第十二章 转录.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1.,转录的概念,2.,转录的基本过程,3.mRNA,转录后的加工,第十一章,RNA,的生物合成,(,转录,),转录,是指,以,DNA,为模板合成,RNA,的过程。,参与物质,原料,:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP),DNA,模板,RNA,聚合酶,(RNA polymerase,RNA-pol),其他蛋白质因子,第一节,转录基本规律与体系,复制和转录的区别,DNA,聚合酶,酶,原料,模板,转录,复制,配对,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,，,-,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,产物,产物,聚合酶,RNA,（,RNA-pol,）,DNA,聚合酶,NTP,dNTP,基因区段，单股重复使用,两股全程，参与子代,转录,复制,方式,半保留复制，半不连续复制,不对称转录，连续进行,引物,RNA,引物,不需引物,一、,不对称转录,1.DNA,分子上转录出,RNA,的区段，称为,结构基因,(structural gene),。结构基因中能转录生成,RNA,的一股单链，称为,模板链,(template strand),，也称作,有意义链,或,Watson,链,。另一股单链是,编码链,(coding strand),，也称为,反义链,或,Crick,链,。,(,一,),转录,的模板,2.,在包含多个基因的,DNA,分子中，各基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链为模板，这种选择性称不对称转录。,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,转录方向,转录方向,5,GCAGTACATGTC,3,3,c g t g a t g t a c a g,5,5,GCAGUACAUGUC,3,N,Ala,Val,His,Val,C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,(,二,),转录的特点,1.,转录的不对称性,2.,转录方向的单向性,3.,转录不需要引物形成,4.,转录过程有特定起始和终止点,RNA,链的转录，起始于,DNA,模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个,转录单位（,transcriptional unit,）,。,在真核细胞中，一个转录单位通常是单个基因，其转录初级产物是,单顺反子（,monocistron,）。,在原核细胞中一个转录单位是由多个连续的基因组成，其转录初级产物是,多顺反子（,polycistron,）。,TGACTGC,C,TTAGG,ACTTTGATG,A,CTG,ACTGACGGAATCC,TGAAACTACTGAC,转录单位,上游区,下游区,结构基因,TGACTGC,C,TTAGG,ACTTTGATG,A,CTG,ACTGACGGAATCC,TGAAACTACTGAC,转录单位,上游区,下游区,结构基因,单顺反子,多顺反子,二、,RNA,转录的体系,(,一,),模板,结构基因双链中的一股链,。,(,二,),原料,4,种核糖核苷酸：,ATP,、,UTP,、,GTP,、,CTP,。,(,三,)RNA,聚合酶,1.,原核生物的,RNA,聚合酶,核心酶,全酶,RNA,聚合酶全酶在转录起始区的结合,TATAATATATTA,+1,-55,TTGACAAACTGA,+20,DNA,a,36512,决定哪些基因被转录,b,150618,催化功能,b,155613,结合,DNA,模板,s,70263,辨认起始点,亚,基,分,子,量,功,能,原核生物的,RNA,聚合酶,开始转录,T T G A C A,A A C T G T,-35,区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10,区,+1,-30,-50,10,-10,-40,-20,5,3,3,5,原核生物启动子保守序列,RNA-pol,辨认位点,5,5,RNA,聚合酶保护区,结构基因,3,3,2.,真核生物的,RNA,聚合酶,种类,对鹅膏蕈碱,的反应,45S,-,rRNA,hnRNA,5S,-,rRNA,tRNA,snRNA,耐受,极敏感,中度敏感,转录产物,RNA,转录时除需以上物质外，还需要一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止,因子。真核生物聚合酶,启动转录时的转录因子。,(,四,),蛋白因子,第二节,RNA,转录过程,(,一,),转录起始,转录起始需解决两个问题,(1)RNA,聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,(2)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,(The Process of Transcription),(2)DNA,双链解开。,(1)RNA,聚合酶全酶,(,2,),与模板,保守序列,结合。,(3),在,RNA-pol,作用下形成转录起始复合物。,RNApol(,2,)-DNA-pppGpN-OH 3,转录起始复合物,2.,转录起始过程,TGTTGACA,TATAAT,5,/,5,/,3,/,3,/,-35,区,-10,区,转录方向,基因转录区,启动子,+1,编码链,模板链,原核生物启动子的保守序列,TATAATATATTA,+1,-55,TTGACAAACTGA,+20,+1,-55,+20,RNApol(,2,)-DNA-pppGpN-OH 3,pppGpN,15,形成闭合转录复合体,形成开放转录复合体,RNA,聚合酶识别结合启动子,转录开始,启动子清除,转 录 延 伸,5,3,3,5,-35 -10 +1,(,二,),转录延长,1.,亚基脱落，,RNApol,核心酶,变构，与模板结合松弛，沿着,DNA,模板推进，,NTP,不,断聚合,RNA,链不断延长。,(NMP),n,+,NTP,(NMP),n+1,+,PPi,转录空泡,(transcription bubble),：,RNA-pol,(,核心酶,),DNA,RNA,2.,原核生物转录过程中的羽毛状现象,5,3,DNA,核糖体,RNA,RNA,聚合酶,转录延长,1.,依赖,(Rho),因子的转录终止,因子以六聚体形式存在，协助,RNA-pol,识别终止信号，与转录产物结合，,RNA,和,RNA-pol,一起从模板上脱落。,(,三,),转录终止,A T P,rho,5,/,3,/,5,/,3,/,rho,2.,非依赖,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，可转录出具有茎环结构的,RNA,，来终止转录。