北京大学生物化学课件 RNA生物合成

第十三章RNA生物合成

CHAPTER13RNABIOSYNTHESIS1第十三章RNA生物合成

CHAPTER13RN本章主要内容

转录作用（Transcription）

转录作用及其特点RNA聚合酶（原核和真核生物RNA聚合酶）DNA模板（启动子和终止子）转录过程（起始、链的延长和终止）转录后的加工过程（Post-transcriptionalprocessingofRNAs）mRNA前体的加工tRNA前体的加工rRNA前体的加工

RNA的复制（RNAreplication）核酶（Ribozymes）2本章主要内容转录作用（Transcription）转录后DNAvs.RNADNARNAStandardbasesA,G,C,TA,G,C,USugarDeoxyriboseRiboseStructureusually

dsDNAcircular,linearusuallyssRNAusuallylinearLength~2kb-~263,000kb(humanchr1)~0.07kb-~110kb3DNAvs.RNADNARNAStandardbaserRNAs(ribosomalRNAs)

75-80%：

以核蛋白体的形式参与蛋白质生物合成，是蛋白质合成的场所tRNAs（transferRNAs)10-25%：

在蛋白质生物合成过程中转运氨基酸mRNAs

(messengerRNAs)2-3%：

作为蛋白质合成的直接模板hnRNAs（heterogeneousnuclearRNAs）

mRNA的未成熟前体snRNAs（smallnuclearRNAs）

参与mRNA前体剪接过程non-codingRNA

RNA种类及作用4rRNAs(ribosomalRNAs)75-80%

反转录DNA复制RNA复制转录翻译DNARNA

蛋白质转录（Transcription）:

DNA指导的RNA合成RNA复制（RNAreplication）:RNA指导的RNA合成DNA

转录

RNA前体

加工

成熟RNA5反转录DNA复制RNA复制转录翻译DNA

第一节转录作用

Section1Transcription转录作用（DNA-dependentRNAsynthesis）

TranscriptionRNADNA

在RNA聚合酶催化下，以DNA为模板，以4种三磷酸核苷（ATP,GTP,CTP,UTP）为原料进行的RNA聚合反应6

第一节转录作用

Section1Transc转录作用的特点

（CharacteristicsofTranscription）

部位：细胞核内

DNA－AGCT

碱基配对规律:

RNA－UCGA

RNA核苷酸连接方式：3’,5’-磷酸二酯键

方向：

5’3’，合成过程是连续的，不需引物方式：不对称转录（asymmetrictranscription）7转录作用的特点

（CharacteristicsofTDNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称为不对称转录不对称转录（asymmetrictranscription）8DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转5’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’RNAtranscripttranscriptioncodingstrandtemplatestrand5’–TCAGCTCGCTGCTAATGGCC–3’3’–AGTCGAGCGACGATTACCGG–5’模板链（templatestrand）编码链（codingstrand）DoublestrandofDNA95’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’RNAGeneAGeneBGeneCGeneDCodingstrandTemplatestrandDoublestandDNA编码链和模板链是一个相对的概念

10GeneAGeneBGeneCGeneDCoding参与转录的物质原料:NTP(ATP,GTP,CTP,UTP)

模板:DNA的一条链酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)无机离子：Mg2＋，Mn2＋其他蛋白质因子11参与转录的物质原料:NTP(ATP,GTP,CTP二RNA聚合酶

RNApolymerase全称：依赖DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase）简称：

RNApolDNARNARNApol12二RNA聚合酶

RNApolymerase全称核心酶（coreenzyme）全酶（holoenzyme）ω’ω’（一）原核生物RNA聚合酶结构:2’ω2’ω

13核心酶（coreenzyme）全酶（holoenzym36512决定哪些基因被转录

β

150618催化RNA链延伸155613结合DNA模板70263辨认起始点（转录起始后脱落）亚基分子量功能α

β’

σ

ω11000功能不明亚基数21111原核RNA聚合酶各亚基的作用1436512决定哪些基因被转录βTATAATTTGACA-35+1+20dsDNAω’

1.辨别转录起始点2.促使DNA双链打开17bp3.催化NTP以3’,5’磷酸二酯键相连，方向5’→3’4.识别转录终止信号原核RNA聚合酶的功能15TATAATTTGACA-35+1+20dsDNAω

原核RNA聚合酶作用特点：1.聚合速率慢，30－85nt/s（DNA合成250-1000nt/s）2.缺乏3’→5’外切酶活性，无校对功能，错误率高（10-4~10-5，DNA合成错误率10-9~10-10

）3.活性可被利福霉素，利福平抑制（与亚基结合）利福平抗结核的机理16原核RNA聚合酶作用特点：1.聚合速率慢，30－85n（二）真核生物RNA聚合酶

种类IIIII5.8S/18S/28SrRNA前体hnRNAU1,U2,U4U5snRNA前体转录产物IMt定位核仁核质核质线粒体tRNA前体5SrRNA前体U6snRNA前体线粒体RNA利福平不敏感不敏感不敏感敏感利福霉素敏感敏感敏感17（二）真核生物RNA聚合酶种类IIIII5.8S/18S/三模板DNA结构特点

