生物化学 第36章 RNA的生物合成和加工课件

Chapter36RNA的生物合成和加工TranscriptionofDNAChapter36RNA的生物合成和加工Transcri1转录(

transcription

)——以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

转录(transcription)——转录RNADN2一、DNA指导下RNA的合成——转录二、转录后加工三、相关概念四、转录过程的调节控制五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成本章要点一、DNA指导下RNA的合成——转录本章要点3一、DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）复制和转录的异同点相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为5′→3′方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链一、DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DN4不同点：复制转录模板两股链均作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA双链mRNA;tRNA;rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物需RNA引物不需要引物

方式(特点)

半保留复制不对称转录转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子terminator），此转录区域称为转录单位。不同点：复制5RNA多核苷酸链DNARNA聚合酶模板酶RNA多核苷酸链DNARNA聚合酶模板酶6一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模板

两股DNA单链中只有一股可转录，可作为模板转录成RNA的一股称为模板链，对应的一股互补链称为编码链。能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA)，也可能不转录。不对称转录：DNA分子上一股可转录，另一股不转录；模板链并非永远在同一单链上。一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模7RNARNA不对称转录RNARNA不对称转录8

模板链：DNA双链中作为模板转录成RNA的一股链。

编码链：与模板相对应的互补链。

不对称转录：DNA分子的一股链可转录，另一股不转录；模板链在DNA分子上不是固定在某一股链上。模板链：DNA双链中作为模板转录成RNA的一股链9

***DNA两条链中仅有一条链可以用于转录，或者在某些区域以这条链转录，而在另一些区域以另一条链转录，对应的链只有复制功能，无转录功能。

转录生成的RNA链需要进一步加工修饰，才能成为有活性的(或者说是成熟的)RNA。 ***DNA两条链中仅有一条链可以用于转录，或者在某些区10

11一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（1）原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌分子量为480kD，由四个亚基组成α2ββ′σ(全酶)去掉σ亚基称为核心酶*原核生物RNA聚合酶各亚基及其功能*亚基分子量功能

36512决定哪些基因被转录150618与转录全过程有关（催化）’155613结合DNA模板（开链）70263辨认起始点一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA12（2）真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物也各不相同。三种RNA聚合酶对鹅膏蕈碱的敏感性反应不同。一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（2）真核生物的RNA聚合酶一、DNA指导下RNA的合成——13鬼笔鹅膏白毒伞鬼笔鹅膏白毒伞14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。5335结构基因调控序列RNA-pol3、RNA聚合酶与模板的辨认结合（一）模板和酶原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(oper15RNA结构基因

结构基因：DNA分子中能转录出RNA的区段。RNA结构基因结构基因：DNA分子中能转录出RNA的区段。16（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的，靠其σ亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列。

σ亚基的作用：识别启动子，促进转录的起始核心酶的作用：只能使已开始合成的RNA链延长。

σ亚基识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不同的转录效率。（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的R17//18RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合8/jpkc/sh/jianggao/jg_11.files/image010.jpgRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合http://210.319一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程

RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个步骤（请看457页图36-2）一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程20生物化学第36章RNA的生物合成和加工课件211、转录起始转录起始需解决两个问题：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。1、转录起始转录起始需解决两个问题：221、转录起始RNA的转录是从DNA模板上特定部位开始的，这个特定部位叫做启动子(promotor或称启动基因)

RNA聚合酶识别启动子，并与之结合，开始转录一段DNA序列。1、转录起始23

原核生物的启动子约含40-60个碱基对。

启动区域有三个功能部位∶

①启动部位∶此处有RNA链的第一个核苷酸。

②Pribnow框∶也称紧密结合部位。它位于转录起始点之前10位的一段富含AT的序列，又称TAT盒。

③识别部位∶位于转录起始点前35个碱基附近，其序列特征为TTGACA。

生物化学第36章RNA的生物合成和加工课件24原核生物启动子结构的普遍模式原核生物启动子结构的普遍模式251）RNA聚合酶全酶(2)与模板结合2）DNA双链解开,形成转录空泡3）在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应***转录起始反应1）RNA聚合酶全酶(2)与模板结合***转录起始26