,5,/,3,/,5,/,3,/,3,/,5,/,转录产物,RNA,聚合酶,DNA,3,/,5,/,3,/,5,/,DNA,5,/,U-U-U-U-U-U-U-U-,3,/,RNA,聚合酶,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,5UUG,CAGCCUGA,CAAA,UCAGGCUG,AUGGCUGGUGACUUUUU,AGUC,ACCA,GCCU,UUUU,.3,RNA,5,TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT,.3,DNA,UUUU,.,UUUU,.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,茎环,/,发夹结构,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。,5pppG,5,3,3,5,RNA-pol,二、真核生物的转录起始,(,一,),转录起始,1.,转录因子,(1),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),。,(2),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),。,真核生物的转录起始上游区有不同,DNA,序列的,顺式作用元件,，转录起始时，,RNA-pol,不直接结合模板,，由,转录因子,识别起始部位。,参与,RNA-pol,转录的,TF,蛋白激酶活性，使,CTD,酸化,TF,H,ATPase,57,(,),34,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,33,TF,B,稳定,TF,D,-,DNA,复合物,12,，,19,，,35,TF,A,辅助,TBP,-,DNA,结合,TAF*,结合,TATA,盒,TBP*38,TF,D,功,能,亚基组成，分子量,(,kD,),转录因子,蛋白激酶活性，使,CTD,*,磷,TF,H,ATPase,57,34,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,33,TF,B,稳定,TF,D,-,DNA,复合物,12,，,19,，,35,TF,A,辅助,TBP,-,DNA,结合,TAF,*,结合,TATA,盒,TBP,*,38,TF,D,功,能,亚基组成，分子量,(,kD,),(,),*CTD(carboxyl terminal domain):RNA-pol,大亚基羧基末端结构域。,*TAF(TBP associated factors):TBP,辅助因子。在不同的基因转录中有不同的,TAF,辅助。,*TBP(TATA binding protein):TATA,结合蛋白。,转录起始点,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,顺式作用元件,(cis-acting element),2.,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,3.,转录起始前复合物,(pre-initiation complex,PIC),POL-,TFF,A,B,TFF,H,E,TBP,TAF,TF,D-A-B-DNA,复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,CTD-,P,POL-,(,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。,(,三,),转录终止,和转录后修饰密切相关。,三、,转录后的加工修饰,主要的修饰方式有,剪接,、,剪切、修饰、添加,。,剪切,(cleavage),剪接,(splicing),(,一,),真核生物,mRNA,的转录后加工,1.5,端形成,帽子结构,(,m,7,GpppN,m,),。,1,、保护,mRNA,免受降解,2,、与蛋白质生物合成起始有关,2.3,端加上,多聚腺苷酸尾巴,(poly A tail),。,1,、保护,mRNA,免受降解,2,、引导,mRNA,由细胞核向胞液转移,3.mRNA,的剪接,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，称为,断裂基因,。,(1),断裂基因,(splite gene),(2),外显子,(exon),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。,(3),内含子,(intron),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,7.7kb,L 1 2 3 4 5 6 7,A,B,C,D,E,F,G,47 185 51 129 118 143 156 1043,转录,GpppG,AAAAA,GpppG,AAAAA,GpppG,AAAAA,核酶和内切酶,tRNA,核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,tRNA,前体,(,二,)tRNA,的转录后加工,1.,转录后剪切,tRNA,2.,碱基修饰,(2),还原反应,如：,U,DHU,(3),核苷内的转位反应,如：,U,(4),脱氨反应,如：,A,I,如：,A,A,m,(1),甲基化,T,环,(1),(3),(2),(4),氨基酸,臂,额外环,OH,ACC,AGAGGGC,CCCCC,GCAAG,CC,G,CUCUCGUA,U,C,T,C,C,GGGGG,GGC,A,A,G,D,D,G,G,D,D,D,A,A,C,A,G,U,U,A,I,A,A,GUUC,C,D,m,A,A,C,A,DUH,环,反密码,环,反密码子,m,m,(1),(,三,)rRNA,的转录后加工,转录,45S-rRNA,剪接,18S-rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,DNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,第四节 核 酶,具有酶促活性的,RNA,称为核酶,核酶,(ribozyme),核酶作用的基础,锤头结构,底物部分,通常为,60,个核苷酸左右,同一分子上包括有催化部份和底物部份,催化部份和底物部份组成锤头结构,核酶研究的意义,核酶的发现，对中心法则作了重要补充；,核酶的发现是对传统酶学的挑战；,利用核酶的结构设计合成人工核酶,模板与酶的辨认结合,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为,操纵子,，包括若干个,结构基因,及其上游的,调控序列,5,3,3,5,结构基因,调控序列,RNA-pol,RNA,聚合酶结合模板,DNA,的部位，称为,启动子,