第四的生物合成

第四的生物合成演示文稿本文档共88页；当前第1页；编辑于星期三\14点53分（优选）第四的生物合成本文档共88页；当前第2页；编辑于星期三\14点53分转录(transcription)

生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

本文档共88页；当前第3页；编辑于星期三\14点53分DNA指导的RNA合成---转录体系第一节本文档共88页；当前第4页；编辑于星期三\14点53分参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA(模板链)酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子(NMP)n

+NTP(NMP)n+1

+PPi

DNA模板本文档共88页；当前第5页；编辑于星期三\14点53分一、RNA聚合酶

(RNA-pol)DNAdependentRNApolymerase(DDRP)本文档共88页；当前第6页；编辑于星期三\14点53分

1、原核生物RNA聚合酶的组成及作用*（1）组成：

全酶=核心酶+σ

（α2ββ,σ）（α2ββ,）

（2）作用：

σ因子：辨认起始点核心酶：催化RNA链的延伸（一）原核生物的RNA聚合酶本文档共88页；当前第7页；编辑于星期三\14点53分核心酶

(coreenzyme)全酶(holoenzyme)亚基的功能：辨认转录的起始点;核心酶可以进行转录，但不能在特定的起始点上开始转录。本文档共88页；当前第8页；编辑于星期三\14点53分大肠杆菌RNA聚合酶的组成及功用本文档共88页；当前第9页；编辑于星期三\14点53分

（3）作用特点*：

①模板-单链DNA（模板链）②不需要引物(显著区别)③原料-NTP④催化方向:5,→3,⑤无校读功能(无外切酶活性)⑥需要Mg2+

注：与DNA聚合酶的区别：不需引物；催化反应慢；底物不同；无校读功能本文档共88页；当前第10页；编辑于星期三\14点53分（二）真核生物的RNA聚合酶(1)分类:RNA聚合酶I、II、IIIRNA-polI：位于细胞核仁，转录45SrRNA(经加工产生5.8S;18S和28SrRNA)RNA-polII:位于细胞核内，转录mRNA前体和大多数核内小RNA（snRNA）RNA-polIII:位于细胞核内，转录tRNA前体、

5SrRNA、胞质小RNA（scRNA）等Mt-RNA-pol:真核生物细胞的线粒体内的RNA-pol本文档共88页；当前第11页；编辑于星期三\14点53分

种类ⅠⅡⅢ

转录产物

45S-rRNAhnRNA5S-rRNAsnRNAtRNAscRNA对鹅膏蕈碱耐受极敏感中度敏感的反应

真核生物的RNA聚合酶*

RNA聚合酶II是真核生物中最活跃的RNA聚合酶本文档共88页；当前第12页；编辑于星期三\14点53分二、转录的模板TemplatesofTranscription本文档共88页；当前第13页；编辑于星期三\14点53分DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)。

结构基因*：DNA分子上转录出RNA的区段。本文档共88页；当前第14页；编辑于星期三\14点53分5’…GCAGTACATGTC…3’3’…cgtcatgtacag…5’DNA5’…GCAGUACAUGUC…3’mRNAN…AlaValHisVal…C多肽链转录翻译编码链模板链本文档共88页；当前第15页；编辑于星期三\14点53分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。本文档共88页；当前第16页；编辑于星期三\14点53分酶与模板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，包括若干个结构基因及其上游的调控序列。5335结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子本文档共88页；当前第17页；编辑于星期三\14点53分

转录单位=启动子+结构基因+终止区

TTGACA盒TATA盒启动子区结构基因-10bp+1转录初级转录产物RNA-35bp终止区本文档共88页；当前第18页；编辑于星期三\14点53分启动子

(1)启动子的定义*：

可与RNA聚合酶特异结合并使转录开始的一段DNA序列。（2）研究方法：RNA聚合酶保护法本文档共88页；当前第19页；编辑于星期三\14点53分RNA聚合酶保护法本文档共88页；当前第20页；编辑于星期三\14点53分（3）结构特点(原核)：长约40-60bp，

辨认部位:TTGACA-35区

三个功能区结合部位:TATAAT-10区起始部位

(4）作用特点①方向性②近距离发挥作用③有强弱之分本文档共88页；当前第21页；编辑于星期三\14点53分开始转录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本文档共88页；当前第22页；编辑于星期三\14点53分转录起始点识别部位原核生物启动子结构及其功能区核心酶因子RNA聚合酶+1 TTGACA TATAAT AACTGT ATATTA-10-35TATA盒(Pribnowbox)下游上游结合部位本文档共88页；当前第23页；编辑于星期三\14点53分

TATA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真核生物的启动子被转录因子而不是RNA聚合酶所识别本文档共88页；当前第24页；编辑于星期三\14点53分相关的重要概念:顺式作用元件:

可影响基因表达活性的DNA序列反式作用因子:

通过与特异的顺式作用元件相互作用，调节基因表达的蛋白质分子。本文档共88页；当前第25页；编辑于星期三\14点53分（二）终止子(terminator)提供转录停止信号的DNA序列称为终止子.