StructuralcharacteristicsofDNAtemplate转录起始点(startsite)以+1表示，一般为A或G5335结构基因调控序列＋1上游(upstream):

基因调控区(启动子、增强子、静息子)下游(downstream):基因转录区（结构基因、终止子）

RNA-pol18三模板DNA结构特点

StructuralcRNA-polProtectionAssay19RNA-pol19

启动子（promoter）：

位于转录起始点上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶识别并结合模板DNA的特定部位原核真核识别部位

－35区

－40～－110区

结合部位pribnow

boxTATA

box5’-TTGACA-3’5’-TATAAT-3’CAATboxGCbox－10区－25区20启动子（promoter）：原核生物启动子保守序列开始转录TTGACAAACTGT-35区RNA-pol结合位点(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335RNA-pol识别位点(recognitionsite)

55结构基因33RNA-pol21原核生物启动子保守序列开始转录TTGACA-35

TATA盒GC盒

CAAT盒

增强子

顺式作用元件

结构基因-CAAT---GCGC---TATA转录起始真核生物启动子保守序列22TATA盒GC盒CAAT盒增强子顺式作用元件结构基四转录过程

TranscriptionProcess转录过程可以分为三个阶段：1.转录起始（

Initiation）2.转录延长（Elongation）3.转录终止（Termination）（一）原核生物的转录过程（二）真核生物的转录过程23四转录过程

TranscriptionP1.转录起始（

Initiation）RNA聚合酶必须准确结合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（一）原核生物的转录过程?转录起始需解决两个问题241.转录起始（Initiation）RNA聚合酶必须准确RNA聚合酶-σ识别DNA启动子(－35区)核心酶与启动子结合(－10区)DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17bp)转录起始过程25RNA聚合酶-σ识别DNA启动子(－35区)核心酶与启动子结DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17bp)转录开始，形成第一个3’,5’磷酸二酯键（不需引物）核心酶沿模板向下游移动（循环使用）26DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17b核心酶沿DNA模板链向下游方向滑动

核心酶滑过的部位，DNA链很快恢复双螺旋结构RNA链延长，暂时形成DNA•RNA杂交体（约8bp）RNA逐步脱离模板链NTP以3’,5’-磷酸二酯键逐个相连形成RNA链，方向5’3’2.转录延长（Elongation）27核心酶沿DNA模板链向下游方向滑动核心酶滑过的部位，DNA转录泡(transcriptionbubble)由DNA双链（打开约17bp）,RNA聚合酶与新合成的RNA链局部形成的结构.28转录泡(transcriptionbubble)28原核生物转录过程中的羽毛状现象

DNARNA聚合酶

RNA

核糖体3’5’

29原核生物转录过程中的羽毛状现象DNARNA聚合酶RNA3.转录终止（

Termination

）核心酶遇到DNA模板的终止信号和／或ρ因子阻碍核心酶继续滑动核心酶从模板DNA上脱落新合成的RNA链脱落，转录终止303.转录终止（Termination）核心酶终止信号（stopsignal）：在基因单位中，具有停止转录作用的部位,

包括GC富集区和AT富集区,也称终止子。依赖ρ因子的转录终止非依赖ρ因子的转录终止原核转录终止方式：(terminator)31终止信号（stopsignal）：依赖ρ因子的转录终止原

1.

依赖Rho因子的转录终止辅助识别终止信号诱使RNA聚合酶构象改变

具有解螺旋酶活性，释放RNA产物因子（6聚体蛋白质）：321.依赖Rho因子的转录终止辅助识别终止信号因子（6聚33332.非依赖Rho因子的转录终止终止信号处有特殊的碱基序列:GC富集区和AT富集区，使转录生成的RNA形成发卡结构和多聚U序列，促使转录终止。342.非依赖Rho因子的转录终止终止信号处有特殊的碱基序列:G3535原核生物转录过程36原核生物转录过程36（二）真核生物的转录过程1.转录起始（

Initiation）起始过程比原核生物复杂上游调控序列复杂启动子Promoter增强子Enhancer、静息子Silencer等RNA聚合酶不直接与模板结合转录前起始复合物pre-initiationcomplex,PIC

需多种转录因子参与37（二）真核生物的转录过程1.转录起始（Initiatio转录起始点上游区段编码链模板链其他调节元件增强子（+）静息子（-）CCAATTATA

