第十三章核酸代谢1

1、第一节第一节 核苷酸的代谢核苷酸的代谢第二节第二节 DNADNA的生物合成的生物合成第三节第三节 RNARNA的生物合成的生物合成1.DNA1.DNA复制为什么需要拓扑异复制为什么需要拓扑异构酶？拓扑异构酶如何作用？构酶？拓扑异构酶如何作用？2.DNA2.DNA复制为什么是半不连续复复制为什么是半不连续复制？如何进行？制？如何进行？二二. .核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 核苷酸的合成有两条途径：核苷酸的合成有两条途径：以氨基酸为原料逐渐掺入合成碱基，以氨基酸为原料逐渐掺入合成碱基，称称为从头合成途径，这是合成的主要途径为从头合成途径，这是合成的主要途径以现存碱基为原料合成核苷以现存碱基为原

2、料合成核苷酸称为酸称为补偿途径补偿途径氨基酸，一碳基团，氨基酸，一碳基团， COCO2 2AMPAMPGMPGMPUMPUMPUDPUDP磷酸化磷酸化GTPGTP磷酸化磷酸化GDPGDP磷酸化磷酸化ATPATP磷酸化磷酸化ADPADP磷酸化磷酸化UTPUTP磷酸化磷酸化CDPCDP脱磷酸脱磷酸CMPCMP脱磷酸脱磷酸CTPCTP氨基化氨基化由原料合成的核苷由原料合成的核苷酸起始产物为酸起始产物为AMPAMP、 GMPGMP、 UMPUMP。胞苷酸。胞苷酸起始产物为起始产物为CTPCTP要点要点核苷酸的合成总结如图：核苷酸的合成总结如图：三三. .脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸的合成在生物化

3、学中，氧化即是脱在生物化学中，氧化即是脱氢，则脱氧即等于加氢还原氢，则脱氧即等于加氢还原因此因此脱氧核苷酸可以由相脱氧核苷酸可以由相应的核苷酸加氢还原生成应的核苷酸加氢还原生成脱氧核苷酸的合成总结如下图：脱氧核苷酸的合成总结如下图：NDPNDPdUDPdUDPdADPdADPdGDPdGDPdCDPdCDPdATPdATP磷酸化磷酸化dAMPdAMP脱磷酸脱磷酸dGTPdGTP磷酸化磷酸化dGMPdGMP脱磷酸脱磷酸dCTPdCTP磷酸化磷酸化dCMPdCMP脱磷酸脱磷酸dUMPdUMP脱磷酸脱磷酸dTDPdTDP磷酸化磷酸化dTTPdTTP磷酸化磷酸化dTMPdTMP甲基化甲基化dNDPdN

4、DP还原还原由原料合成的脱由原料合成的脱氧核苷酸起始产氧核苷酸起始产物为物为dADPdADP、dCDPdCDP、 dGDPdGDP。胸苷酸起始产物胸苷酸起始产物为为 dTMPdTMP要点要点脱氧核苷酸只能脱氧核苷酸只能由二磷酸核糖核由二磷酸核糖核苷加氢还原而成苷加氢还原而成，反应由，反应由NADPH+HNADPH+H+ +供氢。供氢。核苷二磷酸核苷二磷酸(NDP)(NDP)脱氧核苷二磷酸脱氧核苷二磷酸(dNDP)(dNDP)核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADPH+HNADPH+H+ +NADPNADP+ +dADP, dCDP, dGDPdADP, dCDP, dGDP都以此种方式合成都以

5、此种方式合成要点要点三三. .脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸的合成生物体的遗传信息储存于生物体的遗传信息储存于DNA中，中， DNA的生物合成即是指通过的生物合成即是指通过DNA的复的复制把亲代的遗传信息传递给子代制把亲代的遗传信息传递给子代DNA的生物合成即称为复制的生物合成即称为复制(replication)当细胞分裂时，当细胞分裂时， 细胞核染色体中的细胞核染色体中的DNA的双螺旋的双螺旋链解开，然后以解开后的链解开，然后以解开后的每一条链为模板，按照碱每一条链为模板，按照碱基配对的原则，基配对的原则，分别合成与两条模板链互补的新链分别合成与两条模板链互补的新链新合成的子代新合成的子

6、代DNA双链中有一条链来自于母链，另双链中有一条链来自于母链，另一条是新合成的，一条是新合成的，两条子链既彼此全同又和母链相两条子链既彼此全同又和母链相同，子链中只保留一条母链同，子链中只保留一条母链，这种方式称为，这种方式称为半保留半保留复制复制(semi-conservation replication)DNA的的双螺旋结构双螺旋结构见前述第四章见前述第四章一一.DNA.DNA复制的方式复制的方式 1958年年Meselson和和Stahl通过同位素标记培养大肠通过同位素标记培养大肠杆菌的实验首次支持了半保留复制方式。杆菌的实验首次支持了半保留复制方式。半保留复制半保留复制DNA repl