27不对称转录——只能以双链中固定的一条链（模板链）为模板转录RNA开始1.RNA聚合酶延DNA链移动，识别转录起点（启动子）(启动子)打开螺旋，形成聚合酶-DNA-RNA复合体。转录泡（Transcriptionbubble）

不对称转录——只能以双链中固定的一条链（模板链）为模板转录R28一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程2、转录的延伸原核生物和真核生物基本相同σ亚基脱落，核心酶构象改变RNA的5′端伸展至转录空泡之外模板为A，转录产物相应为U原核生物的转录和翻译同时进行一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程29RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA转录空泡(transcriptionbubble)/RNA-pol（核心酶）····DNA····RN30(2)转录的延伸

模板上转录起始的第一个核苷酸一般是嘧啶核苷酸，故RNA上的第一个核苷酸是嘌呤核苷酸。

RNA的合成不需要引物。当与模板互补的第二个核苷三磷酸的5-磷酸基与第一个核苷酸的3-OH形成3，5-磷酸二酯键，并释放出焦磷酸时，开始了RNA链的延伸。(2)转录的延伸312.复合体甩掉σ亚基，随RNA聚合酶移动连续5`→3`转录RNA链。17bp螺旋解开长度12bpDNA-RNA复合体长度3.DNA螺旋前开、后合,RNA长长，不断脱离DNA。(终止子)4.识别终止信号（终止子），结束转录，各自分离。2.复合体甩掉σ亚基，随RNA聚合酶移动连续5`→3`转录R32(3)转录的终止

当核心酶沿模板3→5方向移动到终止信号区域时，转录终止。提供终止信号的DNA序列称为终止子（terminator）。 所有原核生物的终止子在终止位点之前均有一个二重对称序列(即回文序列)，在终止位点之后有一富含AT序列跟随。

(3)转录的终止33

3435一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程3、转录的终止（1）原核生物转录终止的模式：

ρ依赖因子(ρ因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性)不依赖ρ因子终止区的碱基可形成发夹结构

RNA3′形成茎环结构和一串寡聚U（2）真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物mRNA带有polyA尾巴；一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程3637**非依赖Rho（ρ）的转录终止**①RNA产物3’端往往形成特殊的茎环结构，该结构阻碍RNA聚合酶前移。③寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱落。5’3’3’5’②转录产物中有密集的G-C配对，形成茎环结构，其后有一串寡聚U。rU:dA最不稳定。**非依赖Rho（ρ）的转录终止**①RNA产物3’端385’pppG5335茎环结构使转录终止：1、使RNA聚合酶变构2、使转录复合物趋于解离，RNA产物释放RNA-pol5’pppG5335茎环结构使转录终止：1、使RN395’5’3’3’反向重复序列5’5’3’3’反向重复序列40（三）真核生物的转录过程1、转录起始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。（三）真核生物的转录过程1、转录起始真核生物的转录起始上游区41顺式作用元件(cis-actingelement)（1）转录起始前的上游区段

顺式作用元件(cis-actingelement)（1）转42（2）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。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(transcriptionalfactors,TF)。（2）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋43参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ44（3）转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。（3）转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直45POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI46（4）拼板理论(piecingtheory)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。

（4）拼板理论(piecingtheory)一个真核生物472、转录延长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。

2、转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核48RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的495------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3、转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA50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51加工——使粗品RNA（没有功能）→成品方法——剪切、拼接，修饰，添加甲基（rRNA)（剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的RNA）转录产物的“加工”粗品RNA5`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加工——使粗品RNA（没有功能）→成品转录产物的“加工”粗52RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护法53开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb54（四）RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。如NH2SHSH作为代谢拮抗物抑制合成酶类或直接掺到核酸分子中，形成异常RNA或DNA。NH2NH2OHNFNH2SH（四）RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的552、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（1）烷化剂：使DNA发生烷基化，发生在G-N7，A-N1、N3N7；C-N1。易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。（2）放线菌素：放线菌素D与DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。具有类似作用的还有色霉素A3、橄榄霉素、光神霉素。（四）RNA生物合成的抑制剂2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制56（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。溴化乙锭（EB）是一种高灵敏的荧光试剂，常用来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。（四）RNA生物合成的抑制剂2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具573、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用。（2）利链霉素：与细菌RNA聚合酶亚基结合，抑制转录过程中RNA链的延长反应。（3）-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶活性。（四）RNA生物合成的抑制剂3、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活58几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪切(clavage)3、碱基修饰4、添加二、RNA的转录后加工几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪59二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰

