转录合成课件.ppt

关于转录合成现在学习的是第1页，共45页 执执行行生生命命功功能能、表表现现生生命命特特征征的的主主要要物物质质是是蛋蛋白白质质分分子子。DNA贮贮存存着着决决定定生生物物特特征征的的遗遗传传信信息息，只只有有通通过过蛋蛋白白质质才才能能表表达达出出它它的的生生命命意意义义，直直接接决决定定蛋蛋白白质质合合成成及及蛋蛋白白质质特特征征的的不不是是RNA而而是是DNA，因因而而人人们们确确定定DNA是是遗遗传传信信息息贮贮存存者者后后就就推推测测DNA是是通通过过RNA去去决决定定蛋蛋白白质质合合成成的的。50年年代代末末RNA聚聚合合酶酶的的发发现现开开始始证证实了这一推测。实了这一推测。现在学习的是第2页，共45页 以以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程称为的过程称为转录转录（transcription）。转录是生物界）。转录是生物界RNA合成的主要方式，合成的主要方式，是是遗传信息即遗传信息即DNA向向RNA传递过程，也是基因表达的开始传递过程，也是基因表达的开始。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP）。转录产生初级转录物为）。转录产生初级转录物为RNA前体，它们必须经过加工过程变为成熟的前体，它们必须经过加工过程变为成熟的RNA，才能，才能表现其生物活性。表现其生物活性。RNA所携带的遗传信息也可用于指导所携带的遗传信息也可用于指导RNA的合成，的合成，即即RNA的复制，或称为的复制，或称为逆转录。逆转录。现在学习的是第3页，共45页DNA转录的基本过程转录的基本过程 现在学习的是第4页，共45页现在学习的是第5页，共45页现在学习的是第6页，共45页主主 要要 内内 容容 RNA转录的概述转录的概述 启动子的结构与功能启动子的结构与功能 细菌的细菌的RNA聚合酶聚合酶 现在学习的是第7页，共45页 真核和原核真核和原核细细胞内都存在有胞内都存在有DDRPDDRP，迄今，迄今发现发现的的DDRPDDRP的有的有以下特点：以下特点：以以DNADNA为为模板模板:在在DNADNA的两条多苷酸的两条多苷酸链链中只有中只有其中一条其中一条链链作作为为模板，模板，这这条条链链叫做叫做模板模板链链，又叫，又叫反反义链义链。DNADNA双双链链中另一条不做中另一条不做为为模板的模板的链链叫做叫做编码链编码链，又叫，又叫有意有意义义链链，编码链编码链的的序列与的的序列与转录转录本本RNARNA的序列相同，只是在的序列相同，只是在编码链编码链上的上的T T在在转录转录本本RNARNA为为U U，由于，由于RNARNA的的转录转录合成是以合成是以DNADNA的一的一条条链为链为模板而模板而进进行的，所以行的，所以这这种种转录转录方式又叫做方式又叫做不不对对称称转转录录。一、一、RNA转录的概述转录的概述现在学习的是第8页，共45页5G C A G T A C A T G T C33 c g t c a t g t a c a g55G C A G U A C A U G U C3N Ala Val His Val C DNA转录转录mRNA翻译翻译肽肽DNA模板、转录产物模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系和氨基酸序列之间的关系编码链编码链模板链模板链现在学习的是第9页，共45页5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向现在学习的是第10页，共45页都以都以四种三磷酸核苷四种三磷酸核苷酸酸的底物的底物为为原料；原料；都都遵遵循循DNADNA与与RNARNA之之间间的的碱碱基基配配对对原原则则，A=UA=U，T=AT=A，C=GC=G，合成与模板合成与模板DNADNA序列互序列互补补的的RNARNA链链；RNARNA链链的延的延长长方向是方向是5353的的连续连续合成合成；需要需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+离子离子；并并不不需需要要引引物物。RNARNA聚聚合合酶酶缺缺乏乏3535外外切切酶酶活性活性，所以没有校正功能。，所以没有校正功能。现在学习的是第11页，共45页（1）RNA聚合酶所催化的反应聚合酶所催化的反应现在学习的是第12页，共45页原核生物和真核生物基因转录的差异原核生物和真核生物基因转录的差异原核生物只有一种原核生物只有一种RNARNA聚合酶；而真核生物有聚合酶；而真核生物有3 3种以上的种以上的RNARNA聚合聚合酶。酶。原核生物的初始转录产物大多数都是编码序列，与蛋白质的原核生物的初始转录产物大多数都是编码序列，与蛋白质的氨基酸序列成线性关系；而真核生物的初始产物含有内含子氨基酸序列成线性关系；而真核生物的初始产物含有内含子序列。序列。原核生物的转录产物直接行使翻译模板的功能；而真核生物原核生物的转录产物直接行使翻译模板的功能；而真核生物的转录产物须历经剪接、修饰的转录后加工成熟过程。的转录产物须历经剪接、修饰的转录后加工成熟过程。原核生物的转录产物原核生物的转录产物mRNAmRNA为多顺反子，大多数真核生物的为多顺反子，大多数真核生物的mRNAmRNA是是单顺反子结构。