7、ication is semi-conservative二二. .参与参与DNADNA复制的酶复制的酶DNA复制是一个复杂而精确的过程，参与复制是一个复杂而精确的过程，参与的酶和蛋白因子很多，主要有以下四种：的酶和蛋白因子很多，主要有以下四种：（一）（一） DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶(DNA polymerase)是体内催化是体内催化DNA合成的一类酶，合成的一类酶，是是DNA合成的主要酶合成的主要酶，由于其以由于其以DNA为模板，因此又称为为模板，因此又称为依赖于依赖于DNA的的DNA合成酶（合成酶（DDDP）1956年年Kornberg首先发现了首先发现了大肠杆菌大肠杆菌DNA聚

8、合酶聚合酶 ，又称，又称Kornberg酶。酶。现在现在已经从已经从大肠杆菌中分离得到了三种不同的大肠杆菌中分离得到了三种不同的DNA聚聚合酶，即合酶，即DNA聚合酶聚合酶、和和，代表了，代表了其他其他DNA聚合酶的基本特点。聚合酶的基本特点。3.DNA聚合酶聚合酶(pol)DNA聚合酶聚合酶是是真正的复制酶，具有以下性质：真正的复制酶，具有以下性质：以脱氧核苷酸三磷酸以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)为原料为原料催化合成催化合成DNA以单链以单链DNA为模板和为模板和以以RNA为引物为引物催化催化dNTP加到生长中加到生长中DNA链的链的3-OH末端末端催化催化DNA合成的合成的方向是方向是53

9、 有有3 5和和5 3外切酶活性外切酶活性The mechanism of DNA Polymerase The mechanism of DNA Polymerase (Pol)合成方向合成方向A GT53CC T模板链模板链A53GGCTA模板链模板链A GT35CC TA35GGCTA合成方向合成方向（四）（四） DNA连接酶连接酶DNA连接酶连接酶(DNA ligase)可将可将DNA双链中一双链中一条链缺口的条链缺口的3OH和它相邻和它相邻5 磷酸磷酸形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键，从而将缺口连接起来从而将缺口连接起来DNA DNA 连接酶连接酶通过连接片段间的通过连接片段间的5 5P

10、 P端端和和3 3 OH OH端，使端，使DNADNA的片段间封口的片段间封口, ,通通常在复制完成后封闭缺口。常在复制完成后封闭缺口。1.解螺旋酶解螺旋酶(helicase）能够解除能够解除DNA的双螺旋的双螺旋,使其成为单链使其成为单链,与解螺旋有关的蛋白称为与解螺旋有关的蛋白称为DnaA、DnaB、DnaC蛋白（又称为蛋白（又称为rep蛋白）蛋白）2.拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase)又称为旋转又称为旋转酶，酶，能够解除或形成能够解除或形成DNA的超螺旋的超螺旋，分为，分为拓扑异构酶拓扑异构酶和拓扑异构酶和拓扑异构酶。3.单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB) 能与解开的能与

11、解开的DNA单链单链结合结合，防止，防止DNA再形成双螺旋，以及防止核再形成双螺旋，以及防止核酸酶的降解酸酶的降解（三）（三） 解除解除DNA高级结构的酶高级结构的酶DNA helicases unwind the double helix in advance of the replication forkSingle-stranded binding proteins (SSBs) stabilize single-stranded DNATopoisomerase removes supercoils produced by DNA unwinding at the replicatio

12、n forkDNA的解旋酶类的解旋酶类拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结单链结合蛋白合蛋白（三）（三） 引物酶引物酶任何一种任何一种DNA聚合酶催化的反应都不能聚合酶催化的反应都不能从头开始进行从头开始进行DNA的合成，都需要一个的合成，都需要一个引物（引物（primer），只能在引物的一端逐），只能在引物的一端逐渐加上脱氧核苷酸以延长渐加上脱氧核苷酸以延长DNA链。链。多数情况下以多数情况下以RNA片段为引物片段为引物，促进引促进引物合成的酶称为引物酶（物合成的酶称为引物酶（primase），引），引物酶通常是物酶通常是RNA合成酶合成酶DNA的解旋酶类的解旋酶类拓扑异构酶拓扑异构酶解旋

