RNA的生物合成-转录

第十二章RNA的生物合成(RNABiosynthesis——Transcription)1完整版课件ppt第十二章RNA的生物合成(RNABiosynthesReversetranscription中心法则(CentralDogma)Replication

贮存遗传信息直接模板有功能的产物复制转录翻译2完整版课件pptReverse中心法则(CentralDogma)Re转录(transcription)：

以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。RNA聚合酶3完整版课件ppt转录(transcription)：RNA聚合酶3完整版课第一节RNA聚合酶及RNA转录的一般特点GeneralSurveyofRNASynthesis4完整版课件ppt第一节4完整版课件ppt模板：酶：原料：产物：配对：方向：引物：DNA(不对称转录）RNA聚合酶NTPmRNA,tRNA,rRNA,小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要转录的条件5完整版课件ppt模板：DNA(不对称转录）转录的条件5完整版课件pp一、DNA指导的RNA聚合酶(DNAdirectedRNApolymerase,DDRP)模板：双链DNA中的一条链底物：四种核糖核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP和UTP）反应条件：二价金属离子，如Mg2+和Mn2+。

RNA聚合酶(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi6完整版课件ppt一、DNA指导的RNA聚合酶模板：双链DNA中的一条链RNA真核生物的RNA聚合酶

表12-1真核生物RNA聚合酶的种类和性质

种类I型II型III型线粒体RNA（Mt型）分子量5.5×1056×1056×1056.4～6.8×104分布核仁核质核质线粒体转录产物5.8S、18S、28SmRNA前体tRNA前体线粒体RNArRNA前体5SrRNA对利福平不敏感不敏感不敏感敏感敏感性对鹅膏蕈碱不敏感非常敏感敏感不敏感敏感性

转录因子TFITFIITFIII7完整版课件ppt真核生物的RNA聚合酶表12-1真核生物RNA聚合酶的种

复制——以DNA为模板合成DNA的过程；转录——以DNA为模板合成RNA的过程。相同点

都是酶促核苷酸聚合过程；都以DNA为模板；合成方向都是5’-3’；核苷酸之间都以磷酸二酯键相连；服从碱基互补配对规律；二、比较复制和转录的异同8完整版课件ppt复制——以DNA为模板合成DNA的过程；不同点

复制两条链均复制dNTPA-T、G-CDNA聚合酶子代双链DNA需要RNA引物不需要

转录模板链转录（不对称）NTPA-U、T-A、G-CRNA聚合酶mRNA/tRNA/rRNA不需要引物需要模板原料碱基配对聚合酶产物引物加工9完整版课件ppt不同点复制转录9完整转录因子（transcriptionfactors，TF）能结合到DNA的特殊序列并且与RNA聚合酶结合，促进转录的蛋白质因子。TFI：促进RNA聚合酶I转录TFII：促进RNA聚合酶II（TFIIA，B，D，E，F，H）TFIII：促进RNA聚合酶III转录。

反式作用因子10完整版课件ppt转录因子（transcriptionfactors，TF不对称转录(asymmetrictranscription):在DNA双链分子的某一区段，一股链可转录，另一股链不转录，模板链也并非永远在同一单链上的转录方式。5’3’3’5’箭头方向为转录方向；深色链为模板链。11完整版课件ppt不对称转录(asymmetrictranscription3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质转录翻译mRNA序列与编码链一样（U-T）。12完整版课件ppt3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链转原核细胞真核细胞13完整版课件ppt原核细胞真核细转录过程：起始——延长——终止

转录单位（transcriptionunit）：

RNA聚合酶作用的起始点与终止点之间的DNA序列。转录起始位点：

合成RNA链的DNA的第一个核苷酸位点（+1）。第二节真核生物的转录过程14完整版课件ppt转录过程：起始——延长——终止转录单位（transcr真核生物与转录起始有关的结构

顺式作用元件（cis-actingelement）：存在于基因的旁侧序列中，能影响自身基因表达的序列。包括启动子、增强子、沉默子等。反式作用因子（trans-actingfactor）：能直接或间接识别并特异地与顺式作用元件结合，参与基因表达调控的蛋白因子。15完整版课件ppt真核生物与转录起始有关的结构顺式作用元件（cis-actiBEHAFRNA聚合酶IITATATFIID45bp+1+30bpDNAmRNA转录前起始复合体RNA聚合酶II、多种TFII、DNA模板组成转录前起始复合物。一、

mRNA的合成（一）起始16完整版课件pptBEHAFRNA聚合酶IITATATFIID45bp+11.启动子（promoter）启动子是DNA模板上的一段特殊序列。转录开始时，RNA聚合酶识别和结合于启动子。它包括一些保守顺序，如GC盒、CAAT盒和TATA盒子。为顺式作用元件。17完整版课件ppt17完整版课件ppt真核生物启动子结构18完整版课件ppt真核生物启动子结构18完整版课件ppt真核生物启动子结构：GCBox：位于-80~-110区，有GGGCGG保守序列，结合转录因子调节转录。CAATBox：位于-70~-80区，有GGNCAATCT保守序列，决定转录起始的频率。TATABox：位于-25~-30区，有TATA(A/T)(A/T)A保守序列，能保证转录起始位置的精确性。又称HognessBox。19完整版课件ppt真核生物启动子结构：19完整版课件ppt2.转录因子ＩＩ及转录前起始复合物（PIC）的形成