两类终止子

不依赖Rho因子的终止子富含GC的回文及3’-端系列U结构

依赖Rho因子的终止子原核生物终止子：本文档共88页；当前第26页；编辑于星期三\14点53分转录过程TheProcessofTranscription

第二节本文档共88页；当前第27页；编辑于星期三\14点53分（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本文档共88页；当前第28页；编辑于星期三\14点53分转录起始过程：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3－－σ因子辨认启动子的识别部位－－核心酶与TATA盒结合

σ因子脱落。④RNA-pol全酶(2)与模板结合①DNA双链局部构象改变，解开约17bp长度②RNA聚合酶与模板结合后，GTP(ATP)加入，第一个磷酸二酯键生成,形成转录起始复合物：③本文档共88页；当前第29页；编辑于星期三\14点53分RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合本文档共88页；当前第30页；编辑于星期三\14点53分

RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物本文档共88页；当前第31页；编辑于星期三\14点53分转录过程中的模板识别、起始和延伸本文档共88页；当前第32页；编辑于星期三\14点53分（二）转录延长亚基脱落，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本文档共88页；当前第33页；编辑于星期三\14点53分编码链模板链RNA-DNA杂交链转录空泡转录的延长双链重新形成pppGpN-----5’3’本文档共88页；当前第34页；编辑于星期三\14点53分RNApol转录复合物：酶-DNA-RNA：转录空泡RNA本文档共88页；当前第35页；编辑于星期三\14点53分53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶本文档共88页；当前第36页；编辑于星期三\14点53分（三）原核生物的转录终止指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。本文档共88页；当前第37页；编辑于星期三\14点53分1.依赖ρ因子的转录终止2.不依赖ρ因子的转录终止ρ因子1.识别结合富含C的RNA链功能2.ATPase活性3.解螺旋酶活性本文档共88页；当前第38页；编辑于星期三\14点53分ATP1.依赖Rho因子的转录终止Rho具有ATP酶和解旋酶的活性构象发生改变本文档共88页；当前第39页；编辑于星期三\14点53分2.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。本文档共88页；当前第40页；编辑于星期三\14点53分5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNA

UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构本文档共88页；当前第41页；编辑于星期三\14点53分

使RNA聚合酶变构，转录停顿；

DNA和RNA各自形成自己的局部双链，使杂化链

更加不稳定，以致转录复合物趋于解体。

3′端一连串U，UA配对最不稳定，易从模板上脱落。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理本文档共88页；当前第42页；编辑于星期三\14点53分真核生物与原核生物在转录中的主要区别:

1.真核生物的RNA聚合酶有三种;2.RNA聚合酶不直接识别、结合模板；

3.转录起始的上游区段多样化;4.转录终止与转录后修饰密切相关;二、真核生物的转录过程本文档共88页；当前第43页；编辑于星期三\14点53分（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，其起始过程比原核生物复杂。转录起始时，RNA-pol不直接识别、结合模板，而是需要众多转录因子的帮助。本文档共88页；当前第44页；编辑于星期三\14点53分含有共同序列：TATA序列(Hogness盒）

(-25bp区)

CAAT盒（-75bp区)

GC盒等由

顺式作用元件(cis-actingelement)组成

转录起始点前的上游区段转录起始部位本文档共88页；当前第45页；编辑于星期三\14点53分转录起始点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八聚体本文档共88页；当前第46页；编辑于星期三\14点53分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，现已发现数百种，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)。

本文档共88页；当前第47页；编辑于星期三\14点53分参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

本文档共88页；当前第48页；编辑于星期三\14点53分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。

三类转录因子（对应于三类RNA-pol）：TFI、TFII、TFIIITFⅡ（

A、B、D、E、F、H

)本文档共88页；当前第49页；编辑于星期三\14点53分

转录因子和转录前起始复合物(PIC)

RNA-polII借助

TFⅡ（A、B、D、E、F、H)

之间及TF与顺式作用元件之间的相互识别、结合，与模板形成转录起始前复合物（PIC）⑴TFⅡD

首先与模板的TATA盒结合，各种TF之间相互识别、结合…….。⑵RNA-pol加入，逐步形成PIC：本文档共88页；当前第50页；编辑于星期三\14点53分ADBEF转录前起始复合物(PIC)的形成RNA-polIIDNATATA

