转录公开课课件

第十一章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

复制和转录的区别模板和酶TemplatesandEnzymes第一节一、转录模板DNA分子上能够转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。DNA双链中能够按照碱基互补规律指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)；相对的另一股单链称为编码链(codingstrand)。有意义链，无意义链（反义链）5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一特定区段，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。二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶

（以E.coli为例，五聚体）核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)热休克蛋白在体内有着广泛的功能、涉及了应激、免疫、蛋白质折叠等多方面。热休克蛋白（heatshockproteins,HSPs）是指细胞在高温（热休克）或其他应激原作用下所诱导生成或合成增加的一组蛋白质。当温度升高到一定程度时，大部分蛋白质已经停止合成，而HSPs仍能继续合成，原因就在于HSPs使用与一般蛋白质不同的σ亚基（σ32，本身也是一种HSPs）（二）真核生物的RNA聚合酶

三、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录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的调控序列。

启动子(promoter)指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。5335结构基因调控序列RNA-pol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起始部位：

指DNA分子上开始转录的部位，该部位含有与转录生成新生RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，将该碱基的序号定为+1。识别部位：RNA聚合酶σ因子的识别部位。中心部位在–35bp处,碱基序列具有高度保守性，该序列的一致性序列为TTGACA。结合部位：

RNA聚合酶的结合的部位，其长度为7bp，中心部位在–10bp处，一致性序列为TATAAT序列，故称之为TATAbox(Pribnowbox)。识别部位和结合部位都富含AT碱基，因此双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合酶的结合。转录过程TheProcessofTranscription

第二节

2.DNA双链解开(20bp以下)1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合

3.在转录的起始位点，RNA聚合酶催化发生第一次聚合反应，形成四磷酸二核苷酸，与全酶、DNA模板共同组成转录起始复合物。RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH

(GTP)+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程(不需要引物)（二）转录延长1.亚基脱落，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

+PPi5’3’5’5’3’3’转录空泡（transcriptionbubble）：也称转录复合物，是由RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在一起的复合体。

第一个磷酸二酯键生成后,亚基从转录起始复合物上脱落，形成转录空泡。核心酶沿模板DNA前移，转录进入延长阶段。RNA-pol（核心酶）-DNA-RNA5DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶转录的连续性原核生物的mRNA无需加工转录与翻译偶联5555’5’3’3’回文序列终止子：DNA模板上能够在转录即将结束时，提供终止信号的序列，称为终止子（terminator）。通常为一段被间隔开的回文序列，存在于RNApol已经转录过的序列中。（三）转录终止2.依赖Rho因子的转录终止

◆Rho因子是rho基因的产物，广泛存在于原核和真核细胞中，由6个亚基组成，分子量300KD。Rho因子结合在新生的RNA链上，由5’端向3’端利用ATP水解供能快速移动。◆Rho因子有ATP酶的活性和解螺旋酶的活性ρ因子

DNARNARNA聚合酶富含C茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，阻碍前移；使杂交双链易于解离，转录复合物解体，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol转录的特点：1、不对称性2、连续性3、单向性4、有特定的起始和终止位点二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物和原核生物的RNA-pol种类不同，结合模板的特性不一样。转录起始时，原核生物RNA-pol可直接结合模板，而真核生物的RNA聚合酶需与多种蛋白因子的相互作用才能结合模板。增强子

调控序列结构基因-GCGC---CAAT---TATATATA盒CAAT盒GC盒

转录起始真核生物启动子保守序列

真核生物编码基因两侧的DNA序列，可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列，包括启动子、增强子、沉默子1.转录起始前的上游区段

顺式作用元件(cis-actingelement)2.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)。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)。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

TBP:TATA结合蛋白,TAF:TBP辅因子CTD:RNA聚合酶大亚基羧基末端的结构域3.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。POL-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（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。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位和解聚转录方向5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）真核生物转录终止——和转录后修饰密切相关。真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第三节真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。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)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)帽子结构5’5’m7GpppNppolyA75pppGp…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帽子结构的意义：可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；也能与帽结合蛋白质复合体(cap-bindingcomplexofprotein)结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)，也称为核内不均一RNAsnRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体（snRNP）snRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABDA、B、C、D都是编码区非编码区2.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。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、转录后修饰鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，连接外显子。snRNP与hnRNA结合成为剪接体，使内含子弯曲，相邻的两个外显子相互靠近，便于剪接。②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-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)

•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可以有多种用途的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。（三）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mRNA6666位C脱氨基变为U，三联体密码子CAA变为终止密码子UAA二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNaseP、内切酶，连接酶tRNA核苷酸转移酶、碱基修饰（2）还原反应如：UD（3）核苷内的转位反应

如：Uψ（4）脱氨反应

如：AI如：GmG（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）三、rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S四、核酶核酶(ribozyme)

具有酶促活性的RNA称为核酶。最简单的核酶二级结构——锤头结构(hammerheadstructure)除rRNA外，tRNA、