2 RNA的生物合成、转录后加工和调节课件

细胞与分子生物学暨南大学药学院1细胞与分子生物学暨南大学药学院1内容第四篇遗传信息的储存、传递和调控16章DNA的复制及损伤修复17章RNA的生物合成、转录后加工和调节18章蛋白质的生物合成及其加工修饰19章基因表达的调控20章重组DNA技术21章基因诊断与基因治疗暨南大学药学院2内容第四篇遗传信息的储存、传递和调控暨南大学药学院217章RNA的生物合成、转录后加工和调节暨南大学药学院317章RNA的生物合成、转录后加工和调节暨南大学药学院3第一节基因转录的基本性质转录是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。DNA上的转录区域称为转录单位

转录是基因表达的第一阶段也是基因调节的主要阶段。暨南大学药学院4第一节基因转录的基本性质转录是以DNA单链为模板，NTP为转录与复制的异同相同差异转录复制模版DNA一条链2条原料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对A-U,G-C,T-A聚合酶依赖DNA的酶RNA聚合酶DNA聚合酶产物多核苷酸链RNA双链DNA特点不对称转录半保留半不连续暨南大学药学院5转录与复制的异同相同差异转录复制模版DNA一条链2条原料核苷结构基因DNA分子中编码RNA的区段模板链WatsonW链负链编码链CrickC链正链不对称转录不同基因的模板链核编码链并不是固定在某一条链上。暨南大学药学院6结构基因DNA分子中编码RNA的区段暨南大学药学院6RNA聚合酶特点：①以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物；②以DNA为模板；③按5′→3′方向合成；④无需引物的存在能单独起始链的合成；⑤合成时，第一个引入的NTP是以三磷酸形式存在；⑥在体内DNA双链中仅一条链作为转录的模板；⑦RNA的序列和模板是互补的；⑧RNA聚合酶无校正能力。原核生物的RNA聚合酶细菌中只有一种真核生物的RNA聚合酶真核生物有三类不同的第二节RNA聚合酶暨南大学药学院7RNA聚合酶特点：①以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物；②RNA的酶促合成暨南大学药学院8RNA的酶促合成暨南大学药学院8一、原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的组成450kd，5个亚基2个Alpha亚基参与全酶的组装及识别启动子Β亚基与NTP及新生链结合Β’亚基与模板DNA结合σ亚基辨认转录起始点，延伸阶段与核心酶分离，一种转录辅助因子暨南大学药学院9一、原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的组成暨南大学σ因子原核只有一种RNA聚合酶，但有多种σ因子在不同的条件下被表达，并与相应启动子结合基因启动子－35和－10区的保守序列是其识别位点暨南大学药学院10σ因子暨南大学药学院10RNApolymerase

inprok.δβααβ’CoreEnzymeHoloEnzyme

forelongationforinitiation依靠静电作用力依靠空间结构非专一性与DNA结合专一性与DNA结合结合常数；1011/mol结合常数；1014/mol半衰期；60’衰期；数小时cover60bp

δβα

αβ’暨南大学药学院11RNApolymeraseinprok.δβ基因产物功能E.coliRNAPol的结构和功能 rpoA2α亚基(每个40kD)酶的连接，装配启动子的识别结合某些活化因子 rpoBβ亚基(160kD)rpoCβ′亚基(160kD)rpoDσ亚基(32～90kD)和底物结合

催化核心 和模板结合 和启动子结合识别模板链 暨南大学药学院12基因产物原核生物RNApol(Core)的结构与功能EnzymeMovementDNAcodingstrand(β’)Rewindingpoint(α)Unwindingpoint(α)RNAbindingsiteRNA/DNAhybrid(β)DNAtemplatestrandHoloEnzyme使DNA形成10-17bp的解链区

暨南大学药学院13原核生物RNApol(Core)的结构与功能EnzymeRNA聚合酶需执行多功能：①识别DNA双链上的启动子；②使DNA在启动子处解链成单链；③通过阅读启动子序列，RNA聚合酶确定它自己的转录方向和模板链；④最后当它达到终止子时，通过识别停止转录

