RNA的生物合成(转录).ppt

1、RNA的生物合成（转录）,ATGC,转录 生物体以DNA的一条链为模板，以NTP为原料合成RNA的过程,转录,复制和转录的区别,第一节转录的模板和酶,转录以在DNA的一条链为模板，另一条链为编码链（不转录），这样模板链不总在同一条链上，这种转录方式称为不对称转录 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链，也称为反义链或Crick链,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRN

2、A,蛋白质,转录,翻译,5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,结构基因,RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,核心酶,全酶,转录起始,转录延长阶段亚基脱落,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,（二）真核生物的RNA聚合酶,模板与酶的辨认结合,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子，包括若干个结构基因及其上游的调控序列,RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子,开始转录,T T G A C A A A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,R

3、NA-pol辨认位点,第二节转录过程,一、原核生物的转录过程 （一）转录起始,1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合-35区，酶移向10区，跨入转录起始点,2. DNA双链解开，20bp以下，通常是（171）bp,转录起始过程,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（ 5- 端GTP、ATP）,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3 亚基脱落，进入延长阶段,转录起始复合物:,5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi,（二）转录延长,1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前

4、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 3. 转录空泡 DNA/DNADNA/RNA G-CA-TA-U,转录空泡：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,DNA/DNADNA/RNA G-CA-TA-U,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,依赖Rho ()因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,（三）转录终止,指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,A T P,1. 依赖 Rho因子的转录终止,2. 非依

5、赖 Rho因子的转录终止,DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCAC

6、CAGCCUUUUU. 3,茎环/发夹结构,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。,二、真核生物的转录过程,（一）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。,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),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,2. 转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段

7、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，则称为转录因子(TF),参与RNA-pol转录的TF,3. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, 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。,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,4. 拼板理论(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录

8、因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,（二）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。,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,（三）转录终止, 和转录后修饰密切相关,一、真核生物mRNA的转录后加工,（一）首、尾的修饰,5端形成 帽子结构(m7Gpp

9、pGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),第三节真核生物的转录后修饰,5 pppGp,帽子结构的生成,帽子结构,（二）mRNA的剪接,1. hnRNA 和 snRNA,核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA),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。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,2. 外显子(exon)和内含子(intron),外显

10、子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列 内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列,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,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,3. 内含子的分类,根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4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； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪

11、接过程需酶及ATP。,4. mRNA的剪接, 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,snRNP与hnRNA结合成为剪接体,pG-OH (ppG-OH, pppG-OH),剪接过程的二次转酯反应, RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工,5. mRNA的编辑(mRNA editing),二、tRNA的转录后加工,tRNA前体,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,1,1,三、rRNA的转录后加工,四、核 酶,具有酶促活性的RNA称为核酶,核酶(ribozyme),核酶作用的基础锤头结构,底物部分,通常为60个核苷酸左右 同一分子上包括有催化部份和底物