13、酶解旋酶单链结单链结合蛋白合蛋白RNA引物引物引物酶引物酶三三.DNA.DNA复制的过程复制的过程复制的过程分为三个阶段复制的过程分为三个阶段:DNA的合成的合成复制总结如下复制总结如下:反应场所反应场所细胞核细胞核原料原料脱氧核苷三磷酸（脱氧核苷三磷酸（ dNTP)合成酶合成酶DNA聚合酶聚合酶 ，解旋酶，引物酶，解旋酶，引物酶， DNA连接酶连接酶合成方向合成方向53模板模板双链双链DNA的两条链的两条链引物引物RNA合成方式合成方式 半保留复制半保留复制起点起点特定起点特定起点ori终点终点特定终点特定终点ter合成过程合成过程半不连续复制半不连续复制(冈崎片段冈崎片段)产物产物两条双链

14、两条双链DNA合成后加工合成后加工 无无（一）合成起始（一）合成起始1.辨认起始点辨认起始点(origin)合成起始有以下几个步骤合成起始有以下几个步骤:在原核生物中，在原核生物中，DNA复制有固定的起始点，复制有固定的起始点，称为称为ori位点位点，复制起始需要多种蛋白因子复制起始需要多种蛋白因子（DnaA,DnaB,PriA,DnaG)的参与，的参与， 其中其中DanA蛋白识别这个位点，并形成复合物蛋白识别这个位点，并形成复合物引发引发体体（primosome）。（二）链延伸（二）链延伸在在RNA引物上，由引物上，由DNA聚合酶聚合酶催化，催化，按照模板链上的碱基顺序，在按照模板链上的碱基

15、顺序，在引物引物3 OH端端掺入相应的脱氧核苷三磷酸，掺入相应的脱氧核苷三磷酸，新链新链的合成按的合成按53方向进行方向进行合成时，从起点开始可以合成时，从起点开始可以单向也可以双向单向也可以双向合成合成，复制起点处形成复制叉（，复制起点处形成复制叉（fork）但在复制进行时，一条链的合成是连续但在复制进行时，一条链的合成是连续的，而另一条链的合成是不连续的，通的，而另一条链的合成是不连续的，通过合成一些片段后连接起来成为一条链。过合成一些片段后连接起来成为一条链。这种复制过程称为这种复制过程称为半不连续复制半不连续复制DNA复制时复制时,是向一个方向是向一个方向齐头并进的，齐头并进的，而而D

16、NA聚合酶只能催化从模板聚合酶只能催化从模板3端向端向5端合成。端合成。因此因此以以3 5模板链合成的新链是连续的模板链合成的新链是连续的（合成方向为（合成方向为53） 。这条链称为。这条链称为领头链领头链(leading strand)。而而以以53模板链合成的新链是不连续合成的，先模板链合成的新链是不连续合成的，先反向（方向为反向（方向为53）合成一些合成一些DNA片段，再把片片段，再把片段连接而成一条整链，这些片段称为段连接而成一条整链，这些片段称为冈崎片段冈崎片段，这条链称为这条链称为后续链后续链(lagging strand)半不连续复制半不连续复制回环假说回环假说：但在合成时，后续

17、链并非完全停顿：但在合成时，后续链并非完全停顿和不连续。后续链的模板绕聚合酶向后回折和不连续。后续链的模板绕聚合酶向后回折180 ，这样，这样后续链的模板和先导链的模板都后续链的模板和先导链的模板都保持相同的方向保持相同的方向，与解旋酶前进的方向一致。，与解旋酶前进的方向一致。在复制进行时，领头链的合成是连续的，在复制进行时，领头链的合成是连续的，而后续链的合成是不连续的，先合成一些而后续链的合成是不连续的，先合成一些片段（片段（冈崎片段）冈崎片段），然后将，然后将冈崎片段的引冈崎片段的引物切除后以物切除后以DNADNA取代，取代，连接起来成为一条连接起来成为一条链。这种复制过程称为链。这种复

18、制过程称为半不连续复制半不连续复制半不连续复制半不连续复制DNA领头链和后续链片段的合成领头链和后续链片段的合成冈崎片段合成后续链冈崎片段合成后续链冈崎片段冈崎片段（三）合成终止（三）合成终止复制终止时，由复制终止时，由DNA聚合酶聚合酶切除各冈崎片切除各冈崎片段及领头链的段及领头链的RNA引物，并由该酶继续催化引物，并由该酶继续催化合成填补引物的缺口，合成填补引物的缺口，最后由最后由DNA连接酶连连接酶连接各片段，封闭缺口接各片段，封闭缺口 大肠杆菌的两个复制叉在大肠杆菌的两个复制叉在相距终点相距终点100kb时，时，复制速度减慢复制速度减慢，从而协调，从而协调2个复制叉到达的个复制叉到达的

