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1、第 6 章,RNA的生物合成（转录）RNA Biosynthesis,Transcription,转录,转录(transcription),生物体以DNA为模板合成RNA的过程。也就是把DNA的碱基序列抄录成RNA的碱基序列。,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,模板和酶Templates and Enzymes,第一节,一、转录模板,结构基因：strucural gene 能转录出mRNA然后指导蛋白质生成 的部分。模板链：template strand 可作为模板转录成RN
2、A的一股链。也称作负链、反义链或Watson链。编码链：coding strand 相对于模板链的另一股链。也称为正链、有义链或Crick链。,模板:转录、翻译的序列比较,转录的不对称性,不对称转录：asymmetric transcriptionDNA双链对一个基因而言，一股可转录，另一股不转录。模板链与编码链相对而言,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,二、RNA聚合酶,转录酶：依赖DNA的RNA聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP,原核生物的RNA聚合酶,大肠杆菌的RNA聚合酶：2（4种亚基组成的五聚体聚合物）其中2称为核心酶：只有
3、转录功能亚基：辨别转录起始点+2=全酶受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特异性抑制。,核心酶(core enzyme),全酶(holoenzyme),原核生物的RNA聚合酶,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,真核生物的RNA聚合酶,RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶,三、模板与酶的辨认结合,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。,目 录,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,(Pribno
4、w box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点(recognition site),三、模板与酶的辨认结合,启动区的保守序列，原核生物有两个元件-35bp的辨认位点：5-TTGACA-提供了RNA聚合酶亚基识别位点-10bp的Pribnow盒:5-TATAAT 亚基结合位点，有利于DNA局部双链解开,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,转录过程The Process of Transcription,第二节,（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
5、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。,一、原核生物的转录过程,转录起始过程,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol（核心酶）DNA RNA,（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,转录的延长,转录的延长是以5到3的方向进行的。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi以G=C、A=U、T=A碱基配对。转录完成部分的DNA重新形成双链。较长的RNA链上有核糖体结合，说明在某些情况
6、下，转录的同时，翻译已经开始进行了。,转录的延长,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,（三）转录的终止,转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某一位置停顿，RNA链从转录复合物上脱离出来。,转录终止分为：,依赖Rho（）因子的转录终止不依赖Rho（）因子的转录终止,A T P,1.依赖 Rho因子的转录终止,2.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。,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。,不依赖Rho因子的转录终
7、止模式,RNA链出现茎-环结构，促进转录的终止。1.这样的结构改变RNA聚合酶的构象，使酶不再向下移动。2.DNA和RNA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。接着的一串寡聚U，则更是促进RNA新链从模板上脱落的促进因素。,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),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,原核生物、真核生物转录起始位点的结构差异,三、真核生物的转录起始,（一）转录起始,真核生物的转
8、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。,2.转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，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，则称为转录因子(transcriptional factors,TF)。,参与RNA-pol转录的TF,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。,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,
9、H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,4.模板理论(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，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,（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。,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小
10、体移位,转录方向,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,（三）转录终止,和转录后修饰密切相关。,真核生物转录终止的特点,真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结构，这是转录之后加上的。在模板链读码框架的3端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列，这些序列称为转录终止的修饰点。,真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification,第三节,转录后的修饰,转录生成的RNA，称为初级转录产物。无论在真核
11、生物或原核生物中，初级转录产物都经过一定程度的修饰加工，才能表现其功能。,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),一、真核生物mRNA的转录后加工,3端加上聚腺苷酸尾巴,真核生物mRNA中poly A的出现是不依赖于DNA模板的。加入poly A之前，先由核酸外切酶切去3末端一些过剩的核苷酸，然后加入polyA。3端修饰也是在细胞核中，在剪接之前进行的。Poly A的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身的稳定性。,3端修饰示意图,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,
12、首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,真核细胞mRNA的剪接,DNA模板与hnRNA是完全配对的，而成熟的mRNA与hnRNA或DNA杂交都只是部分配对。因此真核生物的基因有断裂性。,内含子的功能,内含子有利于物种的进化选择调节功能,二、tRNA的转录后加工,初级产物中有5端的16个碱基和反密码子环的14个碱基需要去除。,二、tRNA的转录后加工,tRNA前体,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,涉及加工的反应,甲基化还原核苷内的转位反应脱氨反应3端加上CCA-OH,三、rRNA的转录后加工,