20完整版课件ppt2.转录因子ＩＩ及转录前起始复合物（PIC）的形成20完21完整版课件ppt21完整版课件ppt（二）RNA链的延长（elongation）DNA双链不断的解开，RNA聚合酶沿着DNA模板向3’方向移动。同时，在RNA聚合酶II的作用下，与DNA模板链序列互补的核苷酸逐一地进入反应体系，不断延伸RNA链。合成的方向为5’→3’。

需要多种转录因子协助，由RNA聚合酶II催化。转录泡酶覆盖：40bp打开DNA：17bp合成RNA：12bpDNA-RNA杂交体22完整版课件ppt（二）RNA链的延长（elongation）DNA（三）RNA合成的终止（termination）转录至模板某一位置，停止形成磷酸二酯键RNA—DNA杂交链解开，DNA解链的部分重新形成双螺旋RNA聚合酶离开DNA。

23完整版课件ppt（三）RNA合成的终止（termination）转录至模板转录终止序列：DNA的特殊序列与转录的终止有关。编码链5‘-----AAUAAA加尾24完整版课件ppt转录终止序列：DNA的特殊序列与转录的终止有关。编二、rRNA的合成合成部位：核仁酶：RNA聚合酶I转录单位：包括28S，5.8S及18SrRNA基因。几百个转录单位串联排列在染色体上，中间有间隔序列隔开。转录因子：TFI转录产物：28S，5.8S，18SrRNA25完整版课件ppt二、rRNA的合成合成部位：核仁25完整版课件ppt核糖体RNA（rRNA）的转录染色体DNA内含子基因间隔18S5.8S28S每个重复单位45S转录产物3种rRNA前体转录后加工18SrRNA5.8S/28SrRNA26完整版课件ppt核糖体RNA（rRNA）的转录染色体DNA内含子基因间隔18三、5SrRNA和tRNA的合成合成部位：核浆酶：RNA聚合酶III转录因子：TFIII转录产物：5SrRNA，tRNA，snRNA27完整版课件ppt三、5SrRNA和tRNA的合成合成部位：核浆27完整第三节真核生物转录后RNA的加工RNAProcessing28完整版课件ppt第三节28完整版课件pptRNA转录后加工（RNAprocessing）:以DNA为模板转录生成的RNA链经过修饰、切除、连接等反应，去除非编码序列，形成成熟的具有功能的RNA分子的过程。

29完整版课件pptRNA转录后加工（RNAprocessing）:29完整版一、mRNA的加工（一）内含子的剪接断裂基因（splitegene）：真核生物的结构基因由若干编码区和非编码区相互间隔，编码一个完整的蛋白质，成为断裂基因。外显子（exon）：真核结构生物基因中的编码序列。内含子（intron）：真核生物结构基因中的非编码区。exonABCintron30完整版课件ppt一、mRNA的加工断裂基因（splitegene）：真核生真核细胞的基因结构hnRNA成熟mRNA31完整版课件ppt真核细胞的hnRNA成熟mRNA31完整版课件ppt32完整版课件ppt32完整版课件ppt33完整版课件ppt33完整版课件ppt核不均一RNA（heterogeneous-nuclearRNA,hnRNA）：细胞核内的初级转录产物。需要经过剪接才能成为成熟的mRNA。小核RNA（smallnuclearRNA,snRNA）：在细胞核内与蛋白质组成核糖核酸蛋白体，即剪接体（splicesome），结合在hnRNA的内含子区段，使之弯曲，形成套索结构，有利于剪接。34完整版课件ppt核不均一RNA（heterogeneous-nuclearmRNA剪接（mRNAsplicing）真核生物结构基因转录时，外显子和内含子同时被转录，产物为hnRNA，而后切除hnRNA中的内含子，将外显子连接的过程成为mRNA剪接。剪接类型：snRNA剪接方式剪接位点：作为内含子起始和结束的GU、AG剪接点序列成为剪接位点。35完整版课件pptmRNA剪接（mRNAsplicing）剪接类型：snR36完整版课件ppt36完整版课件ppt37完整版课件ppt37完整版课件ppt（二）5’端加帽5’端：m7GpppGpN（甲基化三磷酸双鸟苷）部位：细胞核作用:1）使mRNA免受磷酸酶和核酸酶的攻击，稳定mRNA分子的一级结构；2）提供核蛋白体识别位点，促进翻译起始复合物形成，增强mRNA翻译效率；3）有利于mRNA前体的剪接。38完整版课件ppt（二）5’端加帽5’端：m7GpppGpN（甲基化三磷酸双mRNA的5’帽子结构39完整版课件pptmRNA的5’帽子结构39完整版课件ppt5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5m7GpppGp…甲基转移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi帽子结构的生成40完整版课件ppt5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸（三）mRNA的3’端加polyA尾3’端：100-200个腺苷酸残基部位：细胞核作用:1）维持mRNA的稳定；2）增加翻译效率；3）与mRNA运输有关。41完整版课件ppt（三）mRNA的3’端加polyA尾3’端：100-200个转录终止序列：DNA的特殊序列与转录的终止有关。编码链5‘-----AAUAAA加尾42完整版课件ppt转录终止序列：DNA的特殊序列与转录的终止有关。编步骤1步骤23’端加polyA尾43完整版课件ppt步骤1步骤23’端加polyA尾43完整版课件ppt（四）mRNA编辑（mRNAediting）DNA在转录成hnRNA后，通过插入、删除或碱基替换而改变DNA模板原来的某些遗传信息。

