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RNA Biosynthesis (Transcription)

第十一章. RNA 生物合成 ( 转录 ). RNA Biosynthesis (Transcription). 李志红 三峡大学医学院. RNA. 转录（ transcription ） 生物体 以 DNA 为模板合成 RNA 的过程 。. 转录. DNA. RNA Structures. 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. 参与转录的物质. 原料 : NTP （ ATP, UTP, GTP, CTP ）

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Presentation Transcript

  1. 第十一章 RNA 生物合成 (转录) RNA Biosynthesis (Transcription) 李志红 三峡大学医学院

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

  3. RNA Structures

  4. 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′。　

  5. 转录和复制的区别

  6. 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

  7. 第一节 转录的模板和酶 Templates of Transcription and Enzymes

  8. 一、转录模板 编码链 (coding strand) 模板链 模板链 (template strand) 编码链 能转录出RNA的DNA区段

  9. 双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。 　　　另一条互补链称为编码链。 • 转录产物RNA的碱基序列，除了 T 变U 外，其余与编码链相同。

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

  11. 二、RNA聚合酶（ DNA-dependent RNA polymerase,DDRP） RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱

  12.      • 原核生物的RNA聚合酶 E.coli的RNA聚合酶(480kD)是由四种亚基组成的六聚体（ 2   ）

  13. E. coliRNA聚合酶组分 利福平 • 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。

  14. 三、酶与模板的辨认结合 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。

  15. 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 原核生物启动子保守序列 Pribnow box

  16. 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

  17. RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

  18. 第二节 转录过程 The Process of Transcription

  19. 分为三个阶段： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination)

  20. 一、原核生物的转录过程 （一）转录起始 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

  21. 转录起始复合物 RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3

  22. （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

  23. 转录泡（transcription bubble）： 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。

  24. 电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象 • 在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行。 • 转录未完成，翻译已开始进行。

  25. 多聚核糖体 （polysome) 一个mRNA分子可同时有多个核糖体在进行同一种蛋白质的合成，这种mRNA和多个核糖体的聚合物称为多聚核糖体。

  26. (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

  27. 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poly C的结合力最强； • 因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。

  28. 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。

  29. 不依赖r-因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。不依赖r-因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。

  30. 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。

  31. Transcription Cycle Promoter Terminator sigma factor

  32. 小结:转录特点 flash 1）可启动RNA的合成，不需要引物； 2）只以一条链为模板； 3）按模板的碱基顺序，遵守碱基互补原则，即A与U，G与C配对，严格挑选正确的底物，催化磷酸二酯键生成，从而把底物NTP聚合成RNA链； 4）RNA合成方向均为5′→ 3′； 5）合成是连续进行的； 6）只有聚合活性没有降解活性，没有象DNA聚合酶 I那样的校正活性； 7）能识别转录终止信号。

  33. 二、真核生物的转录过程 （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。

  34. 1.真核生物的RNA聚合酶

  35. 具有双环结构的八肽毒素 Be careful of this deadly mushroom! 毒鹅膏 (Amanita phalloides ,or death cap) α-amanitin • α-amanitin is a cyclic peptide of eight amino acids. It is possibly the most deadly of all the amatoxins. • It is an inhibitor of RNA polymerase II. This mechanism makes it a deadly toxin.

  36. (cis-acting element) 2.真核生物启动子

  37. 3.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-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(trans-criptional factors, TF)。

  38. 参与RNA-pol Ⅱ转录的TFⅡ

  39. 4. 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。

  40. Order of binding is: IID + IIB + RNA poly. II + IIF +IIE +IIH • TBP: TATA binding protein.

  41. TAF TBP TF II H Movie

  42. 4. 拼板理论(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，生成有活性和专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。

  43. （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。

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

  45. （三）转录终止

  46. 修饰点 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 小结：真核生物基因的基本结构及转录过程

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

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