医学分子生物学-RNA的转录-coco

1、第第14章章 RNA的生物合成的生物合成RNA的种类及分布的种类及分布RNA转录体系 模板：DNA的一条单链 底物：NTP（A/G/C/U） 酶：RNA聚合酶等 离子：Mg2+n转录（transcription）：以DNA一条链为模板，在RNA聚合酶作用下，按A-U、G-C配对原则合成RNA的过程。n不对称转录：RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的。n模板链：或称反义链(-)，指根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA单链。n编码链：或称有意义链（+）,把与mRNA序列相同的那条DNA链。基本概念：基本概念：n转录单位：启动子延伸到终止子(Terminator)所跨越的部分称为一个

2、转录单位 n原核生物：多顺反子；真核生物：单顺反子n转录原点记为+1，上游记为-，下游记为+ 全酶负责转录起始一、原核生物RNA的生物合成 核心酶 负责RNA的延伸1. 原核生物启动子的结构 转录起点：多为A或G -10区：保守序列TATAAT，RNA pol结合位点 -35区：保守序列TTGACA，RNA pol识别位点（三） 原核生物RNA转录的基本过程核心酶1217bp -35区松弛和可逆的结合移动到-10区，解链酶与-10区牢固和不可逆结合1. 转录起始转录泡（亚基）亚基）当新生当新生RNA链达到链达到6-9个个Nt时形成稳定的时形成稳定的酶酶-DNA-RNA复合物复合物转录泡：在RN

3、Apol 结合和转录的DNA模板区域，有大约13bp左右DNA形成解链区。 转录泡处形成很短RNA-DNA杂交双链。 2. 转录延长（1） 亚基脱落，RNA pol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，聚合NTP，延长RNA链。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi（3）转录泡：始终保持三元复合物的结构5 3 DNAn原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA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：4） 拓扑学问题 RNA合成过程中，转录泡两端发生拓扑转变； 由DNA旋转酶和拓扑异构酶

4、I完成； 解链区后方，DNA双链重新双螺旋，RNA链被逐步释放旋转酶旋转酶Top I转录终止转录终止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模模板上停顿下来不再前进，转录产物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。链从转录复合物上脱落下来。 IRIR茎部富含茎部富含GC茎环结构茎环结构不依赖因子的终止子无连续无连续 U串串G/C含量较少含量较少 因子46KD，活性状态是六聚体（275KD）因子具有NTP酶和解旋酶活性，促进转录终止。与亚基竞争结合RNA的3-OH末端结合并追赶RNApol追赶上来（暂停） 与RNApol相互作用使杂交链解链终止子种类分布转录产物对-鹅膏蕈碱的敏感性

5、RNA pol核仁主要转录45S rRNA前体，后加工形成28S,18S,5.8SrRNA不敏感，对放线菌素D敏感RNA pol核质mRNA的前体(hnRNA)和大多数snRNA敏感RNA pol 核质tRNA，5S rRNA，U6 snRNA中等敏感二、真核生物二、真核生物RNA的生物合成的生物合成转录起始过程需要很多转录因子（transcription factor, TF ）参与，按一定顺序与DNA形成复合物，协助RNA pol定位于转录起始点。（二）真核生物的转录因子参与参与RNA-pol转录的转录的TFTBP：TATA binding protein, TATA结合蛋白结合蛋白TAF

6、: TBP associated factor, TBP辅因子辅因子,不同基因不同基因TAF不同不同CTD: RNA-pol大亚基羧基末端结构域大亚基羧基末端结构域转录因子转录因子亚基组成亚基组成功能功能TFDTBP结合结合TATA盒盒TAF辅助辅助TBP-DNA结合结合TFA稳定稳定TFD-DNA复合物复合物TFB促进促进RNA-pol结合及作为其它因子结结合及作为其它因子结合的桥梁合的桥梁TFF解旋酶解旋酶TFEATPaseTFH蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷酸化磷酸化AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 转录起始点转录起始点-25bpTATA盒盒CA

7、AT盒盒GC盒盒 增强子增强子外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1转录因子转录因子OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体上游启动子元件（上游启动子元件（UPE）（三）（三） 真核生物真核生物RNApol的启动子的启动子核心启动子：TATA盒，定位转录起始点上游启动子元件(UPE)：CAAT盒、GC盒，控制转录起始频率1. 增强子（又称远上游序列 )72bp72bp区域区域缺失缺失，则转录下降，则转录下降插入插入-珠蛋白基因的上样，转录增珠蛋白基因的上样，转录增强强200200倍。倍。Pol-TFFPol-TFFHEABTBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TAT

8、AATATABTAFHECTD-P（转录前起始复合物）（转录前起始复合物）PIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化之后，转录起始复合物进行“启动子清理”，RNA聚合酶仅与TF F因子一起完成转录的延伸过程。（四） 真核生物转录过程2. 转录延长 在RNA pol 作用下，聚合NTP，形成3,5-磷酸二酯键，延长RNA链。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi3. 真核生物的终止真核和原核生物转录的不同点三、真核生物转录后加工切除切除5端和端和3末端序列末端序列内含子剪接内含子剪接核苷酸转移酶催化核苷酸转移酶催化3端加上端加上CCA核苷酸修饰核苷酸修饰（一）（一

