生物化学之的生物合成精品文稿.ppt
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1、生物化学之的生物合成生物化学之的生物合成第1页,本讲稿共72页转录转录 (transcription)(transcription)生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。转录转录RNADNA 第2页,本讲稿共72页转转录录与与复复制制的的相相同同点点都都是是酶酶促促的的核核苷苷酸酸聚聚合合反反应应都都以以D DN NA A 为为模模板板都都需需要要依依赖赖D DN NA A的的聚聚合合酶酶聚聚合合的的过过程程都都是是磷磷酸酸二二酯酯键键形形成成的的过过程程聚聚合合方方向向(新新链链延延长长方方向向)都都是是:5 5 3 3 都都遵遵循循碱碱基基配配对对规规
2、律律第3页,本讲稿共72页复制和转录的区别复制和转录的区别 第4页,本讲稿共72页参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA DNA酶酶:RNA RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子第5页,本讲稿共72页模板和酶模板和酶Templates and Enzymes第一节第一节第6页,本讲稿共72页一、转录模板一、转录模板 结构基因:结构基因:DNADNA分子上转录出分子上转录出RNARNA的区段。的区
3、段。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蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译第7页,本讲稿共72页DNADNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNARNA的一的一股单链,称为股单链,称为模板链模板链(template strand)(template strand),也称作,也称作有有意义链意义链或或WatsonWatson链链。相对的另一股单链是相对的另一股单链是编码链编码链(coding strand)(coding
4、strand),也称,也称为为反义链反义链或或CrickCrick链链。第8页,本讲稿共72页不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)(asymmetric transcription)在在DNADNA分子双链上某一区段,一股链用作模板指引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。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第9页,本讲稿共72页二、二、RNA聚合酶聚合酶 (RNA
5、-pol)(RNA-pol)(一)(一)原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶DNA dependent RNA polymerase(DDRP)第10页,本讲稿共72页核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)亚基亚基的功能:辨认转录的起始点的功能:辨认转录的起始点核心酶核心酶可以进行转录,但不能在特定的可以进行转录,但不能在特定的起始点上开始转录。起始点上开始转录。第11页,本讲稿共72页RNARNA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 原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶都受一类结核菌药物利福平聚合酶都受一类结核菌药物利福平或利福霉
6、素的特异性抑制或利福霉素的特异性抑制http:/ 亚基亚基目前发现多种目前发现多种 因子因子v常规基因表达采用的是常规基因表达采用的是 7070(分子量(分子量70kD70kD)v热休克反应:热休克反应:细菌中细菌中:当细菌受到热应激,则由当细菌受到热应激,则由 3232启动另一套转录,所生启动另一套转录,所生成的产物称为热休克蛋白(成的产物称为热休克蛋白(HspHsp),),HspHsp编码的基因称编码的基因称为热休克基因(为热休克基因(hsphsp)真核生物中也存在热休克基因只是功能各异。真核生物中也存在热休克基因只是功能各异。第13页,本讲稿共72页(二)真核生物的(二)真核生物的RNA
7、RNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶IIII可认为是真核生物中最活跃的可认为是真核生物中最活跃的RNARNA聚合酶聚合酶第14页,本讲稿共72页三、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)(operon),包包括括若若干干个个结结构构基基因因及及其其上上游游(upstream)(upstream)的的调控序列调控序列。5 5 3 3 3 3 5 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA-pol启动子启动子(promoter)(promoter):RNAR
8、NA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA的部位的部位第15页,本讲稿共72页RNARNA聚合酶保聚合酶保护法护法http:/ 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 第17页,本讲稿共72页 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