单顺反子结构。原核生物的原核生物的RNARNA转录与蛋白质翻译相互偶联，可同时进行。转录与蛋白质翻译相互偶联，可同时进行。现在学习的是第13页，共45页二、启动子现在学习的是第14页，共45页1开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 现在学习的是第15页，共45页10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框框是是RNA聚合酶的牢固结合位点，并且是解旋聚合酶的牢固结合位点，并且是解旋的重要部位，简称结合位点。的重要部位，简称结合位点。35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框框是是RNA聚合酶中聚合酶中 的识别位点，也是的识别位点，也是RNA聚聚合酶的初始结合位点。合酶的初始结合位点。RNA酶与启动子的相互作用酶与启动子的相互作用现在学习的是第16页，共45页提供转录终止信号的序列称为终止子提供转录终止信号的序列称为终止子(terminator)。终止信号存在于终止信号存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。聚合酶已经转录过的序列之中。原核生物终止子分为两类：原核生物终止子分为两类：一类是不依赖于一类是不依赖于因子的转录终止（内在终止子）；因子的转录终止（内在终止子）；一类是依赖一类是依赖因子的转录终止；因子的转录终止；两类终止子有共同的序列特征：两类终止子有共同的序列特征：在转录终止点之前有一段间断的回文结构。在转录终止点之前有一段间断的回文结构。两类终止子碱基组成的不同点：两类终止子碱基组成的不同点：不依赖不依赖因子因子 回文结构富含回文结构富含G-C 下游富含下游富含A-T 依赖依赖因子因子 G-C含量较少含量较少 下游无特征下游无特征2.终止子终止子 现在学习的是第17页，共45页三、大肠杆菌三、大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶现在学习的是第18页，共45页表表 7-2 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶 亚单位亚单位 分子量分子量 亚单位数目亚单位数目功能功能 40000 40000 2 2 酶的装配酶的装配 1506181506181 1与启动子上游无件和活与启动子上游无件和活化因子结合化因子结合1556131556131 1催化中心催化中心 70263702631 1辨辨认认起始点起始点10000100001 1与与酶酶复合体的复合体的组组装有关装有关现在学习的是第19页，共45页核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)RNARNA聚合酶聚合酶转录延长阶段转录延长阶段亚基脱落亚基脱落转录起始转录起始当与核心酶结合后全酶才识别R位点和B位点,并与其专一性结合,保证了相对较高的发动转录效率的同时,也降低了RNA聚合酶和移动速度.故转录发动后就离开释放出来的亚基,可重新启动新一轮的RNA转录,不同的亚基有不同的DNA序列识别专一性亚基的相对分子量约为16x104,是聚合NTP，合成RNA链的主要亚基，在组建全酶后，会形成两个功能位点，其一起始位点（I）对利福平表现敏感，只能专一性地与ATP或GTP结合，这一特点决定了RNA的第一个核苷酸为A或G；其二是延伸位点（E）对利福平表现不敏感，对NTP没有专一性的选择，从而保证了RNA链的延伸。相对分子量为15X104强碱性亚基，是催化中心，1、能使RNA聚合酶与非模板链结合，2、催化磷酸二酯键的形成，3、结合核苷酸底物。双链DNA解旋位点双链DNA重绕位点现在学习的是第20页，共45页RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 现在学习的是第21页，共45页亚基组成：亚基组成：2 2w w=2 2w w+全酶全酶 核心酶核心酶RNARNA聚合酶的组成聚合酶的组成 亚基亚基 解开前方的解开前方的DNADNA双螺旋、恢复后面双螺旋、恢复后面的的DNADNA双螺旋双螺旋 亚基亚基 催化磷酸二酯键的形成催化磷酸二酯键的形成 亚基亚基 与与DNADNA的非模板链结合的非模板链结合现在学习的是第22页，共45页核心酶：解开前方的核心酶：解开前方的DNADNA双螺旋、双螺旋、RNARNA链的延伸、链的延伸、恢复后面的恢复后面的DNADNA双螺旋双螺旋 亚基：识别亚基：识别DNADNA上转录的起始部位，从而引上转录的起始部位，从而引导全酶结合上去导全酶结合上去此外，每个此外，每个RNARNA聚合酶还含有聚合酶还含有2 2个个ZnZn离子。离子。现在学习的是第23页，共45页原核生物转录的基本过程原核生物转录的基本过程（1）RNA合成的识别合成的识别（2）RNA合成的起始与延伸过程合成的起始与延伸过程（3）RNA合成的终止阶段合成的终止阶段现在学习的是第24页，共45页 原核生物：原核生物：Pribnow框和框和Sextama框框转录的识别转录的识别 启动子启动子现在学习的是第25页，共45页原核生物启动子的结构示意图原核生物启动子的结构示意图现在学习的是第26页，共45页转录起点是指与新生转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。