第四章遗传信息的转录

第四章遗传信息的转录从DNA到RNA二O一五年十一月六日学习目标掌握RNA转录合成的特点和基本过程；掌握RNA聚合酶和启动子的结构功能以及转录起始的机制；掌握与转录终止有关的DNA序列和蛋白质因子的作用特点；RNA转录后加工的方式和特点。在DNA指导下RNA的合成称转录。转录RNADNA

第一节转录的概述一、RNA转录的特点

转录单位：起始于DNA模板的特定起点，终止于特定终点的区域。一个转录单位可以是一个基因或多个基因。

分子杂交实验表明：合成的RNA只与模板DNA形成杂交体。

在体外，RNA聚合酶能使DNA的两条链发生转录，但在体内转录的模板仅有DNA双链中的一条。模板链：DNA双链中具有转录功能的一条链，也称反义链或负（-）链编码链：DNA双链中与模板链相对的单链，不进行转录，也称有义链或（+）正链DNA5´……GGAGTACATGTC…3´（编码链，+）3´……CCTCATGTACAG…5´（模板链，-）↓（转录）5´……GGAGUACAUGUC……3´mRNA↓（翻译）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

天然（双链）DNA作为模板比变性（单链）DNA更为有效。说明RNA聚合酶对模板的利用与DNA聚合酶不同。二、转录的基本过程起始（promotion）：

模板识别---转录起始---通过启动子

延伸（elongation）

终止（temination）原核生物的RNA聚合酶亚基功能2核心酶组装，启动子识别与转录全过程有关′与DNA模板、新生RNA链结合引导全酶识别并结合于启动子全酶：核心酶（2′）+起始因子（）原核生物转录过程三、RNA聚合酶

RNA聚合酶是催化以DNA为模板（template）、三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶1.原核生物的RNA聚合酶(RNApolymerase)类型细胞内定位催化转录产物对鹅膏蕈碱的反应Ⅰ核仁转录rRNA前体不敏感Ⅱ

核质转录mRNA前体和snRNA低浓度敏感Ⅲ

核质转录5SrRNAtRNA高浓度敏感2.真核生物RNA聚合酶α-Amanitin(鹅膏蕈碱):是一种来自毒蘑菇鬼笔鹅蕈(Amanitaphalloides)的真菌毒素，二环八肽，能抑制真核RNA聚合酶Ⅱ与RNA聚合酶Ⅲ转录。第二节启动子与转录的起始一、启动子的基本结构

启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。描述碱基位置时，一般用数字表示，1-30-5010-10-40-205335+1碱基：起始位点-10区：一致性序列为TATAAT又叫Pribnow盒是RNA聚合酶的结合位点-35区：一致性序列为TTGACA是RNA聚合酶的识别位点1.原核生物启动子结构RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

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55RNA聚合酶保护区结构基因33富含A和TUP元件-60(Sextanabox)2.真核生物启动子二、转录的起始启动子区的识别原核生物基因转录的起始转录泡不依赖ρ因子的终止依赖ρ因子的终止子第三节转录终止1.

非依赖因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。转录产物的3′末端常有多个连续的U，连续的U区5′端上游的一级结构，接近终止区的一段碱基可形成鼓槌状的茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构形式的二级结构，这是非依赖因子的转录终止的普遍现象。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA

5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…

UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`接近终止区的一段碱基形成鼓槌状的茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构形式的二级结构，是普遍现象。用T4噬菌体DNA在试管内进行转录实验，转录产物比在细胞内转录出的要长。说明：2.依赖因子的转录终止①转录终止信号是可以跨越的；②细胞内某些因素有执行转录终止的功能。据此，1969年,J.Roberts

发现了能控制转录终止的蛋白质，定名为因子。三、抗终止

在转录过程中有时即使遇到终止信号，却仍然需要继续转录，于是出现了抗终止现象。第四节转录后的加工1.5’端加帽mRNA的前体：核内不均一RNA（hnRNA）一、mRNA的加工2.3’端加尾

3.mRNA中段序列的剪接二、rRNA前体的转录后加工三、tRNA前体的转录后加工四、核酶的作用特点及方式至今，已发现了数十种具有催化活性的不同的RNA酶。只有RNA组分单独具有催化活性时，此RNA才属于核酶。核酶RNA首先在细胞核中发现，并主要存在于胞核中，但在胞质以及病毒和类病毒中也逐渐有所发现。剪切型剪接型2.核酶的作用方式1.核酶的作用特点作用底物比较单纯催化效率较酶蛋白一般都低得多催化的反应必须有Mg2+存在时才能进行也表现一定的特异性五、RNA的剪接、编辑和再编码RNA的剪接更多的发生于真核生物基因组内,特别是真核生物基因的内含子被转录后。RNA的编辑是RNA分子上一种转录后修饰现象，包括插入、缺失或核苷酸的替换。mRNA在某些情况下可以不同的方式译码，即改变原来的编码信息，称为RNA的再编辑。

DNA和RNA生物合成的比较(1)复制转录1.原料

dNTPNTP2.模板

DNA两条链DNA一条链3.引物

需要RNA引物不需引物4.新连延伸方向

5’→3’5’→3’5.主要酶类

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解链酶类（α2ββ’ωσ）

引物酶终止因子(ρ)DNA连接酶DNA和RNA生物合成的比较(2)复制过程转录过程模板DNA解旋与解链，σ因子辨认起始点,

形成复制叉；带动全酶解开DNA双链,形成引发体，促使转录启动；合成RNA引物；σ因