9、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第18页,本讲稿共72页第19页,本讲稿共72页转录过程转录过程The Process of Transcription 第二节第二节 第20页,本讲稿共72页(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:1.1.RNARNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。2.2.DNADNA双链解开,使其中的一条链作为转录的模板。双链解开,使其中的一条链作为转录的模板。一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程第2
10、1页,本讲稿共72页http:/ 2)与模板结合与模板结合 RNApol(RNApol(2 2)-DNA-pppGpN-OH)-DNA-pppGpN-OH 3 3 转录起始复合物转录起始复合物:3.3.在在RNARNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应,形聚合酶作用下发生第一次聚合反应,形成转录起始复合物成转录起始复合物5 5-pppG-OH +-pppG-OH +NTP NTP 5 5-pppGp-pppGpN N -OH 3-OH 3 +ppippi转录起始过程转录起始过程第23页,本讲稿共72页(二)转录延长(二)转录延长1.1.亚基脱落,亚基脱落,RNApolRNApol聚合酶核心酶变构,
11、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.在在核心酶核心酶作用下,作用下,NTPNTP不断聚合,不断聚合,RNARNA链不断链不断延长。延长。(NMP)(NMP)n n +NTPNTP (NMP)(NMP)n+1n+1 +PPi PPi第24页,本讲稿共72页第25页,本讲稿共72页转录空泡转录空泡(transcription bubble):RNA-pol(核心酶)(核心酶)DNA RNAhttp:/ 3 DNA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核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶第28页,本讲稿共72页依赖依
12、赖Rho()Rho()因子因子的转录终止的转录终止非依赖非依赖RhoRho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RNARNA聚聚合合酶酶在在DNADNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进,转录产物进,转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。分类分类第29页,本讲稿共72页A T P1.1.依赖依赖 RhoRho因子的转录终止因子的转录终止RhoRho因子对因子对RNARNA上的上的poly C poly C 结合能力强结合能力强RhoRho因子有因子有ATPATP酶活性和解螺旋酶活性酶活性和解螺旋酶活性第30页,本讲稿共72页与与R
13、NARNA转录产物结合,使得转录产物结合,使得RhoRho因子和因子和RNARNA聚合酶都可发生聚合酶都可发生构象变化,从而使构象变化,从而使RNA RNA 聚合酶停顿,解螺旋酶活性使聚合酶停顿,解螺旋酶活性使得得DNA/RNADNA/RNA杂化双链拆离,利于产物从转录复合物中杂化双链拆离,利于产物从转录复合物中释放释放RhoRho因子转录终止的作用:因子转录终止的作用:第31页,本讲稿共72页2.2.非依赖非依赖 RhoRho因子的转录终止因子的转录终止DNADNA模板上靠近模板上靠近终止处,有些特殊终止处,有些特殊的碱基序列,转录的碱基序列,转录出出RNARNA后,后,RNARNA产物产物
14、形成特殊的结构来形成特殊的结构来终止转录。终止转录。第32页,本讲稿共72页5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3茎环茎环
15、(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构第33页,本讲稿共72页 使使RNARNA聚合酶变构,转录停顿;聚合酶变构,转录停顿;DNADNA和和RNARNA各自形成自己的局部双链,使杂化链更加不稳各自形成自己的局部双链,使杂化链更加不稳定,以致转录复合物趋于解体。定,以致转录复合物趋于解体。接着的一串寡聚接着的一串寡聚U U,则更是促进则更是促进RNARNA新链从模板上脱落新链从模板上脱落的的促进因素。促进因素。5pppG5pppG5 5 3 3 3 3 5 5 RNA-polRNA-pol茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理第34页,本讲稿共72页二、真核生物的转
16、录起始二、真核生物的转录起始(一)转录起始(一)转录起始真真核核生生物物的的转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化,转转录录起起始始时时,RNA-polRNA-pol不不直直接接结结合合模模板板,其其起起始始过过程程比原核生物复杂。比原核生物复杂。第35页,本讲稿共72页转录起始点转录起始点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(cis-acting element)1.1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-
17、1 OCT-1:ATTTGCAT八聚体八聚体第36页,本讲稿共72页2.2.转录因子转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNADNA的的蛋白质,现已发现数百种,统称为蛋白质,现已发现数百种,统称为反式作用因反式作用因子子(trans-acting factors)(trans-acting factors)。反式作用因子中,直接或间接结合反式作用因子中,直接或间接结合RNARNA聚合聚合酶的,则称为酶的,则称为转录因子转录因子(transcriptional(transcriptional factors,TF)factors,TF)。第37页,本讲稿
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