9、）tRNA前体的转录后加工前体的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCtDNARNase P、RNase D剪切剪切 (a)(b)碱基修饰碱基修饰(d)内含子剪接内含子剪接核苷酸转移酶核苷酸转移酶(c)碱基修饰的方式：（2）还原反应 如：UDHU （3）核苷内的转位反应 如：U（4）脱氨反应 如：AIm 如：AA（1）甲基化(1)(1)(3)(2)(4)tRNA二级结构三叶草1 剪切位点 5 3 1 8 S 5 . 8 S 2 8 S 人类H e L a细胞途径： 小鼠L细胞途径： 4 5 S 4 1 S 4 1 S 3 2 S 3 6 S 2

10、0 S 1 8 S 1 8 S 3 2 S 2 8 S 5 .8 S 2 8 S 5 .8 Su 5加帽m7G（N7甲基鸟苷）u 3加尾poly(A)尾u 特殊碱基的修饰u 内含子的剪接帽子0结构5-5磷酸二酯键磷酸二酯键5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶SAMn帽子结构的生成：由加帽酶和甲基转移酶(methyltransferase)催化完成 5 ppGp磷酸酶 PiAAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCS

11、tFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP 2) poly(A) 在分子生物学实验中的应用价值：a、 可将 oligo (dT) 与载体相连，从总体RNA中分离纯化mRNA;b、 用oligo (dT)为引物，反转录合成 cDNA;RNA剪接：将真核生物间隔基因内部的内含子剪除，同时将外显子连接起来形成成熟的RNA分子的过程。四、RNA剪

12、接2. 内含子的分类内含子的分类 根据边界序列的保守性，内含子分为3类： 类内含子: 低等真核生物前体rRNA、细胞器RNA； 以四膜虫为例：有内部核心结构，具边界序列5U-C3 类内含子: 不含有内部核心结构，具边界序列； 玉米线粒体RNA和tRNA 类内含子: 具有 5 GU-AG 3 特征的边界序列； 如核基因前体 mRNA 酵母tRNA基因的内含子：位于 tRNA 的反密码环上，其剪接方式与前3类不同 3.剪接方式 方式一：自我剪接（两类内含子、 ） 形成特定的二级结构， RNA具有催化剪接的能力（核酶）；方式二：由剪接体完成（核mRNA前体内含子） 可供识别的特异序列， 剪接体由多种

13、蛋白质和核蛋白组成；方式三：需要蛋白质酶参与的剪接（酵母tRNA） 前两种剪接都属于转酯反应。8 左 ( 5 ) 位 点 右 ( 3 ) 位 点 外 显 子A64G73 G1 00 T1 0 0A6 2AG 8G8 4T6 3 1 2 P y N C6 5A10 0G100 N 外 显 子 内 含 子 图1 3 -2 1 内 含 子 和 外 显 子 的 交 界 顺 序 G T -A G 法 则 ( 仿B .L e w in : G E N E S ,1 9 9 7 ， F ig 3 0 .3 ) U(1). 顺式剪接至少需要两个拼接点： 5 剪接点或供体位点3 剪接点或受体位点(2). 不同的

14、前体RNA共同的剪接机制： 采用序列互补和分子折叠将内含子隔开的供点和受点连接在一起，通过转酯反应完成剪接。边界序列2. 剪接体：40-60S的核糖核蛋白复合物 (1) 核糖核蛋白snRNPs(U1,U2,U5,U4/U6) 由snRNA和蛋白质组成 (2) 作用：通过不同的RNA的互补序列，将内含子的5供体、3受点、分支位点精确而有序的聚在一起，便于完成转酯反应。注：snRNA： small nuclear RNA 3. 剪接机制(Sharp.P.A. Cell. 1994. 77; p805-815) l SnRNA与边界序列或者分支位点间存在互补区域并参与剪接，形成剪接体。l剪接体逐级组

15、装，SnRNA分步替代lRNP蛋白在剪接体中，参与转酯，剪接反应snRNA U1内内含子的含子的5，3snRNA U2分分支位点支位点(其中其中A为转为转酯攻击位点酯攻击位点)snRNA U6内内含子含子5snRNA U6U4和、和、snRNAU6U2可以可以稳定剪接体稳定剪接体snRNA U5与与5-GU和和3-AG配对，配对，连接外显子连接外显子 蛋白质参与剪接蛋白质参与剪接反应反应五、mRNA的编辑(mRNA editing)RNA编辑：改变mRNA编码序列的加工方式。 mRNA转录后，因核苷酸的替换，插入或缺失，改变DNA模板原来的遗传信息，翻译出多种氨基酸序列不同的蛋白质的过程。相继

