DNA的转录ppt

三、转录过程
转录可分三阶段：起始、延伸和终止。 转录可分三阶段：起始、延伸和终止。 真核生物中还需转录后加工过程。 真核生物中还需转录后加工过程。 1. 原核生物的转录过程 （1）转录起始 ） 启动子(promoter) ① 启动子 位于结构基因5'端上游的一段 序列， 位于结构基因 端上游的一段DNA序列，可被 端上游的一段 序列 可被RNA聚 聚 合酶识别并结合，以启动基因转录，又称启动基因。 合酶识别并结合，以启动基因转录，又称启动基因。
真核生物启动子由转录因子识别。 真核生物启动子由转录因子识别。 转录因子识别 转录因子(transcription factor)：能识别启动子并与之发 转录因子 ： 生相互作用的蛋白质，影响转录过程。 生相互作用的蛋白质，影响转录过程。 前起始复合物(preinitiation complex)：多种转录因子与 前起始复合物 ： RNA聚合酶在转录起点处形成的复合物。 聚合酶在转录起点处形成的复合物。 聚合酶在转录起点处形成的复合物
coding region coding region
(3) 剪切与拼接 剪切与拼接(Splicing) ① mRNA的剪接 的剪接 外显子(exon)：外显子是指编码区的DNA序列。 外显子 ：外显子是指编码区的 序列。 序列 内含子(intron)：内含子是指非编码区DNA序列。 ：内含子是指非编码区 序列。 内含子 序列 剪接(splicing)：指切除转录初始产物中内含子并将外 ： 剪接 显子连接成一个整体的过程。 显子连接成一个整体的过程。
原核生物启动子特点： 原核生物启动子特点：
-35 -35 Box TTGACA -10 -10 Box TATAAT ＋1 3'
5'
启动子区
结构基因
–10 Box：也称为 ：也称为Pribnow盒，一致序列为 盒 一致序列为TATAAT， ， 有利于转录时双链的解开。 有利于转录时双链的解开。 –35 Box：一致序列为 ：一致序列为TTGACA，提供聚合酶结合时 ， 的识别为点。 的识别为点。
2. 真核细胞的转录后加工 (1) 加帽 加帽(Capping)
pppN-N-RNA ppN-N-RNA ＋ GTP RNA磷酸酶 鸟苷酸转移酶 ppN-N-RNA ＋ Pi GpppN-N-RNA ＋ PPi
甲基转移酶 m7GpppN-N-RNA GpppN-N-RNA＋SAM ＋ S-腺苷同型半胱氨酸 甲基转移酶 m7GpppNmp-N-RNA ＋ S-腺苷同型半胱氨酸
底物NTP 底物
n1AMP n2GMP ＋ (n +n +n +n )PPi 1 2 3 4 n3UMP n4CMP
产物RNA 产物
转录过程中 碱基配对差异： 碱基配对差异：
DNA H 3C
RNA 氢键 H N O H N N N A N
DNA/RNA
RNA/DNA
N N N
氢键 H O H N N H N H H G N O C N
2. 真核生物基因转录 （1）真核生物启动子 ） 真核生物包括三类启动子 三类启动子： 真核生物包括三类启动子： 类型Ⅰ 类型Ⅰ启动子 (class Ⅰ promoter) 类型Ⅱ 类型Ⅱ启动子 (class Ⅱ promoter) 类型Ⅲ 类型Ⅲ启动子 (class Ⅲ promoter)
控制rRNA的转录 的转录 控制 控制mRNA的转录 的转录 控制 控制小分子RNA的转录 的转录 控制小分子
(2) 转录延伸 σ因子的脱落，促进了RNA合成速度： 因子的脱落，促进了 合成速度： 因子的脱落 合成速度 核苷酸/秒 分子酶 约50核苷酸 秒.分子酶 核苷酸
Negative supercoils
Positive supercoils
Coding strand Rewinding Template strand Unwinding
m7GpppN-N-RNA＋SAM
(2) 加poly(A)尾巴 尾巴(Polyadenylation) 尾巴
RNA-pN-OH＋nATP ＋
多聚腺苷 酸聚合酶
Mg2+/Mn2+
RNA-pN-pApA…pA+nPPi …
100~200
多聚腺苷酸化在核内完 成，可以增加mRNA的 可以增加 的 稳定性。 稳定性。并非所有的真 都具有poly(A) 核mRNA都具有 都具有 尾巴，如组蛋白、 尾巴，如组蛋白、呼肠 孤病毒及一些植物病毒 mRNA。 。
2. 真核细胞 真核细胞RNA聚合酶 聚合酶 RNA聚合 细胞 聚合 部位 酶种类 聚合酶I 聚合酶 聚合酶II 聚合酶 核仁 核质 对抑制物α-鹅 对抑制物 鹅 膏蕈碱敏感性 不敏感 敏感 中等敏感
功
能
转录rRNA 转录 转录mRNA 转录
转录小分子RNA， ， 转录小分子 聚合酶III 核质 聚合酶 如tRNA、5S rRNA等 、 等 线粒体中的RNA聚合酶与原核生物相似。 聚合酶与原核生物相似。 线粒体中的 聚合酶与原核生物相似
