第十六章转录

RNABiosynthesis(Transcription)RNA生物合成(转录)第十六章转录（transcription）

生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

转录与复制的相似点：

1.模板均为DNA；

2.延长机理都是形成磷酸二酯键；

3.

方向均为5′→3′。

转录和复制的区别复制转录模板DNA双链DNA的一条链原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物DNARNA配对A-T、G-CA-U、T-A、G-CRNA转录合成的特点

一、转录的不对称性转录(transcription)的不对称性就是指以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA。二、转录的连续性RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。三、转录的单向性RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'。

四、有特定的起始和终止位点RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位。

参与转录的物质原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白质因子

第一节转录的模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes

一、转录模板

模板链(templatestrand)编码链(codingstrand)编码链模板链

双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。又叫有意义链（sensestrand）或Watson链。另一条互补链称为编码链，又叫反义链（antisensestrand）或Crick链。

转录产物RNA的碱基序列，除了T变U外，其余与编码链相同。

不对称转录

(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。

二、RNA聚合酶（DDRP）

1.

原核生物的RNA聚合酶

E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（

2

）

RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱

E.coli

RNA聚合酶组分亚基分子量功能

36512决定哪些基因被转录

150618催化功能

155613结合DNA模板

70263辨认起始点

其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli相似。 原核生物的RNA聚合酶都受一类抗 结核药利福平或利福霉素的特异性抑制。这类药物能与RNA聚合酶的

亚基特异结合，从而影响酶的活性。RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

2.

真核生物的RNA聚合酶种类IIIIII转录产物45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA,snRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感极敏感中度敏感

RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都由多个 亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。

mRNA是各种RNA中寿命最短、 最不稳定的，需经常重新合成。因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的。

三、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(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。

RNA聚合酶保护法开始转录TTGACAAACTGT-35区TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子保守序列5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

原核生物启动子

－35区：一致性序列为TTGACA

是RNA-pol的辨认位点

－10区：一致性序列为TATAAT

又叫Pribnow盒 是RNA-pol的结合位点

真核生物启动子区大肠杆菌及一些细菌的转录启动子-10区的核苷酸序列称：A．Pribnow盒

B．CAAT盒C．增强子

D．Hogness盒E．GC盒关于启动子的叙述不正确的是：核心序列是TATA盒本质是DNA分子蛋白质也是组成成分之一属于順式作用元件与转录起始有关

第二节转录过程TheProcessofTranscription

分为三个阶段： 起始(initiation)

延长(elongation)

终止(termination)一、原核生物的转录过程（一）转录起始

1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域。

2.DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。2.DNA双链解开。1.RNA聚合酶全酶(

2)与模板结合。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。5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+PPi转录起始过程

RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

转录起始复合物（二）转录延长1.

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

转录泡（transcriptionbubble）： 在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。

电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象

电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象

转录未完成，翻译已开始进行。

(三)转录终止

RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。

分类：依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止

1.依赖ρ因子的转录终止

因子是同六聚体蛋白；

因子能结合RNA，与polyC的结合力最强；

因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。

2.不依赖ρ因子的转录终止

DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。

茎环结构终止转录的机理

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。

二、真核生物的转录过程

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，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。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2.

转录因子能直接或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)或转录因子（transcriptionalfactors,TF)。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。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

转录因子亚基和(或)分子量（kDa）功能TFⅡDTBP，38结合TATA盒TAF辅助TBP-DNA结合TFⅡA12，19，35稳定ⅡD-DNA复合物TFⅡB33结合RNA-polⅡTFⅡF30，74促进RNA-polⅡ结合TFⅡE57(

)，34(β)解螺旋酶TFⅡH解螺旋酶，蛋白激酶，使CTD磷酸化TBPTAF

TFIIH

第三节真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification转录后加工

多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进行加工处理后才具有生物活性。转录后加工（post-transcriptionalmodification）（post-transcriptionalprocessing）:

是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或tRNA等)的过程

1.mRNA的转录后加工

一、mRNA的转录后加工

(一)首尾的修饰

1.5´-端加帽：m7GpppG——

2.3´-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)帽子结构:真核mRNA5

-末端与7

-甲基鸟嘌呤核苷以5

，5

三磷酸连接键相连

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

mRNA5'加帽的功能：

1）保护mRNA5’端不被降解

2）为核糖体识别mRNA提供信号，提高翻译效率

3）作为进出细胞核的识别标记。4）提高mRNA的剪接效率。2.加尾（mRNA的3’端多聚腺苷酸化）几乎所有真核生物成熟的mRNA末端都有一串约250个腺嘌呤核苷酸尾巴。它们并非模板DNA编码，而是在转录完成后由poly(A)多聚酶合成。真核生物mRNApoly(A)长度并非固定不变。加尾信号新合成的mRNA的3‘-端含两个明显的加尾信号。第一个加尾信号位于poly(A)上游约10

20个核苷酸处。其一致顺序为5’

AAUAAA

3‘。第二个加尾信号位于5'

AAUAAA

3'顺序下游约15-24bp位置处，有一段富GU序列，紧随其后通常有一串富U的顺序：

5'-AAUAAA-----24bp----GUGUGUUGGAAUUUUUUGUGU--3'

mRNA前体在3

部位特异位点断裂并聚腺苷酸化

3

端加上多聚腺苷酸尾巴[poly（A）tail]5

------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA

真核mRNA3

多聚腺苷酸化过程poly（A）的功能增加mRNA的稳定性提高mRNA翻译效率poly（A）可影响mRNA前体最后一个内含子的剪切mRNA的稳定性（mRNAstability）

mRNA的半衰期（half-life）：从几分钟到十几个小时不等，多数mRNA的半衰期不超过30分钟；影响mRNA稳定性的因素：

–多聚（A）尾部的长短

–5’-帽子

–3’-UTR序列的不同可影响mRNA降解.核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA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，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)非编码区A~G编码区1~72.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。3.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为拼接体

选择性剪接(可变剪接）Alternativesplicing一个hnRNA（pre-mRNA）转录本，通过外显子的剪接，产生多个成熟的mRNA的机制。i.e.,一个基因---多个mRNA---多个多肽链（isoforms）真核细胞转录物经剪接和剪切两种模式加工成不同mRNA

大鼠降钙素基因转录物选择性剪接（三）mRNA的编辑(mRNAediting)

某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板。遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑。

•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(differentialRNAprocessing)。人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）小肠apoB48（分子量为240000）mRNA编辑在肝细胞、小肠粘膜细胞进行的apoB-100基因的mRNA编码不同

二、tRNA的转录后加工tRNA前体TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶连接酶tRNA核苷酸转移酶碱基修饰（2）还原反应如：UDHU

（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

I

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）三、rRNA的转录后加工转录剪接18S-rRNA