu xu)7 核心酶（核心酶（core enzyme） ： 2 能催化能催化NTP按模板的指引按模板的指引(zhyn)合成合成RNA，在转录全过程中均，在转录全过程中均起作用起作用 全酶：全酶： 2 ，即，即亚基亚基 + 核心酶核心酶 亚基的功能是辨认亚基的功能是辨认(binrn)转录起始点，转录起始阶

4、段需要全酶转录起始点，转录起始阶段需要全酶第6页/共48页第七页，共49页。 核心核心(hxn)(hxn)酶酶(2(2) )起始起始(q (q sh)sh)因子因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？全酶全酶( (22 ) )第7页/共48页第八页，共49页。第8页/共48页第九页，共49页。生物化学(shn w hu xu)10（一） 启动子（启动子（promotor） 指指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段聚合酶识别、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序列。原核生物启动子序列按功能(gngnng)的不同可的不同可分为三个部位，

5、即起始部位、结合部位、识别部位。分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。第9页/共48页第十页，共49页。生物化学(shn w hu xu)11起始起始(q sh)部位：部位： 指指DNA分子上开始转录的作用位点，该位点有与分子上开始转录的作用位点，该位点有与转录生成转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的序号为序号为+1。识别部位：识别部位： 35区区 RNA 聚合酶聚合酶亚基的识别部位。亚基的识别部位。 中心中心(zhngxn)部位在部位在35bp处处,该序列的碱基富含该序列的碱基富含TTGACA。P583第10页/共48页第十一页，共4

6、9页。生物化学(shn w hu xu)12结合部位：结合部位：10区、区、 TATA box、 Pribnow box 是是DNA分子上与分子上与RNA聚合酶的核心聚合酶的核心(hxn)酶结合的部位，酶结合的部位，其长度为其长度为7bp，中心部位在，中心部位在10bp处，碱基序列具有高度保守处，碱基序列具有高度保守性，富含性，富含TATAAT序列，故称之为序列，故称之为 TATA盒（盒（TATA box），又），又称称 Pribnow box。 该序列中富含该序列中富含AT碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链致该处双链DNA易发生解链，有利于易发

7、生解链，有利于RNA聚合酶的结合。聚合酶的结合。第11页/共48页第十二页，共49页。 AGTCTTGACA TAT ATAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp起点(qdin)5第12页/共48页第十三页，共49页。生物化学(shn w hu xu)14第13页/共48页第十四页，共49页。生物化学(shn w hu xu)15（一）原核（一）原核(yun h)生物的生物的转录起始转录起始转录转录(zhun l)起始复合物起始复合物 ：RNA聚合酶的全酶、聚合酶的全酶、DNA模板、模板、四磷酸二核苷酸（四磷酸二核苷酸（pppGpN-O

8、H 3 ）三者结合在一起的复合）三者结合在一起的复合体。体。 转录起始转录起始不需引物不需引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，在，两个与模板配对的相邻核苷酸，在RNA pol催化下生成磷酸二酯键直接连接起来。转录生成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的第一个核苷酸总是GTP或或ATP ,以以GTP更为常见。更为常见。第14页/共48页第十五页，共49页。生物化学(shn w hu xu)16（二）转录（二）转录(zhun l)延延长长 转录起始复合物形成后，转录起始复合物形成后，亚基即脱落。由于亚基即脱落。由于(yuy)(yuy)亚基的离去，使复合体中核心酶的构象发生改

9、变，亚基的离去，使复合体中核心酶的构象发生改变，与与DNADNA模板的结合变得松散，有利于模板的结合变得松散，有利于RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA链的链的3535方向迅速向前移行，每移行一步都与一分子三磷酸方向迅速向前移行，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，使合成的核苷生成一个新的磷酸二酯键，使合成的RNARNA链按照链按照5 5 33方向不断延伸。方向不断延伸。p584第15页/共48页第十六页，共49页。535533核心核心(hxn)酶酶转录转录(zhun l)泡（泡（transcription bubble）：也称转录）：也称转录(zhun l)复合物，是由

10、复合物，是由RNA聚合酶的核心酶、聚合酶的核心酶、DNA模板模板解链区和转录解链区和转录(zhun l)产物产物RNA三者结合在一起的复合三者结合在一起的复合体。体。 第16页/共48页第十七页，共49页。生物化学(shn w hu xu)18 转录泡的形成：转录泡的形成： RNA 聚合酶聚合酶亚基辨认启动子识别部位。在这一区段，酶与模板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，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开始转录。第一个磷酸二酯键生成(shn chn)后，后， 亚基

11、从转录亚基从转录起始复合物上脱落，形成转录泡。核心酶沿模板起始复合物上脱落，形成转录泡。核心酶沿模板DNA前移，进入延长前移，进入延长阶段。阶段。第17页/共48页第十八页，共49页。生物化学(shn w hu xu)19（三）转录（三）转录(zhun l)终止终止 终止子（终止子（terminator） ：在模板：在模板DNA分子上所转录的分子上所转录的RNA行将行将(xngjing)结束时，会出现带有终止信号的序列结束时，会出现带有终止信号的序列1.非依赖非依赖 因子因子的转录终止子的转录终止子2.依赖依赖 因子因子的转录终止子的转录终止子 终止因子：终止因子：协助协助RNA聚合酶识别终止

