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1、第十一章 转录Transcription,转录-生物体以DNA为模板合成RNA的过程 转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶） 复制和转录的异同点,相同点：1. 都以DNA为模板 2. 原料为核苷酸 3. 合成方向均为53方向 4. 都需要依赖DNA的聚合酶 5. 遵守碱基互补配对规律 6. 产物为多聚核苷酸链,不同点： 复制 转录 模板 两股链均作为模板 模板链作为模板 原料 dNTP NTP 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRNA 配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 引物 需RNA引物 - 方式(特点) 半保留复制 不
2、对称转录,第一节 模板和酶,一、转录模板 两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链，对应的一股互补链称为编码链。能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA，tRNA)，也可能不转录,不对称转录: DNA分子上一股可转录,另一股不转录；模板链并非永远在同一单链上。,二、RNA聚合酶,反应特点 （1）以四种核苷三磷酸（NTP）为底物，以DNA为模板； （2）以53方向合成； （3）无需引物，直接在模板上合成RNA链； （4）碱基配对是：A-U和G-C； （5）DNA的两条链中仅一条链可作模板，该链称模板链（一般为负链），另一条
3、链称编码链（一般称为正链）。,（一）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌 分子量为480kD，由四个亚基组成2(全酶) 去掉亚基称为核心酶,RNA聚合酶各亚基及其功能,亚基为起始因子，能使RNA聚合酶结合到DNA的启动子上。因子具有特异性,（二）真核生物的RNA聚合酶 三种RNA聚合酶、，它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物也各不相同。三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。,三 酶与模板的辨认结合,原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的，靠其亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列。,-35区的序列与起始点的辨认有关,称为辨认位点, -10区的序列称
4、为Pribnow盒(box) 结合位点,标记应该为+1,第二节 转录装置,一、转录起点 DNA序列按编码链（与RNA链一样）书写，由左至右为53方向。与mRNA序列相同的为正链（编码链），互补的链为负链（模板链）。 转录起点：即每个转录单位的起点。该点的核苷酸标号为+1。右侧为下游，用正的数码表示；左侧为上游，用负的数码表示。,二、启动子 即转录起始的信号序列。 1、大肠杆菌基因组的启动子 （1）Pribnow框（-10序列）：起点上游约-10处，保守序列TATAAT，-10序列有助于DNA局部双链解开（A-T配对易解开） （2）识别区（-35序列）：中心位置约在-35处，保守序列TTGACA
5、；-35序列提供了RNA聚合酶识别的信号,2、真核生物基因组的启动子 （1）Hogness框（TATA框）：中心在-25-30处，保守序列TAAA(T)AA(T)，有助于DNA局部解开 （2）CAAT框：-75处，保守序列GGT (C)CAATCT，与RNA聚合酶结合有关 （3）GC框：在更上游处，保守序列GGGCGG，与某些转录因子结合有关 *RNA聚合酶III（转录5S RNA等）的启动子在转录区内部,三、终止因子 1、终止因子（NusA）：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子，与RNA聚合酶的核心酶结合（2NusA复合物），识别终止序列。 2、 rho因子：具有核酸酶活力（水解三磷酸核
6、苷）。在RNA聚合酶遇到终止子暂停作用时，解RNA-DNA螺旋，起解链酶作用。,四、终止子 1、终止子： 提供转录停止信号的DNA序列 终止子可被RNA聚合酶或其辅助因子识别，但终止信号应位于已转录的序列中 原核生物的终止子在终止点之前，有一个回文结构，其转录产生的RNA可形成一个发夹结构，使聚合酶停止移动（p.465, 图36-11）,不依赖r -因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。,2、大肠杆菌的两类终止子（p.465, 图36-11） 不依赖于rho（）的终止子（简单终止子）：除能形成发夹结构外，在终点前还有一系列U（约6个），这个寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。
7、因为由rU-dA组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对作用 依赖于rho（）的终止子：无寡聚U序列。必须在rho因子存在时才发生终止作用,第三节 转录过程,一 转录的起始 （一）原核生物的转录起始 RNA酶结合到DNA链上，DNA双链部分解开形成转录空泡。原核生物由因子辨认转录起始位点，原核生物在-35区有5-TTG ACA，在-10区有TAT AAT盒 转录起始不需引物, 5- PPPGPN-OH 第一个磷酸二酯键形成后, 亚单位即脱落下来,RNA聚合酶与DNA模板链的结合,转录起始,(二)真核生物的转录起始 顺式作用元件(cis-acting element) -35区 Hogn
8、ess盒 (TATA盒) -40-110区CAAT盒GC盒 反式作用因子(trans-acting factor) 转录因子（） (三)转录因子和真核生物的转录起始复合物 、 起始前复合物（）,PIC,二 转录的延伸,原核生物和真核生物基本相同 亚基脱落，核心酶构象改变，NusA结合 RNA的5 端伸展在转录空泡之外 模板为A，转录产物相应为U 原核生物的转录和翻译同时进行,RNA链的延长,RNA链的延长,三 转录的终止 （一）原核生物转录终止的模式： 依赖因子(因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性) RNA 3形成茎环结构 不依赖因子 终止区的碱基可形成特殊的结构 RNA 3形成
