生物化学：RNA的生物合成.ppt

RNA Biosynthesis(Transcription)第第11章章本章内容原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶(重点）重点）原核生物的转录过程原核生物的转录过程(重点）重点）真核生物的转录过程真核生物的转录过程(一般）一般）真核生物真核生物RNA的加工的加工(重点）重点）在生物界，在生物界，在生物界，在生物界，RNARNARNARNA合成有两种方式：合成有两种方式：合成有两种方式：合成有两种方式：一种是一种是DNA指导的指导的RNA合成，也叫合成，也叫转录转录，是体内，是体内的主要合成方式，也是的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另一种是另一种是RNA指导的指导的RNA合成，也叫合成，也叫RNA复制，复制，由由RNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化，常见于病毒，是聚合酶催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的逆转录病毒以外的RNA病毒病毒在宿主细胞以病毒的在宿主细胞以病毒的单链单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。概概述述转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 3,5磷酸二酯键磷酸二酯键参与转录的物质参与转录的物质模板：模板：DNA原料：原料：NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)酶：酶：依赖依赖DNADNA的的RNA聚合酶聚合酶简称简称RNA聚合酶或聚合酶或RNA-pol其他蛋白质因子：其他蛋白质因子：因子因子复制与转录的相似点复制与转录的相似点2 2、都以、都以DNADNA为模板；为模板；1 1、都是酶促核苷酸聚合反应；、都是酶促核苷酸聚合反应；3 3、聚合酶都依赖、聚合酶都依赖DNADNA；4 4、核苷酸之间都以磷酸二酯键连接；、核苷酸之间都以磷酸二酯键连接；5 5、合成方向都是、合成方向都是5 5 3 3；6 6、都遵从碱基配对规律。、都遵从碱基配对规律。复制和转录的区别复制和转录的区别复制复制转录转录模板模板两条链均复制两条链均复制不对称转录不对称转录原料原料dNTPNTP酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶引物引物需要需要不需要不需要产物产物两个子代两个子代DNA多种多种RNA配对规律配对规律AT，CGAU，TA，CG原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates&Enzymes in Prokaryotic Transcription第一节第一节一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板转录区段转录区段转录区段转录区段非转录区段非转录区段非转录区段非转录区段对于基因组来说，只对于基因组来说，只有少部分基因发生转录。有少部分基因发生转录。结结构构基基因因（structuralgene）：指指DNA分分子子上上能能转录出转录出RNA的的DNA区段。区段。5GCAGTACATGTC33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链（文献所列）编码链（文献所列）模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(templatestrand)。相相对对的另一股单链是的另一股单链是编码链编码链(codingstrand)。5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)：转录具转录具有不对称性。有不对称性。3 5 3 5 不不不不对对对对称称称称转转转转录录录录有有两两方方面面含含义义：在在DNA分分子子双双链链上上，一一股股链链用用作作模模板板指指引引转转录录，另另一一股股链链不不转转录录；其其二是模板链二是模板链并非总是在同一单链上并非总是在同一单链上。533555553333二、原核生物二、原核生物RNA聚合酶聚合酶（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成为为DNA依赖的依赖的RNA聚合酶；聚合酶；聚合反应机制与聚合反应机制与DNA-pol催化的催化的DNA合成相似；合成相似；在核苷酸在核苷酸3-OH上延长上延长RNA链，形成链，形成3,5磷酸磷酸二酯键二酯键。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA聚合酶的激活剂：聚合酶的激活剂：Mg2和和Mn25 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列启动子启动子RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物能直接启动能直接启动RNA合成。合成。RNA聚聚合合酶酶和和DNA的的特特殊殊序序列列结结合合后后，才才能能启启动动RNA合成。