19、时间。时间。在终止区域内含有多个在终止区域内含有多个terter序列序列(termination site)(termination site)，它们能与，它们能与终止蛋白终止蛋白（TusTus蛋白）蛋白）结合，使复制叉停止移动，并结合，使复制叉停止移动，并释放子链释放子链DNADNA。The termination region of the E.coli 1970年年Temin和和Baitimore等在等在致癌致癌RNA病毒病毒中发现了一种特殊的中发现了一种特殊的DNA聚合酶，该聚合酶，该酶以酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的核苷酸顺序的核苷酸顺

20、序(其中其中U与与A配对配对)合成合成DNA。四四.RNA.RNA指导的指导的DNADNA复制复制逆转录酶普遍存在于逆转录酶普遍存在于RNA病毒中，哺乳病毒中，哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞中也有反转录酶。中也有反转录酶。 这一过程与一般遗传信息流转录的方向相这一过程与一般遗传信息流转录的方向相反，故称为逆转录反，故称为逆转录(reverse transcription) ，催化此过程的催化此过程的DNA聚合酶叫做聚合酶叫做逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)RNA-DNA杂交体杂交体双链双链DNA逆转录酶逆转录酶RNA的合成

21、主要是以的合成主要是以DNA为模板的为模板的合成合成,称为称为转录转录(transcription)在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：一是合成有两种方式：一是DNADNA指导的指导的RNARNA合成，此为生物体内的主合成，此为生物体内的主要合成方式要合成方式。另一种是。另一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合合成，此种方式常见于病毒。成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是转录产生的初级转录本是RNARNA前体（前体（RNA RNA precursorprecursor），需经加工过程），需经加工过程（processingprocessing）方具有生物学活性。）方具

22、有生物学活性。 RNA的合成的合成转录总结如下转录总结如下:反应场所反应场所细胞核细胞核原料原料核苷三磷酸（核苷三磷酸（ NTP)合成酶合成酶RNA聚合酶聚合酶 合成方向合成方向53模板模板双链双链DNA的一条链的一条链引物引物无无合成方式合成方式不对称转录不对称转录起点起点启动子启动子终点终点终止子终止子合成过程合成过程起始、延伸、终止起始、延伸、终止产物产物三种三种RNA合成后加工合成后加工真核有（加帽、尾，内含真核有（加帽、尾，内含子剪接）子剪接）一一. .催化催化RNARNA合成的酶合成的酶催化催化RNA合成的酶主要为合成的酶主要为RNA聚合酶聚合酶,有以下性质有以下性质:催化催化RN

23、A合成的方向是合成的方向是53以核苷三磷酸以核苷三磷酸(NTP)为原料为原料催化合成催化合成RNA以单链以单链DNA为模板为模板,不需要引物不需要引物催化催化NTP加到生长中加到生长中DNA链的链的3-OH末端末端原核生物原核生物RNA聚合酶和真核聚合酶和真核RNA聚合酶聚合酶在组成和类型上各有不同。在组成和类型上各有不同。 因子因子本身没有催化活性本身没有催化活性,也不能单独结合也不能单独结合DNA, 因子因子可以极大的提高可以极大的提高RNA聚合酶聚合酶与启与启动子的亲和力，动子的亲和力，其作用是识别模板上合成的其作用是识别模板上合成的起始信号起始信号，合成开始后即释放出来。，合成开始后即

24、释放出来。原核生物原核生物RNA聚合酶由聚合酶由5个亚基组成个亚基组成:2,其中其中2称为称为核心酶核心酶, 有些核心酶还具有有些核心酶还具有w w亚基。亚基。因子与核心酶因子与核心酶可以结合疏松可以结合疏松,可自由可自由释放释放原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶的核心酶具有催化活性聚合酶的核心酶具有催化活性, 可可催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。 其中其中亚基参与合成的引发、延伸；亚基参与合成的引发、延伸； 亚基亚基参与酶与参与酶与DNA模板的结合；模板的结合；亚基与模板的亚基与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关结合、酶的滑动以及碱基识别有关原核生

25、物原核生物RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶存在于核仁中，转录存在于核仁中，转录rRNA。RNA聚合酶聚合酶存在于核质中，转录大多存在于核质中，转录大多数基因数基因mRNA，RNA聚合酶聚合酶存在于核存在于核质中，转录质中，转录tRNA ，5srRNA 真核真核RNA聚合酶聚合酶 真核生物中的真核生物中的RNA聚合酶已发现有聚合酶已发现有3种种RNA聚合酶聚合酶、，另外在线粒体，另外在线粒体和叶绿体中也有不同的和叶绿体中也有不同的RNA聚合酶。聚合酶。为什么转录的酶中没有解旋酶？为什么转录的酶中没有解旋酶？问题问题真核生物真核生物RNA聚合酶必须和很多辅助因聚合酶必须和很多辅助因子一起形成

