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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,*,RNA,的生物合成,RNA Biosynthesis,第 十二 章,本章内容,第一节 转录的酶和模板,第二节 转录过程,第三节 真核生物的转录后修饰,转录,(transcription),生物体以,DNA,为模板合成,RNA,的过程,。,转录,RNA,DNA,复制和转录的区别,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,转录的酶和模板,第一节,一、转录模板,（一）不对称转录asymmetric transcription),1.DNA,分子上转录出,RNA,的区段，称为结构基因,(structural gene),。,2.DNA,双链中按碱基配对规律能指引转录生成,RNA,的一股单链，称为模板链,(template strand),，也称作有意义链或,Watson,链。相对的另一股单链是编码链,(coding strand),，也称为反义链或,Crick,链。,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,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,转录方向,转录方向,3.,不对称转录的含义,一是,DNA,链上只有部分的区段作为转录模板,(,有意义链或模板链,),二是模板链并非自始至终位于同一股,DNA,单链上。,（二）转录单位,包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。,原核生物的转录单位称为操纵子，通常由,2,个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是,RNA,聚合酶结合并起动转录的特异,DNA,序列。,二、,RNA,聚合酶,（一）原核生物的,RNA,聚合酶,核心酶,(core enzyme),全酶,(,holoenzyme,),RNA,聚合酶全酶在转录起始区的结合,（二）真核生物的,RNA,聚合酶,三、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,(,operon,),，包括若干个结构基因及其上游,(upstream),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,(,promoter),。,RNA,聚合酶保护法,目 录,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,(recognition site),5,5,RNA,聚合酶保护区,结构基因,3,3,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,顺式作用元件,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,转录起始,真核生物启动子保守序列,转录过程,第二节,一、原核生物的转录过程,（一）起始阶段,1.RNA,聚合酶全酶,(,2,),与模板结合,2.DNA,双链解开,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,-pppGp,N,-OH 3,+ppi,RNApol,(,2,)-DNA-,pppGpN,-OH 3,（二）延长阶段,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,转录空泡,(transcription bubble),：,RNA-,pol,（核心酶）,DNA,RNA,目 录,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA,聚合酶,（二）终止阶段,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。,分类：,1.,依赖,Rho,(,),因子的转录终止,2.,非依赖,Rho,因子的转录终止,A T P,1.,依赖,Rho,因子的转录终止,2.,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。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,5UUG,CAGCCUGA,CAAA,UCAGGCUG,AUGGCUGGUGACUUUUU,AGUC,ACCA,GCCU,UUUU,.3,RNA,5,TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT,.3,DNA,UUUU,.,UUUU,.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAU,GGCUGGUGACU,UUUU,AGUCACCAGCC,UUUUU,.3,茎环,(stem-loop)/,发夹,(hairpin),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、真核生物的转录过程,（一）起始阶段,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、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),。,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),。,参与,RNA-,pol,转录的,TF,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。,POL-,TFF,A,B,由,RNA-,Pol,催化转录的,PIC,POL-,TFF,H,E,TBP,TAF,TF,D-A-B-DNA,复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,CTD-,P,PIC,组装完成，,TF,H,使,CTD,磷酸化,4.,模板理论,(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，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。,（二）延长阶段,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）终止阶段,和转录后修饰密切相关,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,mRNA,真核生物的转录后修饰,第三节,几种主要的修饰方式,1.,剪接,(splicing),2.,剪切,(cleavage),3.,修饰,(modification),4.,添加,(addition),一、真核生物,mRNA,的转录后加工,（一）首、尾修饰,5,端形成,帽子结构,(,m7,GpppGp),3,端加上,多聚腺苷酸尾巴,(poly A tail),帽子结构,5,pppGp,5,GpppGp,pppG,ppi,鸟苷酸转移酶,5,m,7,GpppGp,甲基转移酶,SAM,帽子结构的生成,5,ppGp,磷酸酶,Pi,（二）,mRNA,内含子的剪接,1.,hnRNA,和,snRNA,核内的初级,mRNA,称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA,),snRNA,(small nuclear RNA),核内的蛋白质,小分子核糖核酸蛋白体,（并接体,splicesome,）,snRNA,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。,2.,断裂基因,(,splite,gene),C,A,B,D,编码区,A,、,B,、,C,、,D,非编码区,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,目 录,鸡卵清蛋白成熟,mRNA,与,DNA,杂交电镜图,DNA,mRNA,目 录,3.,内含子的分类,根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为,4,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,ATP,。,4.mRNA,的剪接,套索剪接模式,(1),内含子两端的序列：,5GUAG 3,5GU,可结合,U,1,-snRNA,分支点,A,可结合,U,2,-snRNA,(2)U,1,-snRNA,U,2,-snRNA,等形成并接体将内含子切除,（三）,mRNA,编辑,(mRNA editing),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),。,人类,apo,B,基因,mRNA,（,14500,个核苷酸）,肝脏,apo,B100,（,分子量为,500 000,）,肠道细胞,apo,B48,（,分子量为,240 000,）,mRNA,编辑,二、,tRNA,的转录后加工,（一）剪接和剪切,（二）,3,端添加,CCA,（三）化学修饰,RNAaseP,、内切酶,（一）剪接和剪切,tRNA,核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,（二）,3,端添加,CCA,（三）化学修饰,（,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,（,1,）,（,1,）,（,3,）,（,2,）,（,4,）,三、,rRNA,的转录后加工,转录,45S-,rRNA,剪接,18S-,rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,四、核酶,ribozyme,（一）定义：,具有酶促活性的,RNA,称为核酶。,四膜,虫,rRNA,内含子的二,级,结构,四膜虫,rRNA,的剪接采用,自我剪接,方式,5,-,端核苷酸序列,（二）结构,最简单的核酶二级结构,槌头状结构,(hammerhead structure),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,（三）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。,人工设计的核酶,粗线,表示合成的核酸分子,细线表示天然的核酸分子,X,表示一致性序列,箭头表示切断点,目 录,