第十一章 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,*,第十一章,RNA,的生物合成,RNA Biosynthesis,在生物界，,RNA,合成有两种方式：,DNA,指导的,RNA,合成（转录）,RNA,指导的,RNA,合成（,RNA,复制）,转录（,transcription,）,指生物体以,DNA,为模板合成,RNA,的过程,本质：酶促核苷酸聚合反应,原料,:,NTP(ATP,UTP,GTP,CTP),产物,:,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,酶,:,RNA,聚合酶,(RNA polymerase,RNA-,pol,),DNA,转录,RNA,第一节 转录的模板和化学机制,转录模板,DNA,双链中的一股链,转录有时空特异性,结构基因（,structural gene,）,:,能转录出,RNA,的,DNA,区段称结构基因。,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,不对称转录,5,3,3,5,编码链,模板链,转录方向,模板链,编码链,转录方向,不对称转录,(asymmetric transcription),转录是有选择的，在细胞不同发育时序、按生存条件和需要才转录，转录的这种选择性称不对称转录。包含两个含有：,在,DNA,双链分子上一股链可转录，另一股链不转录；,模板链并非永远在同一单链上,。,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),。,相对的另一股单链是,编码链,(coding strand),。,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,转录的反应体系,模板：,DNA,的模板链,原料：,NTP,（,ATP,、,UTP,、,CTP,、,GTP,）,酶 ：,RNA,聚合酶,其他：,Mg,2+,、,Mn,2+,其它蛋白因子,化学机制,(NMP),n,+NTP (NMP),n+1,+,PPi,RNA,延长的,RNA,小 结,复制与转录的异同点,相同点：,酶促核苷酸聚合过程,DNA,为模板,依赖,DNA,的聚合酶,核苷酸间形成磷酸二酯键,方向,5 3,遵守碱基配对规律,小 结,复制与转录的异同点,不同点：,第二节 原核生物转录酶及启动子,原核生物,RNA,聚合酶,全称：依赖,DNA,的,RNA,聚合酶（,RNA-,pol,）,全酶,(,holoenzyme,),转录起始阶段,核心酶,(core enzyme),转录延长阶段,利福平,Z,原核生物启动序列,操纵子,（,operon,）：原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成的转录单位，由启动序列、操纵序列、结构基因及调节基因所组成。,I,P,O,Y,A,调控序列,启动子（,promoter,）,:,是,RNA,聚合酶结合并启动转录的特异,DNA,序列，也是控制转录的关键部位。,对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即,RNA,聚合酶保护法,RNA,聚合酶保护法,5,5,RNA,聚合酶保护区,结构基因,3,3,1,-30,-50,10,-10,-40,-20,5,3,3,5,开始转录,-10,区,T A T A A T,Pu,A T A T T A,Py,(,Pribnow,box),-35,区,T T G A C A,A A C T G T,RNA-,pol,辨认位点,(recognition site)第三节 原核生物转录过程,转录起始,转录延长,转录终止,转录起始,需解决两个问题,：,RNA,聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域,。,DNA,双链解开，使其中的一条链作为转录的模板,。,RNA,聚合酶全酶在转录起始区的结合,形成,闭合转录复合体,(closed transcription complex),:,2.DNA,双链局部解开，形成,开放转录复合体,(open transcription complex),；,解链范围：小于,20bp,3.,在,RNA,聚合酶作用下发生第一次聚合反应（不需引物），形成转录起始复合物,：,5,-pppG-OH +,NTP,5,-pppGp,N,-OH 3,+,ppi,转录起始复合物,:,RNApol,(,2,)-DNA-,pppGpN,-OH 3,转录延长,第一个磷酸二酯键生成后,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,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,这种形状说明,：,在同一,DNA,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。,转录终止,转录终止指,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,。,依赖,Rho,因子的转录终止,非依赖,Rho,因子的转录终止,（一）,依赖,因子的转录终止,常见于噬菌体中,因子,：,因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量,46kD,。,因子能结合,RNA,，又以对,poly C,的结合力最强,。,因子还有,ATP,酶活性和解螺旋酶的活性,。,因子的作用原理,：,（二）,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,。,DNA,5,TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT,.3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,RNA,5UUG,CAGCCUGA,CAAA,UCAGGCUG,AUGGCUGGUGACUUUUU,AGUC,ACCA,GCCU,UUUU,.3,UUUU,.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAU,GGCUGGUGACU,UUUU,AGUCACCAGCC,UUUUU,.3,UUUU,.,近终止区的转录产物形成发夹,(hairpin),结构是非依赖,因子终止的普遍现象,。