26、聚合酶复合体才能进行转录子一起形成聚合酶复合体才能进行转录功能。其中一个辅助因子叫功能。其中一个辅助因子叫TF-IIF，这，这个因子有解旋功能。个因子有解旋功能。原核生物原核生物RNA聚合酶复合体的聚合酶复合体的亚基同亚基同时具有解旋酶活性，因此原核生物不需时具有解旋酶活性，因此原核生物不需要额外的解旋酶要额外的解旋酶The bacterial RNA polymerase core enzymea aa ab bb bw wa a真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种种类类分布分布转录产物转录产物对对-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱的的敏感程度敏感程度核仁核仁rRNA不敏感不敏感核质核质hnRNA（mR

27、NA 前体）前体）低浓度敏感低浓度敏感核质核质tRNA ，5srRNA，snRNA高浓度敏感高浓度敏感Mt线粒体线粒体 Mt RNA不敏感不敏感Cl叶绿体叶绿体 Cl RNA不敏感不敏感RPB3RPB11RPB2RPB1RPB6The eukaryotic RNA polymerasea aa ab bw wRPB3RPB11RPB2RPB1RPB6b bFig： RNAP Comparison.The same color indicate the homologous of the two enzymes如果如果DNA 双螺旋中的两条链都能转录双螺旋中的两条链都能转录 ，则对翻译会产生什么

28、样的结果？则对翻译会产生什么样的结果？问题问题如果两条链都被转录，则每个基因能如果两条链都被转录，则每个基因能编码两个不同的蛋白质，会造成基因编码两个不同的蛋白质，会造成基因和蛋白名称的混乱和蛋白名称的混乱同时两条链转录出的同时两条链转录出的RNA会互补形成会互补形成双链而影响翻译。双链而影响翻译。二二.RNA.RNA的合成过程的合成过程由于转录产生的由于转录产生的RNA为单链且分子量较小为单链且分子量较小,因此因此只有只有DNA一条链的某一区段作为模板一条链的某一区段作为模板 (template strand)，这种方式称为，这种方式称为不对称转录不对称转录。因此因此DNA上含有遗传信息的基

29、因，可以在不上含有遗传信息的基因，可以在不同的单链上。同的单链上。 DNA分子中能转录出分子中能转录出RNA的的区段，称为结构基因（区段，称为结构基因（structure gene）。）。不对称转录有两重含义不对称转录有两重含义：一是指双链：一是指双链DNA只有只有一股单链用作模板，二是指对于不同基因，同一股单链用作模板，二是指对于不同基因，同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。转录的特点转录的特点 模板链又称为负链模板链又称为负链 (minus strand，），） 、

30、反意义链反意义链(anti-sense strand) ，它与转录出，它与转录出来的来的RNA反义（序列相反）；反义（序列相反）； 在后续的讨论转录有关的序列（如启动子、在后续的讨论转录有关的序列（如启动子、终止子）时，都以编码链为准。终止子）时，都以编码链为准。不做为模板的不做为模板的DNA链为编码链链为编码链(coding strand) ，又称为正链（，又称为正链（plus strand，+）、）、有意义链有意义链(sense strand) ，它与，它与转录出来的转录出来的RNA同义同义（序列相同，只是将（序列相同，只是将T变为变为U）。）。二二.RNA.RNA的合成过程的合成过程转录

31、的特点转录的特点但但RNA合成的起始和终止有特定的信号区域合成的起始和终止有特定的信号区域，合，合成起始于成起始于DNA上的上的启动子（启动子（promoter）区域，终区域，终止于止于DNA 上的上的终止子（终止子（terminator）区域。区域。二二.RNA.RNA的合成过程的合成过程转录的特点转录的特点转录的过程分为转录的过程分为三个阶段三个阶段:二二.RNA.RNA的合成过程的合成过程 RNA的转录合成类似于的转录合成类似于DNA的的复制，多核苷酸链的合成都是复制，多核苷酸链的合成都是以以53的方向的方向。问题问题有下列一段有下列一段DNA，写出其复制和转，写出其复制和转录的产物（注

32、明方向）录的产物（注明方向）5ATTCGATA 3复制产物：复制产物： 3TAAGCTAT 53UAAGCUAU 5转录产物：转录产物：5UAUCGAAU 35ATTCGATA 33TAAGCTAT 5例题：一段原核例题：一段原核DNA序列如下序列如下(只列出单链部只列出单链部分分),请找出这段序列中所含有的以下几个功能请找出这段序列中所含有的以下几个功能位点一个启动子位点一个启动子,一个转录起始点一个转录起始点,一个一个转录终止子转录终止子 转录出的转录出的RNA序列序列ATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35CCTAT40AATAG4