暨南大学药学院14RNA聚合酶需执行多功能：暨南大学药学院14二、真核生物的RNA聚合酶已发现有3种对抑制剂鹅膏覃碱的敏感性有差异转录产物不同暨南大学药学院15二、真核生物的RNA聚合酶已发现有3种暨南大学药学院15转录何处开始？？？？启动子DNA模板上被RNA聚合酶识别并结合形成转录起始复合物的区段。原核生物启动子真核生物启动子第三节与转录有关的DNA结构暨南大学药学院16转录何处开始？？？？第三节与转录有关的DNA结构暨南大学药一、原核生物启动子研究方法足迹法p340起始点AorG－10区一致序列TATAATpribnowbox－35区一致序列TTGACAσ因子识别位点，全酶结合于此，Sextamabox－10～－35区间隔序列长短比序列重要暨南大学药学院17一、原核生物启动子研究方法足迹法p340暨南大学药学大肠杆菌启动子的保守序列暨南大学药学院18大肠杆菌启动子的保守序列暨南大学药学院18RNA聚合酶I的启动子rRNA45sRNA，再加工成5.8s,18s,28srRNA，启动子由核心启动子和上游的调控元件组成二、真核生物启动子暨南大学药学院19RNA聚合酶I的启动子二、真核生物启动子暨南大学药学院19RNA聚合酶II的启动子有3处顺式作用元件－90的GC盒，－70的CAAT盒，－30处的TATA盒转录起点与原核生物相似，大多为A或GmRNA，种类繁杂，启动子多样性，还发现其它的相关元件。各种元件有不同的组合。II是最活跃的聚合酶。暨南大学药学院20RNA聚合酶II的启动子暨南大学药学院20真核RNA聚合酶II启动子和增强子通过蛋白质的介导互相结合，形成环，启动转录暨南大学药学院21真核RNA聚合酶II启动子和增强子通过蛋白质的介导互相结合，真核启动子含有的各种元件和分布暨南大学药学院22真核启动子含有的各种元件和分布暨南大学药学院22RNA聚合酶III的启动子催化snRNA,tRNA,5SRNA的转录需要其它辅助因子共同作用snRNA启动子与蛋白质基因启动子相似tRNA,5SRNA内部启动子暨南大学药学院23RNA聚合酶III的启动子暨南大学药学院23真核RNA启动子Ⅲ的基因内启动子和基因外启动子暨南大学药学院24真核RNA启动子Ⅲ的基因内启动子和基因外启动子暨南大学药学院真核启动子不同于原核的特点①有多种元件；②结构不恒定；③它们的位置、基序、距离和方向都不完全相同；④有的有远距离的调控元件存在，如增强子、沉默子等；⑤这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用；⑥不直接和RNAPol结合。暨南大学药学院25真核启动子不同于原核的特点①有多种元件；暨南大学药学院25转录的起始转录的延伸转录的终止第四节转录过程暨南大学药学院26转录的起始第四节转录过程暨南大学药学院26转录的起始原核生物转录的起始真核生物转录的起始暨南大学药学院27转录的起始原核生物转录的起始暨南大学药学院27原核生物的转录起始1.核心酶在σ因子的参与下与模板的DNA接触，生成非专一的，不稳定的复合物在模板上移动；2.起始识别：全酶与模板的启动子结合，产生封闭的“酶-启动子二元复合物”（closedbinarycomplex）；3.酶紧密地结合在启动子的-10序列处，模板DNA局部变性，形成“开放的启动子二元复合体”（openbinarycomplex）；4.酶移动到转录起始点上，第一个rNTP转录开始，σ因子释放，形成酶-启动子-rNTP三元复合体。暨南大学药学院28原核生物的转录起始1.核心酶在σ因子的参与下与模板的DNAE.coli转录的起始暨南大学药学院29E.coli转录的起始暨南大学药学院29真核生物的转录起始每种RNA聚合酶都需要一些蛋白质辅助因子，即转录因子，transcriptionfactor（I,II,III类分别对应于聚合酶）转录起始RNA聚合酶I催化的RNA聚合酶II催化的RNA聚合酶III催化的暨南大学药学院30真核生物的转录起始每种RNA聚合酶都需要一些蛋白质辅助因子，RNA聚合酶I催化的起始转录起始点上游有2个顺式作用元件，核心元件coreelement和上游调控元件UCE。RNA聚合酶I催化的转录需要2种转录因子，上游结合因子UBF和选择性因子1，SL1。SL1有4个亚基，一个是TATA盒结合蛋白TBP,另3个是TBP相关因子TAF。暨南大学药学院31RNA聚合酶I催化的起始转录起始点上游有2个顺式作用元件，核p342UBF和UCE结合令DNA发生弯曲，使相距上百bp的UCE和核心元件靠拢，接着SL1和polI相继结合到UBF-DNA复合物上，完成复合物的组建，开始转录。暨南大学药学院32p342UBF和UCE结合令DNA发生弯曲，使相距上百bp的Pre-rRNA

AllowsRNApolbindingcomplextoinitiate

RNApol

暨南大学药学院33Pre-rRNAAllowsRNApolRNRNA聚合酶II催化的起始转录因子：需要较多的转录因子参与转录起始复合物的组装：TFII-D与TATA盒结合，如无TFII-A的存在，TFII-D启动子复合物与抑制因子结合。TFII-A存在时与TFII-D结合成D-A复合物，防止复合物与抑制因子的结合，继而与TFII-B结合。聚合酶与TFII-F先形成复合物后再结合到DNA上，此时不能启动转录，必须TFII-E和TFII-H/TFII-J的参与。TFII-H是最后加入的因子，有解旋酶的活性，使起始部位DNA解链。TFII-H还有蛋白激酶活性，使polIIC端多个丝氨酸残基磷酸化，这是聚合酶离开起始点继续转录的重要因素。暨南大学药学院34RNA聚合酶II催化的起始转录因子：需要较多的转录因子参与真核生物的转录RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院35真核生物的转录RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院35RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院36RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院36TATA+1

Wildsminorgroove

TFIIATBPofD

pre-TIC

TFIIFRNApolIITFIIB

BasicTIC

conclusion暨南大学药学院37TATA+1WimRNA

Promoterclearance

TranscriptionstartingEHJEHBDAJ暨南大学药学院38mRNAPromoterclearanceTransRNA聚合酶III催化的起始需要3个蛋白质因子TFIII-A,B,C。tRNA基因转录的起始：在DNA上的调控序列位于起始转录位点的下游，称为内部启动子。有2个调控区，A盒和B盒。5sRNA基因转录的起始：除了TFIII-B,C外，还需要TFIII-A，首先TFIII-A结合到下游C盒，然后TFIII-C结合到A盒和B盒，继而是类似tRNA的转录暨南大学药学院39RNA聚合酶III催化的起始需要3个蛋白质因子TFIII-ATFIIIC

