生物化学课件第11章转录(已改)-PPT幻灯片

以一段DNA链为模板合成RNA的过程称为转录RNADNA

转录（transcription）转录过程动画复制和转录的相同点

1、模板都为DNA2、都需依赖DNA的聚合酶

3、本质都是形成磷酸二酯键

4、方向都为5’→3’

5、都遵循碱基互补配对原则

RNA生物合成体系第一节

一、转录的模板DNA分子上能转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。能够转录RNA的那条DNA链称为模板链(templatestrand)，也称作反义链。与mRNA互补与模板链互补的另一条DNA链称为编码链(codingstrand)，也称为有义链。mRNA一致（除U→T）3′5′5′3′不对称转录结构基因模板链转录产物及方向5′3′5′3′5′3′5′3′某一基因只能一股链做为模板，另一股链不转录；不同的基因模板链并非永远在同一条单链上。5

3

3

5

模板链编码链编码链模板链转录方向转录方向模板链和编码链的相对性5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′编码链模板链mRNA5′···GCAGUACAUGUC···3′转录N······Ala·Val·His·Val······C蛋白质翻译模板链、编码链与转录及翻译的关系依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）。该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷三磷酸存在的条件下，不需要引物，即可从5‘→3’聚合RNA。无校读功能二、RNA聚合酶（DDRP）原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即

2

'

。

亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分（

2

'）被称为核心酶，与RNA链的聚合有关。

（一）原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

原核生物RNA聚合酶的核心酶和全酶原核生物RNA聚合酶亚基的功能（解链）利福平与β亚基相结合，从而抑制酶的活性真核生物中的RNA聚合酶可按其对

-鹅膏蕈碱的敏感性而分为三种，它们均由10~12个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。

（二）真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶转录产物对鹅膏蕈碱反应耐受（不敏感）极敏感（低浓度）中度敏感（高浓度）Ⅲ(C)Ⅱ(B)Ⅰ(A)45SrRNAHnRNA5S-rRNAtRNAsnRNARNA聚合酶存在部位核仁核质核质线粒体mtRNAmtRNA-pol耐受（mRNA前体）（除5SrRNA外，其它rRNA前体）三、启动子位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子（promoter）。启动子序列通常由一些带共性的保守序列构成。（一）原核生物的启动子开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30--5010-10-40-205

3

3

5

TTGACAAACTGT-35区RNA-pol辨认位点(recognitionsite)（一）真核生物的启动子三种RNA聚合酶对应三种启动子，RNA聚合酶Ⅱ主要负责蛋白质基因的转录，其启动子结构最为复杂。真核生物的转录起始点上游-25bp区也存在一段富含TA的顺序，被称为Hogness盒或TATA盒，能够定位转录起始点。与转录起始点一起构成核心启动子。2.核心启动子上游还可见到其他带共性的序列，如位于－75bp附近的CAAT盒，位于－

90bp附近

GC盒等

。这些元件决定了启动子起始转录的效率，被称为上游启动子。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒AATAAA八聚体典型的RNA-polⅡ转录基因的启动子核心启动子上游启动子第二节RNA转录合成的过程TheProcessofRNABiosynthesis（一）原核生物的转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域（启动子）。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、转录起始位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子（promoter）。开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子的保守序列TTGACAAACTGT-35区RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

启动子结构基因3

3

DDRP的移动TTGACATATAATDDRP-40-35-30-25-20-15-10-50+5+10+15+20+25启动子保守序列开始转录转录起始点1原核生物的转录起始σ亚基辨认-35区RNApol全酶移向-10区，打开双链合成第一个磷酸二酯键

5’-pppGpN-OH-3’

转录起始复合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亚基脱落（结合松弛）（结合紧密）转录起始不需引物！5′3′编码链模板链OHG（A）PPPNOHPPPG（A）OPPPNOHP5

