醫(yī)學(xué)生物化學(xué)-11課件

第十一章轉(zhuǎn)錄Transcription轉(zhuǎn)錄----DNA為模板合成RNA的過(guò)程轉(zhuǎn)錄所需的酶叫RNA聚合酶（依賴DNA的RNA聚合酶）復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)：1.DNA為模板

2.原料為核苷酸

3.合成方向均為5′→3′

4.都需要依賴DNA的聚合酶

5.遵守堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律

6.產(chǎn)物為多聚核苷酸鏈不同點(diǎn)：復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩股鏈均作為模板模板鏈作為模板原料

dNTPNTP聚合酶

DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代DNA雙鏈mRNA;tRNA;rRNA配對(duì)A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物需RNA引物--------

方式(特點(diǎn))

半保留復(fù)制不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄第一節(jié)模板和酶一、轉(zhuǎn)錄模板兩股DNA單鏈中只有一股可轉(zhuǎn)錄,可作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA的一股稱為模板鏈，對(duì)應(yīng)的一股互補(bǔ)鏈稱為編碼鏈。能轉(zhuǎn)錄出mRNA然后指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的部分稱為結(jié)構(gòu)基因。其余的DNA可能轉(zhuǎn)錄(rRNA，tRNA)，也可能不轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄:DNA分子上一股可轉(zhuǎn)錄,另一股不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。二、RNA聚合酶反應(yīng)特點(diǎn)（1）以四種核苷三磷酸（NTP）為底物，以DNA為模板；（2）以5’→3’方向合成；（3）無(wú)需引物，直接在模板上合成RNA鏈；（4）堿基配對(duì)是：A-U和G-C；（5）DNA的兩條鏈中僅一條鏈可作模板，該鏈稱模板鏈（一般為負(fù)鏈），另一條鏈稱編碼鏈（一般稱為正鏈）。（一）原核生物的RNA聚合酶大腸桿菌

分子量為480kD，由四個(gè)亞基組成α2ββ′σ(全酶)

去掉σ亞基稱為核心酶RNA聚合酶各亞基及其功能σ亞基為起始因子，能使RNA聚合酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上。σ因子具有特異性（二）真核生物的RNA聚合酶三種RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它們專一地轉(zhuǎn)錄不同的基因,其轉(zhuǎn)錄過(guò)程和產(chǎn)物也各不相同。三種RNA聚合酶對(duì)鵝膏覃堿的敏感性反應(yīng)不同。-35區(qū)的序列與起始點(diǎn)的辨認(rèn)有關(guān),稱為辨認(rèn)位點(diǎn),-10區(qū)的序列稱為Pribnow盒(box)結(jié)合位點(diǎn)標(biāo)記應(yīng)該為+1第二節(jié)轉(zhuǎn)錄裝置一、轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)DNA序列按編碼鏈（與RNA鏈一樣）書(shū)寫(xiě)，由左至右為5’→3’方向。與mRNA序列相同的為正鏈（編碼鏈），互補(bǔ)的鏈為負(fù)鏈（模板鏈）。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)：即每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的起點(diǎn)。該點(diǎn)的核苷酸標(biāo)號(hào)為+1。右側(cè)為下游，用正的數(shù)碼表示；左側(cè)為上游，用負(fù)的數(shù)碼表示。二、啟動(dòng)子

即轉(zhuǎn)錄起始的信號(hào)序列。1、大腸桿菌基因組的啟動(dòng)子（1）Pribnow框（-10序列）：起點(diǎn)上游約-10處，保守序列TATAAT，-10序列有助于DNA局部雙鏈解開(kāi)（A-T配對(duì)易解開(kāi)）（2）識(shí)別區(qū)（-35序列）：中心位置約在-35處，保守序列TTGACA；-35序列提供了RNA聚合酶識(shí)別的信號(hào)三、終止因子1、終止因子（NusA）：協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子，與RNA聚合酶的核心酶結(jié)合（α2ββ’NusA復(fù)合物），識(shí)別終止序列。2、rho因子：具有核酸酶活力（水解三磷酸核苷）。在RNA聚合酶遇到終止子暫停作用時(shí)，解RNA-DNA螺旋，起解鏈酶作用。四、終止子1、終止子：提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列終止子可被RNA聚合酶或其輔助因子識(shí)別，但終止信號(hào)應(yīng)位于已轉(zhuǎn)錄的序列中原核生物的終止子在終止點(diǎn)之前，有一個(gè)回文結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA可形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使聚合酶停止移動(dòng)（p.465,圖36-11）