+1AboxBbox

tDNA

TFIIIB

TBPBRFB’’暨南大学药学院40TFIIIC+1AboxTFIIIBallowsRNApolIIItobindandinitiatetranscription

tRNA

RNApolIII

+1暨南大学药学院41TFIIIBallowsRNApolIIItobi

RNApolIIITFIIIC

TFIIIA

+1AboxCbox

TFIIIB

rRNA

5spre-rRNAtranscription暨南大学药学院42RNApolIIITFIIICTFIIIA+转录的延伸延伸阶段，原核和真核比较相近。聚合酶如何向转录起始点下游移动？转录区的模板如何形成局部单链区？暨南大学药学院43转录的延伸延伸阶段，原核和真核比较相近。聚合酶如何向转录起始原核生物的延伸：核苷酸链中的的一个磷酸二酯键形成后，σ因子从全酶中解离出来，核心酶沿DNA分子移动。真核生物：

RNA聚合酶需要较多的转录因子，起始后酶的移动也靠多种转录因子的共同作用使酶的构象发生改变来实现，如在TFII-H的作用下，polIIC端丝氨酸的磷酸化是向下游移动的重要因素。暨南大学药学院44原核生物的延伸：核苷酸链中的的一个磷酸二酯键形成后，σ因子转录的延伸延伸时RNA聚合酶以稳定收缩和突然伸展的方式在DNA上“爬行”，稳定的收缩是指RNA聚合酶从35bp长连续地收缩到28bp，然后前端又突然向前伸展8bp,RNA聚合酶又恢复到35bp长。暨南大学药学院45转录的延伸延伸时RNA聚合酶以稳定收缩和突然伸展的方式在D转录泡p345在转录延伸的过程中，DNA双链需要解开10－20bp，形成的局部单链区象一个小泡为了保持局部的转录泡状态，在RNA聚合酶下游的DNA需要不断的解链，可使其下游的DNA越缠越紧，形成正超螺旋，而其上游的DNA链变得松弛，产生负超螺旋。解旋酶和拓扑酶可以消除这些螺旋暨南大学药学院46转录泡p345在转录延伸的过程中，DNA双链需要解开10－2第一个磷酸二酯键的形成是由第一个核苷酸的3‘OH与第二个核苷酸的5’磷酸之间脱水形成的。第一个核苷酸的5’三磷酸保留在转录局部形成的RNA:DNA杂合双链之间的力比DNA双链的弱，存在A:U配对，延长中的RNA链的5’端会被重新形成的DNA双链挤出，使合成中的RNA链的5’端游离于转录复合物。暨南大学药学院47第一个磷酸二酯键的形成是由第一个核苷酸的3‘OH与第二个核苷转录的终止生物转录的终止处有特殊结构的存在，称为终止子