33、5AGTCA50TTTTC55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAGGA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCG ATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35CCTAT40AATAG45AGTCA50TTTTC55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAG

34、GA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCG -35区区-10区区起点起点Poly TGC回文回文茎环（发卡）结构茎环（发卡）结构loopstemC C G GU U A AA A U UC C G GC C G GU U A AC C G GC C G GU U G GG G G GU U C CUUUUUUUUUUUUUUUUUUCCCC125125TTCACTTCAC130130C CTGTCTGT

35、C135135GGGGAGTAGT140140GAAGGGAAGG145145TTTTTTTTTT150150TTTTTTTTCCCC125125UUCACUUCAC130130C CUGUCUGUC135135GGGGAGUAGU140140GAAGGGAAGG145145UUUUUUUUUU150150UUUUUUUU不对称转录不对称转录有意义链有意义链模板链模板链+链链链链编码链编码链反意义链反意义链RNA聚合酶聚合酶启动子启动子终止子终止子RNA聚合酶首先与模板上的特异起始部位聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合结合,DNA上这个与转录起始有关的部位称上这个与转录起始有关的部位称为为启

36、动子启动子（promoter）。在原核生物启动。在原核生物启动子和真核生物启动子的结构和特点不同子和真核生物启动子的结构和特点不同(一一) RNA合成的起始合成的起始真核生物的转录起始中，除启动子和聚合酶外，真核生物的转录起始中，除启动子和聚合酶外，还需要多种相关蛋白质，称为还需要多种相关蛋白质，称为转录因子转录因子（transcription factor TF）1.在原核生物中，当在原核生物中，当RNA聚合酶的聚合酶的因子发现因子发现其识别位点时，全酶就与启动子的其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序区序列结合形成一个列结合形成一个封闭的启动子复合物封闭的启动子复合物。2.由于全酶分子较

37、大，其另一端可达到由于全酶分子较大，其另一端可达到-10区的区的序列，整个酶分子向序列，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部合，在此处发生局部DNA（17bp）的解链形成）的解链形成全酶和启动子的开放性复合物全酶和启动子的开放性复合物。暴露出模板链。暴露出模板链。3.然后合成然后合成RNA的第一个核苷酸。的第一个核苷酸。(一一) RNA合成的起始合成的起始合成起始步骤如下合成起始步骤如下:1.原核生物启动子原核生物启动子在在DNA上开始转录的起点规定为上开始转录的起点规定为+1，与转录相，与转录相反的方向称上游反的方向称上游(up stream)，用，用

38、“”表示；表示；转录方向为下游转录方向为下游(down stream)用用“+”表示。表示。原核生物启动子包括原核生物启动子包括开始识别部位、开始识别部位、牢固结合部位和转录起点牢固结合部位和转录起点三个部分三个部分开始识别部位开始识别部位：位于转录起点上游：位于转录起点上游35个个bp位置，记为位置，记为35，结构为，结构为TTGACA，这是，这是RNA聚合酶全酶识别并首先结合的部位聚合酶全酶识别并首先结合的部位牢固结合部位牢固结合部位：位于转录起点上游：位于转录起点上游10个个bp位置，记为位置，记为10，含同源序列，含同源序列TATAAT，又称为，又称为Pribnow盒。这个区盒。这个区

39、域能和域能和RNA聚合酶牢固的结合聚合酶牢固的结合转录起点转录起点：记为：记为+1，总为一个嘌呤，总为一个嘌呤，A或或G1.原核生物启动子原核生物启动子2.真核生物启动子真核生物启动子真核生物有三种真核生物有三种RNA聚合酶，每种聚合酶，每种酶识别自身的启动子。酶识别自身的启动子。RNA聚合酶聚合酶启动子：分为两个部分，启动子：分为两个部分，-40 +5为近启动子，决定转录起始的精为近启动子，决定转录起始的精确位置，确位置，-165 -40为远启动子，影响转为远启动子，影响转录的频率录的频率RNA聚合酶聚合酶启动子：位于起始点下游，启动子：位于起始点下游，称为下游启动子。称为下游启动子。在在-

40、70 -80含有含有CAAT序列序列（CAAT box），），主要控制转录起始频率主要控制转录起始频率在上游远端还有在上游远端还有增强子增强子（enhencer）序列，通过形成回环机制能增强或促进序列，通过形成回环机制能增强或促进转录的起始。转录的起始。在在-25区区-35区有区有TATA框框，称为，称为Hogness box或上游启动子元件（或上游启动子元件（UPE）。）。TATA框决框决定了转录起点的选择。定了转录起点的选择。2.真核生物启动子真核生物启动子RNA聚合酶聚合酶启动子有四个部位：启动子有四个部位：帽子起点帽子起点：转录起点，大多为：转录起点，大多为A3.转录起始因子转录起始因

