药学分子生物学PPT课件

1、药学分子生物学药学分子生物学 第三章 转录及其调控(2) 高理钱高理钱E-mail:药学院药学院( (深圳深圳) )2021.10.11上次课内容回顾2v 原核生物RNA的转录合成的详细机理，包括RNA聚合酶的亚基组成及功能；v 转录的不对称性，有意义链和反义链概念；转录的起始，延长和终止；v 与转录起始和终止有关的DNA结构，如启动子、终止子的序列特点和作用，因子作用。v 复制和转录的区别，不对称转录、核酶的概念。本章的重难点31、教学内容、教学内容1.1 RNA的转录合成的详细机理，包括RNA聚合酶的亚基组成及功能；1.2 转录的不对称性，有意义链和反义链概念；转录的起始，延长和终止；1.

2、3 与转录起始和终止有关的DNA结构，如启动子、终止子的序列特点和作用，因子作用。1.4 RNA转录后的加工过程及其机制。(本节课)1.5 原核生物和真核生物转录的异同，转录的抑制剂。（本节课）2、重点与难点、重点与难点重点：复制和转录的区别，不对称转录、核酶的概念、真核生物mRNA的前体加工。难点：转录过程，真核转录因子，内含子的剪接过程。（本节课）本章理论与实际的联系DNARNAProteins怎么样针对转录药物的设计和筛选？4目录一、真核生物转录酶及相关因子一、真核生物转录酶及相关因子（一）真核生物RNA聚合酶（二）真核生物转录相关因子二、真核生物转录过程二、真核生物转录过程（一）真核生

3、物转录起始（二）真核生物转录延长（三）真核生物转录终止三、真核生物三、真核生物RNA成熟成熟（一）真核生物mRNA的成熟（二）真核生物tRNA的成熟（三）真核生物rRNA的成熟（四）非编码RNA的加工成熟（五）RNA编辑第二节 真核生物转录5一、真核生物转录酶及相关因子v真核生物的RNA种类 编码RNA（mRNA） 非编码RNA 管家非编码RNA：直接或间接参与蛋白质合成（tRNA，rRNA，snRNA（ small nuclear RNA,小核RNA ），snoRNA（ small nucleolar RNA ，核仁RNA）等） 调控非编码RNA短链非编码RNA（非编码小RNA）中链非编码R

4、NA长链非编码RNA长链非编码长链非编码R RNANA6一、真核生物转录酶及相关因子（一）真核生物（一）真核生物RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的的前体前体45S rRNAmRNA前体前体hnRNA, lncRNA, piRNA, miRNAtRNA, 5S rRNA snRNA对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内7鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱amanitin在真核细胞核内抑制催化合成mRNA，该物与RNA聚合酶（或B）进行特异性结合进行非竞争性抑制，从而抑制磷酸二酯键的形成（RNA链合成的起始和延长）。在真

5、核细胞RNA聚合酶的识别或RNA聚合酶的定量等方面是有用的。双环结构的八肽一、真核生物转录酶及相关因子RNA聚合酶v 是真核生物中最活跃的RNA聚合酶；v 最大亚基肽链的C末端氨基酸残基序列为（YSPTSPS）n。不同生物 种属的n值不同，一般在2060。主要由含羟基氨基酸组成的重复序 列，称为羧基末端结构域（carboxyl terminal domain，CTD）。CTD上的酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基可被蛋白激酶作用发生磷酸化，在从转录起始过渡到延长时有重要作用。9一、真核生物转录酶及相关因子（二）真核生物转录相关因子1.转录因子在真核细胞核中，能够协助RNA聚合酶转录RNA的蛋白质被统称

6、为转录因子（transcriptional factor，TF）。人类基因组约编码2000种转录因子。真核生物转录因子种类很多，有多种分类方式。10真核生物转录因子真核生物转录因子II(II(TFTF) )的种类及其功能的种类及其功能转录因子转录因子功能功能TFA稳定TFD-DNA复合物TFB促进RNA pol 结合及作为其他因子结合的桥梁TFDTBP:结合TATA盒；TAF:辅助TBP与DNA结合TFEATPaseTFF解螺旋酶TFH蛋白激酶活性，使RNA聚合酶II大亚基CTD磷酸化TFIIJ促进TFIID的结合11一、真核生物转录酶及相关因子2.2.其他因子其他因子 v与启动子上游元件结合

7、的蛋白质与启动子上游元件结合的蛋白质，称为，称为上游因子上游因子（upstream factorupstream factor）。上游因子可。上游因子可协助调节转录协助调节转录的效率。的效率。v与与远隔调控序列远隔调控序列如增强子等结合的如增强子等结合的反式作用因子反式作用因子；v在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的可诱导因子可诱导因子。12二、真核生物转录过程（一）真核生物转录起始（一）真核生物转录起始真核生物的转录起始阶段，主要是RNA聚合酶、转录因子TF与DNA模板形成转录起始前复合物（pre-initiation complex，PIC）的过程。

