生物化学12.第十二章 RNA的生物合成(转录)
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幻灯片1第十二章 R N A 的生物合成(转录)(RNA Biosynthesis, Transcription)转录是指以DNA 为模板合成RNA 的过程 。
幻灯片2复制和转录的区别幻灯片3第一节 转录基本规律与体系(Basic Rules and System of Transcription) 一、不对称转录 (一)转录的模板 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。
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。
幻灯片4参与物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) DNA 模板RNA 聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子配对聚合酶 - pol A - U , T - A , G - CA - T , G - CmRNA, tRNA , rRNA子代双链DNA( 半保留复制)产物RNA (RNA )DNA 聚合酶 酶 NTdNT原料 模板链转录(不对称转录) 两股链均复制 模板 转录复制(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连续性4. 转录过程有特定起始和终止点 幻灯片5二、 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 聚合酶幻灯片6原核生物的RNA 聚合酶5 33 5模板链 编码链 编码链模板链转录方向转录方向5′···GCAGTACA TGTC ···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 蛋白质转录翻译核心酶全酶DNARNA 聚合酶全酶在转录起始区的结合 幻灯片72.真核生物的RNA 聚合酶(四)蛋白因子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ρ因子。
真核生物聚合酶Ⅱ启动转录时的转录因子。
幻灯片8第二节 R N A 转录过程(The Process of Transcription) 一、原核生物的转录过程 (一)转录起始a 36512决定哪些基因被转录b 150618 催化功能 b¢ 155613结合DNA模板s70263 辨认起始点亚 基 分 子 量 功 能TA TAATA TA TTA+1-55TTGACAAACTGA+2种类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 对鹅膏蕈碱的反应45S - rRNAhnRNA5S - rRNA tRNAsnRN 耐受极敏感中度敏感转录产物● 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。
幻灯片92. 转录起始过程(1) RNA 聚合酶全酶( 2 )与模板保守序列结合。
(2) DNA 双链解开。
(3) 在RNA-pol 作用下形成转录起始复合物。
(4)转录起始复合物:RNApol ( 2 ) - DNA - pppGpN- OH 3原核生物启动子的保守序列 幻灯片10 (二)转录延长1. 亚基脱落,RNA –pol 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 ···· RNATGTTGACATA TAAT5/ 5/3/3/ -35区-10区转录方向基因转录区启动子+1编码链 模板链幻灯片11转录延长2.原核生物转录过程中的羽毛状现象幻灯片12 (三)转录终止1.依赖ρ (Rho)因子的转录终止 ρ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。
幻灯片135 3DNA核糖体RNARNA 聚合酶A T Prho5/3/5/3/rho2.非依赖ρ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。
幻灯片14二、真核生物的转录起始 (一)转录起始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。
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)。
幻灯片15参与RNA-pol Ⅱ转录的TF Ⅱ* TBP(TATA binding protein) : TATA 结合蛋白。
5/ 35/335/转录产物RNA 聚合酶DNA35/3/ 5/ DNA5/U-U-U-U-U-U-U-U 3RNA 聚合酶CTD 酸化(α ) RNTF TBTA T转录因子 蛋白激酶活性,使 CTD ***磷 TF Ⅱ HATPase57 34 TF Ⅱ E 解螺旋酶 30 , 74 TF Ⅱ F 促进 RNA - pol Ⅱ 结合及作 为其他因子结合的桥梁 33 TF Ⅱ B 稳定 ⅡD - DN 复合物 12 , 19 , 35 TF Ⅱ A 辅助 TBP - DN 结合 TAF**结合 TA 盒TBP* 38 TF Ⅱ D功 能亚基组成,分子量 ( kD )( β )** 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。
***CTD(carboxyl terminal domain) : RNA-polⅡ大亚基羧基末端结构域。
幻灯片162. 转录起始前的上游区段修饰点顺式作用元件(cis-acting element)切离加尾AATAAA外显子翻译起始点转录起始点转录终止点内含子增强子TATA盒CAAT盒GC盒幻灯片173. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC)幻灯片18(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。
剪接(splicing)剪切(cleavage) 幻灯片19(一) 真核生物mRNA 的转录后加工1. 5 端形成 帽子结构(m7GpppNm —)。
2. 3 端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。
POL-ⅡTF ⅡF ⅡAⅡTF ⅡFⅡHⅡTBTAF TF ⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA 复合物TATA ⅡAⅡB TBP TA TA TA ⅡHⅡE CTD- PPOL-Ⅱ幻灯片203.mRNA 的剪接(1) 断裂基因(splite 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,称为断裂基因。
(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。
幻灯片21鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因 转录hnRNA7-甲基鸟苷三磷酸 帽子结构多聚A 尾结构 OO CHOO+N HN NO H2NNCH3 O OH2C O-OPOO PO-O P鸟嘌呤O O-O PO O AAA-OH 3/编码区 A 、B 、D 、F 非编码区 C 、EA B C D E F 7.7kbL 1 2 3 4 5 6 7A B C D E F G 47 185 51 129 118 143 156 1043首、尾修饰hnRNA 剪接成熟的mRNA幻灯片22GpppGAA···AAAGpppG AA···AAAGpppG AA···AAA1. 转录后剪切tRNA前体内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADPtRNA 幻灯片232. 碱基修饰 (1)甲基化如:A Am (2)还原反应 如:U DHU T Ψ环(3)核苷内的转位反应 如:U ψ (4)脱氨反应 如:A I 幻灯片24(三) rRNA 的转录后加工(1(3(2(4氨基酸臂额外环OHA CC A GA G G G CCCCCCGCAA GCCGCU CU CG UAUCTCCGGGGG GGCAA G D D G G DD D AA C AGU U AIAA ψ G U UC C Dm AAC A DUH 环反密码反密码子m m(1幻灯片25第三节逆转录(Reverse Transcription) 一、逆转录与逆转录酶DNA内含子内含子28S5.8S18S转录45S - rRNA剪接5.8S 和28S-rRNA 18S - rRNA(一)逆转录现象1.逆转录现象发现于逆转录病毒。
2.cDNA 是指以RNA 为模板,经逆转录合成的与RNA 碱基序列互补的DNA 链。
幻灯片26二、逆转录研究的意义(一) 逆转录酶和逆转录现象,是分子生物学研究中的重大发现,发展了中心法则。
(二) 逆转录现象说明至少在某些生物,RNA 同样兼有遗传信息传代与表达功能。
(三) 对逆转录病毒的研究,拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。
逆转录酶RNA 模板逆转录酶DNA-RNA 杂化双链RNA 酶cDNA逆转录酶双链DNA。