分子生物学RNA的生物合成(转录)模板共63页文档
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分子生物学RNA的生物合成(转录)模板
6
不对称转录 (asymmetric transcription)
• 转录对DNA链的选择 性称为不对称转录。
不对称转录
structural gene：可以转录出RNA的DNA区段
• 有两方面的含义：
– 在DNA分子双链上某 一区段，一股链用作模 板指引转录，另一股链 不转录 ；
– 模板链并非永远在同一 条单链上。
• 已发现三种RNA聚合酶 分别称为RNA聚合酶Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ，专一性地转录 不同的基因，生成不同 的产物i。
• 鹅膏蕈碱是真核生物 RNA聚合酶的特异性抑 制剂，但敏感性不同。
真核生物RNA聚合酶分子组成
• 真核生物的转录酶由8-12个亚基组成；
• 电泳分析显示：
– 有些亚基是两种酶或者三种酶共有的。
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。
E.coli色氨酸操纵子转录终止信号区的碱基顺序
终止子：
DNA模板上的终止信号或终止序列。 终止子的转录产物RNA可以形成特 殊茎-环结构（发夹）终止转录。 终止信号区的结构特点: 终止信号前的富含GC区后总有富含AT 区跟随。最突出的特点是它的富含GC区 有二重对称性(反转重复序列），使该区 域的转录产物有自身互补性，能形成茎 环（stemloop）或发夹（hairpin）状结 构，使RNA-pol脱落。
22
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。
由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC
TFⅡF
2个亚基组成：
大亚基有解螺旋酶活性 小亚基与原核生物σ因子同源 。
RNA的生物合成--转录-PowerPointPres
其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。
3 启动子（ promoter ）
DNA上的转录起始序列，称为启动子，有序列保守性， 不仅是转录起始的位置，而且影响转录的活性。
上游
下游
RNA聚合酶结合在启动子上
Pribnow box
注意原核启动子在-35 和-10区域的保守序列
真核转录启动子的保守序列
而真核基因是单顺反子（mono-cistron），其mRNA 的转录比较复 杂, 因为真核通常只转录出一个结构基因,而且其结构基因通常又是断裂 基因, 即是由编码的外显子（exon）和不编码的内含子（intron）间隔 排开组成的。因此, 转录得到的仅仅是mRNA的“毛坯”，称为核不均 RNA（hnRNA），要进行转录后的加工-----------在其5’端加上鸟嘌呤 “帽子”，3’端加上polyA的“尾巴”，再切除内含子，将外显子拼 接，才能成为一个成熟的mRNA。
谢谢大家！
用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同，转录是局部的, 从启动子开始到终止子结束,为一个转录单位;
转录不需要引物；
转录的忠实性相对弱；
转录首先得到RNA前体，然后再进行加工转变为成熟的RNA.
被转录成单个RNA分子的一段DNA 称为一个转录单位(transcript)
2 RNA聚合酶（ RNA polymerase ）
沉降系数 S
生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离 心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场下的沉降速度是个定 值，称为沉降系数（sedimentation coefficient） 。
蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之间。 为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。
3 启动子（ promoter ）
DNA上的转录起始序列，称为启动子，有序列保守性， 不仅是转录起始的位置，而且影响转录的活性。
上游
下游
RNA聚合酶结合在启动子上
Pribnow box
注意原核启动子在-35 和-10区域的保守序列
真核转录启动子的保守序列
而真核基因是单顺反子（mono-cistron），其mRNA 的转录比较复 杂, 因为真核通常只转录出一个结构基因,而且其结构基因通常又是断裂 基因, 即是由编码的外显子（exon）和不编码的内含子（intron）间隔 排开组成的。因此, 转录得到的仅仅是mRNA的“毛坯”，称为核不均 RNA（hnRNA），要进行转录后的加工-----------在其5’端加上鸟嘌呤 “帽子”，3’端加上polyA的“尾巴”，再切除内含子，将外显子拼 接，才能成为一个成熟的mRNA。
谢谢大家！
用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同，转录是局部的, 从启动子开始到终止子结束,为一个转录单位;
转录不需要引物；
转录的忠实性相对弱；
转录首先得到RNA前体，然后再进行加工转变为成熟的RNA.