在原核细胞中有两种不同的终止子，一种是强终止子，另一种是弱终止子。强终止子在体外实验中，无需其他任何因子的帮助就可以终止核心酶，这种终止子被称为内部终止子（intrinsicterminators）。弱终止子需要在一种蛋白质因子ρ（rhofactor）的帮助一才能终止，所以又称为ρ依赖性终止子（Rho-dependentterminator）暨南大学药学院48转录的终止生物转录的终止处有特殊结构的存在，称为终止子暨南强终止子的结构强终止子的结构有三个特点：①有回文结构存在。由它转录出mRNA可形成茎环结构，可阻止RNA聚合酶的前进；②茎的区域富内含G-C，使茎环不易解开；③强终止子3′端上有6个U，由于它和模板形成的连续U-A配对较易打开，从而便于释放出RNA。暨南大学药学院49强终止子的结构强终止子的结构有三个特点：①有回文结构存在。由弱终止子的结构它也可形成茎环结构，但在茎中的G.C含量少，茎环易打开。在其3′端也没有寡聚U，因此RNA聚合酶合成此段RNA后，由于茎环的存在可使聚合酶暂停一下，若此时ρ因子追上来和聚合酶结合，那么转录即可终止，若无ρ因子聚合酶还可越过终止进行“通读”。暨南大学药学院50弱终止子的结构它也可形成茎环结构，但在茎中的G.C含量少，茎RNA聚合酶转录mRNAρ因子附着到mRNA识别位点ρ因子在RNA聚合酶后面沿mRNA移动RNA聚合酶在终止位点停留，ρ因子赶上了聚合酶在转录泡中ρ因子解开DNA-RNA杂合链终止RNA聚合酶，ρ因子和RNA被释放 在原核mRNA转录中ρ依赖性终止机制暨南大学药学院51在原核mRNA转录中ρ依赖性终止机制暨南大学药学院51ρ依赖性终止子，其共同特点是C丰富，G缺乏暨南大学药学院52ρ依赖性终止子，其共同特点是C丰富，G缺乏暨南大学药学院52RNA聚合酶转录出mRNA后核糖体结合到mRNA上核糖体在突变位点解离ρ因子追上了RNA聚合酶转录提前终止无义突变时ρ因子可能使转录提前终止暨南大学药学院53无义突变时ρ因子可能使转录提前终止暨南大学药学院53原核转录的过程暨南大学药学院54原核转录的过程暨南大学药学院54真核生物转录的终止机制了解不多，且3种聚合酶的转录终止不完全相同。RNA聚合酶I催化的转录有18bp的终止子序列，可被辅助因子识别。RNA聚合酶II和III催化转录的终止子，可能有与原核生物不依赖ρ因子的终止子相似的结构和终止机制，即有GC的茎环结构和连续的U。由于成熟的mRNA3’端已被切除了一段，并加入了polyA尾巴，具体的转录终止点目前尚未认识。暨南大学药学院55真核生物转录的终止机制了解不多，且3种聚合酶的转录终止不完全真核生物的转录终止爪蟾rDNA的转录终止位点真核生物的RNA大部分都要经过加工，包括剪切和加上poly(A)，因此对于其终止的情况了解很少，只有少数的例子搞得比较清楚。前体RNA转录的终止是随着组织的变化而变化。例如在爪蟾中有两个重要的转录终止位点：T2和T3。T2是28SrRNA序列3′末端下游约235bp序列。T3是排列在下一个转录单位的上游约200bp处。T2和T3都含有7个碱基的保守序列：5′-GACTTGC-3′。T2是前体rRNA转录的初始终止位点。T3是作为“失败-保险”的终止位点，由于rDNA转录单位是串联排列的，所以“失败-保险”终止系统让RNAPol分子可能在一个转录单位上起始和转录。暨南大学药学院56真核生物的转录终止爪蟾rDNA的转录终止位点真核生物的RNA第五节RNA转录后加工原核生物RNA转录后的加工mRNA转录后的加工rRNA转录后的加工tRNA转录后的加工真核生物RNA转录后的加工rRNA转录后的加工tRNA转录后的加工mRNA转录后的加工暨南大学药学院57第五节RNA转录后加工原核生物RNA转录后的加工暨南大学药原核生物RNA转录后的加工mRNA的加工：mRNA转录产物，一般无需加工即具有活性，可作为翻译的模板。但近年也发现要添加3’polyA的现象。tRNA,rRNA的加工修饰较多。rRNA的加工：rRNA基因常与一些tRNA基因混合组成一个操纵子，呈有序排列。RNA酶III对其转录产物进行切割，其产物还需再加工才成为成熟的rRNA，具体机制不明。暨南大学药学院58原核生物RNA转录后的加工mRNA的加工：mRNA转录产物，原核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：原核生物tRNA的初始转录产物有几种形式，1、与rRNA相连；2、相同的几个拷贝连在一起；3、不相同的几个连在一起。要经过多个加工程序才能成为成熟的tRNA。参与tRNA加工的酶类有多种包括：RNA酶III，RNA酶D，RNA酶P，tRNA核苷酸转移酶暨南大学药学院59原核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：原核生物tRNA的真核生物RNA转录后的加工rRNA的加工：有5s，5.8s，18s，28s四种，其中5.8s，18s，28s是由RNA聚合酶I催化一个转录单位（中度重复序列），产生45srRNA前体，rRNA转录后加工包括前体rRNA与蛋白质结合，然后再切割和甲基化。转录在核仁进行，新生的前体迅速与蛋白质结合成前体核糖体颗粒，然后，其中的RNA经一系列切割先产生18srRNA，该RNA与蛋白质组成核糖体的小亚基。余下的部分再拼接成5.8S,28SrRNA。前体rRNA的切割在特殊序列位点，可能是由核仁小RNA(snoRNA)催化。前体rRNA还接受蛋氨酸提供的甲基被甲基化，在切割加工后，甲基化仍保留，甲基化的位点在脊椎动物中是高度保守的。5sRNA在核质中转录无需加工进入核仁与28s，5.8srRNA及蛋白质一起组成核糖体的大亚基，以大亚基的形式通过核孔进入胞浆。暨南大学药学院60真核生物RNA转录后的加工rRNA的加工：有5s，5.8s，真核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：包括切除和碱基修饰，有些需要剪接。所有tRNA5’端比成熟tRNA多一段序列，由RNaseP切除。有些tRNA基因在反密码环处含有内含子，剪接加工与前体mRNA的加工有所不同：在内含子两端切割去除内含子后将外显子连接，没有转酯反应。暨南大学药学院61真核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：包括切除和碱基修饰真核生物mRNA转录后加工RNA聚合酶II催化转录，初始产物为核不均一RNA(hnRNA)，新生的hnRNA从开始形成到转录终止，就逐步与蛋白质形成不均一核糖核蛋白颗粒，前体mRNA加工的顺序是形成5’帽子结构、内切酶去除3’端序列、polyA聚合酶催化形成尾巴；剪接取出内含子变成成熟的mRNA暨南大学药学院62真核生物mRNA转录后加工RNA聚合酶II催化转录，初始产物5’帽的形成P348经鸟苷酰转移酶催化与另一个GTP作用在鸟嘌呤－7－甲基转移酶作用下，以S-腺苷蛋氨酸为甲基来源再经2’甲基转移酶催化5’帽子的类型暨南大学药学院635’帽的形成P348暨南大学药学院63前mRNA3’端切除及加polyA尾除组蛋白的mRNA外，真核生物所有的mRNA都有3’polyA尾。polyA上游10－35bp有AAUAAA序列，下游约50bp有富含GU序列，这2处序列是剪切和加尾所需的信号。暨南大学药学院64前mRNA3’端切除及加polyA尾除组蛋白的mRNA外，真mRNA的剪接剪接splicing几乎所有真核生物的核前体mRNA都有特征的GU/AG序列，称为GU-AG规则。内含子离3’剪切点20－50bp范围内有一个A也是不变的，称为分支点。分支点附近也有保守序列。暨南大学药学院65mRNA的剪接剪接splicing暨南大学药学院65剪接过程p350由核小RNA与蛋白质组成的核小核糖核蛋白与内含子结合，通过snRNA中的U1snRNA与5’剪接点互补结合，U2snRNA与内含子分支点序列互补，以及snRNP之间的相互作用，内含子折叠，使内含子两侧的外显子靠近，利于剪接反应的进行。剪接反应通过2次转酯，释放出套索状结构的第一内含子。暨南大学药学院66剪接过程p350由核小RNA与蛋白质组成的核小核糖核蛋白与内核mRNA从核内转运至胞浆mRNA在胞浆中的定位胞浆中mRNA的稳定性第六节mRNA的转运及其在胞浆中的定位、稳定性暨南大学药学院67核mRNA从核内转运至胞浆第六节mRNA的转运及其在胞浆中核mRNA从核内转运至胞浆前体mRNA（hnRNA）的加工在核内特定的亚核结构（核基质）中进行。随着新合成的mRNA链延长，不断有hnRNP结合到链上，同时形成剪接体。加工成熟后，去除剪接的蛋白质，但有不少蛋白质结合，形成信使核糖核蛋白mRNP，成熟mRNA以mRNP的形式从细胞核内通过核孔进入胞浆。mRNPs在核内呈盘绕状，当它通过核孔时就呈非盘绕状。暨南大学药学院68核mRNA从核内转运至胞浆前体mRNA（hnRNA）的加工在核mRNA从核内转运至胞浆mRNA的5’端起导引作用，进入胞浆后即与核糖体结合，牵制住mRNA。5’端帽子结构在mRNA从核内转运至胞浆过程的作用是被转运机制识别。mRNP进入胞浆后，与mRNA结合的蛋白质会发生更换，从核内随mRNA转运至胞浆的hnRNP的蛋白质组分解离，重新进入细胞核。组成mRNP的蛋白质组分结合到mRNA链上，特别是在3’polyA结合蛋白（PABP），PABP与核内结合在polyA上的结合蛋白（PABP－II）是不同的蛋白质。mRNP中蛋白质与RNA的比例比hnRNP中的少。暨南大学药学院69核mRNA从核内转运至胞浆mRNA的5’端起导引作用，进入胞mRNA在胞浆中的定位胞浆中的mRNA和核糖体一起与粗面内质网的膜紧密结合。结合在mRNA3’polyA的PABP又与肌动蛋白微丝组成的细胞骨架结合。某些mRNA3’非翻译区有特殊序列指引mRNA在细胞质中的位置。机制不清楚。暨南大学药学院70mRNA在胞浆中的定位胞浆中的mRNA和核糖体一起与粗面内质胞浆中mRNA的稳定性不同的mRNA稳定性相差悬殊根据功能不同而有所差异，真核生物多数mRNA半衰期可达数小时，调节因子的mRNA只需短时表达，半衰期较短。mRNA的3’端非翻译区的AUUUA重复序列是不稳定因素。许多半衰期短的mRNA含有这类序列。mRNA的降解是可以调控的。转铁蛋白受体mRNA的稳定性调节，与其非翻译区铁应答元件IRE重复序列有关。暨南大学药学院71胞浆中mRNA的稳定性不同的mRNA稳定性相差悬殊暨南大学药思考题RNA有很多种，它们分别由哪一种RNA聚合酶催化合成？ρ和σ因子在转录过程中的作用是什么？homework不同RNA聚合酶的启动子有什么特征？RNA聚合酶II催化的转录起始有何特点？homework真核生物RNA转录后加工的内容是什么？真核生物内含子是如何剪接的？核RNA如何转运至胞浆？homework暨南大学药学院72思考题RNA有很多种，它们分别由哪一种RNA聚合酶催化合下课暨南大学药学院73下课暨南大学药学院73细胞与分子生物学暨南大学药学院74细胞与分子生物学暨南大学药学院1内容第四篇遗传信息的储存、传递和调控16章DNA的复制及损伤修复17章RNA的生物合成、转录后加工和调节18章蛋白质的生物合成及其加工修饰19章基因表达的调控20章重组DNA技术21章基因诊断与基因治疗暨南大学药学院75内容第四篇遗传信息的储存、传递和调控暨南大学药学院217章RNA的生物合成、转录后加工和调节暨南大学药学院7617章RNA的生物合成、转录后加工和调节暨南大学药学院3第一节基因转录的基本性质转录是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。DNA上的转录区域称为转录单位