12、信号的辅助因子为聚合酶识别终止信号的辅助因子为蛋白质，称为终止因子。如蛋白质，称为终止因子。如 因子因子（反式作用因子）大肠杆菌大肠杆菌E.coli存在两类终止子存在两类终止子第18页/共48页第十九页，共49页。生物化学(shn w hu xu)20原核生物原核生物(shngw)的转录终止的转录终止1. 依赖依赖因子的转录因子的转录(zhun l)终止终止2. 非依赖非依赖因子的转录因子的转录(zhun l)终止终止第19页/共48页第二十页，共49页。生物化学(shn w hu xu)211.依赖依赖(yli) 因子的转因子的转录终止录终止 因子因子(ynz)是是rho基因的产物，广泛存在

13、于原核和真核细胞中，基因的产物，广泛存在于原核和真核细胞中，分子量分子量300KD。 因子因子(ynz)结合在新生的结合在新生的RNA链上，借助水解链上，借助水解ATP获获得能量推动其沿着得能量推动其沿着RNA 链移动，但移动速度比链移动，但移动速度比RNA聚合酶慢，当聚合酶慢，当RNA聚合酶遇到终止子时便发生暂停，聚合酶遇到终止子时便发生暂停， 因子因子(ynz)得以赶上酶。得以赶上酶。 因子因子(ynz)与与RNA聚合酶相互作用，导致释放聚合酶相互作用，导致释放RNA，并使，并使RNA聚合酶与该聚合酶与该因子因子(ynz)一起从一起从DNA上释放下来。上释放下来。第20页/共48页第二十一

14、页，共49页。因子因子(ynz) DNARNARNA聚合酶聚合酶第21页/共48页第二十二页，共49页。2.非依赖非依赖 因子因子(ynz)的转录的转录终止终止 RNA产物产物(chnw)3端端往往形成茎环往往形成茎环结构，该结构结构，该结构阻碍阻碍RNA聚合聚合酶前移。酶前移。 茎环结构后有一串寡聚茎环结构后有一串寡聚U。寡聚。寡聚U有利于有利于RNA不再依附不再依附(yf)DNA模板链而脱出。模板链而脱出。5335第22页/共48页第二十三页，共49页。第23页/共48页第二十四页，共49页。起始起始(q sh)双链双链DNA局部局部(jb)解解开开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止

15、阶段解链区到达基解链区到达基因终点因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子（启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶5 3 5 3 5 5 3 离开离开第24页/共48页第二十五页，共49页。5533反向重复序列反向重复序列第25页/共48页第二十六页，共49页。生物化学(shn w hu xu)27第二节第二节 真核生物真核生物(shngw)(shngw)的转录的转录 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类 I II III 转录产物转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA、tRNA、snRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 耐

16、受耐受 极敏感极敏感 中度敏感中度敏感的反应的反应第26页/共48页第二十七页，共49页。生物化学(shn w hu xu)28顺式作用元件：真核生物编码基因两侧的顺式作用元件：真核生物编码基因两侧的DNADNA序列序列(xli)(xli)，可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列(xli)(xli)，包括启动子、增强子、沉默子包括启动子、增强子、沉默子第27页/共48页第二十八页，共49页。生物化学(shn w hu xu)29（1） TATA框（框（Hogness框）：解链区框）：解链区中心在中心在-25至至-30，长度，长度(chngd)7bp

17、左右。左右。碱基频率：全为碱基频率：全为A-T对。对。功能：使功能：使DNA双链解开，并决定转录的起点位置。双链解开，并决定转录的起点位置。（2） CAAT框：框： 聚合酶识别结合区聚合酶识别结合区中心在中心在-75处，处，9bp，共有序列，共有序列GGT（G）CAATCT功能：与功能：与RNA聚合酶结合。聚合酶结合。（3） GC框：框：在在CAAT框上游，序列框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合。，与某些转录因子结合。CAAT和和GC框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。p592第28页/共48页第二十九页，共49页。生物化学(shn

18、 w hu xu)30反式作用因子：与顺式作用元件结合而调控基因反式作用因子：与顺式作用元件结合而调控基因(jyn)(jyn)转录的转录的蛋白质因子。蛋白质因子。在反式作用因子中，直接或间接结合在反式作用因子中，直接或间接结合RNARNA聚合酶的，则称为转录聚合酶的，则称为转录因子（因子（transcription factor,TFtranscription factor,TF）。种类较多的是）。种类较多的是TF IITF II。p594第29页/共48页第三十页，共49页。生物化学(shn w hu xu)31 真核生物真核生物(shngw)转录终止是和加尾修饰同步进行的。转录终止是和加尾