41、子转录起始中，除启动子和聚合酶外，还转录起始中，除启动子和聚合酶外，还需要多种相关蛋白质，这些蛋白质能和需要多种相关蛋白质，这些蛋白质能和直接或间接的结合，称为转录因子直接或间接的结合，称为转录因子（transcription factor TF）转录因子分为三类：通用因子（转录因子分为三类：通用因子（general factor）、上游因子（）、上游因子（upsteam factor）和）和可诱导因子（可诱导因子（anducible factor）真核生物的转录起始较为复杂。目前已知真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA聚合酶聚合酶至少有六种不同的蛋白因子至少有六种不同的蛋白因子参与转录

42、复合体的形成。参与转录复合体的形成。这些蛋白因子被称这些蛋白因子被称为为转录因子转录因子（transcriptional factor, TF)。包括包括TBP，TFA，TFB，TFD， TFE，TFF，TFH。 转录因子转录因子陆续与陆续与RNA聚合酶结合聚合酶结合形成形成转录复合物转录复合物3.转录起始因子转录起始因子vTFIIB recognition element (BRE)vThe TATA element/boxvInitiator (Inr)vThe downstream promoter element (DPE)Pol II core promoter真核转录因子真核转录因

43、子Consensus sequence of the -35 and -10 region封闭的启动子复合物封闭的启动子复合物开放的启动子复合物开放的启动子复合物第一个核苷酸通常是第一个核苷酸通常是pppA或或pppG。（二）链的延长（二）链的延长 合成启动后，在第一个合成启动后，在第一个GTP（或（或ATP）的）的3 -OH加上与加上与DNA模板能配对的第二个模板能配对的第二个NTP，释放焦磷酸，形成磷酸二酯键。这样按模板释放焦磷酸，形成磷酸二酯键。这样按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。的指引，一个接一个地延长下去。RNA聚合酶是沿着聚合酶是沿着DNA链链35方向移动。方向移动。因此

44、因此RNA链的合成方面也是链的合成方面也是53。 RNA链的延伸阶段开始后，链的延伸阶段开始后， 因子即从核心因子即从核心酶酶-DNA-新生新生RNA复合体上解离下来，复合体上解离下来，并可并可再用于和新的核心酶结合。再用于和新的核心酶结合。在在RNA链离开模板时，此杂交区链离开模板时，此杂交区即复原，同时两条即复原，同时两条DNA链即又重链即又重复螺旋化。复螺旋化。（二）链的延长（二）链的延长RNA聚合酶在延伸聚合酶在延伸RNA链时同时使链时同时使DNA螺旋解链，螺旋解链，RNA链的生长点是链的生长点是大约大约812bp长的长的RNA-DNA杂交区，杂交区，转录速度约为转录速度约为30-50

45、bp/S。链的延长和链的延长和因子的解离因子的解离转录生长点转录生长点转录时转录时DNA的解旋和重螺旋的解旋和重螺旋 RNA的转录终止由终止子决定。终止子的转录终止由终止子决定。终止子(terminator)是模板是模板DNA上终止转录的特殊上终止转录的特殊信号序列。终止子的作用是在信号序列。终止子的作用是在DNA模板的特模板的特异位点处终止异位点处终止RNA的合成的合成（三）（三）RNA合成的终止合成的终止RNA聚合酶可识别终止子，终止转录，将新生聚合酶可识别终止子，终止转录，将新生RNA链释出，并离开模板链释出，并离开模板DNA。RNA的转录有的转录有两种终止机制两种终止机制两类终止子有共

46、同的两类终止子有共同的DNA序列特征，在终止子序列特征，在终止子之前都有一段回文结构，这种结构的之前都有一段回文结构，这种结构的DNA以及以及转录出的转录出的RNA容易形成发夹形的茎环结构，称容易形成发夹形的茎环结构，称为为Gierer结构结构Gierer结构结构对对RNA聚合酶的滑动是一种阻碍，聚合酶的滑动是一种阻碍，聚合酶在此暂停，而不终止，当聚合酶在此暂停，而不终止，当因子滑向此区因子滑向此区域时，与聚合酶结合使域时，与聚合酶结合使Gierer结构更趋于稳定，结构更趋于稳定，促使促使RNA链的释放，于是转录终止链的释放，于是转录终止（三）（三）RNA合成的终止合成的终止DNA的终止子结构