转录是基因表达的第一阶段也是基因调节的主要阶段。暨南大学药学院77第一节基因转录的基本性质转录是以DNA单链为模板，NTP为转录与复制的异同相同差异转录复制模版DNA一条链2条原料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对A-U,G-C,T-A聚合酶依赖DNA的酶RNA聚合酶DNA聚合酶产物多核苷酸链RNA双链DNA特点不对称转录半保留半不连续暨南大学药学院78转录与复制的异同相同差异转录复制模版DNA一条链2条原料核苷结构基因DNA分子中编码RNA的区段模板链WatsonW链负链编码链CrickC链正链不对称转录不同基因的模板链核编码链并不是固定在某一条链上。暨南大学药学院79结构基因DNA分子中编码RNA的区段暨南大学药学院6RNA聚合酶特点：①以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物；②以DNA为模板；③按5′→3′方向合成；④无需引物的存在能单独起始链的合成；⑤合成时，第一个引入的NTP是以三磷酸形式存在；⑥在体内DNA双链中仅一条链作为转录的模板；⑦RNA的序列和模板是互补的；⑧RNA聚合酶无校正能力。原核生物的RNA聚合酶细菌中只有一种真核生物的RNA聚合酶真核生物有三类不同的第二节RNA聚合酶暨南大学药学院80RNA聚合酶特点：①以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物；②RNA的酶促合成暨南大学药学院81RNA的酶促合成暨南大学药学院8一、原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的组成450kd，5个亚基2个Alpha亚基参与全酶的组装及识别启动子Β亚基与NTP及新生链结合Β’亚基与模板DNA结合σ亚基辨认转录起始点，延伸阶段与核心酶分离，一种转录辅助因子暨南大学药学院82一、原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的组成暨南大学σ因子原核只有一种RNA聚合酶，但有多种σ因子在不同的条件下被表达，并与相应启动子结合基因启动子－35和－10区的保守序列是其识别位点暨南大学药学院83σ因子暨南大学药学院10RNApolymerase

inprok.δβααβ’CoreEnzymeHoloEnzyme

forelongationforinitiation依靠静电作用力依靠空间结构非专一性与DNA结合专一性与DNA结合结合常数；1011/mol结合常数；1014/mol半衰期；60’衰期；数小时cover60bp

