分子生物学课章

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转录(Transcription)

以DNA为模板合成RNA的过程。

第2页/共45页14.1转录的特点①以DNA为模板酶促合成RNA

RNA聚合酶以双链DNA中的一条链（或单链DNA）为模板，按照A与U（或T与A）、G与C配对的原则，将4种核糖核苷酸（NTP）以3′,5′-磷酸二酯键的方式聚合起来，催化合成与模板互补的RNA。

被转录成单个RNA分子的一段DNA序列，称为一个转录单位。一般由启动子（promoter）、结构基因（structuralgene）

、终止子（terminator）三部分组成。

3′5′5′结构基因pt3′第3页/共45页②DNA双链中只有一条链被转录成RNA

实验证明，双链DNA中只有一条链作为模板转录合成RNA。

负责转录合成RNA的DNA链叫模板链（templatestrand），另一条链叫编码链（codingstrand）。模板链与编码链互补，模板链转录合成的RNA的碱基顺序与编码链的碱基顺序完全一致，只是其中的T被U取代而已。

③转录的方向为5′→3′模板链编码链5′5′5′3′第4页/共45页14.2原核生物基因的转录

原核生物基因的转录过程已基本研究清楚，共包括模板的识别，转录起始、延伸、终止等4个步骤。第5页/共45页1.原核生物的RNA聚合酶

1)RNA聚合酶的结构

全酶（α2ββ′σ）含2拷贝α亚基，β、β′、σ和ω各一个。分子量大约500000。ω亚基的作用仍不清楚。

在大肠杆菌的RNA聚合酶中，σ因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与α2，β，β′分离，后者称为核心酶。第6页/共45页细菌的RNA聚合酶全酶：α2ββ′ωσ：～500kDβ和β′亚基：催化中心，构成核酸通道；α亚基：核心酶组装所需；也与调节因子作用；σ亚基：启动子识别，具有启动子特异性。ω亚基？第7页/共45页RNA聚合酶的核心酶结构（即从全酶中去掉σ亚基）第8页/共45页亚基基因分子量数目组分可能的功能αrpoA400002核心酶酶的连接，装配βrpoB1550001核心酶与底物（核苷酸）结合β′rpoC1600001核心酶与模板结合ω100001核心酶不详σ70rpoD700001σ因子与启动子结合，识别模板链E.coliRNA聚合酶的结构与功能第9页/共45页

2)σ亚基σ亚基在RNA合成的起始中具有关键作用。在生物进化过程中，形成了不同的σ亚基。不同的σ亚基可以帮助RNA聚合酶识别不同的启动子序列。第10页/共45页细胞中不同状态RNA聚合酶的数量每个E.coli细胞中含约7000个RNA聚合酶；核心酶主要以松散的闭合复合体为主；足量的σ亚基使三分之一的聚合酶以全酶形式存在，主要是在非特异位点的松散复合体和启动子处的紧密（开放）复合体；约2500个核心酶正在进行转录。第11页/共45页核心酶与DNA双链的作用比较松散，结合半寿期约1hr。核心酶不区分启动子和其他序列。σ亚基加入后，全酶与松散结合位点的结合力下降，半寿期<1s；但与启动子结合可增强1000倍，半寿期达几个小时。全酶与启动子结合常数基本反映了启动子的强度。σ亚基与核心酶的解离-结合对RNA聚合酶功能的影响第12页/共45页2.转录过程1)启动子（promoter）启动子—RNA聚合酶识别、结合、并启动转录的DNA序列。两组序列：①Pribnow框（Pribnowbox）又叫－10区，序列为：TATAAT②Sexfama框（Sexfamabox）又叫－35区，序列为：TTGACA

第13页/共45页第14页/共45页细菌启动子特征：1、起点通常是一个嘌呤；2、起点上游10bp处，有一约6bp的保守区域，称为-10区（也叫PribnowBox），共有序列为：

T80A95T45A60A50T96；3、起点上游35bp处，有一约6bp的保守区，称为-35区，共有序列为：

T82T84G78A65C54A45；4、90%的启动子中，-10与-35区的距离在16-18bp之间；两个保守区之间的序列并不重要，但距离很关键。第15页/共45页第16页/共45页σ因子与启动子的结合第17页/共45页σ70的2.4区的氨基酸与启动子-10区非模板链特异碱基的结合第18页/共45页RNA聚合酶对启动子的识别可能有三种方式:随机扩散随机行走定向取代2)模板的识别第19页/共45页全酶-启动子形成闭合二重复合体；闭合复合体转变为开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一个磷酸二酯键，形成三重复合体；在酶不需要移动时，即可加入9个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放RNA；起始成功后，释放出σ亚基。3)转录的起始第20页/共45页RNA聚合酶结合在DNA上时，其长度会发生变化尺蠖模型第21页/共45页4)转录的延伸

第22页/共45页转录过程中的模板识别、起始与延伸第23页/共45页终止子（terminator）：终止RNA合成反应所需的DNA序列；在转录结束的位点，提供终止信号。RNA合成的终止实际依赖于已转录的RNA序列。终止发生有两种方式。5)转录的终止不依赖于ρ因子的终止子依赖ρ因子的终止第24页/共45页不依赖于ρ因子的终止子（intrinsicterminators

