《生物化学与分子生物学第十六章RNA的生物合成(转录)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学与分子生物学第十六章RNA的生物合成(转录)（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十六章 RNA的生物合成（转录）,RNA Biosynthesis, Transcription,中心法则,生物体遗传信息传递的方式,生物功能的实现（遗传信息的表达）：转录、翻译,世代之间传递：DNA的复制,转录（transcription）,生物体以DNA为模板合成RNA的过程,转录是遗传信息表达的第一步,RNA转录,复制 VS 转录,转录与复制的共同点,核苷酸聚合反应，生成磷酸二脂键 以DNA为模板 酶促反应 遵从碱基配对规律 方向：从53,转录与复制的区别,基本内容：,第一节：转录的反应体系 （基本概念和酶、各种因子）,第二节：原核转录的过程,第四节：真核生物的转录后修饰,第三节：真核
2、RNA的生物合成,第一节 转录的反应体系,参与转录的物质,原料：核苷酸（NTP：ATP, UTP, GTP, CTP） 模板：DNA 酶：RNA聚合酶（RNA polymerase, RNA-pol） 转录因子（transcription factor, TF） 凡是转录过程必需的蛋白质，只要它不是RNA聚合酶的组成成分，就可以将其定义为转录因子,转录的模板,结构基因（structural gene）: DNA分子上转录出RNA的区段,转录的模板,结构基因（structural gene）: DNA分子上转录出RNA的区段 模板链(template strand),DNA双链中，按碱基配对规律
3、，能指引转录生成RNA的一股单链,转录的模板,结构基因（structural gene）: DNA分子上转录出RNA的区段 模板链(template strand) 编码链(coding strand),与模板链互补的链，特征是与转录的RNA序列类似（仅有T与U的区别）,模板链、编码链与RNA的关系,转录,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。,RNA聚合酶,原核生物只有1种RNA聚合酶 催化合成mRNA、tRNA和rRNA,真核生物具有3种不同的RNA聚合酶RNA聚
4、合酶(RNA-pol) RNA聚合酶 (RNA-pol) RNA聚合酶 (RNA-pol ),原核的RNA聚合酶,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),原核的RNA聚合酶,核心酶与亚基,原核RNA聚合酶的 亚基能识别启动子 亚基在转录开始后脱离核心酶 核心酶完成后续的转录过程,模板上酶的辨认、结合,操纵子（operon） 通常由结构基因和多种表达调控元件在基因组中成簇串联组成。 构成了原核生物中最常见的表达调控单位,表达调控元件： 启动子（promoter） 标志着转录单位开始的序列 终止子（terminator） 标志着转录单位结束的序列 增强子,启动子(pro
5、moter),启动子:RNA聚合酶结合模板DNA的部位,原核RNA聚合酶的 亚基能识别启动子,RNA聚合酶保护法,一种巧妙的研究启动子序列的方法,原核生物启动子保守序列,小结：,转录体系：模板（DNA）、原料（4种NTP）、RNA聚合酶、其它转录因子 不对称转录：基因DNA双链中只有其中之一作为模板（模板链） 模板链：参与转录，指导生成RNA的单链 编码链：与模板链互补，与新生成的RNA仅有T与U的区别,小结：,RNA聚合酶（RNA-pol）：识别起始部位、解链、聚合、识别终止部位 原核生物的RNA聚合酶： 核心酶： 2 亚基 真核生物的RNA聚合酶： I45S rRNA（18S rRNA,
6、5.8S rRNA, 28S rRNA） IIhn RNA（mRNA前体） III各种小RNA（snRNA，tRNA）,全酶,第二节 原核生物的转录过程,转录的过程,转录起始 RNA的延长 转录终止,原核生物与真核生物转录的聚合酶、起始、终止都有所不同,原核生物转录的过程,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。,原核生物的转录起始,RNA聚合酶全酶(2)与模板结合,DNA双链解开,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,5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + p
7、pi, 转录起始复合物: RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,原核生物转录的延伸,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,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,转录空泡(transcription bubble),超螺旋是转录的一个重要特征,随着RNA-pol沿双链前进，它的前方产生正超螺旋（DNA更加紧密），后方产生负超螺旋（DNA部分解链） 两种螺旋都可以通过促旋酶和拓扑异构酶去除。 类似DNA复制的时候,原核生物转录的延伸,原核生物转录过程中的羽毛状现象
