的生物合成（转录p266）

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1、第 十 一 章,RNA的生物合成 （转录P266） RNA Biosynthesis, Transcription,转录 (transcription) 以DNA为模板，以NTP为原料，在RNA聚合酶的作用下合成RNA的过程。,转录,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,转录和复制的相同点,都以DNA为模板 都需要依赖DNA的聚合酶 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键 都从5至3方向延伸新链 都遵从碱基配对规律,RNA and DNA synthesis

2、are similar in some aspects but different in others,P266,复制和转录的区别,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,配对,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,（,半保留复制）,产物,RNA,聚合酶（,RNA,-,pol,）,DNA,聚合酶,酶,NTP,dNTP,原料,模板链转录（不对称转录）,两股链均复制,模板,转录,复制,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,配对,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,（,半保留复制）,产物,RNA,

3、聚合酶（,RNA,-,pol,）,DNA,聚合酶,酶,NTP,dNTP,原料,模板链转录（不对称转录）,两股链均复制,模板,转录,复制,引物,需要（RNA）,不需要,P266,模板和酶 Templates and Enzymes,第一节,一、转录模板,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g

4、t c 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,转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似，以U取代T,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 (asymmetric transcription) 就某一确定活化基因的转录，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。,两重含义： 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。,（一）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌（E.coli）RN

5、A 聚合酶：4种亚基、组成的五聚体蛋白质 2 ，分子量480 kD。,二、RNA聚合酶 （P 269）,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（holoenzyme）： 2 ， 亚基的功能是辨认转录起始点，转录起始阶段需要全酶,亚基 + 核心酶,（二）真核生物的RNA聚合酶,三、模板上酶的辨认、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。,启动子(promoter) ：指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNA序列。原核生物启动子序

6、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。,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新生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。,Recognition site,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，碱基序列具有高度保守性，富含TATAAT序列，故称之为 TATA box (Pribnow box)。该序列中富含AT碱基，因此双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合酶的结合。,R

7、NA聚合酶保护法,目 录,转录过程 The Process of Transcription,第三节,P 271,大肠杆菌转录过程包括转录起始、延长、终止三步。 真核生物的转录，除延长过程相似外，起始、终止 都与原核生物有较多的不同。,（一）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。,一、原核生物的转录过程,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 （不需引物）,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH

8、 3,转录起始复合物:,5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi,转录起始过程,Finding and binding the promoter,（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模板的3 5前移；,2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链按照5 3方向不断延长。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,Chain Elongation,Core polymerase - no sigma factor,Release of s subunit decreases the aff

9、inity of core enzyme for promoter,RNA transcript is peeled away from template,Core enzyme can move along the template strand,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。,目 录,RNA synthesis occurs in a “moving” transcription bubble on the DNA template,Core polymerase,o,o,

10、a,5,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,原核生物的mRNA无需加工,转录与翻译偶联,3,（三）转录终止,当核心酶沿模板DNA3 5 方向滑行至终止信号区域时（终止子），转录便终止。,终止子：在模板DNA分子上所转录的RNA行将结束时，会出现带有终止信号的序列，称为终止子（terminator）。,反向重复序列 回文序列,3,3,5,5,反向重复序列 回文序列,海上游客游上海关下守将守下关,依赖Rho ()因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为 ：,Rho因子（ 因子 ）： Rho因子是rho基因的产物

11、，广泛存在于原核和真核细胞中，由6个亚基组成，分子量300KD。Rho因子结合在新生的RNA链上，由5端向3端的方向移动。 Rho因子有ATP酶的活性和解螺旋酶的活性,因子,DNA,RNA,RNA聚合酶核心酶,P273,原核生物的转录终止 1. 依赖Rho的转录终止,终止信号,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。,Stem-loop structure,2. 非依赖Rho的转录终止, RNA产物3端往往形成茎环结构，该结构阻碍RNA聚合酶前移。, 寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。,5,

12、3,3,5,转录产物中有密集的G-C配对，形成茎环结构，其后有一串寡聚U。rU:dA最不稳定。,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。,杂化双链形成的机会减小 寡聚的U促使RNA从模板链脱落,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。,真核生物编码基因两侧的DNA序列，可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列，包括启动子、增强子、沉默子,顺式作用元件(cis-acting element),1. 转录起始前的上游区段,AATA

13、AA,切离加尾,转录终止点,修饰点,外显子,内含子,OCT-1：ATTTGCAT八聚体（octomer）,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)。,参与RNA-pol转录的TF,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。,4. 模板理论(piecing the

14、ory),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。,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,（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。,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,

15、转录延长中的核小体移位,转录方向,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。,真核生物RNA的加工 Post-transcriptional Modification,第四节 P281,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),mRNA的转录后加工（真核生物） tRNA的转录后加工（自学） rRNA的转录后加工（自学）,hnRNA （hetero-nuclear RNA, hnRNA） 核内出现的转录初级产物，分子量往往比在胞浆内出现的成熟mRNA大几倍，甚至数十倍，核内的初级mRNA称为核内不均一RNA。,一、真核生物mRNA的转录后加工,加帽、加尾、剪接,5-末端：m7G-ppp5-Np（帽） 蛋白质合成时：促进核蛋白体与mRNA的结合，加速翻译的起始速度 增强mRNA