生物合成转录.ppt
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1、关于生物合成转录现在学习的是第1页,共116页转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA 现在学习的是第2页,共116页Central Dogman描述遗传信息流动的方向1958年 DNA双螺旋发现者 F.crick提出中心法则1970年 H.Temin对中心法则进行了补充 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA R
2、NA 蛋白质 逆转录 现在学习的是第3页,共116页RNA合成:1.DNA指导的RNA合成 2.RNA指导的RNA合成(RNA复制)由RNA依赖的RNA聚合酶催化,常见于病毒,是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式。现在学习的是第4页,共116页 转录与复制的相似点:转录与复制的相似点:1.模板均为模板均为DNA;2.都需依赖都需依赖DNA的聚合酶的聚合酶3.延长机理都是形成磷酸二酯键;延长机理都是形成磷酸二酯键;4.方向均为方向均为53;5.遵从碱基配对规律遵从碱基配对规律。酶促的核苷酸聚合过程现在学习的是第5页,共116页 转录和复制的区别转录和复制
3、的区别复制转录模板DNA双链DNA的一条链原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物DNARNA配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C现在学习的是第6页,共116页参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子及Mg 2和Mn 2等现在学习的是第7页,共116页Templates and Enzymes现在学习的是第8页,共116页 一、转录模板一、转录模板5335结构基因(structural gene)现在学习的是第9页,
4、共116页 不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)n在在DNA分子双链上某一区段,一股链可转分子双链上某一区段,一股链可转录,另一股链不转录;录,另一股链不转录;n模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。template355333555335现在学习的是第10页,共116页 转录产物转录产物RNA的碱基序列,除了的碱基序列,除了 T 变变U 外,其余与外,其余与编码链相同。编码链相同。5 G C A G TA C AT G T C 3 3 c g t g a t g t a c a g 55 GCAGUACAUGUC 3NAla Val Hi
5、s Val C编码链模板链mRNA蛋白质 转录翻译现在学习的是第11页,共116页 二、二、RNA聚合酶(聚合酶(DDRP)1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶E.coli的的RNA聚合酶是由四种亚基组成的聚合酶是由四种亚基组成的六聚体(六聚体(2 )核心酶(core enzyme)全酶(holoenzyme)molecular weight:480kd现在学习的是第12页,共116页 E.coli RNA聚合酶组分聚合酶组分亚基分子量功 能36512决定哪些基因被转录150618催化聚合反应155613结合DNA模板,解旋70263辨认起始点现在学习的是第13页,共116页 其他原核生
6、物的其他原核生物的RNA聚合酶,在结构、组聚合酶,在结构、组成、功能上均与成、功能上均与E.coli相似。相似。原核生物的原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗聚合酶都受一类抗结核药结核药利福平利福平或或利福霉素利福霉素的特异性抑制。这的特异性抑制。这类药物能与类药物能与RNA聚合酶的聚合酶的 亚基特异结合,亚基特异结合,从而影响酶的活性。从而影响酶的活性。现在学习的是第14页,共116页RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 现在学习的是第15页,共116页 2.2.真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类IIIIII转录产物45S-rRNA(28S,18S,5.8S)hnRNA5S-rRN
7、AtRNA,snRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感极敏感中度敏感现在学习的是第16页,共116页 RNA聚合酶聚合酶、都由多个都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。mRNA是各种是各种RNA中寿命最短、中寿命最短、最不稳定的,需经常重新合成。因此最不稳定的,需经常重新合成。因此RNA聚聚合酶合酶是三种酶中最活跃的。是三种酶中最活跃的。CTD:羧基末端结构域,为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重复序列现在学习的是第17页,共116页三、模板上酶的辨认、结合转录是不连续、分区段进行的。原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称为操纵子(oper
8、on),包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。5335结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位,称为启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。现在学习的是第18页,共116页 4060bp现在学习的是第19页,共116页 N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec Aara区区3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 30
9、41 29 44原核生物基因操纵子转录上游区段碱基序列分析现在学习的是第20页,共116页开始转录T T G A C AA 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1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognition site)55RNA聚合酶保护区结构基因33现在学习的是第21页,共116页 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增强子 顺式作用元件 结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始真核生物启动子保守序列现在学习的是第22页,共116页
10、Process of Transcription现在学习的是第23页,共116页 分为三个阶段:分为三个阶段:起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)现在学习的是第24页,共116页一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程(一)转录起始(一)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。1.DNA双链解开,使其中的一条链作为转录的模板。现在学习的是第25页,共116页2.DNA双链解开。开放转录复合物1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合,形成闭合转录复合物。3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应
