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1、Chapter13,RNA Biosynthesis RNA 生物合成转录朱卫国北京大学基础医学院生物化学与分子生物学系,复制叉,概述转录体系：DNA模板 DNA指导的RNA聚合酶 转录过程 起始阶段、链的延长、链的终止转录后的加工过程 信使RNA(mRNA)的加工 转运RNA(tRNA)的加工 核蛋白体RNA（rRNA)的加工RNA复制,概 述,DNA和RNA异同点,核蛋白体RNA(rRNA)75-80%：以核蛋白体的形式参与蛋白质生物合成，是蛋白质合成的场所。转运RNA（tRNA)10-25%：在蛋白质生物合成过程中转运氨基酸。信使RNA(mRNA)2-3%：作为蛋白质合成的直接模板。不均
2、一核RNA（hnRNA)：成熟mRNA的前体。小核RNA(snRNA)：参与hnRNA的剪接和转运。小胞浆RNA(只在真核生物中存在）：蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分。,RNA种类,DNA 转录 RNA前体 加工 成熟RNA的过程 RNA合成的两种方式：1.DNA指导的 RNA合成（转录）。2.RNA指导的 RNA合成（RNA复制）。,分子生物学中心法则,转录以DNA为模板，按碱基配对原则（A-U、T-A、G-C、C-G)合成RNA链的过程。,DNA,复制,RNA,转录,第一节 转录作用,一、转录作用及特点,转录体系：DNA模板、NTP、RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）、无
3、机离子（Mg2+、Mn2+）、某些蛋白质因子。,连接方式-3,5磷酸二酯键。,合成方向：5-3不需要引物参与,复制和转录中碱基配对规律：,复制A T,C G转录与逆转录,合成方向：53合成部位：细胞核内转录特点：不对称转录,两条链都是模板链吗？,不对称转录,DNA只能以双链中固定的一条链（模板链）为模板转录RNA,这种转录方式称作不对称转录,模板链templete strend：指导RNA合成的DNA为模板链，又称反意义链。编码链(序列与RNA相同）：与模板链互补的另一条DNA链无转录功能，其序列与转录的RNA序列相同，又称有意义链。,5 GCAGTAGCATTC.33 c g t c a t
4、 g t a c a g.5,5 GCAGUACAUGUC.3,N Ala.Val.His.ValC,DNA,RNA,肽,转录,翻译,编码链,模板链,编码链和模板链是一个相对的概念：在一个包含多个基因的双链DNA分子中，各个基因的 模板并不是全在同一条链上，在某个基因节段以某一 条链为模板转录，而在另一个基因节段可以另一条链为模板。(同一个基因多是一条编码链）。,图 13-1 转录作用,Antisence strand Sense strand,转录泡（17个碱基对）,二 DNA模板特点：,1.转录起始点：转录在DNA模板上的特殊部位开始的，这个部位称为转录起始点，习惯上常以+1表示。上游：从
5、转录起始点逆转录方向的区域。下游：从转录起始点顺转录的方向的区域。2.启动子：是位于转录起始点上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶的识别和结合部位，在转录调控中起着重要作用。决定了被转录基因的启动频率和精确性。,2.1 原核生物启动子,Pribnow box(TATAAT-3)结合部位,识别部位,上游(Upstream),下游（Downstream),转录出的第一个氨基酸的碱基通常是嘌呤,方向,与RNA聚合酶结合的部位,AT多易松散,RNA聚合酶特异识别部位,-25处含AT富集区,共有序列TATAA（TATA box）-70处含共有序列CAAT,2.2 真核生物启动子,调节区和结构区,调节区,
6、称GC盒/CAAT盒,3.终止子：在指导转录作用的DNA分子中，具有停止转录作用的部位称为，或终止信号。发夹结构。4.增强子：DNA链上增强转录作用的序列。5.抑制子（静息子）：DNA链上抑制转录作用的序列。6.结构基因：能转录出mRNA，指导蛋白质合成的基因。,真核生物基因结构特点,调节序列,三 DNA指导的RNA聚合酶,1.原核生物RNA聚合酶（以大肠杆菌为例）1）结构：全酶有五个亚基组成，为2；全酶去除亚基后，即为核心酶（2）。2）功能：亚基：又称因子，识别并结合启动子，协助转录的起始。又称起始因子。核心酶：催化合成RNA，参与RNA链的延伸。,TATAAT,TTGACA,-35,+1,
7、+20,原核生物的RNA聚合酶全酶及其在转录起始区的结合 DNA双链已打开，因子尚未脱落,3）特点：聚合速率慢，3085 NTP/秒。缺乏外切酶活性，无校对功能，错误率10-4不同的识别不同的启动子。利福平与RNA聚合酶的亚基专一性结合，可抑制结核菌的RNA合成。人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。,2.真核生物RNA聚合酶：较原核的酶复杂，已清楚的有、型。,真核生物RNA聚合酶对利福平不敏感,起始阶段延长阶段终止阶段,第二节 转录过程,起始阶段（以原核为例）：因子与核心酶组成全酶，识别起始位点并与启动子结合 DNA局部构象改变 解开一段DNA双链，形成转录空泡 RNA聚
8、合酶进入转录起始部位 转录开始 因子从复合物脱落，与新的核心酶结合，起始另一次转录 因子脱落 核心酶沿DNA链向下游移动。转录空泡：也称为转录复合物，就是RNA的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在一起的复合体与DNA复制不同的是，RNA合成不需引物。因子必需脱落，否则核心酶不滑动，RNA链不能延长。因子可再次与核心酶结合，循环使用。,开始,(启动子),打开螺旋（17个核苷酸），形成聚合酶-DNA-RNA复合体。,2.因子脱落，并重复利用.RNA聚合酶移动沿53转录RNA链。,3.DNA螺旋前开、后合,RNA延长，不断脱离DNA。,4.识别终止信号（终止子），结束转录，各自分离。,真核