不依賴r

-因子的終止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。第三節(jié)轉(zhuǎn)錄過(guò)程一轉(zhuǎn)錄的起始（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始RNA酶結(jié)合到DNA鏈上，DNA雙鏈部分解開(kāi)形成轉(zhuǎn)錄空泡。原核生物由σ因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，原核生物在-35區(qū)有5’-TTGACA，在-10區(qū)有TATAAT盒

轉(zhuǎn)錄起始不需引物,

5’-

PPPGPN-OH

第一個(gè)磷酸二酯鍵形成后,σ亞單位即脫落下來(lái)RNA聚合酶與DNA模板鏈的結(jié)合模板鏈合成方向轉(zhuǎn)錄起始

PIC二轉(zhuǎn)錄的延伸原核生物和真核生物基本相同σ亞基脫落，核心酶構(gòu)象改變，NusA結(jié)合RNA的5’端伸展在轉(zhuǎn)錄空泡之外模板為A，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相應(yīng)為U原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行RNA鏈的延長(zhǎng)RNA鏈的延長(zhǎng)三轉(zhuǎn)錄的終止（一）原核生物轉(zhuǎn)錄終止的模式：ρ依賴因子(ρ因子能與RNA結(jié)合，還具有ATP酶和解鏈酶的活性)RNA3′形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)不依賴ρ因子終止區(qū)的堿基可形成特殊的結(jié)構(gòu)

RNA3′形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)和一串寡聚U（二）

真核生物的轉(zhuǎn)錄終止編碼鏈上存在轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)AATAAA真核生物mRNA帶有polyA尾巴

不依賴r

-因子的終止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。RNA釋放聚合酶脫離轉(zhuǎn)錄終止第四節(jié)轉(zhuǎn)錄后的修飾一、原核生物rRNA前體的加工

結(jié)構(gòu)：每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位由16S、23S、5SrRNA以及一個(gè)或幾個(gè)tRNA基因所組成。加工：RNAaseⅢ：裂解產(chǎn)生16S和23SrRNA的前體（P16和P23）RNAaseE：裂解產(chǎn)生5SrRNA前體（P5）RNAaseM16和RNAaseM23：分別切除P16和P23兩端的互補(bǔ)序列RNAaseM5：切除P5的兩端附加序列二、原核生物tRNA前體的加工結(jié)構(gòu)：tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA、mRNA基因組成混合轉(zhuǎn)錄單位。加工：（1）由核酸內(nèi)切酶在tRNA兩端切斷：5’-核酸內(nèi)切酶（RNAaseP）：在tRNA5’端切開(kāi)，是tRNA的5’成熟酶3’-核酸內(nèi)切酶（RNAaseF）：在tRNA近3’端處切開(kāi)（2）核酸外切酶（RNAaseD）：從前體3’端逐個(gè)切去附加的序列，直至tRNA的3’端，是tRNA的3’成熟酶。（3）在3’端加上-CCAOH：-CCAOH結(jié)構(gòu)對(duì)接受氨?；幕钚允潜匾?。一類是本身具有CCA；另一類沒(méi)有，需要tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶催化逐個(gè)加上CCA。（4）核苷的修飾：由特定的tRNA修飾酶催化，如假尿嘧啶核苷的糖苷鍵發(fā)生移位反應(yīng)（由尿嘧啶的N1變?yōu)镃5）。三、原核生物mRNA前體的加工

一般不加工；少數(shù)多順?lè)醋觤RNA通過(guò)核酸內(nèi)切酶切成較小的單位，再行翻譯。四、真核生物rRNA前體的加工1、結(jié)構(gòu)：由16~18S、26~28S和5.8SRNA基因組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位2、加工：由RNAaseⅢ以及其他核酸內(nèi)切酶進(jìn)行加工五、真核生物tRNA前體的加工1、結(jié)構(gòu)：tRNA基因成簇排列2、加工：核酸內(nèi)切酶和外切酶：切去tRNA前體5’端和3’端的附加序列