常把起点前面，即常把起点前面，即5末端的序列称为上游末端的序列称为上游(upstream)，而把其后面即，而把其后面即3末端的序列称末端的序列称为下游为下游(downstream)。在描述碱基的位置时，。在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次为，下游方向依次为+2、+3，上游方向依次为，上游方向依次为-1、-2、-3。现在学习的是第27页，共45页Pribnow 框：框：10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框是框是RNA聚合酶的牢固结合位点，聚合酶的牢固结合位点，简称结合位点。简称结合位点。细菌中常见两种启动子突变：细菌中常见两种启动子突变：启动子上升突变，提高转录活性；启动子上升突变，提高转录活性；启动子下降突变，降低转录水平。启动子下降突变，降低转录水平。的存在保证原核生物的存在保证原核生物RNA聚合酶只能与启聚合酶只能与启 动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。现在学习的是第28页，共45页Sextama 框：框：35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框是框是RNA聚合酶中聚合酶中 的识别位点，的识别位点，也是也是RNA聚合酶的初始结合位点。聚合酶的初始结合位点。Pribnow 框与框与Sextama 框之间的碱基序列框之间的碱基序列 并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；天然启动子这段距离多为天然启动子这段距离多为1520bp，距离的，距离的 大小可能是决定启动子强度的因素之一。大小可能是决定启动子强度的因素之一。实验表明：两个序列之间的距离为实验表明：两个序列之间的距离为17bp时，时，转录效率最高。转录效率最高。现在学习的是第29页，共45页转录的起始转录的起始 转录起始需解决两个问题：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聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。现在学习的是第30页，共45页4.4.1010区区DNADNA双链解开双链解开121217bp，形成开放的二，形成开放的二 元元启动子复合物（模板酶）。启动子复合物（模板酶）。2.RNA2.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2 2)与模板与模板3535序列结合，形成序列结合，形成闭合的闭合的二元闭合启动子复合物二元闭合启动子复合物。u 转录起始过程转录起始过程1.因子辨认转录起始点（因子辨认转录起始点（-35区的区的TTGACA序列）序列）3.RNA聚合酶向聚合酶向10区转移，并与之牢固结合。区转移，并与之牢固结合。现在学习的是第31页，共45页RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi5.5.在在RNARNA聚合酶聚合酶亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，形成三元复合物形成三元复合物（模板酶（模板酶RNARNA）。）。6.当当三元复合物中三元复合物中RNA长长69个核苷酸时，个核苷酸时，因子因子 从全酶解离下来，进入延长阶段。从全酶解离下来，进入延长阶段。RNA聚合酶有两个核苷酸结合位点：聚合酶有两个核苷酸结合位点：一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才能形成一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才能形成第一个磷酸二酯键。第一个磷酸二酯键。现在学习的是第32页，共45页 RNA合成的第一个核苷酸总有合成的第一个核苷酸总有GTP或或ATP，以，以GTP常见，此时常见，此时 因子从全酶解离因子从全酶解离下来，靠核心酶在下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，链上向下游滑动，而脱落的而脱落的 因子与另一个核心酶结合成全酶因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。反复利用。现在学习的是第33页，共45页1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNARNA聚合酶核心酶变构，与模聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2.2.在核心酶作用下，在核心酶作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不链不断延长。