）

合成的RNA尾部的序列特征：(1)二重对称的序列形成发卡结构；在发卡结构的茎基部富含G-C对；发卡结构可减缓或暂停合成；(2)尾部有约6个连续的U；连续的A-U对使杂交链更容易分离。第25页/共45页第26页/共45页依赖ρ因子的终止Ρ因子：六聚体，每个亚基46kD,也称终止因子；具依赖RNA的ATP酶活性；在E.coli中可结合于自由RNA链，并沿RNA链移动；序列特征：有一富含C而少G的序列终止子序列:第27页/共45页ρ先结合于RNA链上；沿RNA链移动；RNA聚合酶在终止子处暂停；ρ因子追上聚合酶并使之解离，并拆分RNA-DNA杂交链。第28页/共45页3.原核生物RNA转录后的加工1)mRNA的加工

原核生物转录生成的mRNA基本上不经加工即可进行蛋白质的生物合成（翻译）。事实上许多原核生物的mRNA是在转录尚未完成之前就已开始翻译了。也就是说，转录与翻译是偶联在一起的。许多转录生成的RNA需经加工后才能成为有功能的RNA分子。加工方式:剪接(剪切)、加头加尾、修饰第29页/共45页

rRNA的加工过程是以核糖体颗粒的形式进行的，即rRNA前体合成后先与蛋白质结合，形成新生核糖体颗粒，而后再经过一系列的加工过程，生成有功能的核糖体。在原核生物中，rRNA包括三种，即16S，23S和5SrRNA。在大肠杆菌中，这三种rRNA的基因形成一个转录单位，其中还包含一个或多个tRNA基因，它们之间由间隔区分开。2)rRNA的加工第30页/共45页3)tRNA的加工

a.剪切

b.在3′端形成-CCAc.tRNA中含有大量修饰成分，还要通过各种不同的修饰酶进行修饰，才能成为成熟的tRNA分子。第31页/共45页14.3真核生物RNA的转录过程(1)真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶I：转录rRNA；RNA聚合酶II：转录mRNA前体(HnRNA)；

SnRNA；RNA聚合酶III：转录tRNA和5SrRNA

。起始需要辅助因子，但随后不需要。与原核生物相反，真核生物中由辅助因子识别启动子（？）第32页/共45页种类在细胞中的位置对α-鹅膏蕈碱的敏感性合成RNA的种类RNA聚合酶I核仁不敏感10-3mol/L5.8S、18S、28SrRNARNA聚合酶Ⅱ核质最敏感10-9~10-8mol/LmRNA、snRNARNA聚合酶Ⅲ核质介于酶I和酶II，10-5~10-4mol/LtRNA、5SrRNA真核生物RNA聚合酶的特性第33页/共45页(2)真核生物的启动子1）RNA聚合酶I只有一种启动子。含两个结合位点：核心启动子（corepromoter）:-45～+20,上游控制元件（upstreamcontrolelement，UCE）:-180～-107第34页/共45页帽子位点：即转录起始位点，碱基大多为A。TATAbox：位于RNA聚合酶II转录起点上游约-

25bp处的保守的7碱基序列，绝大多数情况下全部是A-T碱基对，只有少数含有G-C。CAATbox：起点上游-75附近的小段保守序列。增强子（enhancer）：可增强启动子效率的序列，可位于启动子上游或下游；可远距离作用。2）RNA聚合酶II启动子TATAboxT82A97T93A85A83

CAATboxGGCAATCT第35页/共45页RNA聚合酶Ⅱ在转录时需要一些辅助蛋白质因子即转录因子（transcriptionfactor,TF），这些因子和酶一起构成一个转录结构，识别特定的启动子序列。激活型结构域柔性连接DNA-结合结构域第36页/共45页3）RNA聚合酶III的启动子转录5SRNA、tRNA基因；5SRNA和tRNA的启动子在转录起点的下游。第37页/共45页(3)真核生物RNA转录后的加工1)mRNA“首、尾”的修饰5′-末端三种“帽”的结构3′-末端多聚（A）尾（polyA）

帽子结构第38页/共45页2)真核mRNA的剪接

第39页/共45页3)真核rRNA转录后的加工

在真核细胞中有4种rRNA，即28S、18S、5.8S和5SrRNA。rRNA是在核仁中合成的。前三者的基因组成一个转录单位，在转录过程中先形成一个45S前体。然后，在核内经过一系列的加工过程，再转移到细胞质中。而5SrRNA与tRNA一起由RNA聚合酶Ⅲ转录，处在另一个转录单位中。第40页/共45页4)真核tRNA转录后的加工①切除tRNA前体两端多余的序列：这一过程是在特异性酶的催化下完成的；②末端的添加：即在3′末端添加-CCA序列，此一步由tRNA核苷酰转移酶（tRNAnucleotidyltransferase）催化。③修饰：tRNA修饰碱基很多，主要为甲基化修饰，占被修饰碱基的一半以上。还有其他一些方式的修饰，如碱基置换或转换等。第41页/共45页14.4催化活性RNA—核酶及其功能四膜虫rRNA前体的自我剪接

第42页/共45页L19RNA以高度特异的方式催化寡聚核糖核苷酸的裂解和联结反应。五胞核苷酸（C5）被L19RNA