8、,原核生物转录过程中的羽毛状现象,转录未完成，翻译已经在进行着,原核生物转录终止,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。,依赖 Rho因子的转录终止,A T P,因子： 1969年Roberts在被T4噬菌体感染的 E. coli 中发现 与RNA转录物结合，改变RNA-pol构象，使其停顿 有ATP酶活性，解旋酶（helicase）活性,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。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUU
9、AGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,茎环结构使转录终止的机理,回文序列导致RNA形成茎环结构 改变了RNA-pol的构象，使其停顿 RNA和DNA各自形成双链
10、，使RNA/DNA杂化短链分开，释放RNA,小结(原核生物转录过程的)：,起始： 因子负责辨认转录起始位点 启动子：RNA聚合酶识别、结合、起始转录的DNA序列（如，TATA box） 延长：核心酶 核心酶（2） 终止： 依赖因子 非依赖因子 终止子：DNA序列上回文结构,第三节 真核生物的转录过程,真核生物的RNA聚合酶,真核生物的转录起始,真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子（转录因子）的协助，它们与RNA聚合酶形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。,转录调控是基因表达调控的关键点，也是当今生命科学研究热点。了解真核生物的转录过程，是研究转录调控的重要基础。,转录起始上游的
11、DNA序列,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,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,启动子核心序列,顺式作用元件(cis-acting element),对于某一基因，不可能全具备，而是互相搭配，以多样化的形式起始转录,顺式作用元件(cis-acting element),“cis-”有“分子内”的意思 顺式作用元件可以理解为：DNA分子上具有可影响（调控）转录的各种组分 这些调控元件在某一基因上不可能全部齐备，而是若干种互相搭配，以多样化的形势调节转录的起始。,反式作用因子(trans-acting factors),能直接、间
12、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),上游因子（upstreamfactors）：与上游调控元件结合的蛋白质 可诱导因子（inducible factors）：在某些特殊生理情况下才被诱导产生的，可与调控元件结合的蛋白质,转录因子(transcriptional factors, TF),直接或间接结合RNA聚合酶的反式作用因子,RNA-pol ITF I RNA-pol IITF II RNA-pol IIITF III,参与RNA-pol转录的TF,蛋白激酶活性，使,CTD,磷,酸化,TF,H,ATPase,
13、57,（,a,）,34,（,b,）,TF,E,解螺旋酶,30,，,74,TF,F,促进,RNA,-,pol,结合及作,为其他因子结合的桥梁,TF,B,稳定,TF,D,-,DNA,复合物,，,TF,A,辅助,TBP,-,DNA,结合,TAF*,结合,TATA,盒,38,TF,D,功,能,分子量,(,kD,),转录因子,蛋白激酶活性，使,CTD*,TF,H,ATPase,57,（,a,）,34,（,b,）,TF,E,解螺旋酶,TF,F,促进,RNA,-,pol,结合及作,为其他因子结合的桥梁,33,TF,B,稳定,TF,D,-,DNA,复合物,12,，,19,35,TF,A,辅助,TBP,-,DN
14、A,结合,TAF*,结合,TATA,盒,TBP*,TF,D,亚基组成,*TBP: TATA binding protein, TATA结合蛋白 *TAF: TBP associated factors, TBP 辅助因子 *CTD: carboxyl terminal domain, RNA-pol II大亚基羧基末端结构域,H,E,转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC),A,TFF,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化，RNA-pol往下游移动。 进入转录的延长阶段后，大多数TF都会脱离。,B,拼板理
15、论 (piecing theory),不同的转录因子相互辨认，以多种组合搭配方式结合，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,人类基因组中几万个基因的表达，300多个转录因子就能满足不同类型基因表达的需要,真核生物转录延长,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。,转录延长中的核小体移位,核小体移位的现象只见于试管中（in vitro）的转录实验 细胞培养（in vivo）实验表明核小体在转录过程可能发生解聚,真核生物转录终止,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 hnRNA,小结（真核生物转录过程）,转录的起始 顺式作用元件(cis-acting element): TATA box 反式作用因子(trans-acting factors)：如TF IID 转录起始前复合物（PIC） 拼版理论 转录的延伸 过程与原核生物类似，但没有转录与翻译同步的现象 核小体的移位和解聚现象 转录的终止
