第十一章转录

1、第第11章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )转转录录 (transcription) 模板模板酶酶原料原料合成合成RNA 转录转录RNADNA u 参与转录的物质参与转录的物质原料原料: : 模板模板: : 酶酶: : 其他蛋白质因子其他蛋白质因子原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates & Enzymes in Prokaryotic Transcription第一节第一节一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板 结构结构基因基因(structural gene)。 不对称转录不对称转录(asym

2、metric transcription)其一其一其二其二53355353 模板链模板链(template strand)-链链Watson链链。编码链编码链(coding strand)，+链链Crick链链 T3 c g t g a t g t a c a g 5U编码链编码链模板链模板链转录转录翻译翻译二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成 RNA延长的延长的RNA亚基亚基功功 能能 辩认起始点辩认起始点全酶全酶核心酶核心酶（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成 图 1 2 - 5

3、E . c o l i R N A聚 合 酶 的 亚 基 组 成 核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 识别启动子识别启动子。与与DNA结合并使之解链结合并使之解链，催化催化RNA聚合反应聚合反应，RNA聚合酶核心酶通过与不同的聚合酶核心酶通过与不同的 亚基结合，识别亚基结合，识别不同的启动子。不同的启动子。5335调控序列结构基因启动子RNA-poln RNA聚合酶保护法聚合酶保护法转录转录开始开始T T G A C A-35 区区T A T A A T -10 区区+1+10-30-50-10-40-20 5 3 3 5 5 5 RNA聚合酶保护区聚合

4、酶保护区结构基因结构基因3 3 n用用RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec Aara区区3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 3041 29 44tRNAtrpRNA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原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcrip

5、tion in Prokaryote第二节第二节RNA聚合酶聚合酶结合结合双链解开双链解开一条一条模板模板一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：开放转开放转录复合体录复合体(open transcription complex) ；1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)闭合转录复合体闭合转录复合体(closed transcription complex) ；5 -ppp NTP 5 -pppN n转录起始过程转录起始过程RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 亚基亚基脱落脱落核心酶核心酶四磷酸二核

6、苷酸四磷酸二核苷酸结合结合模板模板前移前移延长延长二、二、 原核生物的转录延长时蛋白质原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行的翻译也同时进行 核心酶核心酶NTPRNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNAn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5 3 DNAn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RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：这种形状说明：三、原核生物转录终止分为依赖三、原核生物转录终止分为依赖(R

7、ho)因因子与非依赖子与非依赖因子两大类因子两大类转录终止转录终止 依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：物转录终止分为： （一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止因子因子依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止构象改变构象改变A T P（二）（二） 非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止茎环结构使转录终止：茎环结构使转录终止：5 pppG5 3 3 5 RNA-pol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

8、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真核生物的转录过程真核生物的转录过程The Process of Transcription in Eukaryote第三节第

9、三节一、一、 真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶 DNA序列序列顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)。 n真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶识别的启动子共有序列识别的启动子共有序列起始子起始子(intiator，Inr)各种调控序列各种调控序列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n顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)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含子内含子 OCT-1 （二）（二） 转录因子转录因子 蛋白质蛋白质反反式

10、作用因子式作用因子(trans-acting factors)。 转录因子转录因子(transcriptional factors, TF)。（三）转录起始前复合物（三）转录起始前复合物转录起转录起始前复合物始前复合物 (pre-initiation complex, PIC) 。 真核生物真核生物RNA-pol II在在启动子上的转录启动子上的转录 POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化三三 、真核生物

11、转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转录延长中的核小体移位转录延长中的核小体移位转录方向转录方向四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行聚腺苷酸聚腺苷酸(poly A)尾巴尾巴 AATAAAGT转录终止的修饰点转录终止的修饰点。真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA第四节第四节一、真核生物一、真核生物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修饰和剪接首、尾修饰和

12、剪接（一）前体（一）前体mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”结构结构5 -末端末端7-甲基鸟嘌甲基鸟嘌呤呤 加帽酶加帽酶(capping enzyme) 甲基转移酶甲基转移酶(methyltransferase) 鸟嘌呤鸟嘌呤7N甲甲基化基化553m7GpppNp-v加帽过程加帽过程5 帽子分帽子分Cap0、Cap1、Cap2。（二）前体（二）前体mRNA在在3 端特异位点断裂并端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾加上多聚腺苷酸尾 AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAP

13、CPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速慢速多聚腺苷酸化多聚腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速多聚腺快速多聚腺苷酸化苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP hnRNA 杂化核杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)DNAmRNA断裂基因断裂基因 断裂基因断裂基因(splite gene)CABD非编码区非编码区 外显子外显子(exon) 内含子内含子(intron) 鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnR

14、NA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 3. mRNA的剪接的剪接(mRNA splicing) pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification) 剪接体剪接体(spliceosome)小分子核糖核蛋白小分子核糖核蛋白(small nuclear ribonu

15、cleoprotein,snRNP) A4. 真核生物前体真核生物前体mRNA分子经剪切和剪分子经剪切和剪接加工生成不同接加工生成不同mRNA（四）（四）mRNA编辑编辑(mRNA editing) 人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 000）mRNA编辑编辑二、真核生物二、真核生物rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录内含子内含子内含子内含子三、真核生物三、真核生物tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA剪切剪切 (a)酵母酵母tRNAtyr前体加工前体加工RNAaseP、RNAaseD、剪接剪接tRNA核苷酸转移酶核苷酸转移酶剪接剪接(b)(c)添加添加碱基修饰碱基修饰(d)碱基修饰的方式：碱基修饰的方式：（2 2）还原反应还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应脱氨反应 如：如：A I（1 1）（1 1）（3