RNA的生物合成(93)课件

第十一章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription第十一章RNA的生物合成1第一节模板和酶第二节转录过程第三节真核生物的转录后修饰第一节模板和酶2转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

转录(transcription)转录RNADNA3转录生成的产物：主要有rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和hnRNA。

转录生成的产物：4复制和转录的区别复制和转录的区别5参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP6第一节模板和酶一、转录模板二、RNA聚合酶三、酶与模板的辨认结合第一节模板和酶一、转录模板7一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。模板链/有意义链/Watson链：DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称~。编码链/反义链/Crick链：与模板链互补的另一股单链。一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(85335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向95′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c10不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。转录的特点不对称转录(asymmetrictranscription11转录的连续性转录的单向性有特定的起始和终止位点（转录单位：指特定起始点和特定终止点之间的DNA链；通常由转录区和有关的调节顺序构成。）

转录的连续性转录的单向性有特定的起始和终止位点（转录单位：指12二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶13核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym14大肠杆菌中RNA聚合酶

（DNAdependentRNApolymerase）

′

全酶

核心酶大肠杆菌中RNA聚合酶全酶核15RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

-35RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合-3516（二）真核生物的RNA聚合酶（二）真核生物的RNA聚合酶17酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意图酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意图18三、模板上酶的辨认、结合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-pol三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单19启动子（promoter)启动子（promoter)：位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合及起始转录有关的一些DNA顺序称为。

启动子（promoter)20RNA聚合酶保护法目录RNA聚合酶保护法目录21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(Pribnowb22原核生物中转录起始区的共同序列原核生物中转录起始区的共同序列23TTGACA•••N17•••TTTACA•••N16•••TTTACA•••N17•••TTGATA•••N16•••CTGACG•••N18•••被RNA聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析1-5行举出几个具体操纵子的分析结果6,7行示对45个操纵子分析后得出的一致性序列TTGACA

TATAAT

X/4.5383629402530373728412944

trptRNAtrplacrecA

ara最大一致性TTAACT

•N7•A

•••TATGAT•N7•A

•••TATGAT•N6•A

•••TATAAT•N7•A

•••TACTGT•N6•A

•••–35区–10区+1PribnowboxTTGACA•••N17•••TTTACA•••N16•••24TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件

结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结25第二节转录过程转录的起始转录的延伸转录的终止第二节转录过程转录的起始26（一）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。一、原核生物的转录过程（一）转录起始转录起始需解决两个问题：一、原核生物的转录过程27第十一章RNA的生物合成(93)课件282.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合

3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与29RNA聚合酶OH转录方向模板链5´-pppGRNA由RNA聚合酶、DNA、转录产物RNA组成的转录复合物（转录空泡）DNAFRNA聚合酶OH转录方向模板链5´-pppG由RNA聚合酶、30（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1

+PPi（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变31TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶编码链模板链RNAPPi5’5’3’3’5’GTPUTPCTPATPUTP转录的延长3’起终TCGAGTACAGCTCATG3253DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN33依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模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。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶34ATP1.依赖Rho因子的转录终止1969，J.Roberts，ρ因子ATP1.依赖Rho因子的转录终止1969，J.R35rhorhoPolymerasePolymeraseRho因子的作用原理RNA链上带条纹线的代表富含C的区段。Rho因子结合RNA（右），发挥其ATP酶及螺旋酶活性5´RNA+ATP5´3´3´rhorhoPolymerasePolymerase362.非依赖Rho因子的转录终止（自动终止）DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列（富含GC和AT的区域），转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。2.非依赖Rho因子的转录终止（自动终止）DNA模板上靠37TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU…..ABCA大肠杆菌核糖体蛋白L基因3'端碱基序列（上）及其转录产物可能形成的两种二级结构形式（下）BTTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTG385`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNA

UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC39茎环结构使转录终止的机理

使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´40启动子结构基因终止区

1.5´5´σ核心酶2.3.4.Gppp5.6.5´pppGσρ7.5´pppG8.5´mRNA转录过程1,2.待转录的基因;3´至5´的单股为有意义链;3,4.起始:全酶结合于有启动区;5.第一个pppG加入;6.σ因子释出后开始延长;7.终止:ρ因子加入,核心酶释出;8.转录完成

核心酶F启动子结构基因终止区1.5´5´σ核心酶2.3.4.Gpp41二、真核生物的转录过程（一）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。二、真核生物的转录过程（一）转录起始真核生物的转录起始上游区42转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.转录起始前的上游区段

AATAAA切离加尾转录终止点

修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(43顺式作用元件(cis-actingelement)：DNA分子上具有的可影响（调控）转录的各种组分。顺式作用元件(cis-actingelement)：442.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，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)，现已发现数百种。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)。TFI、TFII、TFIII2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋45参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ463.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47POL-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PI484.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49（二）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。（二）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50RNA-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515------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）转录终止——和转录后修饰密切相关。F5------AAUAAA-5------AAUAAA52原核生物与真核生物转录的异、同点原核生物真核生物转录的起始由α2ββˊσ+DNA模板+pppGpN-OH3ˊ形成转录起始复合物形成转录起始复合物，需要转录因子的参与。转录起始点-35区及-10区-25~-30区转录的延长基本相似，只是催化的酶不同，都是转录空泡沿着模板链向前滑动，转录出相应的RNA，但真核生物需要许多转录因子参与，且转录与翻译不同步。转录终止依赖ρ因子、和非依赖ρ因子识别特异的终止信号。依赖模板链末端特殊的转录终止修饰点原核生物与真核生物转录的异、同点原核生物真核生物转录的起始由53真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第三节真核生物的转录后修饰第三节54转录生成的RNA是初级产物（primarytranscripts）；原核生物和真核生物的初级转录产物都需要经过一定程度的加工才具有活性；第十一章RNA的生物合成(93)课件55几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(56第十一章RNA的生物合成(93)课件57一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰5端形成帽子结构(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰5端581、加帽(addingcap)：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内，即对ｈnRNA进行加帽。帽子结构功能：和翻译过程有关。原核生物没有帽子结构。

1、加帽(addingcap)：59帽子结构帽子结构605pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸612．加尾(addingtail)：这一过程也是在细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期、活性及增加其稳定性有关。

2．加尾(addingtail)：这一过程也是在细胞核内完62第十一章RNA的生物合成(93)课件63（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA

核内的初级mRNA称为杂化核RNA

(hetero-nuclearRNA,

hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的64核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体（并接体,splicesome）snRNA真核生物ｈnRNA的剪接一般需snRNA（Ｕ1、Ｕ2、Ｕ4、Ｕ5、Ｕ6）参与构成的核蛋白体（剪接体）参加，通过形成套索状结构而将内含子切除掉。核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体snRNA真核生物ｈnRNA的65真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，为一个连续氨基酸组成的完整蛋白质编码，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续662.外显子(exon)和内含子(intron)

外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子67第十一章RNA的生物合成(93)课件68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、转录后修饰目录鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN69鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录703.内含子的分类

根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。3.内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子714.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为并接体①目录4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子72②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U273FF74pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应(twicetransesterification)

pG-OHU-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应75•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)

人类apoB基因

mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有76真核生物mRNA的转录后加工修饰示意图真核生物mRNA的转录后加工修饰示意图77二、tRNA的转录后加工真核生物的tRNA由RNA-polIII催化，然后加工成熟。主要有以下几种加工方式：