5′--端帽子结构的形(m7GpppG)0型帽子Ⅰ型帽子3′--端polyA尾巴的生成二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工60（一）真核生物mRNA的转录后加工2、真核生物mRNA前体的剪接478页①hnRNA和snRNAhnRNA→mRNAsnRNAU族300个核苷酸组成与核内蛋白质组成snRNP与内含子的剪切有关②断裂基因(splitgene)

外显子(exon)内含子(intron)

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Chapter3661//62

杂化核RNA，与DNA模板完全配对的核内初级mRNA。（1）hnRNA和snRNA2、真核生物mRNA的剪接hnRNA

snRNA

核内小RNA，因富含U，有U1，U2，U3…等类别。与核内蛋白质组成拼接体，与hnRNA内含子区段结合，使其5’和3’端靠近，利于剪接。杂化核RNA，与DNA模板完全配对的核内初级mRNA63（2）断裂基因、外显子和内含子真核生物的结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成。CABD编码区A、B、C、D非编码区（2）断裂基因、外显子和内含子真核生物的结构基因，由64外显子(exon)内含子(intron)真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。

真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。外显子(exon)内含子(intron)真核生物的65

sPreBC

CA5’3’SPreBCA成熟mRNASPreBCA多肽链sPreBCC66

剪除hnRNA的内含子，连接外显子转录的初产物hnRNA是按基因全序列（外显子、内含子）转抄，经首尾修饰后，非编码区弯成套索状，使各编码区相互接近，由特异的RNA酶把编码区与非编码区的磷酸二酯键水解，再使编码区连接成为成熟的mRNA运至胞质。（3）mRNA的剪接（3）mRNA的剪接67

mRNA的剪接DNA模板链hnRNAmRNAsnRNAmRNA的剪接DNA模板链hnRNAmRNAsnRNA68（二）真核生物tRNA的转录后加工切除部分序列:

5′-端一段前导序列反密码子环一段插入序列3′-端CCA-OH的生成tRNA核苷酸基转移酶某些碱基的化学修饰:

甲基化还原反应DHU脱氨反应二、转录后加工（二）真核生物tRNA的转录后加工二、转录后加工69（二）tRNA的转录后加工1、剪接：初级产物的5’端和反密码子3’端有需剪接去除的序列。2、修饰：甲基化：AmA，GmG

还原：UDHU

核苷内的转位：U

脱氨：AI

加CCA-OH3’末端（二）tRNA的转录后加工1、剪接：初级产物的5’端和反密码70剪切

(a)剪切(a)71剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)72碱基修饰的方式：（2）还原反应

如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AIm如：AA（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰的方式：（2）还原反应如：UDHU（73（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族的DNA序列，也称为高度重复序列。二、转录后加工（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(741、rRNA基因属于丰富基因族

由不能转录的间隔区（spacer）把可转录片段分隔组成，属高度重复序列，位于核仁内，自成一组转录单位。大多数真核生物的转录产物为45srRNA，经剪接后，生成18s，5.8s及28srRNA。在核仁内与核蛋白体蛋白质形成核蛋白体输至胞质。（三）rRNA的转录后加工1、rRNA基因属于丰富基因族（三）rRNA的转录后加工75转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,28SRNArDNA28S5.8S18S转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,76三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA系列。什么是转录因子？RNA聚合酶在进行转录时常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指R77三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。什么是终止因子？协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子。三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止78（二）终止子和终止因子

有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)；这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。

所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。（二）终止子和终止因子有些终止子的作用可被特异的因子所阻止79三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----具有催化活性的RNA1982T.R.Cech四膜虫rRNA前体1983S.AltmanRNaseP对tRNA前体加工锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤)三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----80rRNA的自身剪接作用rRNA的自身剪接作用81GOH3’G5’OH5’3’GOH414G3995’3’3955’3’E1E2I四膜虫RNA的自我剪接5’3’L19RNA具有催化活性的片段GOH3’G5’OH5’3’GOH414G3995’3’382核酶的锤头结构核酶的锤头结构83四、转录过程的调节控制时序调控和适应调控遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。转录水平的调控和翻译水平的调控关键是转录水平调控操纵子结构模型操纵子是指细菌基因表达和调控的单位，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制系列，通常在功能上彼此有关的编码基因串联在一起，有共同的启动子并受操纵基因的控制。四、转录过程的调节控制时序调控和遗传信息的表达可按一定的时间84五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（一）RNA的复制