9、茎环结构和一串寡聚U （二） 真核生物的转录终止 编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA 真核生物mRNA带有polyA尾巴,依赖r -因子的终止子的终止反应：,r -因子：含六聚体的寡聚蛋白，具有依赖RNA的NTP酶活性，它结合于新生RNA上，借助于水解NTP产生能量推动RNA聚合酶向前移动，当酶遭遇终止子时暂停前进， r -因子追上酶，与酶相互作用释放RNA。因此，还具有RNA-DNA解螺旋酶活性。,不依赖r -因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。,转录终止,转录的过程,第四节 转录后的修饰,一、原核生物rRNA前体的加工 结构：每个转录单位由16S、23S、5S rRNA 以
10、及一个或几个tRNA基因所组成。,加工： RNAase：裂解产生16S和23S rRNA的前体（P16和P23） RNAaseE：裂解产生5S rRNA前体（P5） RNAaseM16和RNAaseM23：分别切除P16和P23两端的互补序列 RNAaseM5：切除P5的两端附加序列,二、原核生物tRNA前体的加工 结构：tRNA基因大多成簇存在，或与rRNA、 mRNA基因组成混合转录单位。,加工： （1）由核酸内切酶在tRNA两端切断： 5-核酸内切酶（RNAaseP）：在tRNA5端切开，是tRNA的5成熟酶 3-核酸内切酶（RNAaseF）：在tRNA近3端处切开 （2）核酸外切酶（R
11、NAaseD）：从前体3端逐个切去附加的序列，直至tRNA的3端，是tRNA的3成熟酶。,（3）在3端加上-CCAOH： -CCAOH结构对接受氨酰基的活性是必要 的。 一类是本身具有CCA；另一类没有，需要tRNA核苷酰转移酶催化逐个加上CCA。 （4）核苷的修饰：由特定的tRNA修饰酶催化，如假尿嘧啶核苷的糖苷键发生移位反应（由尿嘧啶的N1变为C5）。,三、原核生物mRNA前体的加工 一般不加工；少数多顺反子mRNA通过核酸内切酶切成较小的单位，再行翻译。,四、真核生物rRNA前体的加工 1、结构：由1618S、 2628S 和5.8SRNA基因组成一个转录单位 2、加工：由RNAase以
12、及其他核酸内切酶进行加工 五、真核生物tRNA前体的加工 1、结构：tRNA基因成簇排列 2、加工：核酸内切酶和外切酶：切去tRNA前体5端和3端的附加序列 核苷酰转移酶：在tRNA3端逐个加上CCA序列 修饰酶：tRNA特异成份的修饰,六、真核生物mRNA的转录后加工 （一）首、尾的修饰 5-端帽结构的形成(m7GpppG) O型帽子： m7G5ppp-5N1 型帽子： m7G5ppp5N1m2pN2p- II 型帽子： m7G5ppp5N1m2pN2m2p- 3-端 poly A尾巴的生成 由多聚腺苷酸聚合酶催化，以带3- OH基的RNA为受体，ATP为供体， 在3端逐个加上A。 功能：保
13、护mRNA。,SAM：S-腺苷甲硫氨酸,甲基化过程： G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶 SAM=S-腺苷甲硫氨酸 m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM m7 G5ppp5N1m2pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤-2）甲基转移酶 （核糖2-OH基上被甲基化） 帽子功能：翻译过程中起识别和稳定作用。,（二） 真核生物mRNA前体的剪接,1、断裂基因(split gene) 外显子(exon) 内含子(intron) 从中断基因线性表达的方式分 翻译前删除内含子 翻译
14、绕过内含子 翻译后删除内含子 2、内含子定义扩充 内含子是隔断基因线性表达的序列,3、内含子的分类 按基因类型分 第一类内含子：线粒体、叶绿体内转录初级 rRNA基因，需要游离G发动转酯反应； 第二类内含子：核、线粒体、叶绿体内转录初级 mRNA基因； 套索状剪接：SnRNA和SnRNP（核微小核糖核蛋白）完成； 第三类内含子：tRNA基因及其初级转录产物的内含子，为酶促拼接。,（1） Group I 内含子拼接：rRNA前体的拼接（四膜虫） 结构：rRNA前体为35S，其中26S rRNA基因中有一内含子。 拼接： 第一步：鸟苷酸（G）的3-OH攻击内含子的5末端磷酸基，使内含子的5末端磷酸
15、基转移到G的3-OH上，也就使内含子5末端断开； 第二步：第一个外显子产生的3-羟基攻击第二个外显子5末端的磷酸基，使第二外显子的5末端磷酸基转移到第一外显子3-OH上。这样使内含子切下，外显子连接； 第三步：切下的内含子3-OH攻击自身5末端附近（第15个核苷酸处）的磷酸基，形成一个环状分子。 这是类型I自我拼接：无需酶的参与，需要游离鸟苷酸发动转酯反应，自我催化拼接。,rRNA前体的拼接,核酶（ribozyme）-具有催化活性的RNA 1982 T.R. Cech 四膜虫 rRNA前体 1983 S.Altman RNase P对tRNA前体加工 锤头状核酶，发夹状核酶 人工核酶 (抗感染
16、，抗肿瘤),（2） Group II 内含子拼接：套索剪切模式 结构：内含子左端（供体）均为GU，右端（受体）均为AG，这称GT-AG规律。 拼接： 第一步：在内含子左端切开，产生的内含子5末端磷酸基与其3端上游30核苷酸附近的CUGAC序列中的A（2-OH）形成5,2-磷酸二酯键，即套索结构； 第二步：内含子的右端切开，产生右侧外显子5-磷酸基；然后左侧外显子3-OH攻击右侧外显子的5-磷酸基，两个外显子形成磷酸二酯键而连接在一起； 第三步：套索状内含子去分支而成线状分子。,mRNA前体的拼接,CUGAC,hnRNA 的剪接 套索剪切模式 (hnRNA mRNA) 内含子有 5 GUAG 3 5GU U1-snRNA 结合（snRNP） 3AG 分支点 A U2-snRNA 结合（snRNP
