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1、第 十 一 章 RNA的生物合成 （转录） RNA Biosynthesis, Transcription Date分子生物学原理 转 录 RNA DNA 转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 也就是把DNA的碱基序列抄录成RNA的 碱基序列。 Date分子生物学原理 复制与转录的异同点 相同点： 不同点: 复制 转录 以DNA作模板 双链复制 模板链 需4种NTP dNTP NTP 碱基配对 A=T A=U,T=A 合成方向53 依赖DNA的聚合酶 DDDP DDRP 多聚核苷酸大分子 半保留式子代 mRNA、 tRNA、rRNA Date分子生物学
2、原理 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 Date分子生物学原理 模板和酶 Templates and Enzymes 第一节 Date分子生物学原理 一、转录模板 结构基因：strucural gene 能转录出mRNA然后指导蛋白质生成 的部分。 模板链：template strand 可作为模板转录成RNA的一股链。也 称作有意义链或Watson链。 编码链：coding strand 相对于模板链的另一股链。也称为反 义链或Crick链。 Date
3、分子生物学原理 模板: 转录、翻译的序列比较 5 GCATTAGCTAGCTACTAGC 3 DNA 3 cgtaatcgatcgatgatcg 5 双链 转录 5 GCAUUAGCUAGCUACUAGC 3 mRNA 翻译 N AlaLeuAlaSerTry C 肽链 Date分子生物学原理 转录的不对称性 不对称转录：asymmetric transcription DNA双链对一个基因而言，一股可转录 ，另一股不转录。 模板链与编码链相对而言 Date分子生物学原理 5 3 3 5 模板链编码链 编码链模板链 结构基因 转录方向 转录方向 Date分子生物学原理 二、 RNA聚合酶 转录
4、酶：依赖DNA的RNA聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP Date分子生物学原理 原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌的RNA聚合酶：2 其中2称为核心酶：只有转录功能 亚基：辨别转录起始点 +2=全酶 受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特异 性抑制。 Date分子生物学原理 核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme) Date分子生物学原理 RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 Date分子生物学原理 原核生物的RNA聚合酶 Date分子生物学原理 真核生物的RNA聚合酶 RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶 Dat
5、e分子生物学原理 三、模板与酶的辨认结合 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。 5 3 3 5 结构基因调控序列 RNA-pol RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启 动子(promoter)。 Date分子生物学原理 三、模板与酶的辨认结合 启动区的保守序列 原核生物有两个元件 -35bp的辨认位点：5-TTGACA- -10bp的Pribnow盒: 5-TATAATPu 真核生物有多个元件(如-30的 Hogness或TATA盒)。 Date分子生物学原理 RNA聚合 酶保护法 目 录 Dat
6、e分子生物学原理 开始转录 T T G A C A A A C T G T -35 区 (Pribnow box) T A T A A T Pu A T A T T A Py -10 区 1-30-5010-10-40-20 5 3 3 5 原核生物启动子保守序列 RNA-pol辨认位点 (recognition site) 5 5 RNA聚合酶保护区结构基因 3 3 Date分子生物学原理 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 Date分子生物学原理 转录过程 The Process of Trans
7、cription 第二节 Date分子生物学原理 （一）转录起始 转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的 起始区域。 2. 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 Date分子生物学原理 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 RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物: 5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi 转录起始过程 Date分子生物学原理 转录起始中的事件
8、解链 形成转录空泡 为首的为三磷酸GTP或ATP 转录起始复合物(RNA-聚合酶全酶-DNA- pppGpN-OH) 第一个磷酯键形成后， 亚基从转录起始 复合物中脱落下来。RNA聚合酶沿DNA 链向前移动。 Date分子生物学原理 转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶） DNA RNA Date分子生物学原理 （二）转录延长 1. 亚基脱落，RNApol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 Date分子生物学原
9、理 转录的延长 转录的延长是以5到3的方向进行的。 (NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi 以G=C、A=U、T=A碱基配对。 转录完成部分的DNA重新形成双链。 较长的RNA链上有核糖体结合，说明在 某些情况下，转录的同时，翻译已经开始 进行了。 Date分子生物学原理 Date分子生物学原理 转录的过程 Date分子生物学原理 转录的延长 Date分子生物学原理 5 3 DNA 原核生物转录过程中的羽毛状现象 核糖体 RNA RNA聚合酶 Date分子生物学原理 （三）转录的终止 转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某 一位置停顿，RNA链从转录复合物上脱离 出来。 分为依赖Rho因子
10、的转录终止和不依赖 Rho因子的转录终止。 Date分子生物学原理 1、依赖Rho因子的转录终止 Rho因子的 左右是使 RNA-DNA 杂化双链的 短链变性， 从而有利于 转录产物从 转录复合物 中释放出来 。 Date分子生物学原理 A T P 1. 依赖 Rho因子的转录终止 Date分子生物学原理 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。 Date分子生物学原理 2、非依赖Rho因子的转录终止 Date分子生物学原理 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACU
11、UUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU. 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构 Date分子生物学原理 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
12、合物趋于解离，RNA产物释放。 5pppG 5 3 3 5 RNA-pol Date分子生物学原理 不依赖Rho因子的转录终止模式 RNA链出现茎-环结构，促进 转录的终止。 1.这样的结构改变RNA聚合酶 的构象，使酶不再向下移动。 2.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。 接着的一串寡聚U，则更是促 进RNA新链从模板上脱落的 促进因素。 Date分子生物学原理 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。 Date分子生物学原
13、理 转录起始点 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增强子 顺式作用元件(cis-acting element) 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-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体 Date分子生物学原理 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)。 Date分子生物学原理 参与RNA-p
14、ol转录的TF Date分子生物学原理 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。 Date分子生物学原理 POL- TFF A B 由RNA-Pol 催化转录的PIC POL- TFF H E TBP TAF TFD-A-B-DNA复合物 TATA A B TBP TAF TATA H E CTD-P PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化 Date分子生物学原理 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
15、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。 Date分子生物学原理 （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。 Date分子生物学原理 RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小体转 录 延 长 中 的 核 小 体 移 位 转录方向 Date分子生物学原理 5-AAUAAA- 5 -AAUAAA- 核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol AATAAA GTGTGTG 转录终止的修饰点 5 5 3 3 3加尾 AAAAAAA 3 mRNA （三）转录终止 和转录后修饰密切相关。 Date分子生物学原理 真核生物转录终止的特点 真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结 构，这是转录之后加上的。 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