以RNA为模板合成RNA

，是病毒RNA的特殊繁殖方式。有实验指出，当病毒RNA侵入寄主细胞后，这些病毒在RNA复制酶催化下即可自行复制产生新的病毒RNA。复制酶不存在于正常大肠杆菌细胞中，只有受感染时，寄主细胞才产生复制酶。

RNA复制酶需要专一性的RNA模板，例如Qβ噬菌体的RNA复制酶只能用Qβ病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA为模板。五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（一）RNA的复制85个别噬菌体RNA病毒进入宿主细胞后，RNA以自身为模板，两次复制，形成病毒RNA病毒RNARNA互补链新病毒RNA复制复制翻译病毒蛋白RNA复制酶组装成新病毒个别噬菌体RNA病毒进入宿主细胞后，RNA以自身为模板，两次86五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录1、什么是逆转录？

以RNA为模板，按RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录。如劳氏病毒则以RNA为模板反转录为DNA，然后再从DNA转录为RNA。

五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录87五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录2、逆转录酶：即“RNA指导的DNA聚合酶”1970年从致癌RNA病毒中发现逆转录酶，有力地证明了“前病毒学说”，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞发生恶性转化。五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录88五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成3、逆转录酶的性质①以RNA作模板，在其上合成一条互补的DNA链，形成RNA-DNA杂种分子（RNA指导的DNA聚合酶活力）。②在新合成的DNA链上合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子（DNA指导的DNA聚合酶活力）。③核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的RNA部分。（二）RNA的逆转录五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成3、逆转录酶的性质①89五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成4、逆转录的生物学意义：有助于人们对RNA病毒致癌机制的了解，防止逆转录病毒的致癌作用。（二）RNA的逆转录五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成4、逆转录的生物学意90病毒RNA的逆转录过程病毒RNA的逆转录过程91ReversetranscriptasescatalyzesthesythesisofDNAfromRNAtemplate.Reversetranscriptasescatalyz92掌握转录的概念及不对称性；掌握大肠杆菌的RNA聚合酶掌握原核细胞的转录过程掌握真核生物RNA聚合酶理解RNA前体的转录后加工理解RNA的复制和逆转录本章考点掌握转录的概念及不对称性；本章考点93选择1、逆转录酶是一类：（

）

A、DNA指导的DNA聚合酶

B、DNA指导的RNA聚合酶

C、RNA指导的DNA聚合酶

D、RNA指导的RNA聚合酶2、

DNA上某段碱基顺序为5’-ACTAGTCAG-3’，转录后的上相应的碱基顺序为：（

）

A、5’-TGATCAGTC-3’

B、5’-UGAUCAGUC-3’

C、5’-CUGACUAGU-3’

D、5’-CTGACTAGT-3’3、参与转录的酶是（

）

A、依赖DNA的RNA聚合酶

B、依赖DNA的DNA聚合酶

C、依赖RNA的DNA聚合酶

D、依赖RNA的RNA聚合酶CDA选择1、逆转录酶是一类：（

）

A、DNA指导的94选择4、RNA病毒的复制由下列酶中的哪一个催化进行?

（

）

A、RNA聚合酶

B、RNA复制酶

C、DNA聚合酶

D、反转录酶5、DNA指导的RNA聚合酶由数个亚基组成，其核心酶的组成是（

）A、α2ββ'

B、α2ββ'ω

C、ααβ'

D、αββ'6、

DNA指导下的RNA聚合酶中，与转录起动有关的亚基是（

）

A、α

B、β

C、β’

D、σBAD选择4、RNA病毒的复制由下列酶中的哪一个催化进行?

