RNA生物合成采用

RNA生物合成采用第1页/共79页转录(transcription)

生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

第2页/共79页转录与复制相同点模板都为DNA都需依赖DNA的聚合酶都形成磷酸二酯键方向都为5’→3’都遵循碱基互补配对规则第3页/共79页转录与复制不同点复制转录原料dNTPNTP模板两条链全长复制模板链转录(不对称转录)酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNAmRNAtRNArRNA等引物RNA引物不需引物碱基配对A=T；C≡GA=U；T=A；C≡G第4页/共79页第一节

原核生物转录的模板和RNA聚合酶第5页/共79页5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基因，而且每一个基因的转录都受到相对独立的控制。DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因一、原核生物转录的模板

第6页/共79页模板链：

反意义链（antisensestrand

）

——

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

）

——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。1.模板链与编码链第7页/共79页5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

DNA3’-----cgtcatgtacag-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’

RNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质第8页/共79页2.不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一条链用作模板指引转录，另一条链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向第9页/共79页二、原核生物RNA聚合酶RNA聚合酶又称为DNA依赖的RNA聚合酶（DDRP）DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。第10页/共79页(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPiRNA延长的RNARNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。第11页/共79页全酶核心酶亚基α2ββ’σ功能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）

原核生物（E.coli）RNA聚合酶

1、有4种(5个)亚基α、β、β’、σ第12页/共79页核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)2、一种酶催化3种RNA的合成

3、被利福平（结合β亚基）所抑制第13页/共79页三、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上起动转录转录是不连续、分区段进行的。每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子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第14页/共79页调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转录，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法。第15页/共79页RNA聚合酶保护法第16页/共79页开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33用RNA聚合酶保护法研究转录起始区第17页/共79页RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:第18页/共79页第19页/共79页原核生物的转录过程

第二节第20页/共79页一、转录起始需要RNA聚合酶全酶2.DNA双链局部解开（－10区12～17bp），形成开放转录复合体1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合转录复合体；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第21页/共79页第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。

第22页/共79页RNA-pol的移动TTGACAAACTGTTATAATATATTARNA-pol-40-35-30-25-20-15-10-50+5+10+15+20+25启动子保守序列开始转录转录起始点第23页/共79页E.coli的转录起始第24页/共79页1、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17bp（拓扑异构酶）聚合功能：NTP不断聚合（形成磷酸二酯键

）

RNA链不断延长。（不具外切酶功能）2、杂交螺旋RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋转录产物RNA沿5’→3’方向脱落、延长RNA延长速度：40个核苷酸/秒/每分子酶DNA双螺旋随后渐渐恢复（拓扑异构酶）二、转录延长时蛋白质的翻译也同时进行第25页/共79页RNA-pol（核心酶）——DNA

····RNA目录第26页/共79页第27页/共79页目录第28页/共79页53DNA核糖体RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：第29页/共79页依赖Rho因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止三、转录终止分为依赖ρ(Rho)因子与非依赖ρ因子两大类转录终止指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。依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：第30页/共79页ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。ρ因子能结合RNA，又以对polyC的结合力最强。ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。（一）依赖ρ因子的转录终止ρ因子：第31页/共79页ρ因子的作用原理：第32页/共79页第33页/共79页目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。第34页/共79页（二）非依赖Rho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。第35页/共79页5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖ρ因子终止的普遍现象。第36页/共79页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第37页/共79页第38页/共79页第39页/共79页第三节

真核生物的转录过程真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。

第40页/共79页一、真核生物RNA聚合酶（三种）类型ⅠⅡⅢ转录产物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAtRNA（＜100bp）

,5srRNA(120bp)、

snRNA(90~300bp)对鹅膏蕈碱的反应不敏感高度敏感敏感（种差异）（利福平不敏感）第41页/共79页二、转录因子（真核生物）

类型Ⅰ型转录因子（TFⅠ）Ⅱ型转录因子（TFⅡ）Ⅲ型转录因子（TFⅢ）

RNA聚合酶RNAPolⅠRNAPolⅡRNAPolⅢ

作用能结合到DNA

的特殊序列（原核RNAPol

σ亚基）与RNA聚合酶结合，促进转录。第42页/共79页真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化启动子（promoter）：是DNA上的特殊的序列，其中最重要的保守顺序称TATA(box)盒子，是RNA聚合酶结合部位转录起始时，RNA-pol不直接结合模板启动子区需要转录因子先与启动子区结合，从而刺激转录。一、转录起始第43页/共79页一个典型的真核生物基因上游序列:5’3’调控序列TATA盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA第44页/共79页转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子顺式作用元件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-1真核生物启动子保守序列结构基因启动子区第45页/共79页真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录的基因及其转录起始上游序列第46页/共79页第47页/共79页二、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。第48页/共79页转录延长中的核小体移位核小体转录方向RNA-pol核小体核小体RNA-polRNA-polRNA－pol前移将遇到核小体原来绕在组蛋白上的DNA解聚及弯曲一个区段转录毕，核小体移了位第49页/共79页三、转录终止真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在polyA的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。第50页/共79页真核生物的转录终止及加尾修饰第51页/共79页真核生物RNA转录后的加工第四节第52页/共79页几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)4.

修饰(modification)5.

添加(addition)3.

连接（join）第53页/共79页mRNA的加工RNA-polⅡ的转录产物(hnRNA)DNA在核内→mRNA，免受核酸酶攻击前体为核内不均一RNA（hnRNA）加工成mRNA过程30%左右保留一、真核生物mRNA的转录后加工第54页/共79页第55页/共79页（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)增加mRNA的稳定性，免遭3’-5’外切核酸酶的攻击。维持mRNA作为翻译模板的活性(与mRNA寿命有关)有人推测polyA可能与从细胞核转送到细胞质有关第56页/共79页帽子结构第57页/共79页5pppGp…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Pi第58页/共79页第59页/共79页加入polyA加polyA尾巴切去3’端过剩碱基（核酸外切酶）第60页/共79页（二）mRNA的剪接1.

hnRNA

和snRNA核内的初级mRNA称为不均一核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（剪切酶snRNP）snRNA第61页/共79页hnRNA是mRNA的前体，大几倍，几十倍切去内含子连接外显子核酸内切酶——剪切酶snRNP连接酶连接外显子内含子（intron）隔断基因线性表达的序列，不编码蛋白质外显子（exon）mRNA前体中编码蛋白质的序列2、mRNA内部的剪切第62页/共79页剪接接口：5’GU…AG-OH3’并接体:snRNP（U1SnRNA,U2SnRNA）与hnRNA内含子碱基互补结合于5’

，3’端→套索→二次转酯反应切下内含子第63页/共79页第一次转酯反应第二次转酯反应二次转酯反应第64页/共79页pG-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)

第65页/共79页鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰目录第66页/共79页鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录第67页/共79页•修饰包括mRNA分子核糖上2’-羟基的甲基化反应和嘌呤碱的甲基化反应。（胞浆和核内）编辑（editing）是指在转录后对mRNA序列中的碱基进行变换的过程

3.mRNA的编辑及修饰转录仍在进行时，加帽、剪接和编辑就开始

第68页/共79页DNA转录单位RNA聚合酶IIm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gppp剪切及加入3’多聚AAAAnAAAnA