PICTFIIDTFIIBTFIIARNA-polII/TFIIFTFIIE/HTATAH本文档共88页；当前第51页；编辑于星期三\14点53分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磷酸化本文档共88页；当前第52页；编辑于星期三\14点53分4.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。

本文档共88页；当前第53页；编辑于星期三\14点53分（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。

本文档共88页；当前第54页；编辑于星期三\14点53分RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向本文档共88页；当前第55页；编辑于星期三\14点53分（三）转录终止——

和转录后修饰密切相关。在模板链读码框架的3’端之后，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。本文档共88页；当前第56页；编辑于星期三\14点53分5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA真核生物转录终止和转录后修饰密切相关本文档共88页；当前第57页；编辑于星期三\14点53分RNA的转录后加工Post-transcriptionalModification第三节本文档共88页；当前第58页；编辑于星期三\14点53分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)5.编辑(editing)本文档共88页；当前第59页；编辑于星期三\14点53分(一)mRNA的转录后加工*

(“穿靴、戴帽”、切除内含子）1.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RNA的转录后加工本文档共88页；当前第60页；编辑于星期三\14点53分帽子结构本文档共88页；当前第61页；编辑于星期三\14点53分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帽子结构出现在hnRNA中，说明在细胞核中完成，并在剪接之前。本文档共88页；当前第62页；编辑于星期三\14点53分真核生物mRNA中polyA的出现是不依赖于DNA模板的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些过剩的核苷酸，然后加入polyA。3’端修饰也是在细胞核中，在剪接之前进行的。加尾(addingtail)：本文档共88页；当前第63页；编辑于星期三\14点53分5´3´AAUAAA核酸内切酶(RAaseIII)5´OH3´AAUAAA（ATP）nnPPiPolyA聚合酶5´AAA(A)nOH3´

AAUAAA

3´-polyA尾结构的生成终止修饰点本文档共88页；当前第64页；编辑于星期三\14点53分2、3’-polyA尾巴⑴增加mRNA的稳定性⑵体外分离mRNA的分子基础1、5’端(m7Gppp-----帽子结构⑴避免mRNA降解⑵帽子结合蛋白（CBP）辨认mRNA，与翻译起始相关mRNA首尾修饰的生物学意义及应用：本文档共88页；当前第65页；编辑于星期三\14点53分真核生物结构基因，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，这种基因称为断裂基因。

(1)断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区2.mRNA的剪接本文档共88页；当前第66页；编辑于星期三\14点53分(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

在断裂基因及其初级转录产物上出现，而在剪接过程中被除去的核酸序列。

本文档共88页；当前第67页；编辑于星期三\14点53分(3)hnRNA

和snRNA

核内的初级mRNA称为核不均一RNA(hetero-nuclearRNA,

hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内小RNA核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA——hnRNA剪接的场所本文档共88页；当前第68页；编辑于星期三\14点53分(4)mRNA的剪接——

除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNA与hnRNA结合成为并接体①本文档共88页；当前第69页；编辑于星期三\14点53分外显子内含子转录形成套索RNA，外显子靠近剪接体去除套索RNA，外显子连接成熟mRNAmRNA的剪接hnRNA本文档共88页；当前第70页；编辑于星期三\14点53分剪接作用（二次转酯反应）剪接部位的结构特点：（GU-AG规则）内含子末端的特殊序列－－起始为GU，终止于AG。（剪接接口）

20－50bp5’剪接点3’剪接点分支点上游外显子AGGUAAGU－－－－－－A－－－（Py)n

NCAGG下游外显子内含子本文档共88页；当前第71页；编辑于星期三\14点53分

二次转酯反应本文档共88页；当前第72页；编辑于星期三\14点53分鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰本文档共88页；当前第73页；编辑于星期三\14点53分(5)mRNA的编辑在生成mRNA后,通过添加、删除或置换核苷酸，从而使遗传信息发生改变。结果：由一个基因产生不止一种蛋白。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mRNA前体中第2153位的密码子CAA中的C变为U本文档共88页；当前第74页；编辑于星期三\14点53分•

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本文档共88页；当前第75页；编辑于星期三\14点53分mRNA前体（hnRNA）的加工hnRNA加帽加尾剪去内含子拼接外显子成熟的mRNARNA编辑真核生物中mRNA的加工*本文档共88页；当前第76页；编辑于星期三\14点53分(二)tRNA的转录后加工本文档共88页；当前第7