合成。启动子启动子（promoter）：是在转录起始上游：是在转录起始上游RNA聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的DNA序列。序列。RNA-pol（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成？功能不？功能不详详大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶（聚合酶（480kD）组分）组分核心酶（核心酶（2）(coreenzyme)全酶（全酶（2）(holoenzyme)转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段RNA聚合酶的结构示意聚合酶的结构示意 70辨认典型转录起始点的蛋白质辨认典型转录起始点的蛋白质 32辨认辨认热休克蛋白热休克蛋白转录起始点的蛋白质转录起始点的蛋白质 热休克蛋白热休克蛋白(Heat shock proteins,Hsp)是细是细胞在一些应激条件（热休克、葡萄糖饥饿或受到胞在一些应激条件（热休克、葡萄糖饥饿或受到病原菌感染）下有高效表达的一族蛋白。普遍存病原菌感染）下有高效表达的一族蛋白。普遍存在于原核和真核细胞中。在于原核和真核细胞中。亚基有多种亚基有多种 原核生物的原核生物的RNA聚合酶都受一种抗生聚合酶都受一种抗生素的特异性抑制，即素的特异性抑制，即利福平或利福霉素利福平或利福霉素。利福平或利福霉素是抗结核杆菌的有利福平或利福霉素是抗结核杆菌的有效药物，机制是专一性地结合效药物，机制是专一性地结合RNA聚合酶聚合酶的的 亚基亚基。原核原核RNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂三、三、RNA聚合酶与启动子结合启动转录聚合酶与启动子结合启动转录转转录录是是不不连连续续、分分区区段段进进行行的的；每每个个区区段段为为一一个单位。个单位。操操纵纵子子(operon)：是是原原核核转转录录的的功功能能单单位位，包包括一组结构基因及其上游的调控序列。括一组结构基因及其上游的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列启动子启动子启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合模模板板DNA的的部部位位，也也是是控制转录的关键部位。控制转录的关键部位。RNA聚聚合合酶酶全全酶酶结结合合到到启启动动子子上上，其其中中由由亚亚基基辨辨认启动子，其他亚基相互配合。认启动子，其他亚基相互配合。对对启启动动子子的的研研究究，常常采采用用一一种种巧巧妙妙的的方方法法，即即RNA聚合酶保护法聚合酶保护法。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列启动子启动子RNA-polRNA聚合酶保护法聚合酶保护法40-60 bp被被RNA聚合酶保护的聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析区段碱基序列分析trp TTGACAN17 TTAACT N7 A 35 区区10区区tRNAtrp TTTACAN16 TATGAT N7 A lac TTTACAN17 TATGTT N6 A recA TTGATAN16 TATAAT N7 A ara CTGACGN18 TACTGT N6 A 最大一致性最大一致性T T G A C A T A T A A T （Pribnow 盒盒）+1(转录起始转录起始）富含富含AT开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区(Pribnowbox)TATAATATATTA-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 亚基亚基辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 转录起始区转录起始区RNApol全酶结合部位全酶结合部位RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合:原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节转录的延长转录的延长转录的起始转录的起始转录的终止转录的终止RNA聚合酶必须聚合酶必须准确地结合准确地结合在转录模在转录模板的板的起始区域起始区域。DNA双链解开双链解开，使其中的一条链作为，使其中的一条链作为转录的模板。转录的模板。一、原核的转录起始一、原核的转录起始转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：n nE.coliE.coli的转录起始的转录起始的转录起始的转录起始 2.DNA双链局部双链局部(10区区)解开形成解开形成开放转录复合体开放转录复合体1.亚基辨认启动子的识别位点亚基辨认启动子的识别位点(35区区)，RNA聚聚合酶全酶合酶全酶(2)与启动子结合与启动子结合(10区区)，形，形成成闭合转录复合体闭合转录复合体；3.