基因转录区5’3’调节表达

基础表达（启动子）转录起始点+1-40～-110-253’5’基因调控区mRNA顺式作用元件(cis-actingelement)38转录起始点上游区段编码链模板链其他调增强子（+）CCAATFEBDARNA

polⅡTATADNATATATFⅡD

TFⅡA

TFⅡB

TFⅡF

TFⅡERNApolⅡ真核生物转录前起始复合物pre-initiationcomplex,PIC

TFⅡ：与RNA聚合酶Ⅱ结合的转录因子39FEBDARNApolⅡTATADNATATATFⅡ2.转录延长（Elongation）真核生物RNA-pol前移会遇上核小体核小体解聚和移位现象

RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录方向402.转录延长（Elongation）真核生物RNA-pol——和转录后修饰密切相关3.转录终止（

Termination

）转录终止修饰点AATAAA….GTGTGT…（编码链）GUGUGU41——和转录后修饰密切相关3.转录终止（Terminat第二节转录后的加工过程

Section2RNAProcessing剪切(cleavage)和剪接(splicing)末端添加(terminaladdition)核苷酸化学修饰(modification)RNA编辑(RNAediting)将转录生成的前体RNA转变为成熟的、有活性的RNA的过程主要加工方式：42第二节转录后的加工过程

Section2RNAPr

剪接(splicing)剪切(cleavage)43剪接(splicing)剪切(cleavage)43一mRNA前体的加工（一）mRNA生成特点ProcessingofmRNAsPrecursor原核生物：多顺反子mRNA(polycistronicmRNA)没有核膜，转录和翻译同时进行不需复杂加工就表现出生物活性真核生物：单顺反子mRNA(monocistronicmRNA)直接转录生成mRNA前体－hnRNA

需要在细胞核加工成成熟的mRNA

44一mRNA前体的加工（一）mRNA生成特点ProcessiPolycistronicmRNA

原核生物多顺反子mRNAMonocistronicmRNA

真核生物单顺反子mRNA45PolycistronicmRNA原核生物多顺反子mRN5’末端加帽(5’cap)3’末端加尾去除内含子，连接外显子甲基化修饰核苷酸编辑（二）真核生物mRNA前体的加工(3’polyAtail)465’末端加帽(5’cap)（二）真核生物mRNA前体的加工5’末端帽子的结构:

m7GpppNmp-

7甲基鸟嘌呤7’methylguanylate

5’→5’的连接5’to5’linkage

核糖2’位羟基甲基化methylationof2’carbon475’末端帽子的结构:m7GpppNmp-5pppNp…5GpppNp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppNmp…甲基转移酶CH3-5ppNp…磷酸酶Pi5’末端帽子的生成:G/ACH3485pppNp…5GpppNp…pppGppi鸟苷酸5’末端帽子的功能:

m7GpppNmp-

保护新合成的mRNA免被降解增加翻译活性协助mRNA转移至胞浆参与第一个内含子的剪接495’末端帽子的功能:m7GpppNmp-3’末端多聚A“尾”的生成3’polyadenylationG-Trich转录终止修饰点503’末端多聚A“尾”的生成3’polyadenylatio3’末端加多聚A“尾”：增加mRNA的稳定性加强翻译活性参与最后一个内含子的剪接RNA＋nATPRNA(AMP)n+nPPi多聚A聚合酶功能：513’末端加多聚A“尾”：增加mRNA的稳定性RNA＋nAT剪接作用（mRNAsplicing）外显子(Exon):在真核结构基因中具有表达活性的编码序列内含子(Intron):在真核结构基因中无表达活性，不能编码相应氨基酸的序列DNA转录hnRNA加工mRNA(结构基因)(内含子、外显子)(只有外显子)mRNAExon1Exon2Exon3Intron1Intron2蛋白质DNA52剪接作用（mRNAsplicing）外显子(Exon):剪接作用（mRNAsplicing）即在细胞核内,剪切hnRNA中内含子序列,将各外显子序列连接为成熟mRNA的过程内含子5’端剪切点序列为：内含子3’端剪切点序列为:内含子3’端剪切点上游附近A序列分支点剪接部位的结构特点：UpstreamexonAGGUAAGUA(Py)nNCAGGDownstreamexon5’Splicesite3’SplicesiteBranchsiteGUAG53剪接作用（mRNAsplicing）即在细胞核内,剪切hn剪接过程:套索(lariat)的形成及剪除54剪接过程:套索(lariat)的形成及剪除54套索(lariat)的形成及剪除55套索(lariat)的形成及剪除55剪接体的生成（Formationofspliceosome）在酵母和人体的mRNA剪接过程中，发现有剪接体的存在UsnRNP与mRNA前体结合形成，参与mRNA前体的剪接过程

剪接体:分类：U1、U2---U6非特异小核核(糖体)蛋白

UsnRNPUnspecificsmallnuclearribonucleoprotein核蛋白质snRNA（smallnuclearRNA）56剪接体的生成（Formationofspliceosom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、转录后加工57鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN一个相同的初级转录本，在不同组织中由于剪接作用的差异，可产生不同编码的mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物可变剪接（AlternatesplicingofmRNA）