通常是个别碱基的更换使一个基因表达出多个氨基酸序列不同的蛋白质。

是对生物学中心法则的补充，扩大了mRNA遗传信息容量。44完整版课件ppt（四）mRNA编辑（mRNAediting）D第2153位谷氨酰胺终止子45完整版课件ppt第2153位谷氨酰胺终止子45完整版课件ppt二、核糖体RNA（rRNA）的转录后加工rDNA内含子基因间隔18S5.8S28S每个重复单位45S转录物3种rRNA前身剪接18SrRNA5.8S/28SrRNA46完整版课件ppt二、核糖体RNA（rRNA）的转录后加工rDNA内含子基因间rRNA转录后的加工和与核糖体的装配同时进行。47完整版课件pptrRNA转录后的加工和与核糖体的装配同时进行。47完整版课件核酶（ribozyme）：具有催化功能的RNA。四膜虫的rRNA自我剪接48完整版课件ppt核酶（ribozyme）：具有催化功能的RNA。四膜虫的rR核酶的二级结构——槌头状结构（hammerheadstructure）通常为60个核苷酸左右；同一分子上包括有催化部分和底物部分，共同组成槌头状结构。底物催化部分49完整版课件ppt核酶的二级结构——槌头状结构通常为60个核苷酸左右；同一分子酶底物图13-12核酶的意义：1.核酶的发现，对中心法则作了重要补充；2.对传统酶学提出挑战；3.人工合成核酶的槌头结构，用于破坏有害基因，如破坏HIV病毒RNA。50完整版课件ppt酶底物图13-12核酶的意义：50完整版课件ppt三、转移RNA（tRNA）的转录后加工51完整版课件ppt三、转移RNA（tRNA）的转录后加工51完整版课件ppt52完整版课件ppt52完整版课件ppt碱基修饰（1）甲基化AAm（2）还原UDHU（3）核苷酸内的转位反应UΨ（4）脱氨反应AI53完整版课件ppt碱基修饰53完整版课件ppt第四节原核生物的转录54完整版课件ppt第四节原核生物的转录54完整版课件ppt（一）原核生物的RNA聚合酶核心酶亚基α2ββ’σ功能决定哪些基因被转录结合底物，形成磷酸二酯键（催化）结合模板（开链）（核心酶参与转录全过程）识别起始点启动子（延长时脱落）全酶：α2ββ’σ55完整版课件ppt（一）原核生物的RNA聚合酶亚基原核生物的RNA聚合酶56完整版课件ppt原核生物的RNA聚合酶56完整版课件pptRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合-35-10Pribnowbox57完整版课件pptRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合-35一、原核生物转录起始（initiation）启动子（promotor）：DNA分子上可以与RNA聚合酶特异结合而使转录开始的一段DNA序列，本身不被转录。

结合部位：位于-10区，有TATAAT保守序列，是RNA聚合酶与DNA模板牢固结合的位点，也有助于打开局部DNA双链。也称PribnowBox。

识别部位：位于-35区，有TTGACA保守序列，是RNA聚合酶σ亚基识别的部位。

转录起始位点：合成RNA链中第一个核苷酸的位点，多为A或G。58完整版课件ppt一、原核生物转录起始（initiation）58完整版课件p原核生物启动子结构59完整版课件ppt原核生物启动子结构59完整版课件ppt