被转录成单个RNA分子的一段DNA 称为一个转录单位(transcript)
2 RNA聚合酶（ RNA polymerase ）
沉降系数 S
生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离 心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场下的沉降速度是个定 值，称为沉降系数（sedimentation coefficient） 。
蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之间。 为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。
RNA的生物合成(转录)
转录终止修饰点
编码链3’端后有 3’-AATAAA--GT-5’序列
转录因子
TF Ⅱ ：RNA-pol Ⅱ转录的转录因子
TFⅡD TFⅡA TFⅡB
辨认TATA盒，唯一能结 合TATA盒的蛋白质
稳定TFⅡD结合
解旋酶
ATPase 促进polⅡ结合
蛋白激酶
TFⅡF TFⅡE TFⅡH
结合顺序：
TFⅡD → TFⅡA →TFⅡB → TFⅡF→RNA-pol→ TF ⅡE → TFⅡH
过程
ρ因子与RNA转录产物 （ 3’富含C）结合
ρ因子和RNA聚合酶变构
RNA聚合酶停止转 录
解螺旋酶活性使DNA： RNA杂化双链解离
转录产物释放
不依赖ρ因子的转录终止
特点
终止信号：A=T 、G≡C密集区（DNA分子上） 转录产物：3’端连续U区（mRNA） U=A配对不稳定
终止区RNA发夹样或鼓槌状茎环结构
四膜虫rRNA内含子的二级结构 5´-端核苷酸序列
转录后的加工
原核生物转录与翻译连续进行 往往转录还未完成，翻译已开始，
原核生物中转录生成的mRNA 没有特殊的转录后加工修饰过程
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。
核酸内切酶
并接体（U1 SnRNA, U2 SnRNA）与hnRNA内含 子碱基互补结合于5’ ，3’端→套索→ 二次转酯反应切下内含子
mRNA的加工
RNA-polⅡ 的转录产物
分子生物学第十四章_RNA的生物合成
选择性转录
（二）原料
4种三磷酸核苷（NTP）： ATP、GTP CTP、UTP
（三）RNA聚合酶 （RNA POLYMERASE）
• 全称： 依赖DNA的RNA聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase DDRP)
• 简称： RNA聚合酶（ RNA-pol）
• 作用：它以DNA为模板，4种NTP为原料，按 A=U、CG、T=A碱基配对规则，催化合成 5′→3′方向的RNA链。
（6）酶类 DNA聚合酶 RNA聚合酶
（7）配对 A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
第四节 真核生物前体RNA的加工和降解
• 真核生物转录产物RNA都要经过一系列改变才能成为有生物活性的RNA 分子。
几种主要的修饰方式：
1. 剪接(splicing)
2. 剪切(cleavage)
3. 修饰(modification)
甲基转移酶
5' m7GpppGp…
帽子结构：
• 功能：
①可能是真核核糖体小亚基识别与结合位 点，从而参与蛋白质合成的启动
②可能阻止5′外切核酸酶对mRNA的降 解，增加mRNA的稳定性
2．加尾(adding tail)：
• 这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷 酸，然后再加入polyA。
图18-1 5种E.coli启动序列的共有序列
（五）终止因子（Ρ）
• 作用：协助RNA聚合酶辨认终止点并终止转录
第二节 原核生物的转录的过程
转录是以DNA为模板合成RNA的过程 起始 延长 终止
(一)起始阶段
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
（二）原料
4种三磷酸核苷（NTP）： ATP、GTP CTP、UTP
（三）RNA聚合酶 （RNA POLYMERASE）
• 全称： 依赖DNA的RNA聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase DDRP)
• 简称： RNA聚合酶（ RNA-pol）
• 作用：它以DNA为模板，4种NTP为原料，按 A=U、CG、T=A碱基配对规则，催化合成 5′→3′方向的RNA链。
（6）酶类 DNA聚合酶 RNA聚合酶
（7）配对 A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
第四节 真核生物前体RNA的加工和降解
• 真核生物转录产物RNA都要经过一系列改变才能成为有生物活性的RNA 分子。
几种主要的修饰方式：
1. 剪接(splicing)
2. 剪切(cleavage)
3. 修饰(modification)
甲基转移酶
5' m7GpppGp…
帽子结构：
• 功能：
①可能是真核核糖体小亚基识别与结合位 点，从而参与蛋白质合成的启动
②可能阻止5′外切核酸酶对mRNA的降 解，增加mRNA的稳定性
2．加尾(adding tail)：
• 这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷 酸，然后再加入polyA。
图18-1 5种E.coli启动序列的共有序列
（五）终止因子（Ρ）
