生物化学第十六章的生物合成

生物化学第十六章的生物合成第1页，课件共53页，创作于2023年2月

转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

第2页，课件共53页，创作于2023年2月复制和转录的区别第3页，课件共53页，创作于2023年2月参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子第4页，课件共53页，创作于2023年2月转录的模板和酶TemplatesandEnzymes第一节第5页，课件共53页，创作于2023年2月一、转录模板

DNA分子上能指导转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。

DNA双链中能按碱基配对规律指引转录生成RNA的一股单链，为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链为编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。第6页，课件共53页，创作于2023年2月5′···GCAGTACATGTC···3′3′···CGTCATGTACAG···5′5′··GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C

编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译第7页，课件共53页，创作于2023年2月5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向

不对称转录(asymmetrictranscription)

DNA分子的一股链用作模板指引转录，另一股链不被转录。

DNA分子的一股链用作模板指引转录，另一股链不被转录。

DNA分子的一股链用作模板指引转录，另一股链不被转录。

转录方向模板链转录方向编码链模板链转录方向编码链模板链转录方向转录方向模板链转录方向编码链模板链转录方向模板链并非永远在同一条单链上。编码链模板链转录方向转录是不连续的,分区段进行。第8页，课件共53页，创作于2023年2月二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶有5′

3′聚合和解旋解链酶活性，没有3′5′核酸外切酶活性，缺乏校读功能。、解旋第9页，课件共53页，创作于2023年2月核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第10页，课件共53页，创作于2023年2月三、RNA聚合酶辨认并结合模板转录是不连续的,分区段进行。每一个转录区段为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及上游的调控序列。

5335结构基因调控序列RNA-pol调控序列中被辨认并结合上的DNA的片段称为启动子(promoter)。第11页，课件共53页，创作于2023年2月开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33第12页，课件共53页，创作于2023年2月RNA聚合酶在转录起始区结合---转录启始第13页，课件共53页，创作于2023年2月第二节原核生物的转录过程

转录起始

延伸终止（一）转录起始

转录起始需解决两个问题：

1、RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。

2、DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。第14页，课件共53页，创作于2023年2月2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物,第一个碱基往往是G.RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程:第15页，课件共53页，创作于2023年2月（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+

NTP(NMP)n+1

+PPi模板35聚合53

第16页，课件共53页，创作于2023年2月转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA目录第17页，课件共53页，创作于2023年2月53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶

在同一DNA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。

这种形状说明：第18页，课件共53页，创作于2023年2月依赖ρ(Rho)因子的转录终止（三）转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类非依赖ρ因子的转录终止第19页，课件共53页，创作于2023年2月(1)ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质。(2)ρ因子对RNA产物

3

的polyC结合力很强。(3)ρ因子有ATP酶和解螺旋酶的活性,解螺旋酶使DNA/RNA杂化双链拆离。1、依赖ρ因子的转录终止

第20页，课件共53页，创作于2023年2月ρ因子的作用原理：

功能：ρ和RNA结合使RNA聚合酶变构，从而使RNA聚合酶停顿。解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离。第21页，课件共53页，创作于2023年2月2.非依赖ρ

因子的转录终止RNA产物靠近终止处的3有些特殊的碱基序列（poly

u），在靠近它的5上游区形成特殊的发夹结构来终止转录。第22页，课件共53页，创作于2023年2月RNA

3TTGCAGCCTGACAGATCAGGCTGATGGCTCCTCTGTTTTTAGGCACCAGCCTTTTT...5

DNAUUUU..…5`UUCGUCGGACUGUCUAGUCCGAGUACGAGGAGACUUUUUUCCGUGGUCGGUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`3`第23页，课件共53页，创作于2023年2月茎环结构使转录终止的机理

使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol第24页，课件共53页，创作于2023年2月RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA

启动子（promoter)

终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开第25页，课件共53页，创作于2023年2月ATPNGTPNUTPNCTPNRNAAMPNGMPNUMPNCMPNRNA聚合酶DNA模板RNA的生物合成总反应:Mg2+或Mn2++NppiDNA模板的方向：3′5′

RNA合成的方向：5′3′原料RNA分子中第26页，课件共53页，创作于2023年2月一、真核生物的RNA聚合酶(mRNA)分布核仁核质核质第三节真核生物的转录第27页，课件共53页，创作于2023年2月真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基.RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列为酪-丝-脯-苏-丝-脯-丝的重复序列片段，称为羧基末端结构域(CTD)。CTD对于维持细胞的活性是必需的。第28页，课件共53页，创作于2023年2月二、转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂---拼板理论。第29页，课件共53页，创作于2023年2月转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.

转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1

OCT-1：ATTTGCAT八聚体第30页，课件共53页，创作于2023年2月2.

转录因子

能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，称为转录因子(TF)

RNA聚合酶Ⅱ转录启动时需要有转录因子（蛋白质）才形成有活性的转录复合体。第31页，课件共53页，创作于2023年2月参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ表16-4转录因子功能TFⅡDTBP亚基结合TATA盒TFⅡA辅助TBP-DNA结合TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物TFⅡE解螺旋酶，结合TFⅡHTFⅡF促进RNApolⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁TFⅡH解旋酶,蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TBP:TATA结合蛋白TAF：TBP的辅因子第32页，课件共53页，创作于2023年2月

拼板理论(piecingtheory)

：可诱导因子和上游因子等几个反式作用因子之间互相作用，再与基本转录因子、RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、RNA聚合酶结合，有时也可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结合。第33页，课件共53页，创作于2023年2月3.转录起始前复合物（PIC

）

真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。第34页，课件共53页，创作于2023年2月POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD（RNA-PolⅡ结构域）磷酸化第35页，课件共53页，创作于2023年2月三、转录延长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。

RNA-pol前移处处都遇上核小体,

转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。

第36页，课件共53页，创作于2023年2月RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向第37页，课件共53页，创作于2023年2月5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA四、转录终止

在读码框架的下游有AATAAA一组共同序列，再下游还有相当多的GT序列,这些序列称为转录终止的修饰点。第38页，课件共53页，创作于2023年2月真核生物的转录后加工Post-transcriptionalModification第四节第39页，课件共53页，创作于2023年2月主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)

3.

修饰(modification)4.

添加(addition)1.剪接2.剪切第40页，课件共53页，创作于2023年2月

（一）大多数真核mRNA的5´末端在转录后加上一个帽子结构：m7GpppNm-。一、真核mRNA转录后加工：第41页，课件共53页，创作于2023年2月5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi第42页，课件共53页，创作于2023年2月

（二）mRNA的3´末端在转录后加上一个多聚腺苷酸(80---250个,polyA)结构，称为多聚A尾。第43页，课件共53页，创作于2023年2月（三）前体mRNA的剪接1.

hnRNA

和断裂基因

核内初级的mRNA称为杂化核RNA

或非均一核RNA

(hnRNA)，是mRNA的前体物质，没有生物活性，它由外显子和内含子组成，分子量比成熟的大几倍或几十倍，要经过剪接才成熟。核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（RNA剪接场所）snRNA核内小RNA为snRNA

是RNA剪接场所。第44页，课件共53页，创作于2023年2月真核生物mRNA的结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可指导翻译出完整的蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区第45页，课件共53页，创作于2023年2月2.外显子(exon)和内含子(int