9、生物1基因1RNA,真核生物的起始,比原核生物的起始要复杂。除RNA聚合酶以外，要有复杂的DNA-蛋白质，蛋白质-蛋白质间的相互作用,PIC,PIC pre-initiation complex-RNA PolII,TF,原料：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)延长方向：53规则：碱基互补配对过程：核心酶沿DNA模板链向下游方向滑动，每滑动一个核苷酸的距离，一个NTP按碱基互补关系进入模板，与先前的NTP形成一个磷酸二酯键，如此一个一个延长下去。核心酶 滑过的部位，DNA链很快恢复双螺旋结构。原核生物和真核生物转录延长过程相似。,二 延长阶段：,解链与复合相互进行,三 终止阶段：1.当核
10、心酶滑动到DNA模板的转录终止部位（终止信号）时，不再滑动，转录完成。2.新合成的RNA链、核心酶、因子等从模板释放，释放的核心酶可以与因子结合，参与下一次转录过程。终止信号特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,形成发卡结构，以 终止转录。蛋白（U)因子参与终止：辅助识别终止信号；诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动;因子的解螺旋酶活性使RNA产物释放。,图 12-8 因子的终止作用,3.其它终止方式：GC区形成发卡结构，聚U区使配对不稳定,RNA产物的释放。,转录起始,延长,终止,加工使粗品RNA（没有功能）成品（有生物功能）方式剪切、拼接，修饰，添加甲基（rRNA),第三节 转录后的加工过程
11、,转录产物的“加工”,（剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的RNA）,一 信使RNA（mRNA）的加工（真核生物为例）,剪切与剪接：hnRNA切去部分核苷酸片段（内含子）并联接其余片段加“帽”：mRNA 5末端特殊结构，7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸（m7GTP）加“尾”：3末端多聚腺苷酸的尾碱基的修饰：mRNA中含少量稀有碱基，如甲基化碱基等,信使RNA生成特点：原核是多顺反子（多作用子）-几个结构基因利用共同启动子，转录生成 的mRNA可生成几种蛋白质；真核生物的mRNA是单顺反子名，一条mRNA只能生成一个肽链。,mRNA前体的加工（heterogeneous nuclear RNA,hnR
12、NA),原核生物转录生成的初级mRNA仅进行简单的加工及多顺反子裂解为单顺反子即可。真核生物较为复杂：5加帽，3端加尾，剪切内含子，甲基化以及核苷酸编辑,A.5端加帽结构的生成,加帽在细胞核内进行的。三磷酸末端的pppNp-仅磷酸酶水解成双磷酸成ppNP然后在鸟苷酸转移酶作用下与尿苷反应生成GpppNp,再后，再甲基化酶作用下生成m7GpppNmp,B.3端多聚A的生成,该过程也是在细胞核内进行的。RNA+nATP-RNA(AMP)n+nPPi,C.Splicing,mRNA,hnRNA,内含子的起始序列是GU,终止序列是AG,D.甲基化的作用E.RNA editing,Exon 外显子DNA
13、结构基因中具有表达活性的编码序列,Intron 内含子无表达活性，不能编码相应氨基酸的序列,断裂基因：真核细胞基因为断裂基因，由编码区和非编码区相间隔组成。,基因中的外显子转录,提问：如何实现跨越内含子转录外显子区呢？,绕环闭合内含子区域。,（剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的RNA）,粗品RNA,5加帽子,3加尾巴,剪切(内含子对应部分)，拼接(外显子对应部分),成熟的mRNA,G or A,PPP,OH,OH,Capping&methylation,G or A,保护 mRNA 5 端，加强翻译,RNA穿出细胞核，指导蛋白质合成,转录,翻译,二 tRNA前体的加工,主要方式有：剪切：去
14、除多余核苷酸剪接：去除初级转录本中的内含子，再连接3末端加-CCA结构,cuts at the 5 end,cuts at the 3 end,CCA-OH 3 addition：tRNA nucleotidyltransferase,tRNA的加工过程,原核生物：rRNA的前体经核酸酶作用后，生成23S、5S和16SrRNA。真核生物：rRNA的前体经核酸酶作用后，生成 28S、5.8S和18SrRNA。5SrRNA自成体系，在成熟过程中加工甚少。rRNA的加工也包括碱基的修饰。,三 rRNA前体的加工,原核rRNA的加工过程,真核生物rRNA前体的加工,原核生物和真核生物转录的异同点,转录
15、和复制的比较,第四节 RNA的复制,某些生物（个别噬菌体、RNA病毒）由RNA携带遗传信息，进入宿主细胞后，RNA以自身为模板，由RNA复制酶催化、以4种NTP为底物，复制RNA的过程。,RNA复制酶(RNA replicase)又称RNA指导的RNA聚合酶（RNA directed RNA polymerase)。,病毒RNA,RNA互补链,新病毒RNA,复制,复制,翻译,病毒蛋白,RNA复制酶,两次复制，形成病毒RNA，,DNA,复制,RNA,转录,蛋白质,翻译,?,中心法则,重点,思考题,试解释转录、RNA的不对称转录、外显子、内含子、启动子、模板链、编码链。简述RNA转录的基本过程。以mRNA为例，说明转录后的加工过程。试比较复制和转录的异同点。试比较DNA聚合酶、逆转录酶、RNA聚合酶RNA复制酶的异同点。,