（95判断1、DNA复制与转录的共同点在于都是以双链DNA为模板，以半保留方式进行，最后形成链状产物。2、生物遗传信息的流向，只能由DNA→RNA而不能由RNA→DNA。3、依赖DNA的RNA聚合酶叫转录酶，依赖于RNA的DNA聚合酶即反转录酶。4、RNA的合成和DNA的合成一样，在起始合成前亦需要有RNA引物参加。

××√×判断1、DNA复制与转录的共同点在于都是以双链DNA为模96作业简述复制和转录的异同点名词解释：转录、逆转录、内含子、外显子本章结束!作业简述复制和转录的异同点本章结束!97Chapter36RNA的生物合成和加工TranscriptionofDNAChapter36RNA的生物合成和加工Transcri98转录(

transcription

)——以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

转录(transcription)——转录RNADN99一、DNA指导下RNA的合成——转录二、转录后加工三、相关概念四、转录过程的调节控制五、在RNA指导下的RNA和DNA的合成本章要点一、DNA指导下RNA的合成——转录本章要点100一、DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）复制和转录的异同点相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为5′→3′方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链一、DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DN101不同点：复制转录模板两股链均作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA双链mRNA;tRNA;rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物需RNA引物不需要引物

方式(特点)

半保留复制不对称转录转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子terminator），此转录区域称为转录单位。不同点：复制102RNA多核苷酸链DNARNA聚合酶模板酶RNA多核苷酸链DNARNA聚合酶模板酶103一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模板

两股DNA单链中只有一股可转录，可作为模板转录成RNA的一股称为模板链，对应的一股互补链称为编码链。能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA)，也可能不转录。不对称转录：DNA分子上一股可转录，另一股不转录；模板链并非永远在同一单链上。一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模104RNARNA不对称转录RNARNA不对称转录105

模板链：DNA双链中作为模板转录成RNA的一股链。

编码链：与模板相对应的互补链。

不对称转录：DNA分子的一股链可转录，另一股不转录；模板链在DNA分子上不是固定在某一股链上。模板链：DNA双链中作为模板转录成RNA的一股链106

***DNA两条链中仅有一条链可以用于转录，或者在某些区域以这条链转录，而在另一些区域以另一条链转录，对应的链只有复制功能，无转录功能。

转录生成的RNA链需要进一步加工修饰，才能成为有活性的(或者说是成熟的)RNA。 ***DNA两条链中仅有一条链可以用于转录，或者在某些区107

108一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（1）原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌分子量为480kD，由四个亚基组成α2ββ′σ(全酶)去掉σ亚基称为核心酶*原核生物RNA聚合酶各亚基及其功能*亚基分子量功能

36512决定哪些基因被转录150618与转录全过程有关（催化）’155613结合DNA模板（开链）70263辨认起始点一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA109（2）真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物也各不相同。三种RNA聚合酶对鹅膏蕈碱的敏感性反应不同。一、DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（2）真核生物的RNA聚合酶一、DNA指导下RNA的合成——110鬼笔鹅膏白毒伞鬼笔鹅膏白毒伞111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。5335结构基因调控序列RNA-pol3、RNA聚合酶与模板的辨认结合（一）模板和酶原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(oper112RNA结构基因

结构基因：DNA分子中能转录出RNA的区段。RNA结构基因结构基因：DNA分子中能转录出RNA的区段。113（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的，靠其σ亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列。

σ亚基的作用：识别启动子，促进转录的起始核心酶的作用：只能使已开始合成的RNA链延长。

σ亚基识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不同的转录效率。（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的R114//115RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合8/jpkc/sh/jianggao/jg_11.files/image010.jpgRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合http://210.3116一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程

RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个步骤（请看457页图36-2）一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程117生物化学第36章RNA的生物合成和加工课件1181、转录起始转录起始需解决两个问题：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。1、转录起始转录起始需解决两个问题：1191、转录起始RNA的转录是从DNA模板上特定部位开始的，这个特定部位叫做启动子(promotor或称启动基因)

RNA聚合酶识别启动子，并与之结合，开始转录一段DNA序列。1、转录起始120

原核生物的启动子约含40-60个碱基对。

启动区域有三个功能部位∶

①启动部位∶此处有RNA链的第一个核苷酸。

②Pribnow框∶也称紧密结合部位。它位于转录起始点之前10位的一段富含AT的序列，又称TAT盒。

③识别部位∶位于转录起始点前35个碱基附近，其序列特征为TTGACA。

生物化学第36章RNA的生物合成和加工课件121原核生物启动子结构的普遍模式原核生物启动子结构的普遍模式1221）RNA聚合酶全酶(2)与模板结合2）DNA双链解开,形成转录空泡3）在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应***转录起始反应1）RNA聚合酶全酶(2)与模板结合***转录起始123