DNA

转录

hnRNA

剪接1

mRNA1

mRNA2

剪接2意义：在组织特异性（tissuespecificity）中发挥重要作用58一个相同的初级转录本，在不同组织中由于剪接作用的差异AlternativeprocessingofthecalcitoningenetranscriptCalcitoninCGRPTranslationandposttranslationalprocessing1234polyA12356polyASplicingSplicing1234polyA123456polyA123456PolyAsitePolyAsiteCleavageandpolyadenylationPrimarytranscriptThyroidBrain降钙素基因相关肽降钙素59Alternativeprocessingofthe甲基化作用（Methylation）甲基化位点真核生物mRNA分子中含甲基化核苷酸

hnRNA5’端帽子结构非编码区分子含1~2个m6A需供体SAM和甲基转移酶参与60甲基化作用（Methylation）甲基化位点真核生物mRNRNA编辑（RNAediting）遗传信息在转录水平发生改变，由一个基因产生不止一种蛋白质核苷酸残基插入、删除或替换C脱氨U61RNA编辑（RNAediting）遗传信息在转录水平发生改二tRNA前体的加工ProcessingoftRNAsPrecursor剪接和剪切3’末端添加-CCA碱基修饰

62二tRNA前体的加工ProcessingoftRNAs剪切（cleavage）

RNaseP切除5’端多余的核苷酸RNaseD切除3’端多余的核苷酸RNasePRNaseD剪接（splicing）:去除内含子序列63剪切（cleavage）RNaseP剪接（splicing）3’末端添加-CCA核苷酸转移酶ATPADP643’末端添加-CCA核苷酸转移酶ATPAD碱基修饰（2）还原反应如：U

DHU（3）核苷内的转位反应如：U

ψ（4）脱氨反应如：A

I（1）（1）（3）（2）（4）如：A

Am（1）甲基化G

Gm65碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的三rRNA前体的加工ProcessingofrRNAsPrecursor剪接甲基化修饰

rRNA基因多拷贝，串联在DNA分子中细菌：5-10拷贝果蝇：260拷贝人：1100拷贝66三rRNA前体的加工ProcessingofrRNAsProkaryonic30SrRNAprecursor16S23S5SttP16SP23SP5SPtPt5'3'17S25S5SttRNase

RNaserRNArRNArRNAtRNAtRNA(一)原核核糖体RNA的加工67Prokaryonic30SrRNAprecursor45Spre-rRNA41Spre-rRNA32Spre-rRNA

28SrRNA20Spre-rRNA

18SrRNA

5.8S

5Spre-rRNA

5SrRNAmethylation﹡(二)真核核糖体RNA的加工6845Spre-rRNA41Spre-rRNA32Spr第三节核酶

Section3RIBOZYMES具有催化活性的RNA核酶

ribozyme核糖核酸酶RNase水解核糖核酸链69第三节核酶

Section3RT.Cech等首先发现四膜虫rRNA前体具有自我剪接作用(1982)核酶的发现S.Altman发现RNaseP中的RNA可催化tRNA的加工(1983)1989年诺贝尔化学奖70T.Cech等首先发现四膜虫rRNA前体具有自我核酶类型剪切型催化自身RNA或异体RNA分子剪去一段多核苷酸片段，功能类似于内切核酸酶剪接型切去自身RNA内部一段多核苷酸片段，再将剩余的两个片段连接，功能类似于内切核酸酶与连接酶的联合作用其他类型71核酶类型剪切型剪接型其他类型71G

3995´3´395四膜虫rRNA的自我剪接5´3´L-19IVS具有催化活性的片段3´G5´OH5´3´GOH41426SrRNAGOH5´3´E1E2I（鸟苷作为辅助因子）72G3995´3´395四膜虫rRNA的自我剪接5´3´L-L-19IVS的功能：核苷酸转移反应（核苷酸转移酶）水解反应（磷酸二酯酶）磷酸转移反应（磷酸转移酶）脱磷酸反应（酸性磷酸酶）RNA限制性内切反应（RNA限制性内切酶）RNA聚合反应（RNA聚合酶）(linear-19

interveningsequence)73L-19IVS的功能：核苷酸转移反应（核苷酸转移酶）(l核酶研究的意义:核酶的发现，对生命起源的讨论提供了依据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

AnRNAworld?74核酶研究的意义:核酶的发现，对生命起源的讨论提供了依据AnRIBOZYMEclinicaltrialsinprogress:

anti-HIVanti-cancer75RIBOZYMEclinicaltrials75某些生物（如RNA噬菌体和动物病毒）携带单链RNA基因组信息，进入宿主细胞后，以自身RNA为模板，4种NTP为底物，由RNA复制酶催化合成RNA。第四节RNA的复制