剪接；

化学修饰；

包括甲基化（ｍＡ、ｍＧ）、还原反应（ＤＨＵ）、核苷酸内的转位反应（ψ）、脱氨基反应（Ｉ）及3'末端加上CCA-OH末端；二、tRNA的转录后加工真核生物的tRNA由RNA-pol78tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目录tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTT79RNAaseP、内切酶目录RNAaseP、内切酶目录80tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录81碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目录碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的82三、rRNA转录后的加工真核细胞的rRNA基因属于丰富基因族的DNA序列；丰富基因族的DNA序列：即染色体上一些相似或完全一样的纵列串联基因（tandemgene）单位的重复（高度重复序列）。rRNA的剪接不需要任何蛋白质参与即可以发生，因此，有活性的RNA叫核酶。三、rRNA转录后的加工真核细胞的rRNA基因属于丰富基因族83第十一章RNA的生物合成(93)课件84转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和285四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(riboz86四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式5´-端核苷酸序列四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪87四膜虫前体rRNA的自身剪接示意图四膜虫前体rRNA的自身剪接示意图88GOH3´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´389最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)底物部分通常为60个核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份组成锤头结构除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。最简单的核酶二级结构——槌头状结构底物部分通常为60个核苷酸90核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；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破坏病毒等病原微生物。核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；91人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子X表示一致性序列箭头表示切断点目录人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子目录92第十一章RNA的生物合成(93)课件93第十一章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription第十一章RNA的生物合成94第一节模板和酶第二节转录过程第三节真核生物的转录后修饰第一节模板和酶95转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

转录(transcription)转录RNADNA96转录生成的产物：主要有rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和hnRNA。

转录生成的产物：97复制和转录的区别复制和转录的区别98参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP99第一节模板和酶一、转录模板二、RNA聚合酶三、酶与模板的辨认结合第一节模板和酶一、转录模板100一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。模板链/有意义链/Watson链：DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称~。编码链/反义链/Crick链：与模板链互补的另一股单链。一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(1015335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向1025′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c103不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。转录的特点不对称转录(asymmetrictranscription104转录的连续性转录的单向性有特定的起始和终止位点（转录单位：指特定起始点和特定终止点之间的DNA链；通常由转录区和有关的调节顺序构成。）

转录的连续性转录的单向性有特定的起始和终止位点（转录单位：指105二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶106核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym107大肠杆菌中RNA聚合酶

（DNAdependentRNApolymerase）

′

全酶

核心酶大肠杆菌中RNA聚合酶全酶核108RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

-35RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合-35109（二）真核生物的RNA聚合酶（二）真核生物的RNA聚合酶110酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意图酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意图111三、模板上酶的辨认、结合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-pol三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单112启动子（promoter)启动子（promoter)：位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合及起始转录有关的一些DNA顺序称为。

启动子（promoter)113RNA聚合酶保护法目录RNA聚合酶保护法目录114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(Pribnowb115原核生物中转录起始区的共同序列原核生物中转录起始区的共同序列116TTGACA•••N17•••TTTACA•••N16•••TTTACA•••N17•••TTGATA•••N16•••CTGACG•••N18•••被RNA聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析1-5行举出几个具体操纵子的分析结果6,7行示对45个操纵子分析后得出的一致性序列TTGACA

TATAAT

X/4.5383629402530373728412944

trptRNAtrplacrecA

ara最大一致性TTAACT

•N7•A

•••TATGAT•N7•A

•••TATGAT•N6•A

•••TATAAT•N7•A

•••TACTGT•N6•A

•••–35区–10区+1PribnowboxTTGACA•••N17•••TTTACA•••N16•••117TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件

结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结118第二节转录过程转录的起始转录的延伸转录的终止第二节转录过程转录的起始119（一）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。一、原核生物的转录过程（一）转录起始转录起始需解决两个问题：一、原核生物的转录过程120第十一章RNA的生物合成(93)课件1212.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合

3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与122RNA聚合酶OH转录方向模板链5´-pppGRNA由RNA聚合酶、DNA、转录产物RNA组成的转录复合物（转录空泡）DNAFRNA聚合酶OH转录方向模板链5´-pppG由RNA聚合酶、123（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1

