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RNA Biosynthesis(Transcription)RNA 生物合成生物合成(转录转录)第十章第十章第1页转录（转录（transcription）生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA过程过程。转录转录RNADNA第2页转录与复制相同点：转录与复制相同点：1.模板均为模板均为DNA；2.延长机理都是形成磷酸二酯键；延长机理都是形成磷酸二酯键；3.方向均为方向均为53。第3页转录和复制区分转录和复制区分复制复制转录转录模板模板DNA双双链链DNA一条链原料原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物引物需要需要不不需要需要酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶产物产物DNARNA配对配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C第4页参加转录物质参加转录物质原料原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板模板:DNA酶酶:RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase,RNA-pol）其它蛋白质因子其它蛋白质因子第5页 第一节第一节转录模板和酶转录模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes第6页一、转录模板一、转录模板 第7页 双链双链DNA分子中能作为模板转录出分子中能作为模板转录出RNA那条链，称为那条链，称为模板链模板链。又叫有意义。又叫有意义链（链（sense strand）或）或Watson链。链。另一条互补链称为另一条互补链称为编码链编码链，又叫反，又叫反义链（义链（antisense strand）或）或 Crick链。链。第8页 转录产物转录产物RNA碱基序列，除了碱基序列，除了 T 变变U 外，其余与编码链相同。外，其余与编码链相同。第9页不对称转录不对称转录(asymmetrictranscription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链可分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。第10页 二、二、RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）1.原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶E.coliRNA聚合酶是由四种亚基组聚合酶是由四种亚基组成六聚体（成六聚体（2 ）第11页RNA聚合酶全酶及关键酶电泳图谱聚合酶全酶及关键酶电泳图谱 第12页E.coli RNA聚合酶组分聚合酶组分亚基亚基分子量分子量功功 能能 3651236512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618150618催化功效 155613155613结合结合DNADNA模板模板 7026370263识别起始点第13页 其它原核生物其它原核生物RNA聚合酶，在结构、聚合酶，在结构、组成、功效上均与组成、功效上均与E.coli相同。相同。原核生物原核生物 RNA聚合酶都受一类抗聚合酶都受一类抗结核药结核药利福平利福平或或利福霉素利福霉素特异性抑制。这特异性抑制。这类药品能与类药品能与RNA聚合酶聚合酶 亚基特异结合，亚基特异结合，从而影响酶活性。从而影响酶活性。第14页RNA聚合酶全酶在转录起始区结合聚合酶全酶在转录起始区结合 第15页2.2.真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶种类种类IIIIII转录产物转录产物45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA,snRNA对鹅膏蕈碱反应不敏感不敏感极敏感极敏感中度敏感中度敏感第16页RNA聚合酶聚合酶、都由多个都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。mRNA是各种是各种RNA中寿命最短、中寿命最短、最不稳定，需经常重新合成。所以最不稳定，需经常重新合成。所以RNA聚合酶聚合酶是三种酶中最活跃。是三种酶中最活跃。第17页三、酶与模板识别结合三、酶与模板识别结合原核生物一个转录区段可视为一个转原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为录单位，称为操纵子操纵子(operon)，包含若干个，包含若干个结构基因结构基因及其上游及其上游(upstream)调控序列调控序列。RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA部位称为部位称为开开启子启子(promoter)。是调控转录关键部位。是调控转录关键部位。第18页RNA聚合酶聚合酶保护法保护法第19页开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物开启子保守序列原核生物开启子保守序列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 第20页第21页原核生物开启子原核生物开启子35区：区：一致性序列为一致性序列为TTGACA是是RNA-pol识别位点识别位点10区：区：一致性序列为一致性序列为TATAAT又叫又叫Pribnow盒盒是是RNA-pol结合位点结合位点第22页真核生物开启子真核生物开启子第23页 第二节第二节转录过程转录过程TheProcessofTranscription第24页 分为三个阶段：分为三个阶段：起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)第25页一、原核生物转录过程一、原核生物转录过程（一）转录起始（一）转录起始 1.RNA聚合酶结合在转录模板起始区域。聚合酶结合在转录模板起始区域。