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1、RNA的生物合成RNA Biosynthesis,第 十二 章,本章内容,第一节 转录的酶和模板第二节 转录过程第三节 真核生物的转录后修饰,转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。,转录,复制和转录的区别,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,转录的酶和模板,第一节,一、转录模板,（一）不对称转录(asymmetric transcription)1.DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。2.DNA双链中
2、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)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。,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,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,3.不对称转录的含义 一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。,
3、（二）转录单位 包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。原核生物的转录单位称为操纵子，通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。,二、RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,核心酶(core enzyme),全酶(holoenzyme),RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,（二）真核生物的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
4、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,(Pribnow 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),结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,转录过程,第二节,一、原核生物的转录过程,（一）起始阶段 1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合 2.DNA双链解开 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5-pppG-OH+NTP 5-pppGpN-OH 3+p
5、pi,RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3,（二）延长阶段 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,目 录,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,（二）终止阶段指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。分类：1.依赖Rho()因子的转录终止 2.非依赖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
6、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。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,茎环(stem-
7、loop)/发夹(hairpin)结构,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。,二、真核生物的转录过程,（一）起始阶段 真核生物的转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。,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,2.转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋
8、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,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(p
9、iecing 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）延长阶段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,转录延长中的核小体移位,转录方向,（三）终止阶段 和转录后修饰密切相关,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG
10、,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,真核生物的转录后修饰,第三节,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,（一）首、尾修饰,5端形成 帽子结构(m7GpppGp)3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),帽子结构,5 pppGp,帽子结构的生成,（二）mRNA内含子的剪接 1.hnRNA 和 snRNA 核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(smal
11、l nuclear RNA),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。,2.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。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,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,目 录,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,目
12、录,3.内含子的分类,根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。,I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。,4.mRNA的剪接,套索剪接模式,(1)内含子两端的序列：5GUAG 35GU可结合U1-snRNA分支点A可结合U2-snRNA(2)U1-snRNA,U2-snRNA等形成并接体将内含子切除,（三）mRNA编辑(mRNA editing),RNA编辑作用说明，基因的编
13、码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。,二、tRNA的转录后加工,（一）剪接和剪切（二）3端添加CCA（三）化学修饰,（一）剪接和剪切,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,（二）3端添加CCA,（三）化学修饰,三、rRNA的转录后加工,四、核酶ribozyme,（一）定义：具有酶促活性的RNA称为核酶。,四膜虫rRNA内含子的二级结构,四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式,5-端核苷酸序列,（二）结构 最简单的核酶二级结构槌头状结构(hammerhead structure),底物部分,通常为60个核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份 催化部份和底物部份组成锤头结构,（三）核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。,粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列箭头表示切断点,目 录,