Section4RNAReplicationRNA复制酶

(RNAreplicase)RNA指导的RNA聚合酶（RNAdirectedRNApolymerase，RDRP)76某些生物（如RNA噬菌体和动物病毒）携带单链RNA基因组信息附录77附录77转录和复制的比较复制转录原料dNTPNTP主要酶和因子DNA聚合酶、拓扑异构酶解链酶、DNA单链结合蛋白、引物酶、DNA连接酶RNA聚合酶、ρ因子等模板DNADNA链延长方向5’→3’5’→3’方式半保留复制不对称转录配对方式A=T;G=CT=A；A=U;G=C产物DNARNA加工过程一般不需加工转录后加工分别形成成熟mRNA、tRNA和rRNA78转录和复制的比较复制转录原料dNTPNTP主要酶和因子DNADNA聚合酶反转录酶RNA聚合酶RNA复制酶模板DNARNADNARNA原料dNTPdNTPNTPNTP特点依赖DNA的DNA聚合酶DDDP依赖RNA的DNA聚合酶RDDP依赖DNA的RNA聚合酶DDRP依赖RNA的DNA聚合酶RDRP相同点都是在核苷酸之间形成磷酸二酯键延伸方向都是5’→3’都是遵循碱基互补配对的原则不同聚合酶的比较79DNA聚合酶反转录酶RNA聚合酶RNA复制酶模板DNARNA真核生物与原核生物转录特点的比较原核生物真核生物模板DNA启动子启动子＋增强子＋静息子RNA聚合酶1种，α2ββ’ωσ4种，polⅠ,polⅡ,polⅢ，Mt转录起始RNA聚合酶以转录前起始复合物形式与启动子结合σ因子识别启动子,RNA聚合酶直接与启动子结合转录延长核心酶沿模板向3’端滑动转录后加工不需要复杂加工需要剪接,末端添加,修饰,编辑等聚合酶前行需核小体移位和解聚80真核生物与原核生物转录特点的比较原核生物本章重点转录体系

模板、原料、方向、方式、RNA聚合酶（原核、真核）

转录过程

原核：起始、延长、终止真核：起始、延长、终止转录后加工

mRNA，tRNA，rRNA加工核酶

四膜虫rRNA前体的加工81本章重点转录体系转录过程转录后加工核酶基本概念

不对称转录asymmetrictranscription模板链templatestrand编码链codingstrand启动子promoter外显子exon内含子intron转录泡transcriptionbubble单顺反子monocistronicmRNA多顺反子polycistronicmRNA82基本概念82第十三章RNA生物合成

CHAPTER13RNABIOSYNTHESIS83第十三章RNA生物合成

CHAPTER13RN本章主要内容

转录作用（Transcription）

转录作用及其特点RNA聚合酶（原核和真核生物RNA聚合酶）DNA模板（启动子和终止子）转录过程（起始、链的延长和终止）转录后的加工过程（Post-transcriptionalprocessingofRNAs）mRNA前体的加工tRNA前体的加工rRNA前体的加工

RNA的复制（RNAreplication）核酶（Ribozymes）84本章主要内容转录作用（Transcription）转录后DNAvs.RNADNARNAStandardbasesA,G,C,TA,G,C,USugarDeoxyriboseRiboseStructureusually

dsDNAcircular,linearusuallyssRNAusuallylinearLength~2kb-~263,000kb(humanchr1)~0.07kb-~110kb85DNAvs.RNADNARNAStandardbaserRNAs(ribosomalRNAs)

75-80%：

以核蛋白体的形式参与蛋白质生物合成，是蛋白质合成的场所tRNAs（transferRNAs)10-25%：

在蛋白质生物合成过程中转运氨基酸mRNAs

(messengerRNAs)2-3%：

作为蛋白质合成的直接模板hnRNAs（heterogeneousnuclearRNAs）

mRNA的未成熟前体snRNAs（smallnuclearRNAs）

参与mRNA前体剪接过程non-codingRNA

RNA种类及作用86rRNAs(ribosomalRNAs)75-80%

反转录DNA复制RNA复制转录翻译DNARNA

蛋白质转录（Transcription）:

DNA指导的RNA合成RNA复制（RNAreplication）:RNA指导的RNA合成DNA

转录

RNA前体

加工

成熟RNA87反转录DNA复制RNA复制转录翻译DNA

第一节转录作用

Section1Transcription转录作用（DNA-dependentRNAsynthesis）

TranscriptionRNADNA

在RNA聚合酶催化下，以DNA为模板，以4种三磷酸核苷（ATP,GTP,CTP,UTP）为原料进行的RNA聚合反应88

第一节转录作用

Section1Transc转录作用的特点

（CharacteristicsofTranscription）

部位：细胞核内

DNA－AGCT

碱基配对规律:

RNA－UCGA

RNA核苷酸连接方式：3’,5’-磷酸二酯键

方向：

5’3’，合成过程是连续的，不需引物方式：不对称转录（asymmetrictranscription）89转录作用的特点

（CharacteristicsofTDNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称为不对称转录不对称转录（asymmetrictranscription）90DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转5’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’RNAtranscripttranscriptioncodingstrandtemplatestrand5’–TCAGCTCGCTGCTAATGGCC–3’3’–AGTCGAGCGACGATTACCGG–5’模板链（templatestrand）编码链（codingstrand）DoublestrandofDNA915’–UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC–3’RNAGeneAGeneBGeneCGeneDCodingstrandTemplatestrandDoublestandDNA编码链和模板链是一个相对的概念

92GeneAGeneBGeneCGeneDCoding参与转录的物质原料:NTP(ATP,GTP,CTP,UTP)

模板:DNA的一条链酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)无机离子：Mg2＋，Mn2＋其他蛋白质因子93参与转录的物质原料:NTP(ATP,GTP,CTP二RNA聚合酶

RNApolymerase全称：依赖DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase）简称：

RNApolDNARNARNApol94二RNA聚合酶

RNApolymerase全称核心酶（coreenzyme）全酶（holoenzyme）ω’ω’（一）原核生物RNA聚合酶结构:2’ω2’ω

95核心酶（coreenzyme）全酶（holoenzym36512决定哪些基因被转录

β

150618催化RNA链延伸155613结合DNA模板70263辨认起始点（转录起始后脱落）亚基分子量功能α

β’

σ

ω11000功能不明亚基数21111原核RNA聚合酶各亚基的作用9636512决定哪些基因被转录βTATAATTTGACA-35+1+20dsDNAω’

1.辨别转录起始点2.促使DNA双链打开17bp3.催化NTP以3’,5’磷酸二酯键相连，方向5’→3’4.识别转录终止信号原核RNA聚合酶的功能97TATAATTTGACA-35+1+20dsDNAω

原核RNA聚合酶作用特点：1.聚合速率慢，30－85nt/s（DNA合成250-1000nt/s）2.缺乏3’→5’外切酶活性，无校对功能，错误率高（10-4~10-5，DNA合成错误率10-9~10-10

）3.活性可被利福霉素，利福平抑制（与亚基结合）利福平抗结核的机理98原核RNA聚合酶作用特点：1.聚合速率慢，30－85n（二）真核生物RNA聚合酶

种类IIIII5.8S/18S/28SrRNA前体hnRNAU1,U2,U4U5snRNA前体转录产物IMt定位核仁核质核质线粒体tRNA前体5SrRNA前体U6snRNA前体线粒体RNA利福平不敏感不敏感不敏感敏感利福霉素敏感敏感敏感99（二）真核生物RNA聚合酶种类IIIII5.8S/18S/三模板DNA结构特点

StructuralcharacteristicsofDNAtemplate转录起始点(startsite)以+1表示，一般为A或G5335结构基因调控序列＋1上游(upstream):

基因调控区(启动子、增强子、静息子)下游(downstream):基因转录区（结构基因、终止子）

RNA-pol100三模板DNA结构特点

StructuralcRNA-polProtectionAssay101RNA-pol19

启动子（promoter）：

位于转录起始点上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶识别并结合模板DNA的特定部位原核真核识别部位

－35区

－40～－110区

结合部位pribnow

boxTATA

box5’-TTGACA-3’5’-TATAAT-3’CAATboxGCbox－10区－25区102启动子（promoter）：原核生物启动子保守序列开始转录TTGACAAACTGT-35区RNA-pol结合位点(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335RNA-pol识别位点(recognitionsite)

55结构基因33RNA-pol103原核生物启动子保守序列开始转录TTGACA-35

TATA盒GC盒

CAAT盒

增强子

顺式作用元件

结构基因-CAAT---GCGC---TATA转录起始真核生物启动子保守序列104TATA盒GC盒CAAT盒增强子顺式作用元件结构基四转录过程

TranscriptionProcess转录过程可以分为三个阶段：1.转录起始（

Initiation）2.转录延长（Elongation）3.转录终止（Termination）（一）原核生物的转录过程（二）真核生物的转录过程105四转录过程

TranscriptionP1.转录起始（

Initiation）RNA聚合酶必须准确结合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（一）原核生物的转录过程?转录起始需解决两个问题1061.转录起始（Initiation）RNA聚合酶必须准确RNA聚合酶-σ识别DNA启动子(－35区)核心酶与启动子结合(－10区)DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17bp)转录起始过程107RNA聚合酶-σ识别DNA启动子(－35区)核心酶与启动子结DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17bp)转录开始，形成第一个3’,5’磷酸二酯键（不需引物）核心酶沿模板向下游移动（循环使用）108DNA构象改变，启动子－10区处打开双链DNA分子（约17b核心酶沿DNA模板链向下游方向滑动