2.DNA双链解开，以一条链为模板，合双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。成第一个磷酸二酯键。第26页2.DNA双链解开。双链解开。1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结合。与模板结合。3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。应，形成转录起始复合物。5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +PPi转录起始过程转录起始过程第27页 RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物第28页（二）转录延长（二）转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶关键酶变聚合酶关键酶变构，与模板结合松弛，沿着构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前模板前移；移；2.在在关键酶关键酶作用下，作用下，NTP不停聚合，不停聚合，RNA链不停延长。链不停延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi第29页第30页转录泡转录泡（transcription bubble）：在转录延长过程中，由局部打开在转录延长过程中，由局部打开DNA双链双链、RNA聚合酶关键酶聚合酶关键酶及新生成及新生成RNA三者结合在一起复合体，为空泡状结三者结合在一起复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。构，又称转录复合物。第31页 第32页电镜下原核生物转录过程中羽毛状现象电镜下原核生物转录过程中羽毛状现象 转录未完成，翻译已开始进行。转录未完成，翻译已开始进行。第33页转录起始及延长过程转录起始及延长过程 第34页(三三)转录终止转录终止RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下模板上停顿下来，转录产物来，转录产物RNA链从转录复合物上脱链从转录复合物上脱落下来。落下来。分类：分类：依赖依赖Rho()因子转录终止因子转录终止非依赖非依赖Rho因子转录终止因子转录终止第35页1.依赖依赖因子转录终止因子转录终止 因子是同六聚体蛋白；因子是同六聚体蛋白；因子能结合因子能结合RNA，与，与polyC结协力最强；结协力最强；因子还有因子还有ATP酶和解螺旋酶活性。酶和解螺旋酶活性。第36页第37页2.不依赖不依赖因子转录终止因子转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊碱基模板上靠近终止处，有特殊碱基序列，转录出序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊结构来终止转录。结构来终止转录。第38页第39页 第40页茎环结构终止转录机理茎环结构终止转录机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释产物释放。放。第41页第42页二、真核生物转录过程二、真核生物转录过程（一）转录起始（一）转录起始真真核核生生物物转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化，转转录录起起始始时时，RNA-pol不不直直接接结结合合模模板板，其其起起始始过过程程比比原原核核生生物物复复杂。杂。第43页转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)1.转录起始前上游区段转录起始前上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体第44页2.转录因子转录因子 能直接或间接识别和结合转录上游区能直接或间接识别和结合转录上游区段段DNA蛋白质，统称为蛋白质，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶，则称为聚合酶，则称为转录因子转录因子(trans-criptional factors,TF)。第45页参加参加RNA-pol 转录转录TF 转录因子转录因子亚基和亚基和(或或)分子分子量（量（kDa）功效TFDTBP，38结合结合TATA盒盒TAF辅助辅助TBP-DNA结合结合TFA12，19，35稳定稳定D-DNA复合物复合物TFB33促进促进RNA-pol结合结合TFF30，74解螺旋酶解螺旋酶TFE57()，34()ATPaseTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTD磷酸化磷酸化第46页3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC)真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接分子直接结合，而需依靠众多转录因子。结合，而需依靠众多转录因子。第47页TBP TAFTFIIH第48页4.拼板理论拼板理论(piecing theory)一个真核生物基因转录需要一个真核生物基因转录需要3至至5个转个转录因子。转录因子之间相互结合，生成有录因子。转录因子之间相互结合，生成有活性和专一性复合物，再与活性和专一性复合物，再与RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录对应基因。配而有针对性地结合、转录对应基因。第49页（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大真核生物转录延长过程与原核生物大致相同，但因有核膜相隔，没有转录与翻致相同，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同时现象。译同时现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中能够观察到核小体移转录延长过程中能够观察到核小体移位和解聚现象。位和解聚现象。