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1、生物化学 多媒体课件试用版,第十一章,( RNA Biosynthesis, Transcription ),RNA的生物合成 转录,Biochemistry Department Department of Basic Medical Sciences Hangzhou Normal University Guyisheng,2018/9/27,2,转录 (transcription) 是生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。,转录,2018/9/27,3,RNA的合成方式,在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导的RNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是RNA指导的RNA合
2、成，此种方式常见于病毒。 转录产生的初级转录本是RNA前体（RNA precursor），需经加工过程（processing）方具有生物学活性。,复制和转录的区别,2018/9/27,5,参与转录的物质：,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,2018/9/27,6,DNA双链在转录过程中只有一条链中的其中某一活化基因片段起作用，该链称模板链（template strand），又称有意义链或Watson链； 与其互补的链称为编码链（coding strand），又称反义链
3、或Crick链。,一、转录模板,转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似，以U取代T,第一节 原核生物的转录模板和酶 Templates & Enzymes in Prokaryotic Transcription,2018/9/27,7,模板链与编码链,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,2018/9/27,8,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。,不对称转录：,某一确定活化基因的转
4、录，只能以DNA双链的一条链作为模板，这种现象称为不对称转录（asymmetric transcription）。,两重含义：一是指双链DNA只有一股单链用作模板。二是指同一单链上可以交错出现模板链和编码链。,2018/9/27,9,5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,不对称转录,2018/9/27,10,二、RNA聚合酶 (DNA dependent RNA polymerase, DDRP, RNA-pol),（一）RNA聚合酶能直接启动RNA链的合成,DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。,( N
5、MP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPi,RNA,延长的RNA,2018/9/27,11,DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。 RNA聚合酶和DNA的特殊序列启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。,2018/9/27,12,（二）RNA聚合酶由多个亚基组成,大肠杆菌（E.coli）RNA 聚合酶：4种亚基、组成的五聚体蛋白质，分子量480 kD。,2018/9/27,13,核心酶（core enzyme） ： 2能催化NTP按模板的指引合成RNA，在转录延长全过程中均起作用,全酶（holoenzym
6、e）：2 ，即亚基 + 核心酶亚基的功能是辨认转录起始点，转录起始阶段需要全酶,2018/9/27,14,全酶(holoenzyme),转录起始阶段,转录延长阶段,核心酶 (core enzyme),结合,2018/9/27,15,三、RNA聚合酶与模板的辨认结合,转录是不连续、分区段进行的。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。,2018/9/27,16,启动子（promotor）：,调控序列中的启动子是RNA聚合酶识别、结合并开始转录的
7、一段DNA序列。也是控制转录的关键部位。 原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转录；其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。 启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。,2018/9/27,17,起始部位：,指DNA分子上开始转录的作用位点，该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的序号为+1。,识别部位：RNA 聚合酶亚基的识别部位。 中心部位在35bp处,该序列的碱基富含TTGACA。,2018/9/27,18,结合部位：,是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位，其长度为7bp，中心部位在10bp处。 碱基序列具有高度
8、保守性，富含TATAAT序列，故称之为 TATA盒（TATA box），又称普里布诺序列（Pribnow box）。 该序列中富含AT碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合酶的结合。,2018/9/27,19,RNA聚合酶保护法,2018/9/27,20,用RNA聚合酶保护法研究转录起始区,结合,2018/9/27,21,第二节 原核生物的转录过程 The Process of Transcription in Prokaryote,大肠杆菌转录过程包括转录起始、延长、终止三步。,2018/9/27,22,一、转录起始需要RNA聚合酶全酶,转录起始不需
9、引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，在RNA-pol催化下生成磷酸二酯键直接连接起来。转录生成的第一个核苷酸总是GTP或ATP ,以GTP更为常见。 转录起始复合物 ： RNA聚合酶的全酶、DNA模板和四磷酸二核苷酸（pppGpN-OH 3）三者结合在一起的复合体。,2. DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(open transcription complex) ；,1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合转录复合体(closed transcription complex) ；,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 -
10、 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：,2018/9/27,24,第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。,2018/9/27,25,E.coli的转录起始和延长,2018/9/27,26,二、 原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行,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 + N
11、TP (NMP) n+1 + PPi,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,2018/9/27,28,转录空泡的形成：,转录空泡（transcription bubble）：也称转录复合物，是由RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在一起的复合体。RNA 聚合酶亚基辨认启动子识别部位。在这一区段，酶与模板的结合很松弛，酶随即移向启动子的结合部位，并跨入了转录起始点，开始转录。第一个磷酸二酯键生成后， 亚基从转录起始复合物上脱落，形成转录空泡。核心酶沿模板DNA前移，进入延长阶段。,转录延长：,5,3,DNA,原核生
12、物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行； 转录尚未完成，翻译已在进行。,这种形状说明：,2018/9/27,31,依赖Rho 因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,三、原核生物转录终止分为依赖(Rho)因子与非依赖因子两大类,转录终止指RNA聚合酶在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。,依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：,2018/9/27,32,因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。 因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。 因子还有ATP酶活性和解
13、螺旋酶(helicase)的活性。,（一）依赖因子的转录终止,因子：,2018/9/27,33,因子的作用原理：,2018/9/27,34,目前认为，因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放 。,2018/9/27,35,因子,DNA,RNA,RNA聚合酶,2018/9/27,36,（二） 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。,RNA产物3端往往形成茎环结构，该结构阻
14、碍RNA聚合酶前移。,茎环结构后有一串寡聚U。寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,近
15、终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖因子终止的普遍现象。,2018/9/27,38,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。,2018/9/27,39,第三节 真核生物的转录过程 The Process of Transcription in Eukaryote,真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。,一、 真核生物有三种RNA聚合酶,RNA聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶（RNA Pol ）,2018/9/27,40,真核生物的RNA聚合酶,
16、酶图,2018/9/27,41,真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基. RNA聚合酶由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。 RNA聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD对于维持细胞的活性是必需的。,2018/9/27,42,二、转录起始需要启动子 、RNA聚合酶和转录因子的参与,（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列,