• 作用：协助RNA聚合酶辨认终止点并终止转录
第二节 原核生物的转录的过程
转录是以DNA为模板合成RNA的过程 起始 延长 终止
(一)起始阶段
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
第十章RNA转录
（三）转录的单向性
生物化学 Biochemistry
• RNA转录合成时，只能向一个方向进行 聚合，所依赖的模板DNA链的方向为 3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'。
生物化学 Biochemistry
（四）有特定的起始和终止位点
• RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一 段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的 终止位点。
• 与模板链互补的另一条DNA链称为编码链(coding strand)，也称为有意义链或Crick链。
5’ 3’
5’
模板链 编码链
5’ 3’ 5’
生物化学 Biochemistry
编码链 (coding strand)
5 ' 3 '
模板链 (template strand)
3 ' 5 '
生物化学 Biochemistry
原核生物只有一种酶，转录三种RNA（mRNA、rRNA、tRNA） 前体。
生物化学 Biochemistry
E. coli RNA聚合酶组分
亚基 ω
分子量
功能
36512 决定哪些基因被转录
150618 催化磷酸二酯键形成
155613 70263 11000
结合DNA模板 辨认起始点 未知
核 心 酶 （ coreenzym e）
生物化学 Biochemistry
全酶 （转录起始）
+
σ
核心酶 （转录延长）
全酶： 2ββˊ σ五个亚基组成 核心酶： 2ββˊ四个亚基组成 σ因子：与启动子结合，参与基因转录的起始，一旦引发RNA 的合成，就与核心酶分离。
15第15章RNA生物合成转录
二、tRNA的转录后加工
DNA
TGGCNNAGTGC
RNA pol Ⅲ
GGTTCGANNCC
tRNA前体
RNAaseP、 内切酶
tRNA核苷酸转移酶、 连接酶
ATP ADP
（2） （1）
碱基修饰
（1）甲基化
（1）
如：A Am
（2）还原反应 如：U DHU
（3） （4）
（3）核苷内的转位反应 如：U ψ
POL-Ⅱ
TFⅡF
ⅡH ⅡE
ⅡE
ⅡH
TFTⅡPBFOPTALT-TAⅡAFⅡB
ⅡA
CTD- P
PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化
4. 拼板理论(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。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
（二）转录延长
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 (transcription)
生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。
DNA
转 录
RNA
复制和转录的区别
模板 原料 酶 产物
配对
复制
转录
两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
第六讲RNA的生物合成与转录后加工
1、RNA合成的酶学基础
真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有 以下特点：①以DNA为模板: 在DNA的两条多苷酸链中只有其 中一条链作为模板，这条链叫做模板链，又叫反义链。DNA 双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫有意义链 ，编码链的的序列与转录本RNA的序列相同，只是在编 码链上的T在转录本RNA为U，由于RNA的转录合成是以DNA的 一条链为模板而进行的，所以这种转录方式又叫做不对称 转录。
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 • 依赖ρ因子的转录终止 • 非依赖ρ因子的转录终止
当前第7页\共有94页\编于星期五\23点
编码链
模板链
5´……G C A 3´…… c g
G
t
T
c
ACAT
atg
G t
T a
Cc…a…g3´……5｝´
DNA
转录
5´……G C A G U A C A U G U C……3´
mRNA 翻译
N …… Ala · Val · His · Val ……C
肽
RNA聚合酶的组成
亚基组成：2'w = 2'w +
全酶 核心酶
亚基 —— 解开前方的DNA双螺旋、恢复后面 的DNA双螺旋
亚基 —— 催化磷酸二酯键的形成 '亚基 —— 与DNA的非模板链结合
当前第16页\共有94页\编于星期五\23点
亚基：识别DNA上转录的起始部位，从而 引导全酶结合上去
核心酶：解开前方的DNA双螺旋、RNA链的 延伸、恢复后面的DNA双螺旋
大小可能是决定启动子强度的因素之一。
第12章RNA的生物合成－转录final