第50页RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中核核小小体体移移位位转录方向转录方向第51页 （三）转录终止（三）转录终止第52页 第三节第三节第三节第三节真核生物转录后修饰真核生物转录后修饰真核生物转录后修饰真核生物转录后修饰Post-transcriptionalModificationPost-transcriptionalModification第53页 一、一、mRNA转录后加工转录后加工(一一)首尾修饰首尾修饰1.5-端加帽端加帽：m7GpppG2.3-端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyA)第54页帽子结构帽子结构第55页5 pppGp5 GpppGppppG PPi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽子结构生成帽子结构生成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi第56页加帽过程加帽过程第57页（二）（二）mRNA剪接剪接1.hnRNA 和和 snRNA 核内初级核内初级mRNA称为杂化核称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内蛋白质核内蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体,splicesome）snRNA第58页真核生物结构基因，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相互间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区相互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编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splitegene)非编码区非编码区 AG编码区编码区17第59页2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)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，并表示为成熟现，并表示为成熟RNA核酸序列。核酸序列。内含子内含子隔断基因线性表示而在剪接过程中隔断基因线性表示而在剪接过程中被除去核酸序列。被除去核酸序列。第60页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第61页鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟成熟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第62页3.mRNA剪接剪接 除去除去hnRNA中内含子，将外显子连接。中内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为并接体结合成为并接体第63页 第64页 二次转酯反应二次转酯反应第65页 RNA编辑作用说明，基因编码序列经过转录后编辑作用说明，基因编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化，所以也称为分化加加工，是可有多用途分化，所以也称为分化加工工(differential RNA processing)。4.mRNA编辑编辑(mRNAediting)人类人类apo Bapo B基因基因 mRNAmRNA（1450014500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100apo B100（分子量为（分子量为500000）小肠小肠apo B48apo B48（分子量为（分子量为240000）mRNA编辑编辑第66页二、二、tRNA转录后加工转录后加工tRNA前体前体TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA第67页RNAaseP、内切酶内切酶连接酶连接酶第68页tRNA核苷酸核苷酸转移酶转移酶第69页碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU（3）核苷内转位反应）核苷内转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）第70页三、三、rRNA转录后加工转录后加工转录转录剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S45S-rRNA第71页第72页四、核四、核 酶酶含有酶促活性含有酶促活性RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)第73页 四膜虫四膜虫rRNA内含子二级结构内含子二级结构第74页最简单核酶二级结构最简单核酶二级结构槌头状结构槌头状结构(hammerhead structure)底物部分底物部分第75页核酶研究意义核酶研究意义核酶发觉，对中心法则作了主要补充；核酶发觉，对中心法则作了主要补充；核酶发觉是对传统酶学挑战；核酶发觉是对传统酶学挑战；利用核酶结构设计合成人工核酶利用核酶结构设计合成人工核酶 。第76页人工设计核酶人工设计核酶粗线表示合成核酸分子粗线表示合成核酸分子细线表示天然核酸分子细线表示天然核酸分子X X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点第77页复习思索题：复习思索题：1.概念概念（1）转录）转录（2）不对称转录）不对称转录（3）结构基因）结构基因（4）关键酶）关键酶（5）外显子）外显子（6）内含子）内含子（7）模板链）模板链（8）开启子）开启子（9）核酶）核酶（10）Pribnow盒盒第78页 2.复制与转录异同点。复制与转录异同点。3.RNA聚合酶与聚合酶与DNA聚合酶作用异同点。聚合酶作用异同点。4.试述原核生物开启子结构特点及功试述原核生物开启子结构特点及功 能。能。5.原核生物与真核生物原核生物与真核生物RNA聚合酶有何异聚合酶有何异 同？同？6.原核生物与真核生物转录终止有何不原核生物与真核生物转录终止有何不 同？同？第79页