124不对称转录——只能以双链中固定的一条链（模板链）为模板转录RNA开始1.RNA聚合酶延DNA链移动，识别转录起点（启动子）(启动子)打开螺旋，形成聚合酶-DNA-RNA复合体。转录泡（Transcriptionbubble）

不对称转录——只能以双链中固定的一条链（模板链）为模板转录R125一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程2、转录的延伸原核生物和真核生物基本相同σ亚基脱落，核心酶构象改变RNA的5′端伸展至转录空泡之外模板为A，转录产物相应为U原核生物的转录和翻译同时进行一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程126RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA转录空泡(transcriptionbubble)/RNA-pol（核心酶）····DNA····RN127(2)转录的延伸

模板上转录起始的第一个核苷酸一般是嘧啶核苷酸，故RNA上的第一个核苷酸是嘌呤核苷酸。

RNA的合成不需要引物。当与模板互补的第二个核苷三磷酸的5-磷酸基与第一个核苷酸的3-OH形成3，5-磷酸二酯键，并释放出焦磷酸时，开始了RNA链的延伸。(2)转录的延伸1282.复合体甩掉σ亚基，随RNA聚合酶移动连续5`→3`转录RNA链。17bp螺旋解开长度12bpDNA-RNA复合体长度3.DNA螺旋前开、后合,RNA长长，不断脱离DNA。(终止子)4.识别终止信号（终止子），结束转录，各自分离。2.复合体甩掉σ亚基，随RNA聚合酶移动连续5`→3`转录R129(3)转录的终止

当核心酶沿模板3→5方向移动到终止信号区域时，转录终止。提供终止信号的DNA序列称为终止子（terminator）。 所有原核生物的终止子在终止位点之前均有一个二重对称序列(即回文序列)，在终止位点之后有一富含AT序列跟随。

(3)转录的终止130

131132一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程3、转录的终止（1）原核生物转录终止的模式：

ρ依赖因子(ρ因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性)不依赖ρ因子终止区的碱基可形成发夹结构

RNA3′形成茎环结构和一串寡聚U（2）真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物mRNA带有polyA尾巴；一、DNA指导下RNA的合成——转录（二）原核生物的转录过程133134**非依赖Rho（ρ）的转录终止**①RNA产物3’端往往形成特殊的茎环结构，该结构阻碍RNA聚合酶前移。③寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱落。5’3’3’5’②转录产物中有密集的G-C配对，形成茎环结构，其后有一串寡聚U。rU:dA最不稳定。**非依赖Rho（ρ）的转录终止**①RNA产物3’端1355’pppG5335茎环结构使转录终止：1、使RNA聚合酶变构2、使转录复合物趋于解离，RNA产物释放RNA-pol5’pppG5335茎环结构使转录终止：1、使RN1365’5’3’3’反向重复序列5’5’3’3’反向重复序列137（三）真核生物的转录过程1、转录起始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。（三）真核生物的转录过程1、转录起始真核生物的转录起始上游区138顺式作用元件(cis-actingelement)（1）转录起始前的上游区段

顺式作用元件(cis-actingelement)（1）转139（2）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。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(transcriptionalfactors,TF)。（2）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋140参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ141（3）转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。（3）转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直142POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI143（4）拼板理论(piecingtheory)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。

（4）拼板理论(piecingtheory)一个真核生物1442、转录延长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。

2、转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核145RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的1465------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3、转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA147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148加工——使粗品RNA（没有功能）→成品方法——剪切、拼接，修饰，添加甲基（rRNA)（剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的RNA）转录产物的“加工”粗品RNA5`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加工——使粗品RNA（没有功能）→成品转录产物的“加工”粗149RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护法150开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb151（四）RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。如NH2SHSH作为代谢拮抗物抑制合成酶类或直接掺到核酸分子中，形成异常RNA或DNA。NH2NH2OHNFNH2SH（四）RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的1522、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（1）烷化剂：使DNA发生烷基化，发生在G-N7，A-N1、N3N7；C-N1。易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。（2）放线菌素：放线菌素D与DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。具有类似作用的还有色霉素A3、橄榄霉素、光神霉素。（四）RNA生物合成的抑制剂2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制153（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。溴化乙锭（EB）是一种高灵敏的荧光试剂，常用来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。（四）RNA生物合成的抑制剂2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具1543、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用。（2）利链霉素：与细菌RNA聚合酶亚基结合，抑制转录过程中RNA链的延长反应。（3）-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶活性。（四）RNA生物合成的抑制剂3、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活155几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪切(clavage)3、碱基修饰4、添加二、RNA的转录后加工几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪156二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰

