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1、1,第十章 RNA的生物合成,2,第一节 转录的概念和转录模板,转录,一、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。 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。,3,参与转录的物质,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,4,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGU
2、C 3,NAla Val His Val C,编码链(+),模板链( - ),mRNA,蛋白质,转录,翻译,二、转录模板,5,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。,6,5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,7,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),第二节 原核生物基因的转录,一、原核生物的RNA聚合酶,8,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,9,酶的连接和装配,亚基,分子量,每分子酶 中所含数目,功能,36512 2
3、,150618 1,与底物NTP结合，延长多核苷酸链,155613 1,结合DNA模板,70263 1,辨认起始位点,原核生物的RNA聚合酶,利福平作用部位,10000 1,未知,10,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。,模板DNA上结合RNA聚合酶的部位，称为启动子(promoter)。,二、原核生物启动子,11,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,RNA-pol辨认位
4、点 (recognition site),12,1）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。,三、原核生物的转录过程,13,2. 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 - 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:,14,2）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D
5、NA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,15,“转录泡（transcription bubble）”,16,羽毛状现象,在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很多的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链 。,17,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,18,依赖Rho ()因子的转录终止(缺少polyU) 非依赖Rho因子的转录终止,3）转录终止,指RNA聚合酶在
6、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,19,1. 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。,20,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,21,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。,22,A T P,2. 依赖 Rho因子的转录终止,23,四、原核生物RNA的转录后加工,1、mRNA 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。,24,2.rRNA前体的加工,甲基化
7、作用 专一核酸内切酶,30S前体,17S,tRNA,25S,专一核酸外切酶,16S rRNA,tRNA,23S rRNA,5S rRNA,专一核酸外切酶,25,3、tRNA前体的加工： 原核生物的tRNA转录后需要加工。包括： （1）由核酸内切酶切除前体上3和5端上多余的核苷酸； （2）由核酸外切酶逐个在3切去附加序列，进行修剪。 （3）3端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。 （4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。,26,一、真核生物的RNA聚合酶,第三节 真核生物基因的转录,27,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,二、真核生物基因的启动子,28,三、
8、真核生物的转录过程,1）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。,29,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,30,2. 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
9、合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。,31,参与RNA-pol转录的TF,32,3. 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才与DNA分子结合。,33,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,34,2）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
10、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。,35,5-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,3）转录终止, 和转录后修饰密切相关。,36,复制和转录的区别,37,几种主要的修饰方式,1. 剪接(splicing),2. 剪切(cleavage),3. 修饰(modification),4. 添加(addition),四、真核生物RNA转录后的修饰,38,（一）mRNA的加工 1.首、尾的修饰,5端形成 帽
11、子结构(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),39,帽子结构,40,5 pppGp,帽子结构的生成,41,2 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),42,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。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,43,（2） 外显子(exon)和内含子
12、(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。,44,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,45,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜示意图,DNA,mRNA,46,（二）rRNA的转录后加工,（三）tRNA的转录后加工,tRNA前体,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,51,转录过程的选择性抑制剂,52,以病毒RNA为模板，在RNA复制酶催化下，以四种NTP为底物，按碱基配对原则，以5 3方向合成互补链的全序列。,RNA复制,53,转录、有义链、反义链概念；掌握RNA的转录过程：起始位点和识别、起始、延伸、终止；转录后加工；了解RNA的复制。,本章重点,
