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第 十 一 章

第 十 一 章. RNA 的生物合成 （ 转录 ） RNA Biosynthesis, Transcription. RNA. DNA. 转录 (transcription) 生物体以 DNA 为模板合成 RNA 的过程 。. 转录. 复制和转录的区别. 参与转录的物质. 原料 : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板 : DNA 酶 : RNA 聚合酶 (RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子. 第一节. 模板和酶 Templates and Enzymes. 一、转录模板.

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第 十 一 章

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Presentation Transcript

  1. 第 十 一 章 RNA的生物合成 （转录） RNA Biosynthesis, Transcription

  2. RNA DNA • 转录 (transcription) • 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转录

  3. 复制和转录的区别

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

  5. 第一节 模板和酶 Templates and Enzymes

  6. 一、转录模板 • DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 • 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(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。

  7. 编码链 5′···GCAGTACATGTC ···3′ 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′ 模板链 转录 mRNA 5′···GCAGUACAUGUC ···3′ 翻译 N······Ala · Val · His · Val ······C 蛋白质

  8. 转录方向 转录方向 结构基因 5 3 3 5 编码链 模板链 模板链 编码链

  9. 不对称转录(asymmetric transcription) • 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。

  10. 二、RNA聚合酶 （一）原核生物的RNA聚合酶

  11.          核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)

  12. RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

  13. （二）真核生物的RNA聚合酶

  14. 调控序列 结构基因 53 35 RNA-pol 三、模板上酶的辨认、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)。

  15. RNA聚合酶保护法 目录

  16. RNA聚合酶保护区 结构基因 3 5 5  3  3  5  3 5 -50 -40 -30 -20 -10 1 10 开始转录 -35 区 -10 区 T T G A C A A A C T G T T A T A A T Pu A T A T T A Py RNA-pol辨认位点 (recognition site) (Pribnow box) 原核生物启动子保守序列

  17. 顺式作用元件 转录起始 增强子 TATA盒 CAAT盒 GC盒 结构基因 -GCGC---CAAT---TATA 真核生物启动子保守序列

  18. 第二节 转录过程 The Process of Transcription

  19. 一、原核生物的转录过程 （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。

  20. 转录起始过程 1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合 2. DNA双链解开 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- OH 3 + ppi 转录起始复合物: RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3 目录

  21. （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

  22. 转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶）···· DNA···· RNA 目录

  23. 目录

  24. DNA RNA 5 3 RNA聚合酶 核糖体 原核生物转录过程中的羽毛状现象

  25. （三）转录终止 • 依赖Rho (ρ)因子的转录终止 • 非依赖Rho因子的转录终止 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。 分类

  26. 1. 依赖 Rho因子的转录终止 A T P

  27. 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。

  28. UUUU...… UUUU...… DNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` RNA 茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构

  29. RNA-pol 5 3 35 5´pppG 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。

  30. 二、真核生物的转录起始 （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，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。

  31. 1.转录起始前的上游区段 修饰点 顺式作用元件(cis-acting element) 切离加尾 AATAAA 翻译起始点 外显子 转录起始点 内含子 转录终止点 增强子 TATA盒 OCT-1 CAAT盒 GC盒 OCT-1：ATTTGCAT八聚体

  32. 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-acting factors)。 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(transcriptional factors, TF)。

  33. 参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

  34. 3. 转录起始前复合物 • (pre-initiation complex, 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。

  35. POL-Ⅱ POL-Ⅱ TFⅡF CTD- P 由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC TAF TBP ⅡB TATA ⅡA TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物 ⅡH ⅡE ⅡH ⅡE TAF TBP TFⅡF ⅡB TATA ⅡA PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化

  36. 4. 模板理论(piecing theory) 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。

  37. （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。

  38. 转录延长中的核小体移位 核小体 RNA-Pol 转录方向 RNA-Pol RNA-Pol

  39. （三）转录终止 ——和转录后修饰密切相关。 AAAAAAA······ 3 mRNA 5 ------AAUAAA-- 3加尾 5------AAUAAA- 核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol 5 3 5 AATAAA GTGTGTG 3 转录终止的修饰点

  40. 第三节 真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification

  41. 几种主要的修饰方式 2. 剪切(cleavage) 1. 剪接(splicing) 3.修饰(modification) 4.添加(addition)

  42. 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(poly A tail)

  43. 帽子结构

  44. 磷酸酶 5 ppGp… Pi pppG 鸟苷酸转移酶 ppi 5 GpppGp… SAM 甲基转移酶 5m7GpppGp… 帽子结构的生成 5 pppGp…

  45. snRNA 小分子核糖核酸蛋白体 （并接体, splicesome） 核内的蛋白质 （二）mRNA的剪接 1.hnRNA和 snRNA • 核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) • snRNA (small nuclear RNA)

  46. A B C D 非编码区 断裂基因(splite gene) 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。 编码区 A、B、C、D

  47. 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。

  48. 鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰 鸡卵清蛋白基因 hnRNA 首、尾修饰 hnRNA剪接 成熟的mRNA 目录

  49. mRNA DNA 鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图 目录

  50. 3.内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。 I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。

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