操纵子（operon）：原核生物的许多功能相关的基因成簇地串联排列在染色体上，共同组成一个转录单位，几个结构基因受同一调控序列调控，这种基因表达控制单元称为操纵子。60完整版课件ppt操纵子（operon）：原核生物的许多功能相关的基因成簇调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacACAPcAMPCAP-cAMP复合物mRNA+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透过酶-半乳糖苷乙酰基转移酶酶乳糖操纵子61完整版课件ppt调节基因启动子操纵lacZlacYlacACAPcAMPCARNA的转录开始于pppG或pppA。转录起始位置在Pribnow盒子下游5-8bp。RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA双链上迅速、随机滑动，寻找到启动子-35区，结合形成闭合的复合物，DNA双链未解开。全酶形成更紧密的开环复合物，其特征是DNA双螺旋局部解开大约10bp。因为Pribnow盒子是富含AT的，它有利于这种局部的解旋。解链的DNA与起始的三磷酸嘌呤核苷酸（pppG或pppA）及RNA聚合酶结合，然后形成第一个磷酸二酯键。全酶移动到另一个位置并继续合成。一旦起始的核苷酸链形成一小段后，σ因子便从全酶释放出来，核心酶进入延长阶段继续发挥其催化作用。另外一个RNA聚合酶分子可以识别并结合到启动子上，开始另一轮转录。这样，一个基因可以被同时转录许多次。62完整版课件pptRNA的转录开始于pppG或pppA。转录起始位置在PrRNA的转录过程63完整版课件pptRNA的转录过程63完整版课件ppt二、转录的延长（elongation）

σ亚基脱落，RNA聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿DNA模板前移，催化RNA链不断延长。（NMP）n+NTP（NMP）n+1+PPi转录复合物：RNA聚合酶核心酶，DNA模板，RNA产物。64完整版课件ppt二、转录的延长（elongation）σ亚基脱落，RDNA解开17bp；RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋65完整版课件pptDNA解开17bp；RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋66完整版课件ppt66完整版课件ppt三、RNA合成的终止（termination）依赖Rho（ρ）因子的转录终止非依赖ρ因子的转录终止转录至模板某一位置，停止形成磷酸二酯键RNA—DNA杂交链解开，DNA解链的部分重新形成双螺旋RNA聚合酶离开DNA

分类：67完整版课件ppt三、RNA合成的终止（termination）依赖Rh（1）依赖Rho（ρ）因子的转录终止六个相同亚基组成的蛋白质RNA依赖的ATP酶活性和解螺旋酶活性与单链RNA（polyC）结合ρ因子的结构：68完整版课件ppt（1）依赖Rho（ρ）因子的转录终止六个相同亚基组成的蛋依赖ρ因子的转录终止69完整版课件ppt依赖ρ因子的转录终止69完整版课件ppt发夹结构环茎多个UDNA模板3’5’（2）非依赖ρ因子的转录终止

DNA分子近转录终止点处具有一段富含GC的回文区域，之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。70完整版课件ppt发夹结构环茎多个UDNA模板5’（2）非依赖ρ因子的转录终71完整版课件ppt71完整版课件pptRNA-pol5’pppG茎环结构的转录终止RNA聚合酶变构，转录停顿；AU结合弱，转录复合物趋于解离，RNA产物释放。72完整版课件pptRNA-pol5’pppG茎环结构的转录终止RNA聚合酶变构原核生物和真核生物转录过程的比较原核生物真核生物转录单位

1个转录单位含多个结构基因1个转录单位含1个结构基因起始

不需引物不需引物

启动子辨认

σ亚基多种转录因子参与

起始酶

RNA聚合酶全酶

RNA聚合酶I、II、III催化合成不同的RNA延长

合成新链沿5’-3’方向前进合成新链沿5’-3’方向前进延长酶

RNA聚合酶核心酶

RNA聚合酶I、II、III

转录复合物

RNA聚合酶核心酶-DNA-RNA-终止

依赖ρ因子终止转录修饰点有特殊序列，

非依赖ρ因子终止mRNA过转录修饰点即被切断加帽加尾73完整版课件ppt原核生物和真核生物转录过程的比较四、RNA转录后加工（RNAprocessing）以DNA为模板转录生成的RNA链经过修饰、切除、连接等反应，去除非编码序列，形成成熟的具有功能的RNA分子的过程。

mRNA可直接作为翻译的模板rRNA转录产物要加工、修饰tRNA74完整版课件ppt四、RNA转录后加工（RNAprocessing）mRNA

原核生物和真核生物mRNA的不同原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工寿命短真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