11、,形成转录起始复合物。5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3+PPi转录起始过程四磷酸二核苷酸现在学习的是第26页,共116页PPi5335CTGHOOHHOHHCH2PPP OAHOOHHHOHHCH2 -O P OO5335CTGHOOHHHOHHCH2PPP OAHOOHHHOHHCH2PPP Ocoding strandtemplatestrandOOOO现在学习的是第27页,共116页 RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3转录起始复合物现在学习的是第28页,共116页(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
12、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现在学习的是第29页,共116页55517bpRNA polymerasedirection of transcriptioncoding strandNew RNA strandtemplate strandpppGRNA-DNA hybridunwindingrewinding8bpGC AT AU现在学习的是第30页,共116页 转录泡转录泡(transcription bubble):):在转录延长过程中,由局部打开的在转录延长过程中,由局部打开的DNA双链双链、RNA聚合酶
13、核心酶聚合酶核心酶及新生成的及新生成的RNA三三者结合在一起的复合体,为空泡状结构,又者结合在一起的复合体,为空泡状结构,又称转录复合物。称转录复合物。现在学习的是第31页,共116页53 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体 RNARNA聚合酶转录未完成,翻译已开始进行现在学习的是第32页,共116页(三三)转录终止转录终止RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来,转模板上停顿下来,转录产物录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。分类:n依赖依赖Rho()因子的转录终止因子的转录终止n非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止现在学习的是第33页,共116
14、页 1.依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止n 因子是同六聚体蛋白因子是同六聚体蛋白(亚基分子量(亚基分子量46KD);n 因子能结合因子能结合RNA,与,与poly C的结合力最的结合力最强;强;n 因子还有因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。酶和解螺旋酶的活性。1969年,J.Roberts T4噬菌体DNA感染大肠杆菌现在学习的是第34页,共116页 2.解螺旋酶活性使DNA/RNA杂化双链解开1.使RNA pol构型象改变,停止转录现在学习的是第35页,共116页 2.不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处,有特殊的碱基模板上靠近终止处,有特殊的碱基序列,转录出序
15、列,转录出RNA后,后,RNA产物形成特殊的产物形成特殊的结构来终止转录。结构来终止转录。现在学习的是第36页,共116页5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUU
16、AGUCACCAGCCUUUUU.3茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构现在学习的是第37页,共116页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。5pppG5 335RNA-polrU/dA配对不稳定现在学习的是第38页,共116页二、真核生物的转录过程二、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。现在学习的是第39页,共116页转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子顺式作用元件(cis-acting element)
17、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八聚体启动子、启动子上游元件等近端调控元件和增强子等远隔序列(转录起始点)(-100-40nt)(-50000-100nt)现在学习的是第40页,共116页2.转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质,统称为反式作用因子(trans-acting factors)。反式作用因子中,直接或间接结合RNA聚合酶的,则称为通用转录因子(basal transcriptional factors,TF)。现在学习的是第41页,共116页参与参与RNA-
18、pol 转录的转录的TF 转录因子亚基和(或)分子量(kDa)功能TFDTBP,38结合TATA盒(700KD)TAF(810个)辅助TBP-DNA结合TFA12,19,35稳定D-DNA复合物TFB33促进RNA-pol结合TFF30,74解螺旋酶TFE57(),34()ATPaseTFH蛋白激酶,使CTD磷酸化CTD:羧基末端结构域,为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重复序列现在学习的是第42页,共116页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。现在学习的是第43
19、页,共116页POL-TFFAB由RNA-Pol 催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成,TFH使CTD磷酸化现在学习的是第44页,共116页上游因子 与启动子上游元件结合的蛋白质。调节通用转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与启动子的结合及起始复合物的形成,协助调节基因的转录效率。可诱导因子 与增强子等远端调控序列结合。在特定时间和组织中表达而影响转录。现在学习的是第45页,共116页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。转录因子之间互相结合
20、,生成有活性和专一性的复合物,再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。少数几个反式作用因子(可诱导因子和上游因子)的搭配启动特定基因的转录现在学习的是第46页,共116页(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。现在学习的是第47页,共116页RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向现在学习的是第48页,共116页5-AAUAAA-5-AAUAAA-核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTG
21、TG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA 3 mRNA(三)转录终止 和转录后修饰密切相关。现在学习的是第49页,共116页Post-transcriptional modification现在学习的是第50页,共116页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)现在学习的是第51页,共116页 一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工(一一)首尾的修饰首尾的修饰5-端加帽端加帽:m7GpppG3-端加尾端加尾:多聚腺苷酸多聚腺苷酸(poly A)现在学习的是第52页,共116页帽子结构帽子
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- 生物 合成 转录
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