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1、第14章,RNA的生物合成RNA Biosynthesis(Transcription),转录(transcription)是生物体以DNA为模板合成RNA的过程。,转录,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,复制和转录的区别,转录的基本特征,第一节,一、选择性转录,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。,对结构基因的具体转录方式是不对称转录(asymmetric transcription)，它有两方面含义：在DNA分子双链上，一股链
2、用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。,二、不对称转录,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作反义链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为有义链。,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,不对称转录,三、转录后加工,RNA聚合酶,第二节,一、RNA聚合酶
3、的特点,DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。合成方向5-3。,(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi,RNA,延长的RNA,DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。,二、原核生物RNA聚合酶,还有亚基,分子量10100,促RNA聚合酶装配,Roger Kornberg wins the 2006 Nobel Prize in Chemistry,He and his father
4、 are the sixth father and son to win Nobel Prizes,核心酶(core enzyme),全酶(holoenzyme),转录起始阶段,转录延长阶段,三、真核生物RNA聚合酶,真核生物具有3种不同的RNA聚合酶:,RNA聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶（RNA Pol）,真核生物的RNA聚合酶,RNA聚合酶由12个亚基组成,45SrRNA,DNA,destroying angel,RNA聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser
5、的重复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminal domain,CTD)。CTD对于维持真核细胞中的转录是必需的。,大肠杆菌RNA的转录合成,第三节,一、转录起始,每一个转录区段可视为一个转录单位，在原核生物中被称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,1、启动子 调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转录，其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,RNA-po
6、l结合位点(Pribnow 框),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,RNA-pol辨认位点(Sextama框),RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,2、起始过程,转录起始需解决两个问题：,E.coli的转录起始和延长,2.DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(open transcription complex)；,1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合转录复合体(closed transcription complex)；,3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物
7、：,RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3,转录起始复合物:,5-pppG-OH+NTP 5-pppGpN-OH 3+ppi,转录起始过程：,第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。,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,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol（核心酶）DNA RNA,5,3,DNA
8、,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。,这种形状说明：,原核生物转录与翻译同步进行的现象,Electron micrograph demonstrating that translation occurs concomitantly with transcription,依赖Rho 因子的转录终止不依赖Rho因子的转录终止,三、转录终止,转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：,因子是由相同亚
9、基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。,1、依赖因子的转录终止,因子：,因子的作用原理：,序列中有富含CA的rut元件,目前认为，因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。,2、不依赖 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(使转录产物富含G/C的回文序列和一连串的U序列)，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止
10、转录。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖因子终止的普遍现象。,茎环结构使转录终止
11、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。,真核生物RNA的转录后加工,第四节,真核生物转录生成的mRNA分子是初级RNA转录物(primary RNA transcript，hnRNA)经过加工而来。加工主要在细胞核中进行。,一、mRNA前体,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。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,外显子(exon)和内含子(intron),外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA
12、的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,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),1、加帽,大多数真核mRNA的5-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种酶，加帽酶(capping enzyme)和甲基转移酶(methyltransferase)催化完成。,帽子结构：,帽子结构的意义：,可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；也能与帽结合蛋白质复合体(cap-binding complex of protein)结合，并参与mRNA
13、和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。,尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。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本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其poly A长度为100至200个核苷酸之间，也有少数例外。,2、加尾,3.mRNA的剪接,除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,二、rRNA前体,三、tRNA的前体,tRNA前体,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,RNA生物合成的抑制剂,第五节,小结 不对称转录RNA聚合酶启动子概念原核生物转录大概过程 真核生物的断裂基因、内含子、外显子概念 真核mRNA的转录后加工tRNA的转录后加工rRNA的转录后加工,