在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下发发生生第第1个个聚聚合合反反应应，形形成成转录起始复合物转录起始复合物：n转录起始过程：转录起始过程：4.第第1个个磷磷酸酸二二酯酯键键生生成成后后，亚亚基基即即从从转转录录起起始始复复合合物物上上脱脱落落，核核心心酶酶连连同同四四磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸，继继续续结结合合于于DNA模模板板上上，酶酶沿沿DNA链链前前移移，进入延长阶段；进入延长阶段；5 pppG一直保留一直保留。RNA-pol(2)-DNA-pppGpppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi目录目录 亚基辨认（亚基辨认（-35-35）全酶结合（全酶结合（-10-10）DNADNA解链（解链（-10-10）转录起始复合物形成：转录起始复合物形成：2-DNA-pppGpN-OH 亚基脱落亚基脱落原核转录起始的主要事件：原核转录起始的主要事件：二、二、原核的转录延长原核的转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol核心酶变构，与模板结核心酶变构，与模板结合合松弛松弛，沿着，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在核心酶作用下，在核心酶作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延长。链不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi3.延长过程中，酶延长过程中，酶-DNA-RNA形成形成转录空泡转录空泡；转录延长与转录延长与翻译同时进行翻译同时进行。n转转录录空空泡泡(transcriptionbubble)：转转录录延延长长时时，DNADNA局局部部双双链链解解开开，产产物物RNARNA与与DNADNA形形成成杂杂化化双双链链，此此时时酶酶-DNA-RNADNA-RNA形成的转录复合物形成的转录复合物被称为转录空泡。被称为转录空泡。n G GC CA AT TA AU U；RNARNA链链5 5 端端伸出空泡不断延长伸出空泡不断延长5-pppGRNA12bp17bp40 bp5 3 DNAn原核生物转录过程中的羽毛状现象（电镜下）原核生物转录过程中的羽毛状现象（电镜下）核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：这种形状说明：目录目录核心酶沿模板前移核心酶沿模板前移形成转录空泡形成转录空泡与翻译同步与翻译同步原核转录延长的主要事件：原核转录延长的主要事件：依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止三、原核生物的转录终止三、原核生物的转录终止转转转转录录录录终终终终止止止止指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合物上脱落下来。合物上脱落下来。依依据据是是否否需需要要蛋蛋白白质质因因子子的的参参与与，原原核核生生物物转录终止分为：转录终止分为：因因子子是是由由相相同同亚亚基基组组成成的的六六聚聚体体蛋蛋白白质质，亚基分子量亚基分子量46kD。因因子子能能结结合合RNA，又又以以对对polyC的的结结合合力力最最强。强。因子还有因子还有ATP酶活性和解螺旋酶酶活性和解螺旋酶的活性。的活性。（一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止因子的特点：因子的特点：n因子的作用原理：因子的作用原理：因因子子与与RNA转转录录产产物物（3端端富富含含C）结结合合后后，因因子子和和RNA聚聚合合酶酶构构象象变变化化，使使RNA聚聚合合酶酶停停顿顿，解解螺螺旋旋酶酶的的活活性性使使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。（二）（二）非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近转录终止处，有些特殊的模板上靠近转录终止处，有些特殊的碱基序列碱基序列，转录出，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊的结构的结构来终止转录。来终止转录。近终止区的转录产物近终止区的转录产物形成茎环或发夹结构形成茎环或发夹结构是是非依赖非依赖 因子终止的普遍现象。因子终止的普遍现象。n茎环结构使转录终止的机理：茎环结构使转录终止的机理：茎环结构茎环结构使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；茎环结构茎环结构使转录复合物趋于解离。杂化双链不稳定使转录复合物趋于解离。杂化双链不稳定（rU/dA最不稳定）；寡聚最不稳定）；寡聚U促使促使RNA脱落。脱落。5pppG5 3 3 5 RNA-pol目录目录依赖依赖 因子的转录终止：因子的转录终止：因子结合因子结合RNARNA，杂化双链解开，杂化双链解开，RNARNA释放。释放。不依赖不依赖因子的转录终止：因子的转录终止：RNA形成茎环结形成茎环结构，杂化双链不稳定，构，杂化双链不稳定，RNA释放。