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第 14 章 RNA 的生物合成 - 转录 RNA Biosynthesis--Transcription. 转录( transcription ) : 以 DNA 为模板,在 RNA 聚合酶 ( RNA polymerase )的作用下合成 mRNA ,将遗传信息从 DNA 分子上转移到 mRNA 分子上,这一过程称为转录( transcription )。. 1 、转录是基因表达的中心环节. 转录是以 DNA 为模板合成 RNA, 并且只是以单股 DNA 为模板,因此具有不对称性;
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第14章 RNA的生物合成-转录RNA Biosynthesis--Transcription
转录(transcription): 以DNA为模板,在RNA聚合酶(RNA polymerase)的作用下合成mRNA,将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上,这一过程称为转录(transcription)。
1、转录是基因表达的中心环节 • 转录是以 DNA为模板合成RNA, 并且只是以单股DNA 为模板,因此具有不对称性; • 用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同,转录是局部的,从启动子开始到终止子结束,为一个转录单位; • 转录不需要引物; • 转录的忠实性相对弱; • 转录首先得到RNA前体,然后再进行加工转变为成熟的RNA.
被转录成单个RNA分子的一段DNA 称为一个转录单位(transcript)
2、 RNA聚合酶( RNA polymerase ) 2.1、原核的RNA聚合酶 分子量48万,5种亚基: 全酶= 核心酶(α2ββ’)+ σ因子 α亚基决定转录的基因 β亚基在5’——3’方向上延长多核苷酸链,其方式与DNA 聚合酶相同,原料为NTP,没有纠错的功能。 β’亚基结合DNA模板 σ因子识别启动子并与之结合
2.2、真核的RNA聚合酶 聚合酶I :转录45S rRNA 聚合酶II:转录mRNA的前体,称为核不均RNA(hnRNA) 聚合酶III:转录tRNA 和5S rRNA 等
3、 启动子( promoter ) DNA上的转录起始序列,称为启动子,有序列保守性,不仅是转录起始的位置,而且影响转录的活性。 上游 下游 RNA聚合酶结合在启动子上
Pribnow box 注意原核启动子在-35 和-10区域的保守序列
真核转录启动子的保守序列 (TATA box,TATA盒) 并非所有的真核基因都有典型的TATA box,不同生物的基因有不同的上游DNA序列
4、转录过程及其特点 4.1、转录开始 由σ因子辨认并且结合到启动子上,局部解链(10-20bp),拓朴酶等也参与。 4.2、RNA链的延伸 由核心酶催化,以其中的一股DNA 单链作为模板链,以NTP为原料,按照碱基互补配对的原则,通常是由5’ppp嘌呤核苷(G 或A )开头向着3’延长多核苷酸链,合成开始后,σ因子从模板上脱离下来(可以重复利用)。 核心酶覆盖双链DNA和RNA复合物,向前推进,一边解开螺旋,一边释放出新合成的RNA链,后面已经转录的区域中分开的DNA链又重新形成双螺旋。
4.3、转录的终止 A. 依赖ρ因子的终止 新生RNA上有ρ因子的识别位点。它与聚合酶-DNA-RNA复合物结合,向3’端移动,并解开DNA-RNA杂交体,需ATP。 B. 依赖于特定序列的终止 转录终止区有特殊结构。终止区的上游有GC二重对称区,转录的RNA容易形成多个“发卡”结构,转录产物的3’端有polyU序列。这种特殊的二级结构阻止了转录向下游继续推进。
A B 转录的全过程
5、RNA后的加工( post-transcriptional processing) 转录得到的只是初级产物,通常要经过加工,才能转变为成熟的RNA。tRNA 和rRNA的转录后加工比较简单,而mRNA 的转录后加工比较复杂。 原核基因是多顺反子(poly-cistron),通常是几个相关的结构基因(编码的)同时转录得到多个mRNA。 而真核基因是单顺反子(mono-cistron),又是断裂基因。其结构基因中由编码的外显子(exon)和不编码的内含子(intron)间隔排开。转录得到的是“毛坯”,要在其5’端加上鸟嘌呤“帽子”,3’端加上polyA的“尾巴”,切除内含子,拼接外显子,才能成为一个成熟的mRNA。
注意稀有碱基 tRNA转录后的加工与修饰
内含子 外显子 真核mRNA前体转录后加工(以卵清蛋白mRNA的转录为例) mRNA的剪切
真核生物mRNA的转录后加工 首、尾部的修饰 1)5‘端形成帽子结构(m7GpppGp-) 2)3‘端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA tail) 帽子结构
6、核酶的发现 在原生动物四膜虫(tetrahymena)中,26S rRNA分子是 有一个6.4kb的前体经切除1个414nt的内含子后形成的,在此 过程中, RNA进行了自我剪接(self-splicing),但是要有鸟 嘌呤存在的条件下通过转酯反应实现. RNA催化作用的发现提示了生命的最初形式可能是兼遗传 信息载体和催化功能于一身的RNA.
动物生物化学练习(3) 1.图示多核苷酸链在溶液中可能形成怎样的结构: 5’AUUCCGACUGGCGAAGUCGGCGC 3’ 2. DNA的复制包括哪些主要阶段?为什么复制具有半保留性?为什么说子链的合成是半不连续的? 3. 转录的终止出现在DNA分子中特定的碱基顺序上。原核DNA转录的终止顺序有明显的结构特点,请予描述。除此以外,还有什么其它的终止转录的方式? 4. 关于多肽链的生物合成,请你, A. 说明氨基酰-tRNA合成酶的特点; B. 图示原核70S 起始复合物; C. 解释延伸因子Tu的作用; D. 指出何时肽酰基转移酶起作用。 5. 无论是在DNA复制、还是RNA的转录或者是蛋白质翻译的过程,我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从DNA传递到蛋白质的各个环节。请作简要地介绍并评价其生物学意义。 6. 为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因,研究人员更愿意先从组织中分离它的mRNA,这样得到这个基因就不难了。为什么?