δβα

αβ’暨南大学药学院84RNApolymeraseinprok.δβ基因产物功能E.coliRNAPol的结构和功能 rpoA2α亚基(每个40kD)酶的连接，装配启动子的识别结合某些活化因子 rpoBβ亚基(160kD)rpoCβ′亚基(160kD)rpoDσ亚基(32～90kD)和底物结合

催化核心 和模板结合 和启动子结合识别模板链 暨南大学药学院85基因产物原核生物RNApol(Core)的结构与功能EnzymeMovementDNAcodingstrand(β’)Rewindingpoint(α)Unwindingpoint(α)RNAbindingsiteRNA/DNAhybrid(β)DNAtemplatestrandHoloEnzyme使DNA形成10-17bp的解链区

暨南大学药学院86原核生物RNApol(Core)的结构与功能EnzymeRNA聚合酶需执行多功能：①识别DNA双链上的启动子；②使DNA在启动子处解链成单链；③通过阅读启动子序列，RNA聚合酶确定它自己的转录方向和模板链；④最后当它达到终止子时，通过识别停止转录

暨南大学药学院87RNA聚合酶需执行多功能：暨南大学药学院14二、真核生物的RNA聚合酶已发现有3种对抑制剂鹅膏覃碱的敏感性有差异转录产物不同暨南大学药学院88二、真核生物的RNA聚合酶已发现有3种暨南大学药学院15转录何处开始？？？？启动子DNA模板上被RNA聚合酶识别并结合形成转录起始复合物的区段。原核生物启动子真核生物启动子第三节与转录有关的DNA结构暨南大学药学院89转录何处开始？？？？第三节与转录有关的DNA结构暨南大学药一、原核生物启动子研究方法足迹法p340起始点AorG－10区一致序列TATAATpribnowbox－35区一致序列TTGACAσ因子识别位点，全酶结合于此，Sextamabox－10～－35区间隔序列长短比序列重要暨南大学药学院90一、原核生物启动子研究方法足迹法p340暨南大学药学大肠杆菌启动子的保守序列暨南大学药学院91大肠杆菌启动子的保守序列暨南大学药学院18RNA聚合酶I的启动子rRNA45sRNA，再加工成5.8s,18s,28srRNA，启动子由核心启动子和上游的调控元件组成二、真核生物启动子暨南大学药学院92RNA聚合酶I的启动子二、真核生物启动子暨南大学药学院19RNA聚合酶II的启动子有3处顺式作用元件－90的GC盒，－70的CAAT盒，－30处的TATA盒转录起点与原核生物相似，大多为A或GmRNA，种类繁杂，启动子多样性，还发现其它的相关元件。各种元件有不同的组合。II是最活跃的聚合酶。暨南大学药学院93RNA聚合酶II的启动子暨南大学药学院20真核RNA聚合酶II启动子和增强子通过蛋白质的介导互相结合，形成环，启动转录暨南大学药学院94真核RNA聚合酶II启动子和增强子通过蛋白质的介导互相结合，真核启动子含有的各种元件和分布暨南大学药学院95真核启动子含有的各种元件和分布暨南大学药学院22RNA聚合酶III的启动子催化snRNA,tRNA,5SRNA的转录需要其它辅助因子共同作用snRNA启动子与蛋白质基因启动子相似tRNA,5SRNA内部启动子暨南大学药学院96RNA聚合酶III的启动子暨南大学药学院23真核RNA启动子Ⅲ的基因内启动子和基因外启动子暨南大学药学院97真核RNA启动子Ⅲ的基因内启动子和基因外启动子暨南大学药学院真核启动子不同于原核的特点①有多种元件；②结构不恒定；③它们的位置、基序、距离和方向都不完全相同；④有的有远距离的调控元件存在，如增强子、沉默子等；⑤这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用；⑥不直接和RNAPol结合。暨南大学药学院98真核启动子不同于原核的特点①有多种元件；暨南大学药学院25转录的起始转录的延伸转录的终止第四节转录过程暨南大学药学院99转录的起始第四节转录过程暨南大学药学院26转录的起始原核生物转录的起始真核生物转录的起始暨南大学药学院100转录的起始原核生物转录的起始暨南大学药学院27原核生物的转录起始1.核心酶在σ因子的参与下与模板的DNA接触，生成非专一的，不稳定的复合物在模板上移动；2.起始识别：全酶与模板的启动子结合，产生封闭的“酶-启动子二元复合物”（closedbinarycomplex）；3.酶紧密地结合在启动子的-10序列处，模板DNA局部变性，形成“开放的启动子二元复合体”（openbinarycomplex）；4.酶移动到转录起始点上，第一个rNTP转录开始，σ因子释放，形成酶-启动子-rNTP三元复合体。暨南大学药学院101原核生物的转录起始1.核心酶在σ因子的参与下与模板的DNAE.coli转录的起始暨南大学药学院102E.coli转录的起始暨南大学药学院29真核生物的转录起始每种RNA聚合酶都需要一些蛋白质辅助因子，即转录因子，transcriptionfactor（I,II,III类分别对应于聚合酶）转录起始RNA聚合酶I催化的RNA聚合酶II催化的RNA聚合酶III催化的暨南大学药学院103真核生物的转录起始每种RNA聚合酶都需要一些蛋白质辅助因子，RNA聚合酶I催化的起始转录起始点上游有2个顺式作用元件，核心元件coreelement和上游调控元件UCE。RNA聚合酶I催化的转录需要2种转录因子，上游结合因子UBF和选择性因子1，SL1。SL1有4个亚基，一个是TATA盒结合蛋白TBP,另3个是TBP相关因子TAF。暨南大学药学院104RNA聚合酶I催化的起始转录起始点上游有2个顺式作用元件，核p342UBF和UCE结合令DNA发生弯曲，使相距上百bp的UCE和核心元件靠拢，接着SL1和polI相继结合到UBF-DNA复合物上，完成复合物的组建，开始转录。暨南大学药学院105p342UBF和UCE结合令DNA发生弯曲，使相距上百bp的Pre-rRNA