,5pppG,5,3,3,5,RNA-,pol,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,。,第四节 真核生物转录过程,真核生物,RNA,聚合酶,RNA,聚合酶,（,RNA,Pol,）,RNA,聚合酶,（,RNA,Pol,）,RNA,聚合酶,（,RNA,Pol,）,真核生物的,RNA,聚合酶,真核生物调控序列,顺式作用元件（,cis,-acting element,）,：,指可以影响自身基因表达活性的,DNA,序列，分为启动子、增强子和沉默子。,启动子：指的是,RNA-,pol,结合位点周围的一组转录控制组件，每一组件含,7-20bp,的,DNA,序列，至少包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件。,TATA,盒,GC,盒,CAAT,盒,TATA,盒,:,是最具典型意义的组件，共有序列为,TATAAAA,，通常位于转录起始点上游,-30,-25,bp,控制转录起始的准确性及频率。由,TATA,盒和转录起始点即可构成最简单的启动子。,多在转录起始点约,-40,-100,nt,的位置，比较常见的是,GC,盒和,CAAT,盒,典型启动子由,TATA,盒及其上游,CAAT,盒和（或）,GC,盒组成，通常具一个转录起始点及较高转录活性,增强子：是远离转录起始点决定基因的时间和空间特异性表达、增强启动子转录活性的,DNA,序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。,沉默子：有的基因含有负性调节元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,转录起始点,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,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,顺式作用元件,(,cis,-acting element),转录因子,反式作用因子（,trans-acting factors,）,:,能通过与特异的顺式作用元件的识别、结合，反式激活另一基因的转录的蛋白。,转录因子（transcription factors,）：反式作用因子中，直接或间接结合,RNA,聚合酶的因子。,真核生物参与,RNA-,pol,转录的,TF,转录过程,转录起始,RNA,聚合酶,II,与启动子的结合、启动转录需要,多种蛋白质因子的协同,作用，形成,转录起始复合物,(pre-initiation complex,PIC),。,转录延长,真核生物转录延长过程,转录与翻译非同步,，,可见,核小体移位和解聚现象,。,转录终止,真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行,RNA-,pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3,加尾,-GUGUGUG,5,-AAUAAA-5,-AAUAAA-,AAAAAAA 3,mRNA,核酸酶,转录终止和转录后修饰密切相关,第五节 真核生物转录后加工,几乎所有的初级,RNA,转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的,RNA,部位：主要在细胞核,对象,:,mRNA,tRNA,rRNA,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),mRNA,前体,的加工,（一）真核生物,mRNA,生成特点,1.,单顺反子：一个,mRNA,分子只编码一种蛋白,2.,断裂基因（,split gene,）：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，这些基因称断裂基因。,C,A,B,D,非编码区,编码区,A,、,B,、,C,、,D,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。,具,5,-,帽子结构,具,3,-polyA,尾结构,（二）,mRNA,加工过程,5,加帽,3,加尾,剪接,编辑,加帽,5,-,末端有,7-,甲基鸟嘌呤的帽结构,5,pppGp,5,ppGp,磷酸酶,Pi,5,GpppGp,pppG,ppi,鸟苷酸转移酶,5,m,7GpppGp,甲基转移酶,SAM,加尾,剪接作用：去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接为成熟,mRNA,的过程。,场所,:,剪接体,由小分子核糖核蛋白组成，将,hnRNA,结合，使内含子形成套索并拉近上、下游外显子。,套索,RNA,：内含子区段弯曲，使相邻两个外显子互相靠近而利于剪接。,反应：二次转酯反应,4.mRNA,的编辑,(mRNA editing),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,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),。,二、,rRNA,的转录后加工,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,转录,45S-,rRNA,剪接,18S-,rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,三、,tRNA,的转录后加工,RNAaseP,、内切酶,tRNA,核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,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,小结：原核与真核转录的不同,原核为多顺反子，含多个结构基因,真核为单顺反子,原核转录酶只一种，直接起始转录,真核有三种转录酶，需蛋白因子的帮助,两者启动子结构不同,原核转录翻译同步进行,真核转录翻译非同步,原核初级产物具活性,真核加工后才有活性,本章要点,掌握一些概念：转录、不对称转录、断裂基因、内含子、外显子、,mRNA,编辑、套索,RNA,、剪接体、顺式作用元件、反式作用因子等,掌握原核和真核,RNA,聚合酶的特点,掌握原核生物转录过程，原核和真核生物转录的异同点,掌握转录和复制的异同点,熟悉真核生物,RNA,产物加工,