核心酶滑过的部位，DNA链很快恢复双螺旋结构RNA链延长，暂时形成DNA•RNA杂交体（约8bp）RNA逐步脱离模板链NTP以3’,5’-磷酸二酯键逐个相连形成RNA链，方向5’3’2.转录延长（Elongation）109核心酶沿DNA模板链向下游方向滑动核心酶滑过的部位，DNA转录泡(transcriptionbubble)由DNA双链（打开约17bp）,RNA聚合酶与新合成的RNA链局部形成的结构.110转录泡(transcriptionbubble)28原核生物转录过程中的羽毛状现象

DNARNA聚合酶

RNA

核糖体3’5’

111原核生物转录过程中的羽毛状现象DNARNA聚合酶RNA3.转录终止（

Termination

）核心酶遇到DNA模板的终止信号和／或ρ因子阻碍核心酶继续滑动核心酶从模板DNA上脱落新合成的RNA链脱落，转录终止1123.转录终止（Termination）核心酶终止信号（stopsignal）：在基因单位中，具有停止转录作用的部位,

包括GC富集区和AT富集区,也称终止子。依赖ρ因子的转录终止非依赖ρ因子的转录终止原核转录终止方式：(terminator)113终止信号（stopsignal）：依赖ρ因子的转录终止原

1.

依赖Rho因子的转录终止辅助识别终止信号诱使RNA聚合酶构象改变

具有解螺旋酶活性，释放RNA产物因子（6聚体蛋白质）：1141.依赖Rho因子的转录终止辅助识别终止信号因子（6聚115332.非依赖Rho因子的转录终止终止信号处有特殊的碱基序列:GC富集区和AT富集区，使转录生成的RNA形成发卡结构和多聚U序列，促使转录终止。1162.非依赖Rho因子的转录终止终止信号处有特殊的碱基序列:G11735原核生物转录过程118原核生物转录过程36（二）真核生物的转录过程1.转录起始（

Initiation）起始过程比原核生物复杂上游调控序列复杂启动子Promoter增强子Enhancer、静息子Silencer等RNA聚合酶不直接与模板结合转录前起始复合物pre-initiationcomplex,PIC

需多种转录因子参与119（二）真核生物的转录过程1.转录起始（Initiatio转录起始点上游区段编码链模板链其他调节元件增强子（+）静息子（-）CCAATTATA

基因转录区5’3’调节表达

基础表达（启动子）转录起始点+1-40～-110-253’5’基因调控区mRNA顺式作用元件(cis-actingelement)120转录起始点上游区段编码链模板链其他调增强子（+）CCAATFEBDARNA

polⅡTATADNATATATFⅡD

TFⅡA

TFⅡB

TFⅡF

TFⅡERNApolⅡ真核生物转录前起始复合物pre-initiationcomplex,PIC

TFⅡ：与RNA聚合酶Ⅱ结合的转录因子121FEBDARNApolⅡTATADNATATATFⅡ2.转录延长（Elongation）真核生物RNA-pol前移会遇上核小体核小体解聚和移位现象

RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录方向1222.转录延长（Elongation）真核生物RNA-pol——和转录后修饰密切相关3.转录终止（

Termination

）转录终止修饰点AATAAA….GTGTGT…（编码链）GUGUGU123——和转录后修饰密切相关3.转录终止（Terminat第二节转录后的加工过程

Section2RNAProcessing剪切(cleavage)和剪接(splicing)末端添加(terminaladdition)核苷酸化学修饰(modification)RNA编辑(RNAediting)将转录生成的前体RNA转变为成熟的、有活性的RNA的过程主要加工方式：124第二节转录后的加工过程

Section2RNAPr

剪接(splicing)剪切(cleavage)125剪接(splicing)剪切(cleavage)43一mRNA前体的加工（一）mRNA生成特点ProcessingofmRNAsPrecursor原核生物：多顺反子mRNA(polycistronicmRNA)没有核膜，转录和翻译同时进行不需复杂加工就表现出生物活性真核生物：单顺反子mRNA(monocistronicmRNA)直接转录生成mRNA前体－hnRNA

需要在细胞核加工成成熟的mRNA

126一mRNA前体的加工（一）mRNA生成特点ProcessiPolycistronicmRNA

原核生物多顺反子mRNAMonocistronicmRNA

真核生物单顺反子mRNA127PolycistronicmRNA原核生物多顺反子mRN5’末端加帽(5’cap)3’末端加尾去除内含子，连接外显子甲基化修饰核苷酸编辑（二）真核生物mRNA前体的加工(3’polyAtail)1285’末端加帽(5’cap)（二）真核生物mRNA前体的加工5’末端帽子的结构:

m7GpppNmp-

7甲基鸟嘌呤7’methylguanylate

5’→5’的连接5’to5’linkage

核糖2’位羟基甲基化methylationof2’carbon1295’末端帽子的结构:m7GpppNmp-5pppNp…5GpppNp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppNmp…甲基转移酶CH3-5ppNp…磷酸酶Pi5’末端帽子的生成:G/ACH31305pppNp…5GpppNp…pppGppi鸟苷酸5’末端帽子的功能:

m7GpppNmp-

保护新合成的mRNA免被降解增加翻译活性协助mRNA转移至胞浆参与第一个内含子的剪接1315’末端帽子的功能:m7GpppNmp-3’末端多聚A“尾”的生成3’polyadenylationG-Trich转录终止修饰点1323’末端多聚A“尾”的生成3’polyadenylatio3’末端加多聚A“尾”：增加mRNA的稳定性加强翻译活性参与最后一个内含子的剪接RNA＋nATPRNA(AMP)n+nPPi多聚A聚合酶功能：1333’末端加多聚A“尾”：增加mRNA的稳定性RNA＋nAT剪接作用（mRNAsplicing）外显子(Exon):在真核结构基因中具有表达活性的编码序列内含子(Intron):在真核结构基因中无表达活性，不能编码相应氨基酸的序列DNA转录hnRNA加工mRNA(结构基因)(内含子、外显子)(只有外显子)mRNAExon1Exon2Exon3Intron1Intron2蛋白质DNA134剪接作用（mRNAsplicing）外显子(Exon):剪接作用（mRNAsplicing）即在细胞核内,剪切hnRNA中内含子序列,将各外显子序列连接为成熟mRNA的过程内含子5’端剪切点序列为：内含子3’端剪切点序列为:内含子3’端剪切点上游附近A序列分支点剪接部位的结构特点：UpstreamexonAGGUAAGUA(Py)nNCAGGDownstreamexon5’Splicesite3’SplicesiteBranchsiteGUAG135剪接作用（mRNAsplicing）即在细胞核内,剪切hn剪接过程:套索(lariat)的形成及剪除136剪接过程:套索(lariat)的形成及剪除54套索(lariat)的形成及剪除137套索(lariat)的形成及剪除55剪接体的生成（Formationofspliceosome）在酵母和人体的mRNA剪接过程中，发现有剪接体的存在UsnRNP与mRNA前体结合形成，参与mRNA前体的剪接过程

剪接体:分类：U1、U2---U6非特异小核核(糖体)蛋白

UsnRNPUnspecificsmallnuclearribonucleoprotein核蛋白质snRNA（smallnuclearRNA）138剪接体的生成（Formationofspliceosom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、转录后加工139鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN一个相同的初级转录本，在不同组织中由于剪接作用的差异，可产生不同编码的mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物可变剪接（AlternatesplicingofmRNA）

DNA

转录

hnRNA

剪接1

mRNA1

mRNA2

剪接2意义：在组织特异性（tissuespecificity）中发挥重要作用140一个相同的初级转录本，在不同组织中由于剪接作用的差异AlternativeprocessingofthecalcitoningenetranscriptCalcitoninCGRPTranslationandposttranslationalprocessing1234polyA12356polyASplicingSplicing1234polyA123456polyA123456PolyAsitePolyAsiteCleavageandpolyadenylationPrimarytranscriptThyroidBrain降钙素基因相关肽降钙素141Alternativeprocessingofthe甲基化作用（Methylation）甲基化位点真核生物mRNA分子中含甲基化核苷酸

hnRNA5’端帽子结构非编码区分子含1~2个m6A需供体SAM和甲基转移酶参与142甲基化作用（Methylation）甲基化位点真核生物mRNRNA编辑（RNAediting）遗传信息在转录水平发生改变，由一个基因产生不止一种蛋白质核苷酸残基插入、删除或替换C脱氨U143RNA编辑（RNAediting）遗传信息在转录水平发生改二tRNA前体的加工ProcessingoftRNAsPrecursor剪接和剪切3’末端添加-CCA碱基修饰

144二tRNA前体的加工ProcessingoftRNAs剪切（cleavage）

RNaseP切除5’端多余的核苷酸RNaseD切除3’端多余的核苷酸RNasePRNaseD剪接（splicing）:去除内含子序列145剪切（cleavage）RNaseP剪接（splicing）3’末端添加-CCA核苷酸转移酶ATPADP1463’末端添加-CCA核苷酸转移酶ATPAD碱基修饰（2）还原反应如：U

DHU（3）核苷内的转位反应如：U

ψ（4）脱氨反应如：A

I（1）（1）（3）（2）（4）如：A

Am（1）甲基化G

Gm147碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的三rRNA前体的加工ProcessingofrRNAsPrecursor剪接甲基化修饰

rRNA基因多拷贝，串联在DNA分子中细菌：5-10拷贝果蝇：260拷贝人：1100拷贝148三rRNA前体的加工ProcessingofrRNAsProkaryonic30SrRNAprecursor16S23S5SttP16SP23SP5SPtPt5'3'17S2