8、13二、真核生物转录过程（二）真核生物转录延长（二）真核生物转录延长v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。vRNA-pol前移处处都遇上核小体。v转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。 14二、真核生物转录过程（三）真核生物（三）真核生物转录终止转录终止v真核生物的转录终止与转录产物的加工密切相关；真核生物的转录终止与转录产物的加工密切相关；v真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶转录产生转录产生hnRNA(heterogeneous nuclear RNA） 的过程，直至出现的过程，直至出现多聚腺苷酸信号为止多聚腺苷酸信号为止，即，即转录终止

9、的修饰点序列；转录终止的修饰点序列；v成熟成熟mRNA的的5端端“帽子帽子”结构和结构和3端的端的poly A尾尾是在加工过程中产生是在加工过程中产生 的；的；15三、真核生物RNA成熟v在真核生物中，几乎所有的初级转录产物都需一定程度的加工才能成为具有生物学功能的RNA分子；v真核生物初级转录产物的成熟主要在细胞核内进行；v成熟过程包括核苷酸的部分水解、剪接反应、5端和3端的“加帽”和“加尾”，以及核苷酸的修饰等；16三、真核生物RNA成熟n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)5

10、. RNA RNA编辑编辑(RNA editing)4. 添加添加(addition)17三、真核生物RNA成熟（一）真核生物（一）真核生物mRNA的成熟的成熟1. mRNA的剪接去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接起来使之成为成熟mRNA的过程称为剪接。剪接过程中内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接，称为套索RNA。内含子近3端的嘌呤甲基化是形成套索所必需的。大多数内含子序列的5端都以GU开始，而以3端AG-OH结束。5-GUAG-OH-3称为剪接接口（splicing junction）或边界序列。18三、真核生物RNA成熟vhnRNA的剪接发生在剪接体（splices

11、ome），自20世纪70年代后期RNA剪接现象发现以来，科学家们一直在探索其中的分子奥秘，中国科学家施一公研究组2015年8月21日，在科学(Science)发表论文阐述了单颗粒冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，并在此结构基础上分析了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。19三、真核生物RNA成熟v剪接体的装配和剪接过程20剪接体= 核小核糖蛋白(Small nuclear ribonucleoprotein, snRNP) +hnRNAsnRNP=snRNA +核内蛋白质三、真核生物RNA成熟v剪接过程需两次转酯反应21DNA连接酶三、真核生物RNA

12、成熟2. mRNA 5端端“加帽加帽”和和3端端“加尾加尾” v 绝大部分真核细胞成熟mRNA的5端通常都有一个以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7G-5ppp5-N-3）作为起始结构的“帽子”结构，3端有一段长为80250个核苷酸的多聚腺苷酸（polyA）尾。5端“帽子”结构和3端多聚腺苷酸尾是通过对mRNA前体的加工形成的，并且都先于中段的剪接过程。22三、真核生物RNA成熟mRNA的5端帽结构23三、真核生物RNA成熟mRNA的5端帽结构的形成24AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFC

13、FICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP多多聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾的的形形成成CPSF: Cleavage Polyadenylation Specificity Factor (transcription of DNA in a eukaryotic cell)25三、真核生物RNA成熟（二）真核生物（二）

14、真核生物tRNA的成熟的成熟DNAtRNA前体前体双氢尿嘧啶26三、真核生物RNA成熟16个前导序列14个前导序列27三、真核生物RNA成熟碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU（4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（3 3）（4 4） （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （1 1）（1 1）（2 2）28碱基修饰还原反应还原反应 甲基化甲基化甲基化甲基化29碱基修饰碱基修饰核苷内的转位反应U脱氨反应脱氨反应 A尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷30三、真核生物RNA成熟v（三（三）真核生物）真核生物rRNA的成熟的成熟31三

15、、真核生物RNA成熟（四）非编码（四）非编码RNA的加工成熟的加工成熟1. lncRNA（Long non-coding RNA, lncRNA), lncRNA结构上类似于mRNA，但序列中不存在开放阅读框。许多已知的lncRNAs由RNA聚合酶催化转录并经可变剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。2.短链非编码RNA 短链非编码RNA又称为非编码小RNA，这些RNA除了具有催化活性的RNA（核酶）、细胞核小分子RNA(snRNA)以及核仁小分子RNA（Small nucleolar RNAs, snoRNA）以外，目前人们广泛关注的非编码RNA还有miRNA和siRNA。32三、真核生物RNA成熟

16、 miRNA (MicroRNA) 是一类长度在是一类长度在22nt左右的左右的内源性内源性snoRNA。由一股具有。由一股具有发夹环发夹环结构结构的前体加工后形成。转录合成是由的前体加工后形成。转录合成是由RNA聚合酶聚合酶负责催化的。负责催化的。 siRNA (Small interfering RNA) 是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行进行切割所产生的具有特定长度（切割所产生的具有特定长度（21-23bp）和特定序列的小片段）和特定序列的小片段RNA。siRNA是由是由细细胞内一类双链胞内一类双链RNA，通过酶切转变而来。，通过酶切转变而来。33三、真核生物RNA成熟（五）（五）RNA编辑编辑v有些蛋白质产物的氨基酸序列并不完全与基因的编码序列相对应。研究发现，某些mRNA前体的核苷酸序列经过编辑过