-pppG-OH+NTP

5

-pppGpN-OH3

+ppi形成第一个磷酸二酯键+1+2原核转录起始（二）真核生物的转录起始转录起始上游区段比原核生物多样化RNA-pol不能直接结合模板起始过程比原核生物复杂。真核生物的转录起始1.转录起始的上游区段：真核生物的转录起始点上游-25bp区也存在一段富含TA的顺序，被称为Hogness盒或TATA盒，通常认为是启动子的核心序列。除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列，如CAAT盒及GC盒等。在远离受控基因处存在的，能够增强基因转录活性的调控序列称为增强子（enhancer）。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾转录终止点加尾修饰点外显子翻译起始点内含子八聚体DNA分子中参与转录调控的序列统称为顺式作用元件典型的RNA-polⅡ转录的基因在真核生物中，转录的起始过程较为复杂，现已发现数百种蛋白因子与RNA转录合成有关。凡是与基因表达调控相关的蛋白因子统称为反式作用因子（transactingfactor）。2.转录因子：在反式作用因子，又被称为转录因子（transcriptionalfactor,TF）。不同的RNA聚合酶存在相应的转录因子，相应分别称为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。RNA聚合酶Ⅱ相关的转录因子包括TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH等。真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录因子及其功能真核生物转录起始时，首先由TFⅡD的TBP亚基识别并结合TATA盒，然后在其他转录因子的配合下，与RNA聚合酶Ⅱ组装形成转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。3.转录起始过程：RNA-polⅡTFⅡFTATAⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICⅡHⅡETFⅡF首先，TFⅡD的TBP亚基在TAF辅助下，由TFⅡA和B促进及配合，结合在DNA分子的TATA上，形成TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TFⅡDTAFTBP最后TFⅡH进入，PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化。CTD-PTFⅡB作为桥梁并提供表面，促进已与TFⅡF结合的RNA－polⅡ进入启动子的核心区TATA。接着TFⅡE进入，靠ATPase活性协同RNA－polⅡ解开DNA双链局部。2个亚基组成：大亚基有解螺旋酶活性小亚基与原核生物σ因子同源。羧基末端结构域

(carboxyl-terminaldomain,CTD)RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重复序列片段这一序列在RNA聚合酶Ⅱ中是独一无二的。所有真核生物的RNA聚合酶Ⅱ都具有CTD，只是共有序列的重复程度不同。RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。RNA聚合酶Ⅱ的羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸RNA链。形成转录起始前复合物(PIC)。

因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。

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。（二）原核生物的转录延长(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi二、转录延长转录复合物:核心酶-DNA-RNA(5’pppGpN-OH3’提供羟基末端)核心酶沿DNA3’向5’移动，并合成RNA链暂时形成DNA-RNA杂交体，约为12bp，形成一个转录空泡转录产物伸出空泡，最远端pppGpNDNA前方解链；后方重新形成双螺旋转录空泡(转录复合物)：RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA目录转录延长动画35¢DNARNA聚合酶核糖体RNA原核生物转录过程中的羽毛状现象（二）真核生物的转录延长真核生物转录延长过程与原核生物类似，但由于存在核小体的高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。转录延长中的核小体移位核小体转录方向RNA-pol核小体核小体RNA-polRNA-polRNA－pol前移将遇到核小体原来绕在组蛋白上的DNA解聚及弯曲一个区段转录毕，核小体移了位RNA转录合成的终止机制有两种：

1．依赖Rho因子的转录终止：由终止因子（

因子）识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。（三）原核生物的转录终止三、转录终止●

因子是个同六聚体；●

因子能结合RNA，与polyC的结合力最强；●

因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。转录终止信号存在于RNA而非DNA模板。依赖Rho因子的转录终止

过程：ρ因子与RNA转录产物结合，并向RNA3’-端滑动→RNA聚合酶变构停止转录→DNA:RNA杂化链解链→释放RNA转录产物2．非依赖Rho的转录终止：特点：①DNA模板靠近终止处存在连续A序列，连续A序列前方富含GC互补区及几个插入碱基②RNA终止区形成发夹样茎环结构，3’端是连续U5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构茎环结构使转录终止的机理●发夹结构改变RNA聚合酶构象，使酶停止移动；●RNA分子要形成自己的局部双链，DNA也要复原为双链，使RNA/DNA杂化链很不稳定。●3´端一连串U，U=A配对最不稳定，RNA易从模板上脱落。5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5

5

3

33加尾AAAAAAA······3mRNA（二）真核生物的转录终止第三节真核生物的转录后修饰Section3Post-transcriptionalModificationinEukaryote

一、真核生物mRNA的转录后加工RNA-polⅡ的转录产物，前体为核内不均一RNA（hnRNA）。核内不均一RNA:存在于真核生物细胞核中的不稳定、大小不均的一组高分子RNA。是mRNA的初级转录产物，经过一系列加工步骤才能产生成熟的、有功能的mRNA。