③ RNA合成的起始 合成的起始 起始位点(initiation site) 起始位点 RNA聚合酶 通常结合一嘌呤碱基 聚合酶 (RNA Pol) 延伸位点(elongation site) 延伸位点 起始位点的嘌呤 碱基与模板+1位 碱基与模板 位 碱基配对 延伸位点引入与模 板＋2位碱基配对的 位碱基配对的 第二个NTP，形成 第二个 ， 磷酸二酯键 在模板指导下 依次引入NTP 依次引入 新合成RNA链延伸 链延伸 新合成 碱基后， 约6~10碱基后，σ 碱基后 因子从全酶脱落 延伸阶段
N H N O T
DNA
氢键
RNA
H H O N N N N N N H N O A U
模板链(template strand)：在转录过程中直接参与指导 模板链 ：在转录过程中直接参与指导RNA 合成过程的DNA链，其序列与新合成的RNA链互补。 链 其序列与新合成的 链互补。 合成过程的 链互补 编码链(coding strand)：在RNA合成过程中不直接参与指导 编码链 ： 合成过程中不直接参与指导 RNA合成的 合成的DNA链，其序列与新合成的 链对应。 合成的 链 其序列与新合成的RNA链对应。 链对应
5'
RNA RNA-DNA hybrid(~8bp)
3'
NTP chanel Active site
Direction of transcription
大肠杆菌RNA聚合酶催化 聚合酶催化 大肠杆菌 RNA聚合反应的起始与延伸 聚合反应的起始与延伸
(3) 转录终止 不依赖ρ因子的终止 ① 不依赖 因子的终止
GC Box: GGGCGG CAAT Box: GGC(T)CAATCT
(2) 真核生物增强子 真核生物增强子(enhancer)： ： 增强子： 增强子：真核细胞中能增强启动子活性的核苷酸序 列，称为增强子。 称为增强子。 增强子的特点： 增强子的特点： ① 可远距离作用 可大于几个 ； 可远距离作用(可大于几个 可大于几个kb)； 位于启动子上游或下游都可发挥作用； ② 位于启动子上游或下游都可发挥作用； ③ 可在模板链上或也可位于编码链上； 可在模板链上或也可位于编码链上； 功能与序列方向性无关； ④ 功能与序列方向性无关； 具有组织特异性。 ⑤ 具有组织特异性。
相对分 亚基 亚基 基因 功 能 子量(kD) 数目 子量 α rpo A 40 2 装配亚基：与启动子上游元件和 装配亚基： 活化因子结合. 活化因子结合 β rpo B 155 1 催化中心：结合核苷酸底物，催 催化中心：结合核苷酸底物， β' rpo C 160 1 化磷酸二酯键形成，与模板 化磷酸二酯键形成，与模板DNA 结合。 结合。 σ rpo D 32~92 1 识别亚基：可识别启动子，促进 识别亚基：可识别启动子， 转录的起始。 转录的起始。 ω 9 1 功能不详。 功能不详。
真核生物的Ⅱ类启动子： 真核生物的Ⅱ类启动子： 包括四种控制元件： 包括四种控制元件： 基本启动子(basal promoter ，即TATA Box) 基本启动子 起始子(initiator) 起始子 上游元件(upstream element) 上游元件 应答元件(response element)。 应答元件 。
聚合酶与模板DNA的结合 ② RNA聚合酶与模板 聚合酶与模板 的结合 封闭式启动子复合物 (closed promoter complex)
全酶的σ因子识别 全酶的 因子识别-35 因子识别 Box，并与之结合。 ，并与之结合。
开放式启动子复合物 (open promoter complex)
DNA双链在 双链在-10 Box附近解 双链在 附近解 开约14bp的区域，酶与模 的区域， 开约 的区域 板形成紧密复合物。 板形成紧密复合物。
编码链 DNA
模板链 RNA 转录本
RNA聚合酶 聚合酶
二、参与转录的酶类
1. 原核细胞 原核细胞RNA聚合酶 聚合酶 核心酶(core enzyme)：α2ββ ' 核心酶 ： 全酶(holoenzyme)：α2ββ ' σ ： 全酶
大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质与功能 大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质与功能 RNA
Transcription
大肠杆菌trp操纵子终止位 大肠杆菌 操纵子终止位 点序列(富含 的反向重复序 富含GC的反向重复序 富含
列形成茎环结构促进RNA从模 从模 列形成茎环结构促进 板上脱落) 板上脱落
依赖ρ ② 依赖 因子的终止 ρ因子 factor)：由50kD亚基组成的六聚体，是一种 因子(ρ 亚基组成的六聚体， 因子 ： 亚基组成的六聚体 ATP依赖型解链酶，可解开 依赖型解链酶， 依赖型解链酶 可解开RNA:DNA和R的加工
CTP ATP