断延长。3.3.碱基配对原则：碱基配对原则：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C4.4.延长中的转录复合物也叫转录泡。随着延长中的转录复合物也叫转录泡。随着RNARNA 聚合酶前移，转录产物聚合酶前移，转录产物RNARNA不断移出转录泡，不断移出转录泡，已转录完毕的已转录完毕的DNADNA双链又重新复合而不再打开。双链又重新复合而不再打开。5.5.原核生物的转录和翻译偶联进行。原核生物的转录和翻译偶联进行。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi原核生物原核生物RNA转录的延长过程转录的延长过程现在学习的是第34页，共45页原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶现在学习的是第35页，共45页依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止（4 4）转录的终止和新生）转录的终止和新生RNARNA链的释放链的释放指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合合物物上上脱落下来。脱落下来。分类分类现在学习的是第36页，共45页依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止1969年，年，Roberts发现了能控制转录终止的蛋白质，即发现了能控制转录终止的蛋白质，即因子。因子。它由相同的它由相同的6个亚基组成六聚体，分子量个亚基组成六聚体，分子量200kD。因子具有因子具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元转录三元复合物复合物解离的根本原因。解离的根本原因。因子的因子的NTP酶活性依赖于单链酶活性依赖于单链RNA的结构。的结构。因子依赖性终止子含有一个因子依赖性终止子含有一个反向重复序列反向重复序列，使，使 RNA末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，因子得以发因子得以发挥作用，终止转录。挥作用，终止转录。现在学习的是第37页，共45页图图 6-8现在学习的是第38页，共45页非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板接近转录终止的区域内，有较密集模板接近转录终止的区域内，有较密集 的的A-T配对区或配对区或G-C配对区，且配对区，且G-C配对为回配对为回 文结构。文结构。转录产物转录产物RNA的的3-末端有若干个连续的末端有若干个连续的U。连续连续U区的区的5-端前方碱基形成茎环结构或发端前方碱基形成茎环结构或发 夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下 游推进的关键。游推进的关键。现在学习的是第39页，共45页转录方向转录方向335TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3355DNA模板链模板链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5CGCCCGAGCGGGCU5TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3图图4-9 不依赖不依赖 因子的转录终止因子的转录终止现在学习的是第40页，共45页茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；密集密集A-U 配对使转录复合物趋于解离，配对使转录复合物趋于解离，释放释放RNA。5pppG5 3 3 5 RNA-pol现在学习的是第41页，共45页小结概念转录、逆转录、启动子、反义链、有义链、核心启动子、RNA聚合酶结构与功能，各亚基的性质和功能。原核生物转录的过程。现在学习的是第42页，共45页转录与复制的相似之处：转录与复制的相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程；都是酶促的核苷酸聚合过程；都以都以DNA为模板；为模板；都需依赖都需依赖DNA的聚合酶；的聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；都从都从5至至3 方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。转录与复制都受到严格的调控转录与复制都受到严格的调控 转录与复制的异同点转录与复制的异同点 现在学习的是第43页，共45页转录和转录和复制的区别复制的区别 引物引物 有有 无无高度进行性高度进行性 中途不停止中途不停止 可一段一段进行可一段一段进行A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制现在学习的是第44页，共45页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第45页，共45页