AllowsRNApolbindingcomplextoinitiate

RNApol

暨南大学药学院106Pre-rRNAAllowsRNApolRNRNA聚合酶II催化的起始转录因子：需要较多的转录因子参与转录起始复合物的组装：TFII-D与TATA盒结合，如无TFII-A的存在，TFII-D启动子复合物与抑制因子结合。TFII-A存在时与TFII-D结合成D-A复合物，防止复合物与抑制因子的结合，继而与TFII-B结合。聚合酶与TFII-F先形成复合物后再结合到DNA上，此时不能启动转录，必须TFII-E和TFII-H/TFII-J的参与。TFII-H是最后加入的因子，有解旋酶的活性，使起始部位DNA解链。TFII-H还有蛋白激酶活性，使polIIC端多个丝氨酸残基磷酸化，这是聚合酶离开起始点继续转录的重要因素。暨南大学药学院107RNA聚合酶II催化的起始转录因子：需要较多的转录因子参与真核生物的转录RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院108真核生物的转录RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院35RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院109RNAPolⅡ的转录起始暨南大学药学院36TATA+1

Wildsminorgroove

TFIIATBPofD

pre-TIC

TFIIFRNApolIITFIIB

BasicTIC

conclusion暨南大学药学院110TATA+1WimRNA

Promoterclearance

TranscriptionstartingEHJEHBDAJ暨南大学药学院111mRNAPromoterclearanceTransRNA聚合酶III催化的起始需要3个蛋白质因子TFIII-A,B,C。tRNA基因转录的起始：在DNA上的调控序列位于起始转录位点的下游，称为内部启动子。有2个调控区，A盒和B盒。5sRNA基因转录的起始：除了TFIII-B,C外，还需要TFIII-A，首先TFIII-A结合到下游C盒，然后TFIII-C结合到A盒和B盒，继而是类似tRNA的转录暨南大学药学院112RNA聚合酶III催化的起始需要3个蛋白质因子TFIII-ATFIIIC

+1AboxBbox

tDNA

TFIIIB

TBPBRFB’’暨南大学药学院113TFIIIC+1AboxTFIIIBallowsRNApolIIItobindandinitiatetranscription

tRNA

RNApolIII

+1暨南大学药学院114TFIIIBallowsRNApolIIItobi

RNApolIIITFIIIC

TFIIIA

+1AboxCbox

TFIIIB

rRNA

5spre-rRNAtranscription暨南大学药学院115RNApolIIITFIIICTFIIIA+转录的延伸延伸阶段，原核和真核比较相近。聚合酶如何向转录起始点下游移动？转录区的模板如何形成局部单链区？暨南大学药学院116转录的延伸延伸阶段，原核和真核比较相近。聚合酶如何向转录起始原核生物的延伸：核苷酸链中的的一个磷酸二酯键形成后，σ因子从全酶中解离出来，核心酶沿DNA分子移动。真核生物：

RNA聚合酶需要较多的转录因子，起始后酶的移动也靠多种转录因子的共同作用使酶的构象发生改变来实现，如在TFII-H的作用下，polIIC端丝氨酸的磷酸化是向下游移动的重要因素。暨南大学药学院117原核生物的延伸：核苷酸链中的的一个磷酸二酯键形成后，σ因子转录的延伸延伸时RNA聚合酶以稳定收缩和突然伸展的方式在DNA上“爬行”，稳定的收缩是指RNA聚合酶从35bp长连续地收缩到28bp，然后前端又突然向前伸展8bp,RNA聚合酶又恢复到35bp长。暨南大学药学院118转录的延伸延伸时RNA聚合酶以稳定收缩和突然伸展的方式在D转录泡p345在转录延伸的过程中，DNA双链需要解开10－20bp，形成的局部单链区象一个小泡为了保持局部的转录泡状态，在RNA聚合酶下游的DNA需要不断的解链，可使其下游的DNA越缠越紧，形成正超螺旋，而其上游的DNA链变得松弛，产生负超螺旋。解旋酶和拓扑酶可以消除这些螺旋暨南大学药学院119转录泡p345在转录延伸的过程中，DNA双链需要解开10－2第一个磷酸二酯键的形成是由第一个核苷酸的3‘OH与第二个核苷酸的5’磷酸之间脱水形成的。第一个核苷酸的5’三磷酸保留在转录局部形成的RNA:DNA杂合双链之间的力比DNA双链的弱，存在A:U配对，延长中的RNA链的5’端会被重新形成的DNA双链挤出，使合成中的RNA链的5’端游离于转录复合物。暨南大学药学院120第一个磷酸二酯键的形成是由第一个核苷酸的3‘OH与第二个核苷转录的终止生物转录的终止处有特殊结构的存在，称为终止子

