RNA Biosynthesis (Transcription),RNA 生物合成 (转录),第十一章,转录（transcription） 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 转录,DNA,,,,转录与复制的相似点：1. 模板均为DNA；2. 延长机理都是形成磷酸二酯键；3. 方向均为5′→3′转录和复制的区别,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,,第一节 转录的模板和酶 Templates of Transcription and Enzymes,,一、转录模板,,,能转录出RNA的DNA区段,模板链 (template strand),编码链 (coding strand),编码链,模板链,,,,,,,,双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链又叫有意义链（sense strand）或Watson链另一条互补链称为编码链，又叫反义链（antisense strand）或 Crick链转录产物RNA的碱基序列，除了 T 变U 外，其余与编码链相同。
不对称转录(asymmetric transcription) 在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录； 模板链并非永远在同一单链上二、RNA聚合酶（DDRP）1. 原核生物的RNA聚合酶E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（ 2 ）,,,RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱,,E. coli RNA聚合酶组分,,其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli相似原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗结核药利福平或利福霉素的特异性抑制这类药物能与RNA聚合酶的亚基特异结合，从而影响酶的活性RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,,2. 真核生物的RNA聚合酶,,RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都由多个亚基组成有些亚基是三种酶所共有mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的三、酶与模板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RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)是调控转录的关键部位。
RNA聚合酶保护法,,开始转录,,T T G A C A A A C T G T,-35 区,T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,,,,原核生物启动子保守序列,,,,原核生物启动子－35区：一致性序列为TTGACA是RNA-pol的辨认位点－10区：一致性序列为TATAAT又叫Pribnow盒是RNA-pol的结合位点,,真核生物启动子,,,第二节 转录过程 The Process of Transcription,,分为三个阶段：起始(initiation)延长(elongation)终止(termination),一、原核生物的转录过程,（一）转录起始1. RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域2. DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键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5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + PPi,转录起始过程,,,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,转录起始复合物,（二）转录延长,1. 亚基脱落，RNA–pol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 + NTP (NMP) n+1 + PPi,,,,转录泡（transcription bubble）：在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象,转录未完成，翻译已开始进行转录的起始及延长过程,,(三) 转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来分类：,依赖Rho (ρ)因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,,1. 依赖ρ因子的转录终止因子是同六聚体蛋白； 因子能结合RNA，与poly C的结合力最强； 因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性2. 不依赖ρ因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录茎环结构终止转录的机理,使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放二、真核生物的转录过程,,（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。
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,2. 转录因子,能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，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(trans-criptional factors, TF)参与RNA-pol Ⅱ转录的TFⅡ,,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. 拼板理论(piecing theory),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，生成有活性和专一性的复合物，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,转录延长中的核小体移位,,,,,转录方向,,,（三）转录终止,,第三节真核生物的转录后修饰 Post-transcriptional Modification,,一、mRNA的转录后加工(一)首尾的修饰1. 5´-端加帽：m7GpppG——2. 3´-端加尾：多聚腺苷酸 (poly A),帽子结构,5 pppGp…,5 GpppGp…,,pppG,PPi,鸟苷酸转移酶,5 m7GpppGp…,甲基转移酶,,SAM,帽子结构的生成,5 ppGp…,磷酸酶,Pi,,,,,,加帽过程,（二）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),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),非编码区 A~G,编码区1~7,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2. 外显子(exon)和内含子(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鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,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,3. 内含子的分类,I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATPUnit of transcription in a DNA strand,Transcript modification,,3’,5’,,4. mRNA的剪接,—— 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接snRNP与hnRNA结合成为并接体,,,,,二次转酯反应,• RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)5. mRNA的编辑(mRNA editing),二、tRNA的转录后加工,tRNA前体,,,,连接酶,,tRNA核苷酸 转移酶,碱基修饰,,,,,,,,,,,三、rRNA的转录后加工,,,,,,,,5.8S和28S-rRNA,,,,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,,,,,45S - rRNA,,,,,,。