核酸合成转录

14.1转录(transcription)的特点：

1、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。转录的条件：模板原料酶产物配对方向引物DNA(不对称转录）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要第1页/共52页DNA的大小与基因结构基因(structuregene)：

DNA分子中能转录出RNA的区段

1、重复

2、重叠

3、不连续第2页/共52页2、DNA的不对称转录

.DNA双链上，仅一股链转录，另一股不转录。

转录方向5’3’模板链图13-1第3页/共52页模板链：

反意义链（antisensestrand，(-)链）

——

以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。

编码链：有意义链（sensestrand，（+）链）

——不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。

第4页/共52页5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质有意义链与反意义链并非固定不变。

.转录方向都是5’3’第5页/共52页

3、RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）

以DNA为模板，催化2个游离的NTP形成3’，5’-磷酸二酯键第6页/共52页14.2.1大肠杆菌RNA聚合酶的组成（1）全酶(holoenzyme)

由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成（2）核心酶(coreenzyme)

α2ββ’

，参与转录的全过程（3）σ亚基（起始亚基）亦称σ因子（σfactor)—转录辅助因子

识别启动子

ω亚基功能未知14.2原核生物的转录第7页/共52页大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA结合β——起始和催化聚合反应α——酶的装配、结合启动子等全酶(α2ββ

)第8页/共52页全酶核心酶亚基α2ββ’σ决定哪些基因被转录结合底物，形成磷酸二酯键（催化）结合模板（开链）（核心酶参与转录全过程）识别起始点启动子（延长时脱落）功能第9页/共52页第10页/共52页14.2.2原核生物的启动子（promoter）

1、启动子

RNA聚合酶全酶识别、结合、开始转录的DNA序列（双链）

转录因子

RNA聚合酶起始转录所需要的辅助因子（蛋白质）

第11页/共52页

原核生物启动子的特点:

(1)DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)

(2)-10bp处-TATAAT-(Pribnowbox)

(3)-35bp处-TTGACA-

第12页/共52页14.2.3原核生物RNA的转录过程14.2.3.1模板的识别第13页/共52页14.2.3.2原核生物的转录起始σ亚基辨认-35区RNApol全酶移向-10区合成第一个磷酸二酯键5’-pppGpN（A）-OH-转录起始复合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亚基脱落（结合松弛）（结合紧密）转录起始不需引物！16/50第14页/共52页RNA聚合酶保护区结构基因终止点10-10TTGACATATAAT转录开始+1翻译开始Purine-35（Pribnowbox）辨认结合区转录起始区12/50编码链第15页/共52页RNA聚合酶σ因子识别及结合启动子，延长时脱落不参与转录过程，是转录辅助因子识别位点：启动子-35区、-10区第16页/共52页结合过程：闭和的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA双链上迅速、随机滑动，寻找到启动子-35区，形成疏松的复合物，DNA双链未解开。开放的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）移向-10区和转录起始第17页/共52页14.2.3.3延长----转录泡

RNA聚合酶（核心酶）

◆与DNA模板紧密结合，沿3’5’方向移动

◆解旋作用：DNA解开

◆聚合功能（不具外切酶功能）

杂交螺旋

◆RNA-DNA形成杂交螺旋

◆转录产物RNA沿5’3’方向延长

第18页/共52页第19页/共52页第20页/共52页SeeMovie第21页/共52页14.2.3.4转录终止：终止子和终止因子

转录至模板某一位置

停止形成磷酸二酯键

RNA—DNA杂交链解开

DNA解链的部分重新形成双螺旋

RNA聚合酶离开DNA

第22页/共52页终止子（terminator）——提供转录终止信号的DNA序列终止因子（terminationfactor）——协助RNAPol识别终止信号的辅助因子第23页/共52页第24页/共52页第一类：

依赖ρ-因子的终止1、转录终止的两种方式（原核）第25页/共52页第26页/共52页

DNA模板上有终止信号

转录出来的RNAPol遇此结构停止工作DNA和RNA（dA：rU）稳定性下降富含GC/AT的回文结构自身互补形成发夹状结构（hairpin）3’尾端有≥4个UDNA恢复双链，释放转录产物第二类：不依赖ρ-因子的终止第27页/共52页UUGCAGCCUGAGAAAUCAGGCUGAUGG…5’3’…5’3’自发形成发夹结构（转录产物3’末端）例如：第28页/共52页AUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU5’3’UUUU……5’3’自发形成茎环结构第29页/共52页发夹结构环茎多个U

DNA模板

3’5’第30页/共52页第31页/共52页起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA启动子Promoter

终止子terminator5RNA聚合酶5353553离开第32页/共52页

转录后的加工

第33页/共52页14.2.4.1原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工

寿命短第34页/共52页14.2.4.1tRNA的加工碱基修饰3’端5’端切除反密码环的内含子稀有碱基---Tψ脱氨---AMPIMP还原---DHU甲基化---mAmGCCA-OHRNaseP切除多余的核苷酸RNaseP在前tRNA二级结构基础上第35页/共52页第36页/共52页14.2.4.3

rRNA的加工第37页/共52页RNaseⅢRNaseⅢRNaseE甲基化碱基甲基化核糖第38页/共52页14.3真核细胞中的转录

1、转录与翻译在异处第39页/共52页14.3.1真核细胞RNA聚合酶在DEAE-Sephadex柱上的洗脱次序称为酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

没有对应于σ因子的成分，需要转录因子参与第40页/共52页14.3.2启动子（Hongness盒–25）TATA框（Hognessbox）与RNA聚合酶的定位有关

DNA双链解开的部位辅助因子为通用转录因子（generaltranscriptionfactor，GTF）第41页/共52页

4、真核与原核生物mRNA的区别原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工

寿命短真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆再翻译mRNA需加工寿命较长第42页/共52页

真核生物的mRNA转录后加工转录产物：hnRNA（核不均一RNA）

+

蛋白质不均一核糖核蛋白（hnRNP）第43页/共52页加帽加尾mRNA前体的剪接5’端：m7GpppGpN作用:稳定mRNA5’端和翻译的起始有关3’端:polyA尾巴作用：稳定mRNA

和翻译模板活性有关剪除内含子，连接外显子加工过程主要包括：第44页/共52页5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酰转移酶5m7GpppGp…甲基转移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi（1）真核生物mRNA转录后加工--“加帽”以5’-5’三磷酸相连第45页/共52页步骤1步骤2作用位置200~250（2）真核生物mRNA转录后加工--加polyA尾第46页/共52页外显子内含子DNA

hnRNA（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接第47页/共52页mRNA-DNAhybridsforthechickenovalbumingene(theR-loopingtechnique)第48页/共52页●14.4核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜虫

26SrRNA核酶（ribozyme）应用

前体6.4kb414bp内含子

5.986kb

无酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特异性RNA序列具特定的二级结构---槌头结构人工合成核酶的槌头结构破坏HIV病毒

第49页/共52页底物催化部分图13-11第50页/共52页酶底物图13-12第51页/共52页DNA复制与转录的比较相同点模板两股链均复制模板链转录合成方式半保留复制不对称转录原料

dNTPNTP