第12章转录.ppt

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1、目目 录录第第 十十 二二 章章RNA的生物合成的生物合成（转录转录）RNA Biosynthesis,Transcription目目 录录转录转录 (transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 目目 录录参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA酶酶:RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子目目 录录RNA转录体系转录体系第一节第一节目目 录录一、转录模板一、转录模板 DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，

2、称称为为结结构构基基因因(structural gene)。DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(template strand)，也也称称作作有有意意义义链链或或Watson链链。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编码链编码链(coding strand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。目目 录录5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转

3、录转录翻译翻译目目 录录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目目 录录不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。目目 录录二、二、RNA聚合酶聚合酶（一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶目目 录录核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)目目 录录R

4、NA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 目目 录录（二）真核生物的（二）真核生物的RNA聚合酶聚合酶 目目 录录三、模板上酶的辨认、结合三、模板上酶的辨认、结合原原核核生生物物一一个个转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon)，包包括括若若干干个个结结构构基基因因及其上游及其上游(upstream)的的调控序列调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启启动子动子(promoter)。目目 录录开始转录开始转录T T G A C A

5、A 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 目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列目目 录录转录过程转录过程The Process

6、of Transcription 第二节第二节 目目 录录（一）转录起始（一）转录起始转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：1.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。2.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。一、转录过程一、转录过程2.DNA双链解开双链解开1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结与模板结合合 3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物形成转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始

7、复合物转录起始复合物:5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi转录起始过程转录起始过程目目 录录（二）转录延长（二）转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNA RNA目目 录录目目 录录依赖依赖Rho()因子的转录终止因子的转

8、录终止非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止（三）转录终止（三）转录终止指指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脱落下来。落下来。分类分类目目 录录A T P1.依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止目目 录录2.非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊的结构来终止转录。的结构来终止转录。目目 录录5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCU

9、GAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3茎环茎环(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构目目 录录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

10、RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5pppG5 3 3 5 RNA-pol目目 录录真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification第三节第三节目目 录录一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)目目 录录帽子结构帽子结构目目 录录5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶

11、转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi目目 录录（二）（二）mRNA的剪接的剪接1.hnRNA 和和 snRNA 核内的核内的初级初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA(hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体）（并接体）snRNA目目 录录真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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编

12、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。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区目目 录录2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟

13、的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰目目 录录鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA目目 录录二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目目 录录RNAaseP、内切酶内切酶目目 录录tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP目目 录录碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1

14、）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目目 录录目目 录录三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S目目 录录四、核四、核 酶酶具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)目目 录录四膜四膜虫虫rRNA内含子的二内含子的二级级结构结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列目目 录录最简单的核酶二级结构最简单的核酶二级结构槌头状结构槌头状结构(hammerhead structure)底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同同一一分分子子上上包包括括有有催催化化部份和底物部份部份和底物部份 催催化化部部份份和和底底物物部部份份组组成锤头结构成锤头结构 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。目目 录录核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶利用核酶的结构设计合成人工核酶 。