+PPi（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变124TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶编码链模板链RNAPPi5’5’3’3’5’GTPUTPCTPATPUTP转录的延长3’起终TCGAGTACAGCTCATG12553DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN126依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模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。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶127ATP1.依赖Rho因子的转录终止1969，J.Roberts，ρ因子ATP1.依赖Rho因子的转录终止1969，J.R128rhorhoPolymerasePolymeraseRho因子的作用原理RNA链上带条纹线的代表富含C的区段。Rho因子结合RNA（右），发挥其ATP酶及螺旋酶活性5´RNA+ATP5´3´3´rhorhoPolymerasePolymerase1292.非依赖Rho因子的转录终止（自动终止）DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列（富含GC和AT的区域），转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。2.非依赖Rho因子的转录终止（自动终止）DNA模板上靠130TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU…..ABCA大肠杆菌核糖体蛋白L基因3'端碱基序列（上）及其转录产物可能形成的两种二级结构形式（下）BTTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTG1315`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNA

UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC132茎环结构使转录终止的机理

使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´133启动子结构基因终止区

1.5´5´σ核心酶2.3.4.Gppp5.6.5´pppGσρ7.5´pppG8.5´mRNA转录过程1,2.待转录的基因;3´至5´的单股为有意义链;3,4.起始:全酶结合于有启动区;5.第一个pppG加入;6.σ因子释出后开始延长;7.终止:ρ因子加入,核心酶释出;8.转录完成

核心酶F启动子结构基因终止区1.5´5´σ核心酶2.3.4.Gpp134二、真核生物的转录过程（一）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。二、真核生物的转录过程（一）转录起始真核生物的转录起始上游区135转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.转录起始前的上游区段

AATAAA切离加尾转录终止点

修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(136顺式作用元件(cis-actingelement)：DNA分子上具有的可影响（调控）转录的各种组分。顺式作用元件(cis-actingelement)：1372.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，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)，现已发现数百种。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)。TFI、TFII、TFIII2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋138参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ1393.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140POL-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PI1414.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142（二）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。（二）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143RNA-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1445------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）转录终止——和转录后修饰密切相关。F5------AAUAAA-5------AAUAAA145原核生物与真核生物转录的异、同点原核生物真核生物转录的起始由α2ββˊσ+DNA模板+pppGpN-OH3ˊ形成转录起始复合物形成转录起始复合物，需要转录因子的参与。转录起始点-35区及-10区-25~-30区转录的延长基本相似，只是催化的酶不同，都是转录空泡沿着模板链向前滑动，转录出相应的RNA，但真核生物需要许多转录因子参与，且转录与翻译不同步。转录终止依赖ρ因子、和非依赖ρ因子识别特异的终止信号。依赖模板链末端特殊的转录终止修饰点原核生物与真核生物转录的异、同点原核生物真核生物转录的起始由146真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第三节真核生物的转录后修饰第三节147转录生成的RNA是初级产物（primarytranscripts）；原核生物和真核生物的初级转录产物都需要经过一定程度的加工才具有活性；第十一章RNA的生物合成(93)课件148几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(149第十一章RNA的生物合成(93)课件150一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰5端形成帽子结构(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰5端1511、加帽(addingcap)：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内，即对ｈnRNA进行加帽。帽子结构功能：和翻译过程有关。原核生物没有帽子结构。

1、加帽(addingcap)：152帽子结构帽子结构1535pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸1542．加尾(addingtail)：这一过程也是在细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期、活性及增加其稳定性有关。

2．加尾(addingtail)：这一过程也是在细胞核内完155第十一章RNA的生物合成(93)课件156（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA

核内的初级mRNA称为杂化核RNA

(hetero-nuclearRNA,

hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的157核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体（并接体,splicesome）snRNA真核生物ｈnRNA的剪接一般需snRNA（Ｕ1、Ｕ2、Ｕ4、Ｕ5、Ｕ6）参与构成的核蛋白体（剪接体）参加，通过形成套索状结构而将内含子切除掉。核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体snRNA真核生物ｈnRNA的158真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，为一个连续氨基酸组成的完整蛋白质编码，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续1592.外显子(exon)和内含子(intron)

外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子160第十一章RNA的生物合成(93)课件161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、转录后修饰目录鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN162鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录1633.内含子的分类

根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。3.内含子的分类根据基因