在原核细胞中有两种不同的终止子，一种是强终止子，另一种是弱终止子。强终止子在体外实验中，无需其他任何因子的帮助就可以终止核心酶，这种终止子被称为内部终止子（intrinsicterminators）。弱终止子需要在一种蛋白质因子ρ（rhofactor）的帮助一才能终止，所以又称为ρ依赖性终止子（Rho-dependentterminator）暨南大学药学院121转录的终止生物转录的终止处有特殊结构的存在，称为终止子暨南强终止子的结构强终止子的结构有三个特点：①有回文结构存在。由它转录出mRNA可形成茎环结构，可阻止RNA聚合酶的前进；②茎的区域富内含G-C，使茎环不易解开；③强终止子3′端上有6个U，由于它和模板形成的连续U-A配对较易打开，从而便于释放出RNA。暨南大学药学院122强终止子的结构强终止子的结构有三个特点：①有回文结构存在。由弱终止子的结构它也可形成茎环结构，但在茎中的G.C含量少，茎环易打开。在其3′端也没有寡聚U，因此RNA聚合酶合成此段RNA后，由于茎环的存在可使聚合酶暂停一下，若此时ρ因子追上来和聚合酶结合，那么转录即可终止，若无ρ因子聚合酶还可越过终止进行“通读”。暨南大学药学院123弱终止子的结构它也可形成茎环结构，但在茎中的G.C含量少，茎RNA聚合酶转录mRNAρ因子附着到mRNA识别位点ρ因子在RNA聚合酶后面沿mRNA移动RNA聚合酶在终止位点停留，ρ因子赶上了聚合酶在转录泡中ρ因子解开DNA-RNA杂合链终止RNA聚合酶，ρ因子和RNA被释放 在原核mRNA转录中ρ依赖性终止机制暨南大学药学院124在原核mRNA转录中ρ依赖性终止机制暨南大学药学院51ρ依赖性终止子，其共同特点是C丰富，G缺乏暨南大学药学院125ρ依赖性终止子，其共同特点是C丰富，G缺乏暨南大学药学院52RNA聚合酶转录出mRNA后核糖体结合到mRNA上核糖体在突变位点解离ρ因子追上了RNA聚合酶转录提前终止无义突变时ρ因子可能使转录提前终止暨南大学药学院126无义突变时ρ因子可能使转录提前终止暨南大学药学院53原核转录的过程暨南大学药学院127原核转录的过程暨南大学药学院54真核生物转录的终止机制了解不多，且3种聚合酶的转录终止不完全相同。RNA聚合酶I催化的转录有18bp的终止子序列，可被辅助因子识别。RNA聚合酶II和III催化转录的终止子，可能有与原核生物不依赖ρ因子的终止子相似的结构和终止机制，即有GC的茎环结构和连续的U。由于成熟的mRNA3’端已被切除了一段，并加入了polyA尾巴，具体的转录终止点目前尚未认识。暨南大学药学院128真核生物转录的终止机制了解不多，且3种聚合酶的转录终止不完全真核生物的转录终止爪蟾rDNA的转录终止位点真核生物的RNA大部分都要经过加工，包括剪切和加上poly(A)，因此对于其终止的情况了解很少，只有少数的例子搞得比较清楚。前体RNA转录的终止是随着组织的变化而变化。例如在爪蟾中有两个重要的转录终止位点：T2和T3。T2是28SrRNA序列3′末端下游约235bp序列。T3是排列在下一个转录单位的上游约200bp处。T2和T3都含有7个碱基的保守序列：5′-GACTTGC-3′。T2是前体rRNA转录的初始终止位点。T3是作为“失败-保险”的终止位点，由于rDNA转录单位是串联排列的，所以“失败-保险”终止系统让RNAPol分子可能在一个转录单位上起始和转录。暨南大学药学院129真核生物的转录终止爪蟾rDNA的转录终止位点真核生物的RNA第五节RNA转录后加工原核生物RNA转录后的加工mRNA转录后的加工rRNA转录后的加工tRNA转录后的加工真核生物RNA转录后的加工rRNA转录后的加工tRNA转录后的加工mRNA转录后的加工暨南大学药学院130第五节RNA转录后加工原核生物RNA转录后的加工暨南大学药原核生物RNA转录后的加工mRNA的加工：mRNA转录产物，一般无需加工即具有活性，可作为翻译的模板。但近年也发现要添加3’polyA的现象。tRNA,rRNA的加工修饰较多。rRNA的加工：rRNA基因常与一些tRNA基因混合组成一个操纵子，呈有序排列。RNA酶III对其转录产物进行切割，其产物还需再加工才成为成熟的rRNA，具体机制不明。暨南大学药学院131原核生物RNA转录后的加工mRNA的加工：mRNA转录产物，原核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：原核生物tRNA的初始转录产物有几种形式，1、与rRNA相连；2、相同的几个拷贝连在一起；3、不相同的几个连在一起。要经过多个加工程序才能成为成熟的tRNA。参与tRNA加工的酶类有多种包括：RNA酶III，RNA酶D，RNA酶P，tRNA核苷酸转移酶暨南大学药学院132原核生物RNA转录后的加工tRNA的加工：原核生物tRNA的真核生物RNA转录后的加工rRNA的加工：有5s，5.8s，18s，28s四种，其中5.8s，18s，28s是由RNA聚合酶I催化一个转录单位（中度重复序列），产生45srRNA前体，rRNA转录后加工包括前体rRNA与蛋白质结合，然后再切割和甲基化。转录在核仁进行，新生的前体迅速与蛋白质结合成前体核糖体颗粒，然后，其中的RNA经一系列切割先产生18srRNA，该RNA与蛋白质组成核糖体的小亚基。余下的部分再拼接成5.8S,28SrRNA。前体rRNA的切割在特殊序列位点，可能是由核仁小RNA(snoRNA)催化。前体rRNA还接受蛋氨酸提供的甲基被甲基化，在切割加工后，甲基化仍保留，甲基化的位点在脊椎动物中是高度保守的。5sRNA在核质中转录无需加工进入核仁与28s，5.8srRNA及蛋白质一起组成核糖体的大亚基，以大亚基的形式通过核孔进入胞浆。