19、修饰同步进行的。RNA链链上的加尾修饰点结构特征是有上的加尾修饰点结构特征是有AAUAAA序列。序列。第30页/共48页第三十一页，共49页。生物化学(shn w hu xu)32一、一、RNA的加工的加工(ji gng)二、二、RNA的拼接、编辑的拼接、编辑三、三、RNA的降解的降解42第31页/共48页第三十二页，共49页。甲基化作用甲基化作用专一核酸专一核酸(h sun)外切酶外切酶30S前体前体17StRNA25S专一专一(zhuny)核酸核酸外切酶外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶p600第32页/共48页第三十三页，共49页。a

20、 a、切除、切除tRNAtRNA前体两端前体两端(lin dun)(lin dun)多余的序列：多余的序列： 5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端、末端(m dun)添加：添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移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核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 p602第33页/共48页第三十四页，共49页。

21、生物化学(shn w hu xu)35早转录早转录(zhun l)本本成熟成熟(chngsh)tRNA加工加工第34页/共48页第三十五页，共49页。5 “帽子帽子(mo zi)”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OHi.i. 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)”(CAP)结构结构ii.ii. 3 3端添加端添加PolyA“PolyA“尾巴尾巴”,”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶末端核苷酸转移酶催化催化(cu hu)(cu hu)iii.iii.剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接

22、外显子，拼接外显子(extron)(extron)第35页/共48页第三十六页，共49页。剪接：大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录剪接：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（对应基因的内含产物产物需要通过拼接，去除插入部分（对应基因的内含子，子，intronintron），使编码区（对应基因的外显子，），使编码区（对应基因的外显子，ExonExon）成）成为为(chngwi)(chngwi)连续序列，这是基因表达的一个重要环节。连续序列，这是基因表达的一个重要环节。编辑：编辑：RNARNA编码序列的改变称为编辑（编码序列的改变称为编辑（ ed

23、iting editing）。）。由于存在选择性的拼接、编辑，一个基因可以产生多种蛋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。白质。1 1、RNARNA的拼接的拼接(pn ji)(pn ji)2 2、RNARNA的编辑的编辑第36页/共48页第三十七页，共49页。 类型类型(lixng)(lixng)I I自我剪接自我剪接 类型类型IIII自我自我(zw)(zw)剪剪接接 核核mRNAmRNA的拼接的拼接体的剪接体的剪接 核核mRNAmRNA的酶的酶促拼接促拼接剪切.swf第37页/共48页第三十八页，共49页。 编辑类型编辑类型(lixng) (lixng) 机制机制 存在存在

24、U U的插入的插入(ch r)(ch r)与删除与删除 C C、A A或或U U的插入的插入(ch r) (ch r) (碱基的插入碱基的插入(ch r) (ch r) G G的插入的插入(ch r) (ch r) C C转变为转变为U UC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C （碱基的替换）（碱基的替换）A A转变为转变为I IRNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移码突变等基因突变的危害消除移码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式第38页/共48页

25、第三十九页，共49页。生物化学(shn w hu xu)40 编辑编辑(binj)(binj)类型类型 机制机制 存在存在U U的插入与删除的插入与删除 gRNAgRNA的转酯反应的转酯反应 锥虫线粒体锥虫线粒体mRNAmRNAC C、A A或或U U的插入的插入 多头绒孢菌线粒体的多头绒孢菌线粒体的 mRNAmRNA和和tRNAtRNAG G的插入的插入 RNARNA聚合酶重复转录聚合酶重复转录 副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因C C转变为转变为U U 酶促脱氢酶促脱氢 哺乳类肠的哺乳类肠的apoPtRNAapoPtRNAC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C 脱氢或氨基化脱

26、氢或氨基化 植物线粒体植物线粒体mRNAmRNA和和tRNAtRNA 牛心线粒体牛心线粒体tRNAtRNAA A转变为转变为I I 脱氨脱氨 脑谷氨酸受体亚基脑谷氨酸受体亚基mRNAmRNA第39页/共48页第四十页，共49页。生物化学(shn w hu xu)41 RNA RNA降解降解(jin ji)(jin ji)是涉及到基因表达的一个重要环节，是涉及到基因表达的一个重要环节， rRNArRNA和和tRNAtRNA是稳定的是稳定的RNA RNA ，其更新率低；，其更新率低；mRNAmRNA是不稳定的是不稳定的RNARNA，其更新率非常高，半衰期约为，其更新率非常高，半衰期约为3h 3h

27、。 所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解(jin (jin ji)RNAji)RNA。真核生物。真核生物mRNAmRNA降解降解(jin ji)(jin ji)的主要途径首先是的主要途径首先是poly(A)poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5 5端帽子结构端帽子结构，然后由，然后由5 53 3方向和方向和3 35 5方向降解方向降解(jin ji)mRNA(jin ji)mRNA。第40页/共48页第四十一页，共49页。生物化学(shn w hu xu)42RNA的复制的复制(fzh)RNA复制复制(fzh)酶：酶：RNA指导下的指导下的RNA合成酶合成酶如大肠杆菌噬菌体如大肠杆菌噬菌体Q第41页/共48页第四十二页，共49页。第42页/共48页第四十三页，共49页。生物化学(shn w hu xu)44合成