16、在真核生物及病毒中发现：-在mRNA中，U的插入或缺失-哺乳动物载脂蛋白mRNA中CU-多头绒泡菌线粒体中C，A，U的插入-小麦线粒体 mRNA中CU，GA，GU等-一些基因被高频率的编辑 锥虫cox mRNA 407个U插入在145基因座中 19个U在9个基因座中缺失六、原核生物与真核生物mRNA的特征比较一）原核生物mRNA特征PPP5 3 蛋白质蛋白质AGGAGGUSD序列半衰期短半衰期短多顺反子多顺反子mRNA起始密码子起始密码子AUG上游上游7-12Nt有有SD序列序列 PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质AAA二）真核生物mRNA特征非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点R

17、BSRBS起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列5端帽子结构端帽子结构m7G3端端poly(A)尾尾 单顺反子单顺反子1. 下列哪种核酸的二级结构具有下列哪种核酸的二级结构具有“三叶草三叶草”型（型（ ） A. mRNA B. 质粒质粒DNA C. tRNA D. 线粒体线粒体DNA2. 真核生物中，真核生物中，RNA聚合酶聚合酶II的转录产物是（的转录产物是（ ） A. 45S rRNA B. 5S rRNA C. hnRNA D. snRNA3. RNA合成的特征不包括合成的特征不包括 A.以以4种种dNTPs为原料为原料 BRNA聚合酶催化聚合酶催化 C.只需要一条只需

18、要一条DNA链为模板链为模板 D从从5向向3端延伸端延伸4. 原核生物转录终止时主要依靠原核生物转录终止时主要依靠 A. 蛋白对终止区的识别蛋白对终止区的识别 B终止的茎环结构终止的茎环结构 C因子的作用因子的作用 DRNA与与DNA的相互作用的相互作用CCAA6. 下列有关下列有关TATA盒盒(Hognessbox)的叙述，正确的是的叙述，正确的是 A. 它位于第一个结构基因处它位于第一个结构基因处 B. 它和它和RNA聚合酶结合聚合酶结合 C. 它编码阻遏蛋白它编码阻遏蛋白 D. 它和反密码子结合它和反密码子结合7. 真核细胞真核细胞mRNA的加工修饰不包括：（的加工修饰不包括：（ ） A

19、. 除去所有非结构信息部分除去所有非结构信息部分 B. 在在mRNA的的3 末端加末端加polyA尾巴尾巴 C. 经过较多的甲基化过程经过较多的甲基化过程 D. 在在mRNA的的5 末端形成帽子结构末端形成帽子结构8. 真核生物中真核生物中RNA聚合酶（聚合酶（ ） A. 只有一种只有一种 B. 有三种有三种 C. 有五种有五种 D. 有两种有两种5. 启动子是启动子是( )识别结合，起始转录的一段识别结合，起始转录的一段DNA序列。序列。 A. DNA聚合酶聚合酶 B. RNA聚合酶聚合酶 C. 核酶核酶 D. 内切酶内切酶BBAB9. 关于关于DNA复制和转录的叙述，错误的是复制和转录的叙

20、述，错误的是( ) A. 两个过程新链合成方向都是两个过程新链合成方向都是53 B. 两过程均需两过程均需RNA为引物为引物 C. 复制的产物通常大于转录的产物复制的产物通常大于转录的产物 D. 聚合酶都需要聚合酶都需要Mg10. Pribnow box序列是指序列是指( ) A. AATAAA B. TATAAT C. TTGACA D. AAUAAA11. 能识别转录起点的是能识别转录起点的是( ) A. 因子因子 B. 核心酶核心酶 C. RNA聚合酶的聚合酶的亚基亚基 D. RNA聚合酶的聚合酶的因子因子 12. 能特异性抑制原核生物能特异性抑制原核生物RNA聚合酶聚合酶亚基的是亚基的

21、是( ) A. 利福平利福平 B. 鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 C. 假尿嘧啶假尿嘧啶 D. 亚硝酸盐亚硝酸盐BBDB13. 催化生成真核生物催化生成真核生物tRNA和和5S rRNA的酶是的酶是( ) A. RNA聚合酶聚合酶 B. RNA聚合酶聚合酶 C. RNA聚合酶聚合酶 D. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶14. 当转录延长开始后当转录延长开始后,因子因子( ) A. 随全酶在模板上前移随全酶在模板上前移 B. 作为终止因子在转录终止时起作用作为终止因子在转录终止时起作用 C. 发生构象改变，与核心酶结合更紧密发生构象改变，与核心酶结合更紧密 D. 与核心酶分离，从模板上脱落与核心酶分离，从模板上

22、脱落15. 真核生物的转录特点是真核生物的转录特点是( ) A. 在细胞质内进行在细胞质内进行 B. 需要需要因子辨认起始点因子辨认起始点 C. 需需RNA聚合酶和多种蛋白质因子聚合酶和多种蛋白质因子 D. 转录与翻译在同部位同时进行转录与翻译在同部位同时进行16外显子是外显子是( ) A. 基因突变的表现基因突变的表现 B. DNA被水解断裂开的片段被水解断裂开的片段 C. 不转录的不转录的DNA D. 真核生物基因的编码序列真核生物基因的编码序列DBDC 1745SrRNA是是( )A. 核糖体大亚基的核糖体大亚基的rRNA B. 18S、5.8S及及28S rRNA的前身的前身C. 由不同转录单位转录后组合而成由不同转录单位转录后组合