释放。原核转录终止的主要事件：原核转录终止的主要事件：小小 结结1、概念：、概念：不对称转录、模板链、编码链、启不对称转录、模板链、编码链、启动子、动子、因子、因子、转录空泡转录空泡2、原核、原核RNA聚合酶的亚基组成及功能聚合酶的亚基组成及功能3、原核生物转录的过程：起始、延长、终止、原核生物转录的过程：起始、延长、终止思考题思考题1、试比较复制与转录的异同点。、试比较复制与转录的异同点。2、简述、简述原核生物的转录过程。原核生物的转录过程。真核生物的转录过程真核生物的转录过程The Process of Transcription in Eukaryote第三节第三节真核生物的转录过程比原核复杂。真核生物的转录过程比原核复杂。RNA聚聚合合酶酶种种类类不不同同，与与模模板板结结合合的的特特性性也不同；也不同；转转录录起起始始过过程程有有较较大大区区别别，转转录录延延长长和和终终止也不相同。止也不相同。一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶n真核生物真核生物RNA聚合酶的种类聚合酶的种类:RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类种类位置位置核仁核仁核质核质核质核质转录产物转录产物45s-rRNA hnRNA snRNA5s-rRNA tRNA snRNA对对鹅膏蕈碱的鹅膏蕈碱的反应反应耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感45s-rRNA加工成加工成28s、5.8s、18srRNA真核还有线粒体、叶绿体真核还有线粒体、叶绿体RNA聚合酶聚合酶 n真核生物真核生物RNA聚合酶的结构聚合酶的结构:大亚基：大亚基：2个（与原核的个（与原核的、相似）相似）小亚基：十几个小亚基：十几个 RNA聚合酶聚合酶有有12个亚基。个亚基。最大亚基最大亚基RBP1羧基末端有羧基末端有Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重复序列，称为羧基末端结构域重复序列，称为羧基末端结构域(CTD)。所有所有RNA聚合酶聚合酶都有都有CTD，只是重复程度不同，只是重复程度不同（哺乳动物（哺乳动物52次，酵母菌次，酵母菌26-29次，果蝇次，果蝇44次）；次）；去磷酸化去磷酸化CTD参与转录起始，磷酸化参与转录起始，磷酸化CTD参与延长。参与延长。RNA聚合酶聚合酶、没有没有CTD。二、真核转录起始需要启动子二、真核转录起始需要启动子、RNA聚聚合酶和转录因子的参与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（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列序列 不不同同基基因因转转录录起起始始点点上上游游存存在在有有各各自自的的调调控控序序列，即列，即顺式作用元件（顺式作用元件（cis-actingelement）。）。顺顺式式作作用用元元件件是是指指影影响响自自身身基基因因表表达达活活性性的的DNA序序列列，包包括括启启动动子子、启启动动子子上上游游元元件件、增强子、沉默子增强子、沉默子等。等。启动子的核心序列：启动子的核心序列：起起始始点点上上游游30处处多多数数有有共共同同的的TATA序序列列，称称为为Hogness盒或盒或TATA盒盒(TATAbox)。位位于于转转录录起起始始点点附附近近的的起起始始子子(intiator，Inr)，富含嘧啶序列；也是启动子的保守序列富含嘧啶序列；也是启动子的保守序列。35上游元件上游元件TATA盒盒Inr起始子起始子YYANYYTA-30+1TATAAA启启动动子子上上游游元元件件：位位于于TATA盒盒上上游游，多多在在约约-40-100nt的的位位置置，比比较较常常见见的的是是GC盒和盒和CAAT盒。盒。增增强强子子：是是能能够够结结合合特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白，促促进进邻邻近近或或远远隔隔特特定定基基因因表表达达的的DNA序序列，以上游为主。列，以上游为主。（二）（二）转录因子转录因子转转录录因因子子（transcriptionfactors，TF）是是一一类类能能与特异性与特异性DNA序列结合并调节基因转录的蛋白质。序列结合并调节基因转录的蛋白质。基基本本转转录录因因子子：RNA聚聚合合酶酶启启动动基基因因转转录录时时所所必必需需的的一一类类蛋蛋白白质质，协协助助RNA聚聚合合酶酶与与启启动动子子结结合合并并起起始始转转录录。RNA pol、的的TF，称称为为TF、TF、TF；各各有有亚亚类类，在在进进化化中中高高度度保守保守。参与参与RNA-pol转录的转录的TF*TBP：TATA结合蛋白结合蛋白；*TAF：TBP辅助因子，人类至少辅助因子，人类至少有有12种种TAF。不同。不同TAF与与TBP结合可结合不同的启动子。结合可结合不同的启动子。