第12章RNA的⽣物合成－转录final转录泡的形成转录过程动画帽⼦结构mRNA前体的加⼯动画剪接作⽤即在细胞核内,剪切hnRNA 中内含⼦序列,将各外显⼦序列连接为成熟mRNA的过程(结构基因)(内含⼦、外显⼦)(只有外显⼦)mRNAExon1Exon2Exon3Intron1Intron2蛋⽩质DNA成熟mRNADNA转录hnRNA加⼯mRNA剪接去除内含⼦，连接外显⼦5’末端加帽(5’cap)3’末端加尾甲基化修饰及核苷酸编辑（⼀）真核⽣物mRNA前体的加⼯(3’polyAtail)5''末端帽⼦:转录后加⼯中加⼊的m7GpppNmp-7－甲基鸟嘌呤核苷三磷酸保护新合成的mRNA免被降解增加翻译活性协助mRNA转移⾄胞浆参与第⼀个内含⼦的剪接3’末端加多聚A“尾”：增加mRNA的稳定性加强翻译活性参与最后⼀个内含⼦的剪接RNA＋nATPRNA(AMP)n+nPPi多聚A 聚合酶功能：第⼗⼀章RNA的⽣物合成概述DNA和RNA异同点D-2脱氧核糖（dR）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）磷酸DNAD-核糖戊糖尿嘧啶（U）碱基胞嘧啶（C）鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A）磷酸磷酸RNARNA⽣物合成转录（Transcription）:DNA指导的RNA合成反转录DNA复制RNA复制蛋⽩质转录翻译RNA复制（RNAreplication）:RNA指导的RNA合成DNA转录RNA前体加⼯成熟RNA DNARNA转录体系：DNA模板DNA指导的RNA聚合酶转录过程起始阶段、链的延长、链的终⽌转录后的加⼯过程信使RNA(mRNA)的加⼯转运RNA(tRNA)的加⼯核蛋⽩体RNA（rRNA)的加⼯本章主要内容转录(transcription)⽣物体以DNA为模板合成RNA的过程。
转录RNADNARNA转录体系TemplatesandEnzymes第⼀节1.转录作⽤的特点部位：细胞核内DNA－AGCT碱基配对规律:RNA－UCGARNA核苷酸连接⽅式：3’,5’-磷酸⼆酯键⽅向：5’?3’，合成过程是连续的，不需引物⽅式：不对称转录（asymmetrictranscription）DNA⽚段转录时，双链DNA中只有⼀条链作为转录的模板，这种转录⽅式称作不对称转录。
分子生物学RNA转录
第5页/共67页
四种内含子的边界序列各有一定共同的特征
第6页/共67页
3、拼接方式 Class I：由拼接复合物完成（核mRNA内含子） 可供识别的特异序列 拼接复合物由多种蛋白质和snRNA组成
Class II：自我拼接（GroupⅠ、Ⅱ ） 形成特定的二级结构 RNA具有催化拼接的能力
Class III：需要蛋白质酶参与的拼接（酵母tRNA） 前两种拼接都属于转酯反应
lariat
第29页/共67页
第30页/共67页
第31页/共67页
第32页/共67页
Trans-splicing
反式剪接的情况较为稀少，较典型的例子是锥 虫 表 面 糖 蛋 白 基 因 VSG(variable surface glycoprotein)， 线 虫 的 肌 动 蛋 白 基 因 （ actin genes）， 和 衣 藻 （ chlamydomonas） 叶 绿 体 DNA中含有的psa基因。
第46页/共67页
2. Many genes have apparently arisen during evolution in part via exon duplication and divergence.
第47页/共67页
3. Related exons are sometimes found in otherwise unrelated genes.
1. Major and minor splicesome
第38页/共67页
2. nonsense-mediated decay
第39页/共67页
3. A novel strategy used by Dscam Exon 6
Drosophila Dscam gene- encodes cell surface proteins of the Ig superfamily
四种内含子的边界序列各有一定共同的特征
第6页/共67页
3、拼接方式 Class I：由拼接复合物完成（核mRNA内含子） 可供识别的特异序列 拼接复合物由多种蛋白质和snRNA组成
Class II：自我拼接（GroupⅠ、Ⅱ ） 形成特定的二级结构 RNA具有催化拼接的能力
Class III：需要蛋白质酶参与的拼接（酵母tRNA） 前两种拼接都属于转酯反应
lariat
第29页/共67页
第30页/共67页
第31页/共67页
第32页/共67页
Trans-splicing
反式剪接的情况较为稀少，较典型的例子是锥 虫 表 面 糖 蛋 白 基 因 VSG(variable surface glycoprotein)， 线 虫 的 肌 动 蛋 白 基 因 （ actin genes）， 和 衣 藻 （ chlamydomonas） 叶 绿 体 DNA中含有的psa基因。
第46页/共67页
2. Many genes have apparently arisen during evolution in part via exon duplication and divergence.
第47页/共67页
3. Related exons are sometimes found in otherwise unrelated genes.
1. Major and minor splicesome
第38页/共67页
2. nonsense-mediated decay
第39页/共67页
3. A novel strategy used by Dscam Exon 6
Drosophila Dscam gene- encodes cell surface proteins of the Ig superfamily