5′--端帽子结构的形(m7GpppG)0型帽子Ⅰ型帽子3′--端polyA尾巴的生成二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工157（一）真核生物mRNA的转录后加工2、真核生物mRNA前体的剪接478页①hnRNA和snRNAhnRNA→mRNAsnRNAU族300个核苷酸组成与核内蛋白质组成snRNP与内含子的剪切有关②断裂基因(splitgene)

外显子(exon)内含子(intron)

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Chapter36158//159

杂化核RNA，与DNA模板完全配对的核内初级mRNA。（1）hnRNA和snRNA2、真核生物mRNA的剪接hnRNA

snRNA

核内小RNA，因富含U，有U1，U2，U3…等类别。与核内蛋白质组成拼接体，与hnRNA内含子区段结合，使其5’和3’端靠近，利于剪接。杂化核RNA，与DNA模板完全配对的核内初级mRNA160（2）断裂基因、外显子和内含子真核生物的结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成。CABD编码区A、B、C、D非编码区（2）断裂基因、外显子和内含子真核生物的结构基因，由161外显子(exon)内含子(intron)真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。

真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。外显子(exon)内含子(intron)真核生物的162

sPreBC

CA5’3’SPreBCA成熟mRNASPreBCA多肽链sPreBCC163

剪除hnRNA的内含子，连接外显子转录的初产物hnRNA是按基因全序列（外显子、内含子）转抄，经首尾修饰后，非编码区弯成套索状，使各编码区相互接近，由特异的RNA酶把编码区与非编码区的磷酸二酯键水解，再使编码区连接成为成熟的mRNA运至胞质。（3）mRNA的剪接（3）mRNA的剪接164

mRNA的剪接DNA模板链hnRNAmRNAsnRNAmRNA的剪接DNA模板链hnRNAmRNAsnRNA165（二）真核生物tRNA的转录后加工切除部分序列:

5′-端一段前导序列反密码子环一段插入序列3′-端CCA-OH的生成tRNA核苷酸基转移酶某些碱基的化学修饰:

甲基化还原反应DHU脱氨反应二、转录后加工（二）真核生物tRNA的转录后加工二、转录后加工166（二）tRNA的转录后加工1、剪接：初级产物的5’端和反密码子3’端有需剪接去除的序列。2、修饰：甲基化：AmA，GmG

还原：UDHU

核苷内的转位：U

脱氨：AI

加CCA-OH3’末端（二）tRNA的转录后加工1、剪接：初级产物的5’端和反密码167剪切

(a)剪切(a)168剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)169碱基修饰的方式：（2）还原反应

如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AIm如：AA（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰的方式：（2）还原反应如：UDHU（170（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族的DNA序列，也称为高度重复序列。二、转录后加工（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(1711、rRNA基因属于丰富基因族

由不能转录的间隔区（spacer）把可转录片段分隔组成，属高度重复序列，位于核仁内，自成一组转录单位。大多数真核生物的转录产物为45srRNA，经剪接后，生成18s，5.8s及28srRNA。在核仁内与核蛋白体蛋白质形成核蛋白体输至胞质。（三）rRNA的转录后加工1、rRNA基因属于丰富基因族（三）rRNA的转录后加工172转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,28SRNArDNA28S5.8S18S转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,173三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA系列。什么是转录因子？RNA聚合酶在进行转录时常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指R174三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。什么是终止因子？协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子。三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止175（二）终止子和终止因子

有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)；这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。

所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。（二）终止子和终止因子有些终止子的作用可被特异的因子所阻止176三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----具有催化活性的RNA1982T.R.Cech四膜虫rRNA前体1983S.AltmanRNaseP对tRNA前体加工锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤)三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----177rRNA的自身剪接作用rRNA的自身剪接作用178GOH3’G5’OH5’3’G