；解螺旋酶；解螺旋酶型基因中的四类转录因子型基因中的四类转录因子型基因中的四类转录因子型基因中的四类转录因子 转录因子转录因子具体组分具体组分 结合序列结合序列 功能功能 基本转录基本转录因子因子 TBP,TFA,B,E,F和和HTBP结合结合TATA盒盒转录起始定位；转录起始定位；转录转录起始和延长起始和延长辅激活因子辅激活因子 TAFs和中介和中介子子在可诱导因子和上游在可诱导因子和上游因子与基本转录因子、因子与基本转录因子、RNA聚合酶结合中起聚合酶结合中起联结和中介作用联结和中介作用上游因子上游因子 SP1、ATF、CTF等等启动子上游启动子上游元件元件协助基本转录因子，协助基本转录因子，提高转录效率和专一提高转录效率和专一性性可诱导因子可诱导因子 如如MyoD、HIF-1等等增强子等远增强子等远隔序列隔序列时间和空间（组织）时间和空间（组织）特异性地调控转录特异性地调控转录RNA聚聚合合酶酶II与与启启动动子子的的结结合合、启启动动转转录录需需要多种蛋白质因子的协同作用要多种蛋白质因子的协同作用。通通常常包包括括：可可诱诱导导因因子子或或上上游游因因子子与与增增强强子子或或启启动动子子上上游游元元件件的的结结合合；转转录录因因子子在在启启动动子子处处的的组组装装；辅辅激激活活因因子子和和/或或中中介介子子在在转转录录因因子子/RNA聚聚合合酶酶II复复合合物物与与可可诱诱导导因因子子、上上游游因因子子之间的辅助和中介作用。之间的辅助和中介作用。因因子子和和因因子子之之间间互互相相辨辨认认、结结合合，以以准准确确地地控制基因是否转录、何时转录。控制基因是否转录、何时转录。（三）（三）转录起始前复合物转录起始前复合物真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成合，而需依靠众多的转录因子，形成转录转录起始前复合物（起始前复合物（pre-initiationcomplex,PIC）：）：PIC 是一个闭合复合体：是一个闭合复合体：DNA(TATA)TBP-A-B-F-E-HRNA-pol PIC的形成的形成nTFD的的 TBP结结 合合TATA盒盒；TFB与与TBP、DNA结结合合（TFA配合）；配合）；nTFF与与RNApol结合结合n两两 个个 复复 合合 体体 结结 合合，TFF与与TFB相相互互作作用用，协协助助RNApol结结合合启动子启动子nTFE和和H加加入入，形形成成闭合复合体，闭合复合体，PIC形成形成开开放放复复合合体体形形成成，转录起始转录起始当合成当合成60-70nt时，时，TFE和和H释放，转释放，转录进入延长期。录进入延长期。TFH（解旋酶）解开（解旋酶）解开DNA双链，启动转录；使双链，启动转录；使RNApol的的CTD磷酸化（激磷酸化（激酶活性）。酶活性）。（四）少数几个转录因子的搭配启动特定基因（四）少数几个转录因子的搭配启动特定基因的转录的转录为为了了保保证证转转录录的的准准确确性性，不不同同基基因因需需不不同同转转录录因子。发现的因子。发现的TF不断增加。不断增加。拼板理论：转录因子之间有不同的搭配拼板理论：转录因子之间有不同的搭配少少数数几几个个反反式式作作用用因因子子之之间间互互相相作作用用，再再与与基基本本转转录录因因子子、RNA聚聚合合酶酶搭搭配配而而有有针针对对性性地地结结合合、转转录录相相应应的的基基因因。估估算算300多多个个转转录录因子即能满足需要。因子即能满足需要。真核生物转录起始的特点真核生物转录起始的特点n转录起始上游区段的调控序列更加复杂转录起始上游区段的调控序列更加复杂：包括启动子、启动子上游序列、增强子包括启动子、启动子上游序列、增强子等等nRNA聚合酶和模板的结合更加复杂聚合酶和模板的结合更加复杂：不不直接结合模板，需要众多转录因子的参直接结合模板，需要众多转录因子的参与。与。三三、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真真核核生生物物转转录录延延长长过过程程与与原原核核生生物物大大致致相相似似，但但因因有有核核膜膜相相隔隔，没没有有转转录录与与翻翻译译同同步的现象。步的现象。RNA-pol前移过程中处处都遇上核小体。前移过程中处处都遇上核小体。转转录录延延长长过过程程中中可可以以观观察察到到核核小小体体移移位位和和解聚现象。解聚现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真真核核生生物物mRNA有有聚聚腺腺苷苷酸酸(polyA)尾尾巴巴结构，是转录后才加进去的。结构，是转录后才加进去的。转转录录不不是是在在polyA的的位位置置上上终终止止，而而是是超超出出数数百百个个乃乃至至上上千千个个核核苷苷酸酸后后才才停停顿顿。已已发发现现，在在读读码码框框架架的的下下游游，常常有有一一组组共共同同序序列列AATAAA，再再下下游游还还有有相相当当多多的的GT序列。这些序列称为序列。这些序列称为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。5-AAUAAA-5-AAUAAAPoly(A)RNA核酸酶核酸酶-GUGUGUGAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5533RNA-pol真核生物的转录终止真核生物的转录终止AAAAAAAAAA真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA第四节第四节真真核核生生物物转转录录生生成成的的RNA分分子子是是初初级级RNA转转录录物物，几几乎乎所所有有的的初初级级RNA转转录录物物都都要要经经过过加加工工，才才能能成成为为具具有有功功能能的的成熟的成熟的RNA。