47、的终止子结构Gierer结构结构依赖于依赖于因子的终止因子的终止不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止RNA的的Gierer终止序列终止序列DNA终止区域转录出的新生终止区域转录出的新生RNA形成发卡式结形成发卡式结构，会阻止聚合酶前进。构，会阻止聚合酶前进。 这种终止又称为不依赖于蛋白因子的终止，当这种终止又称为不依赖于蛋白因子的终止，当RNA聚合酶移动到聚合酶移动到特定的特定的DNA序列时合成即告终序列时合成即告终止止，这一特定，这一特定DNA序列称为终止子（强终止子）序列称为终止子（强终止子）1.由由DNA终止信号而发生的合成终止终止信号而发生的合成终止通过分析产物的结构，发现通过分析产物

48、的结构，发现:终止子上游为一终止子上游为一富含富含G-C的回文结构的回文结构，这段，这段DNA转录产生的转录产生的RNA容易形成阻碍聚合酶滑动的容易形成阻碍聚合酶滑动的发卡结构发卡结构；终止子前有终止子前有polyA，因此转录产生的，因此转录产生的RNA3端为寡聚端为寡聚U，从而形成不稳定的，从而形成不稳定的UA配对区域配对区域，这两种结构特征决定了转录的终止。这两种结构特征决定了转录的终止。因此终止子结构为富含因此终止子结构为富含GC的回文结构和紧接的的回文结构和紧接的一段一段polyT序列序列2.依赖于蛋白因子的终止依赖于蛋白因子的终止这种终止机制除特定的终止位点序列外，这种终止机制除特定

49、的终止位点序列外，还需要一种蛋白因子还需要一种蛋白因子因子，因此称为因子，因此称为依赖依赖因子的终止因子的终止 因子是一个六聚体蛋白，在因子是一个六聚体蛋白，在RNA合成起合成起始以后，始以后，因子即附着在新生的因子即附着在新生的RNA链上，链上，靠靠ATP水解产生的能量，沿着水解产生的能量，沿着53方向方向朝朝RNA聚合酶移动。聚合酶移动。到达到达RNA的的3-OH端后取代了暂停在终止端后取代了暂停在终止位点上的位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释聚合酶，并从模板和酶上释放放RNA，完成转录过程。，完成转录过程。The r transcription terminator，RNA trea

50、d trough the “ring”多聚多聚U发夹结构发夹结构Rho-independent terminator contains a short inverted repeat (20 bp) and a stretch of 8 A:T base pairs. Weakest base pairing: A:U make the DNA-RNA dissociation easier三三.RNA转录后加工转录后加工以上讨论的是以上讨论的是RNA合成的一般过程合成的一般过程,各种各种RNA的合成还有其特点的合成还有其特点.通常在细胞核中合成的是各种通常在细胞核中合成的是各种RNA的的前体

51、前体, 前体前体RNA再进入细胞质再进入细胞质,经过修饰经过修饰加工转变为相应的成熟加工转变为相应的成熟RNAmRNAtRNArRNA 原核生物的结构基因是连续编码序列，原核原核生物的结构基因是连续编码序列，原核生物没有核膜，转录和翻译是相偶联的，往生物没有核膜，转录和翻译是相偶联的，往往转录还未完成，翻译已经开始了。往转录还未完成，翻译已经开始了。(一一) mRNA的转录后加工的转录后加工因此，原核生物因此，原核生物转录出的转录出的mRNA不需不需加工修饰加工修饰。原核原核mRNA5 端和端和3 端没有特殊结构，基端没有特殊结构，基因内部没有内含子因内部没有内含子。.在真核生物的基因中在真核

52、生物的基因中,编码蛋白质的信息区往编码蛋白质的信息区往往被非信息区隔开往被非信息区隔开,信息区称为信息区称为外显子外显子,非信息区非信息区称为称为内含子内含子。在转录时通常将内含子一并转录。在转录时通常将内含子一并转录,因此得到的因此得到的mRNA也含有非编码的内含也含有非编码的内含子子 真核生物真核生物mRNA的具有如下特征的具有如下特征:.真核生物真核生物mRNA 5 端存在帽子结构端存在帽子结构.真核生物真核生物mRNA 3 端有端有poly(A) 尾巴尾巴(一一) mRNA的转录后加工的转录后加工因此因此mRNA的转录后加工的转录后加工有以下三点有以下三点(一一) mRNA的转录后加工的转录后加工1.加帽：加帽：mRNA的加帽反应是在转录开的加帽反应是在转录开始就进行的始就进行的, 加帽酶通常附着在加帽酶通常附着在RNA聚合聚合酶的尾巴上酶的尾巴上,当当mRNA一旦转录出来一旦转录出来,即进即进行加帽反应行加帽反应2.加尾：加尾：Poly （A）尾巴是转录后在核内加）尾巴是转录后在核内加上的上的。转录后的。转