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1、RNA的生物合成 (转录)1n在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程称为转录。n经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和HnRNA等。转录转录RNADNA 2复制和转录转录 的区别别 3第 1节 RNA转录合成的特点Section 1 Characters of RNA Biosynthesis4n转录(transcription)的不对称性就是指以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA。n对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的DNA链上。一、转录的
2、不对称性5n能够转录RNA的那条DNA链称为模板链(template strand) ，也称作有意义链或Watson链。 n而与之互补的另一条DNA链称为编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。 模板链编码链553 3556533 5 模板链链编码链编码链编码链编码链模板链链转录方向转录方向模板链链和编码链编码链 的相对对性75GCAGTACATGTC 3 3 c g t g a t g t a c a g 5编码链模板链mRNA5GCAGUACAUGUC 3转录NAla Val His Val C蛋白质翻译模板链链、编码链编码链 与转录转录 及翻译译的关系8nRNA
3、转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。二、转录的连续性9nRNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为35，而RNA链的合成方向为53。 三、转录的单向性10nRNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。n特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。 四、有特定的起始和终止位点11第2节 参与转录合成的酶和蛋白 因子Section 2 Enzymes and Protein Factors for RNA B
4、iosynthesis12 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: 单链DNA 酶 : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质：13n这是一种不同于引物酶的依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）。n该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从53聚合RNA。 一、RNA聚合酶（DDRP）14n原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即2。n亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分（2）被称为核心酶，与RNA链的聚合有关。 （一）原核生物的RNA聚合酶15核心酶 (co
5、re enzyme)全酶 (holoenzyme) 原核生物RNA聚合酶的全酶和核心酶16原核生物RNA聚合酶亚亚基的功能17n真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈碱的敏感性而分为三种，它们均由1012个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。 （二）真核生物的RNA聚合酶18RNA聚合酶的分子结结构19酵母RNA聚合酶和的电电子晶体图图20n在真核生物中，转录的起始过程较为复杂。现 已发现数百种蛋白因子与RNA转录合成有关 ，这些蛋白因子被统称为反式作用因子(trans -acting factor)。n在反式作用因子中，直接或间接参与转录起始 复合体的形成的蛋白因子被称为转录
6、因子（ transcriptional factor, TF)。n不同的RNA聚合酶存在相应的转录因子，如 与RNA聚合酶相关的转录因子包括 TFA ，TFB，TFD，TFE，TFF，TFH 等。二、转录因子21真核生物RNA聚合酶转录转录 因子及其功能22n原核生物中的终止因子蛋白是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为50kd。n该蛋白因子能识别转录终止信号，并与RNA紧密结合，导致RNA的释放。三、终止因子23第3节 RNA转录合成的过程Section 3 The Process of RNA Biosynthesis24（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
7、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25n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。nDNA分子上参与转录调控的序列统称为顺式作用元件（cis-acting element）。1. 模板与酶的辨认识别：5 3 3 5 结结构基因调调控序列RNA-pol26n原核生物转录起始时，首先由RNA聚合酶中的因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。nRNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当 有亚基
8、时就会选择正确的起点。n位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子（promoter)。n启动子序列通常由一些带共性的保守序列构成。27亚基起着识别DNA分子上的起始信号（启动子指 RNA聚合酶识别、结合和开始转 录的一段DNA序列）的作用。启动子的结构至少由三部分组成： -35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号； -10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）； 第三部分是RNA合成的起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点533535序列 Sextama 框10序列Pribnow框28开始转录转录(Pri
9、bnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动动子的保守序列T T G A C A A A C T G T-35 区RNA-pol辨认认位点 (recognition site) 5 5RNA聚合酶保护护区结结构基因3 3 29原核生物转录转录 起始区的一致性序列30n被RNA聚合酶辨认的区段就是位于转录起始点-35区的TTGACA序列。n酶与该区结合后，即滑动至-10区的TATAAT序列（Pribnow盒） ，并启动转录。 31RNA聚合酶全酶在转录转录 起始区的结结合 32 DNA局部双
10、链解开。 RNA聚合酶全酶(2)与模板结合 。 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转录转录 起始复合物:5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi2. 转录起始过程：33n因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿 DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合 RNA。 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。（二）转录延长(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi34R
11、NA转录转录 的延长长35转录转录 空泡(transcription bubble)的形成36原核生物转录过转录过 程中的羽毛状现现象37nRNA转录合成的终止机制有两种：1依赖Rho因子的转录终止：由终止因子(因子)识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。（三）转录终止38ATP依赖赖 Rho因子的转录终转录终 止392非依赖Rho的转录 终止：模板DNA链在 接近转录终止点处存 在相连的富含GC和 AT的区域，使RNA 转录产物形成寡聚U 及发夹形的二级结构 ，引起RNA聚合酶变 构及移动停止，导致 RNA转录的终止。405UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUG
12、ACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3DNA UUUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3茎环环(stem-loop)/发夹发夹 (hairpin)结结构41茎环结环结 构使转录终转录终 止的机理 使RNA聚合酶变构，转录停顿； 使转
13、录复合物趋于解离，RNA产物释放。42二、真核生物的转录过程1. 转录起始的上游区段：n真核生物的转录起始点上游-25bp区也存在一段富含TA的顺序，被称为Hogness盒或TATA盒，通常认为是启动子的核心序列。 n除此之外，在真核生物中还可见到其他带共 性的序列，如CAAT盒及GC盒等。n在远离受控基因的调控序列称为增强子。（一）转录起始43真核生物启动动子保守序列44n真核生物转录转录 起始时时，首先由TFD的TBP亚亚基识别识别 并结结合TATA盒，然后在其他转录转录 因子的配合下，与RNA聚合酶组组装形成转转录录起始前复合(pre-initiation complex, PIC)。2
14、. 转录起始过程：45nRNA聚合酶催化第一个磷酸二酯键形成。nRNA聚合酶的羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸RNA链。46（二）转录延长n真核生物转录延长过程与原核生物类似，但由于存在核小体的高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。47（三）转录终止n真核生物转录终止与转录后修饰，即poly A尾巴结构的添加密切相关。n在poly A修饰位点的下游存在一组共同序列AATAAA和GTGTGT，为转录终止的识别修饰位点。n在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切断，随即进行加帽和加尾修饰。48真核生物RNA的转录终转录终 止5-A
15、AUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG 转录终转录终 止的修饰饰点5 5333加尾AAAAAAA 3 mRNA4950RNA生物合成的抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。如NH2SHSH作为代谢拮抗物抑制 合成酶类或直接掺到核酸 分子中，形成异常RNA 或 DNA。NH2NH2OHNFNH2SH512、 DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录（ 1）烷化剂：使 DNA发生烷基化，发生在G-N7， A-N1、 N3 N7 ； C-N1 。 易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。 （ 2）放线菌素：放线菌素D与 DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑 制转录，较高浓度抑制复制）。具有类似作用的还有色霉素A3 、 橄榄霉素、光神霉素 。 （ 3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。溴 化乙锭（EB）