加工主要在加工主要在细胞核细胞核中进行。中进行。一、真核生物一、真核生物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修饰和剪接首、尾修饰和剪接（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构前前体体mRNA也也称称初初级级mRNA转转录录产产物物，或或不不均均一核一核RNA（hnRNA)。大多数真核大多数真核mRNA的的5-末端有帽子结构。末端有帽子结构。1 1、帽子结构：、帽子结构：、帽子结构：、帽子结构：7-7-甲基鸟苷三磷酸（甲基鸟苷三磷酸（甲基鸟苷三磷酸（甲基鸟苷三磷酸（m7Gppp-m7Gppp-）5 pppGp5 GpppGppppGppi加帽酶加帽酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM2、帽子结构的生成过程：、帽子结构的生成过程：5 ppGp加帽酶加帽酶Pi5 5 -三磷酸结构三磷酸结构目录目录HH帽子帽子0型：型：m7GpppNp帽子帽子1型：型：m7GpppNmpNp帽子帽子2型：型：m7GpppNmpNmpNp3 3、帽子结构的意义：、帽子结构的意义：、帽子结构的意义：、帽子结构的意义：可以保护可以保护mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；与与帽帽结结合合蛋蛋白白质质复复合合体体结结合合，参参与与mRNA和和核核糖糖体体的的结结合合，启启动动蛋蛋白白质质的的生物合成。生物合成。真真核核生生物物成成熟熟mRNA（除除组组蛋蛋白白），3端端都都有有polyA结结构构，约约为为80至至250个个核核苷苷酸酸之之间。间。多多聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾的的生生成成是是多多步步骤骤过过程程，与与转转录终止同时进行。录终止同时进行。3多聚腺苷酸化的过程如下：多聚腺苷酸化的过程如下：（二）前体（二）前体mRNA在在3端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾AAUAAAG/U53PolyA信号信号PolyA位点位点mRNA断裂与聚腺苷酸化特断裂与聚腺苷酸化特异性因子（异性因子（CPSF）G/U53CPSF断裂因子断裂因子CFI,CFII,断裂激动因子断裂激动因子CStFCPSFCStFCFICFII多聚腺苷酸多聚腺苷酸聚合酶聚合酶(PAP)CPSFCStFCFICFIIPAPATPPPiCFIICFICStF多聚腺苷酸结合多聚腺苷酸结合蛋白蛋白（PAB）CPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速多腺快速多腺苷酸化，在足够苷酸化，在足够长时终止长时终止CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPPAP慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAAOH形成形成CPSF-信号复合体信号复合体CF I,CF II,CStF结合结合CPSF-信号复合体信号复合体G/UP3端端poly A的意义的意义 poly A维持维持mRNA作为翻译模板的活作为翻译模板的活性，增加性，增加mRNA本身稳定性。本身稳定性。序列分析证明序列分析证明mRNA来源于来源于hnRNA，只是去除，只是去除了大部分中间片断。了大部分中间片断。杂交实验证明杂交实验证明hnRNA与与DNA模板链模板链完全互补完全互补；mRNA与与DNA杂交，出现配对双链区和杂交，出现配对双链区和鼓泡鼓泡的的单链区单链区1.hnRNA 和和断裂基因断裂基因(splitegene)（三）前体mRNA的剪接DNAmRNA真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔排列，去除非编码区再连接后，编码区互相间隔排列，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，这可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为些基因称为断裂基因断裂基因。断裂基因断裂基因(splitegene)CABD编码区编码区A、B、C、D非编码区非编码区2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)l外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。l内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。少数真核基因无内含子，如组蛋白基因、少数真核基因无内含子，如组蛋白基因、低等真核生物（酿酒酵母）。广义的内含子低等真核生物（酿酒酵母）。广义的内含子包括翻译后删除内含子（胰岛素原的包括翻译后删除内含子（胰岛素原的C肽）。肽）。最庞大的最庞大的抗肌萎缩蛋白基因抗肌萎缩蛋白基因（106bp)分别有分别有50多个多个外显子和内含子；外显子和内含子；内含子的功能？内含子的功能？鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰套索套索RNA外显子外显子内含子内含子鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNA（7.7 kb）mRNA（1.2 kb）3.mRNA的剪接的剪接指去除指去除hnRNAhnRNA中的内含子，将外显子连接为中的内含子，将外显子连接为成熟的成熟的mRNAmRNA，称为剪接。，称为剪接。剪接接口剪接接口：5 5GUGUAG 3AG 3 剪接的场所剪接的场所剪接体（超大分子复合体）剪接体（超大分子复合体）剪接体：剪接体：由多种由多种小分子核糖核蛋白小分子核糖核蛋白(snRNP)组成组成 snRNP：是是snRNA蛋白质蛋白质复合体，其复合体，其RNA和和蛋白质都高度保守。蛋白质都高度保守。snRNA有有5种：种：U1、U2、U4、U5、U6，长度，长度100-300 nt，富含尿嘧啶。，富含尿嘧啶。mRNA的剪接机制的剪接机制E1E2UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U55GU.AG3为剪接接口为剪接接口U2U2、U6形成形成催化中心催化中心U1、U2与内含子两端配对；与内含子两端配对；U4、U5、U6加入；加入；内含子弯曲成套索，内含子弯曲成套索，E1、E2靠近靠近pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)G-OHApGpGpU第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应GpUApG外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2A-OHGpGpGpU剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应(twicetransesterification)剪切剪去内含子后不连接（位于末端）剪切剪去内含子后不连接（位于末端）剪接剪去内含子后把外显子连接起来剪接剪去内含子后把外显子连接起来 经过经过选择性剪接选择性剪接可以产生不同的可以产生不同的mRNA4.前体前体mRNA经剪接和剪切两种模式可经剪接和剪切两种模式可加工成不同的加工成不同的mRNARNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工化加工(differentialRNAprocessing)。（四）（四）mRNA编辑编辑(mRNAediting)人类人类apoB基因基因mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏(2153Gln,CAA)apoB100（分子量为（分子量为500000）肠道细胞肠道细胞(UAA)apoB48（分子量为（分子量为240000）C U在在mRNA中插入、缺失或替换核苷酸而改中插入、缺失或替换核苷酸而改变变DNA模板来源的遗传信息模板来源的遗传信息。二、前体二、前体rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18SRNA pol 三、前体三、前体tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、RNAaseD、内切酶内切酶5端核苷酸序列切除；端核苷酸序列切除；3端端UU切除；切除；切除内含子。切除内含子。核苷酸转移酶核苷酸转移酶ATPADP3加上加上CCA碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应如：如：UDHU（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）四、四、RNA催化一些内含子的自剪接催化一些内含子的自剪接1982年美国科学家年美国科学家T.Cech发现四膜虫发现四膜虫rRNA前体前体能准确地自我剪接去除内含子。后来在其他能准确地自我剪接去除内含子。后来在其他rRNA、tRNA、mRNA前体也发现了此类自我剪前体也发现了此类自我剪接的内含子。即接的内含子。即RNA有催化作用，称为有催化作用，称为核酶核酶。自剪接自剪接RNA催化自身内含子剪接的反应催化自身内含子剪接的反应组组内含子：内含子：以鸟嘌呤核苷酸为辅因子，是游离的。以鸟嘌呤核苷酸为辅因子，是游离的。组组内含子：内含子：类似类似mRNA的剪接，但不需剪接体。的剪接，但不需剪接体。小小 结结1、真核、真核RNA聚合酶的种类、特点聚合酶的种类、特点2、真核生物基因转录的特点、真核生物基因转录的特点3、真核、真核3种种RNA加工的主要特点加工的主要特点4、概念：帽子结构、断裂基因、外显子、内、概念：帽子结构、断裂基因、外显子、内含子含子思考题思考题试比较原核与真核生物转录的区别。试比较原核与真核生物转录的区别。真核生物转录的特点真核生物转录的特点复杂复杂酶不同；与模板结合的特性不同；酶不同；与模板结合的特性不同；TATA盒、起始盒、起始子；需要转录因子子；需要转录因子细胞核进行；没有转录与翻译同步的现象细胞核进行；没有转录与翻译同步的现象有核小体移位现象有核小体移位现象终止与加尾同时进行终止与加尾同时进行mRNA为单顺反子；产物加工修饰复杂：剪接内为单顺反子；产物加工修饰复杂：剪接内含子等含子等