第十一章 转录.ppt

1、第十一章RNA的生物合成,RNA Biosynthesis,在生物界，RNA合成有两种方式：,DNA指导的RNA合成（转录）,RNA指导的RNA合成（RNA复制）,转录（transcription） 指生物体以DNA为模板合成RNA的过程 本质：酶促核苷酸聚合反应 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 产物: mRNA、tRNA、rRNA 酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol),转录,第一节 转录的模板和化学机制,转录模板 DNA双链中的一股链 转录有时空特异性 结构基因（structural gene）:能转录出RNA的DNA区段称结构基因。

2、,mRNA，tRNA，rRNA,不对称转录,5 3,3 5,编码链,模板链,模板链,编码链,不对称转录(asymmetric transcription) 转录是有选择的，在细胞不同发育时序、按生存条件和需要才转录，转录的这种选择性称不对称转录。包含两个含有： 在DNA双链分子上一股链可转录，另一股链不转录； 模板链并非永远在同一单链上。,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(template strand) 。相对的另一股单链是编码链(coding strand) 。,转录的反应体系 模板：DNA的模板链 原料：NTP（ATP、UTP、CTP、GTP） 酶 ：

3、RNA聚合酶 其他：Mg2+、Mn2+ 其它蛋白因子 化学机制,( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPi,RNA,延长的RNA,小 结,复制与转录的异同点,相同点：,酶促核苷酸聚合过程,DNA为模板,依赖DNA的聚合酶,核苷酸间形成磷酸二酯键,方向5 3,遵守碱基配对规律,小 结,复制与转录的异同点,不同点：,第二节 原核生物转录酶及启动子,原核生物RNA聚合酶 全称：依赖DNA的RNA聚合酶（RNA-pol）,全酶 (holoenzyme),转录起始阶段,核心酶 (core enzyme),转录延长阶段,利福平,Z,原核生物启动序列 操纵子（operon）：原核生物绝

4、大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成的转录单位，由启动序列、操纵序列、结构基因及调节基因所组成。,I,P,O,Y,A,调控序列,启动子（promoter）: 是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列，也是控制转录的关键部位。 对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法,RNA聚合酶保护法,开始转录,-10 区,T A T A A T Pu A T A T T A Py,(Pribnow box),-35 区,T T G A C A A A C T G T,RNA-pol辨认位点 (recognition site),第三节 原核生物转录过程,转录起始,转

5、录延长,转录终止,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。 DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合形成闭合转录复合体(closed transcription complex) :,2. DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(open transcription complex) ； 解链范围：小于20bp,3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应（不需引物），形成转录起始复合物：,5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi,转录起始复合物:,RNApol (2) - DNA

6、 - pppGpN- OH 3,转录延长,第一个磷酸二酯键生成后亚基脱落，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,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,5,3,DNA,核糖体,RNA,RNA聚合酶,这种形状说明：,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。,转录终止,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

7、RNA链从转录复合物上脱落下来。,依赖Rho 因子的转录终止,非依赖Rho因子的转录终止,（一）依赖因子的转录终止 常见于噬菌体中,因子：,因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。 因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。 因子还有ATP酶活性和解螺旋酶的活性。,因子的作用原理：,（二） 非依赖 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。,DNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,5UUGCAGCCUGAC

8、AAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖因子终止的普遍现象。,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。,第四节 真核生物转录过程,真核生物RNA聚合酶,RNA聚合酶（RNA Po

9、l）,RNA聚合酶（RNA Pol）,RNA聚合酶（RNA Pol ）,真核生物的RNA聚合酶,真核生物调控序列 顺式作用元件（cis-acting element ）： 指可以影响自身基因表达活性的DNA序列，分为启动子、增强子和沉默子。 启动子：指的是RNA-pol结合位点周围的一组转录控制组件，每一组件含7-20bp的DNA序列，至少包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。,TATA盒,GC盒,CAAT盒,TATA盒:是最具典型意义的组件，共有序列为TATAAAA，通常位于转录起始点上游-30-25bp,控制转录起始的准确性及频率。由TATA盒和转录起始点即可构成最简单的启动子。

10、多在转录起始点约-40-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒 典型启动子由TATA盒及其上游CAAT盒和（或）GC盒组成，通常具一个转录起始点及较高转录活性,增强子：是远离转录起始点、决定基因的时间和空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。 沉默子：有的基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,顺式作用元件(cis-acting element),转录因子 反式作用因子（trans-acting factors）:能通过与特异的顺式作用元件的识别、结合，反式激活另一基因的转录的蛋白。 转录因子（tran

11、scription factors）：反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的因子。,真核生物参与RNA-pol转录的TF,转录过程 转录起始 RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用，形成转录起始复合物(pre-initiation complex, PIC) 。 转录延长 真核生物转录延长过程转录与翻译非同步， 可见核小体移位和解聚现象。 转录终止 真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行,3加尾,-GUGUGUG,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,AAAAAAA 3 mRNA,核酸酶,转录终止和转录后修饰密切相关,第五节 真核生物转录后加工,几乎所有的

12、初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA 部位：主要在细胞核 对象:,mRNA,tRNA,rRNA,几种主要的修饰方式：,1. 剪接(splicing),2. 剪切(cleavage),3. 修饰(modification),4. 添加(addition),mRNA前体的加工 （一）真核生物mRNA生成特点 1.单顺反子：一个mRNA分子只编码一种蛋白 2.断裂基因（split gene）：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，这些基因称断裂基因。,编码区 A、B、C、D,外显子：在

13、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。 具5-帽子结构 具3-polyA尾结构,（二）mRNA加工过程,5加帽,3加尾,剪接,编辑,加帽 5-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构,5 pppGp,加尾 剪接作用：去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接为成熟mRNA的过程。 场所:剪接体 由小分子核糖核蛋白组成，将hnRNA结合，使内含子形成套索并拉近上、下游外显子。 套索RNA：内含子区段弯曲，使相邻两个外显子互相靠近而利于剪接。 反应：二次转酯反应,4. mRNA的编辑(mRNA editing), 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(differential RNA processing)。,二、rRNA的转录后加工,三、tRNA的转录后加工,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,小结：原核与真核转录的不同,原核为多顺反子，含多个结构基因 真核为单顺反子 原核转录酶只