一、rRNA的转录后加工（一）rRNA前体的加工与核糖体亚基的装配（一）mRNA前体5

端帽子的形成功能：促进mRNA与核蛋白体的结合，保护mRNA免遭5'端外切酶与磷酸酶水解。帽子结构(m7GpppGpN)Pi5ppGp…磷酸酶5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成帽子结构的几种形式NNNNNHHO27HCHO2OHNNNNNHHO27CHHOOO2OOOOOOOOOOPPPPOOOOCHO2OPOOOOHOAAAAAA-3′HCH3+帽0CH3+帽1CH3帽0：5′m7GpppNp—3′CH3帽1：5′m7GpppNmp—3′帽2：5′m7GpppN1mpN2mp-3′在多个位点的甲基化称为帽3帽1：5′Gpppm7Nmp—3′（第二碱基的N7位）帽2帽3碱基（二）mRNA前体3

端加上polyA尾巴功能：增加mRNA的稳定性，维持mRNA作为翻译模板的活性。PolyA尾巴的形成mRNA5′m7GpppGAAUAAA3′H2O核苷酸片段核酸内切酶nATPnPPiPoly(A)聚合酶mRNA5′m7GpppGAAUAAAOH3′mRNA5′m7GpppGAAUAAAAAA(A)nOH3′（三）mRNA前体的剪接（splicing）鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图mRNADNA核酸杂交实验3′5′模板DNAhnRNA3′5′全长互补3′5′模板DNA成熟mRNA3′5′局部互补鼓泡状突出mRNA的初级转录产物断裂基因（splitegene）CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。胰岛素基因、转录产物、翻译产物胰岛素基因（编码链）5′3′intronintronSBCCAPre成熟mRNASBCAPre转录后加工产物前胰岛素原翻译产物翻译后加工修饰产物信号肽前导序列B亚基C肽A亚基SBCAPre胰岛素SSSSBA外显子(exon)和内含子(intron)外显子——转录后加工的剪接过程中被保留，成熟RNA中出现的核酸序列。内含子——转录后加工的剪接过程中被除去的核酸序列。内含子的分类I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；（自我剪接，需要GTP）II：线粒体、叶绿体mRNA基因；

（形成套索结构的自我剪接）根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。III：大多数真核生物核mRNA的基因；(hnRNA的剪接)

（形成剪接体，形成套索结构的剪接）

IV：真核tRNA基因（需要蛋白质酶参与的剪接）hnRNA的剪接除去hnRNA中的内含子，将外显子连接为成熟的RNA的过程称为剪接。分支点内含子上游外显子下游外显子剪接点剪接点内含子结构特点：1.大多数内含子都以5′-GU…开始，而其末端则为…AG-OH-3′2.分支点保守序列：PyNPyPuAPy，其中A为百分之百保守，在酵母中是UACUAAC剪接机制（简化）mRNA的剪接除去hnRNA中的内含子，将外显子连接为成熟的RNA的过程称为剪接。分支点内含子上游外显子下游外显子剪接点剪接点内含子结构特点：1.大多数内含子都以5′-GU…开始，而其末端则为…AG-OH-3′2.分支点保守序列：PyNPyPuAPy，其中A为百分之百保守，在酵母中是UACUAAC剪接机制（简化）snRNA为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如U1、U2等。snRNA与核内蛋白质组装形成小核蛋白体（snRNP），参与hnRNA的剪接加工。snRNAhnRNA的剪接过程：①snRNP剪接体的形成1、U1snRNA识别mRNA前体5’剪接点2、U2snRNA与分支点相结合3、进一步与U4、U5、U6snRNP三聚体相结合，形成剪接体②二次转酯反应U1-snRNAUC-CAUACAUApppmGU1-snRNPU2-snRNAAUGAUGUpppmGU2-snRNPsnRNP与hnRNA的结合内含子可以弯成套索UACUAac-AGAG-GUAUGU外显子1外显子2hnRNA5′3′具体的剪接机制U1与U2作用使内含子的5´端和3´端带到一起U1通过与5´剪接点互补而结合U2识别并结合分支点保守序列U1、U2、mRNA与U4－U5－U6复合物形成一个完整的剪接体U1、U4脱离，形成活性剪接体，通过两次转酯反应完成剪接鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰二、rRNA的转录后加工（一）rRNA前体的加工与核糖体亚基的装配基因基因rRNA转录后加工示意图18S-rRNA5.8S和28S-rRNA20S45SrRNA前体32S甲基化、剪切终产物rDNArDNA（放大）18S5.8S28S