核苷酰轉(zhuǎn)移酶：在tRNA3’端逐個(gè)加上CCA序列

修飾酶：tRNA特異成份的修飾六、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾

5’--端帽結(jié)構(gòu)的形成(m7GpppG)O型帽子：m7G5’ppp-5’N1Ⅰ型帽子：m7G5’ppp5’N1m2pN2p-II型帽子：m7G5’ppp5’N1m2pN2m2p-3’--端polyA尾巴的生成由多聚腺苷酸聚合酶催化，以帶3’-OH基的RNA為受體，ATP為供體，在3’端逐個(gè)加上A。

功能：保護(hù)mRNA。SAM：S-腺苷甲硫氨酸甲基化過(guò)程：G5’ppp5’N1pN2p-RNA+SAM→m7G5’ppp5’N1pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸

mRNA（鳥(niǎo)嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶

SAM=S-腺苷甲硫氨酸m7G5’ppp5’N1pN2p-RNA+SAM→m7G5’ppp5’N1m2pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸mRNA（鳥(niǎo)嘌呤-2）甲基轉(zhuǎn)移酶（核糖2’-OH基上被甲基化）帽子功能：翻譯過(guò)程中起識(shí)別和穩(wěn)定作用。（二）真核生物mRNA前體的剪接1、斷裂基因(splitgene)

外顯子(exon)內(nèi)含子(intron)從中斷基因線性表達(dá)的方式分翻譯前刪除內(nèi)含子翻譯繞過(guò)內(nèi)含子翻譯后刪除內(nèi)含子2、內(nèi)含子定義擴(kuò)充內(nèi)含子是隔斷基因線性表達(dá)的序列3、內(nèi)含子的分類按基因類型分第一類內(nèi)含子：線粒體、葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)錄初級(jí)rRNA基因，需要游離G發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)；第二類內(nèi)含子：核、線粒體、葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)錄初級(jí)mRNA基因；套索狀剪接：SnRNA和SnRNP（核微小核糖核蛋白）完成；第三類內(nèi)含子：tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的內(nèi)含子，為酶促拼接。（1）GroupI內(nèi)含子拼接：rRNA前體的拼接（四膜蟲(chóng)）結(jié)構(gòu)：rRNA前體為35S，其中26SrRNA基因中有一內(nèi)含子。拼接：第一步：鳥(niǎo)苷酸（G）的3’-OH攻擊內(nèi)含子的5’末端磷酸基，使內(nèi)含子的5’末端磷酸基轉(zhuǎn)移到G的3’-OH上，也就使內(nèi)含子5’末端斷開(kāi)；第二步：第一個(gè)外顯子產(chǎn)生的3’-羥基攻擊第二個(gè)外顯子5’末端的磷酸基，使第二外顯子的5’末端磷酸基轉(zhuǎn)移到第一外顯子3’-OH上。這樣使內(nèi)含子切下，外顯子連接；第三步：切下的內(nèi)含子3’-OH攻擊自身5’末端附近（第15個(gè)核苷酸處）的磷酸基，形成一個(gè)環(huán)狀分子。這是類型I自我拼接：無(wú)需酶的參與，需要游離鳥(niǎo)苷酸發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，自我催化拼接。rRNA前體的拼接核酶（ribozyme）----具有催化活性的RNA1982T.R.Cech

四膜蟲(chóng)rRNA前體1983S.AltmanRNaseP對(duì)tRNA前體加工錘頭狀核酶，發(fā)夾狀核酶人工核酶(抗感染，抗腫瘤)（2）GroupII內(nèi)含子拼接：套索剪切模式結(jié)構(gòu)：內(nèi)含子左端（供體）均為GU，右端（受體）均為AG，這稱GT-AG規(guī)律。拼接：第一步：在內(nèi)含子左端切開(kāi)，產(chǎn)生的內(nèi)含子5’末端磷酸基與其3’端上游30核苷酸附近的CUGAC序列中的A（2’-OH）形成5’,2’-磷酸二酯鍵，即套索結(jié)構(gòu)；第二步：內(nèi)含子的右端切開(kāi)，產(chǎn)生右側(cè)外顯子5’-磷酸基；然后左側(cè)外顯子3’-OH攻擊右側(cè)外顯子的5’-磷酸基，兩個(gè)外顯子形成磷酸二酯鍵而連接在一起；第三步：套索狀內(nèi)含子去分支而成線狀分子。mRNA前體的拼接CUGAChnRNA的剪接

套索剪切模式(hnRNA→mRNA)內(nèi)含子有5′GU┄┄AG3′5′GUU1-snRNA結(jié)合（snRNP）3′AG分支點(diǎn)AU2-snRNA結(jié)合（snRNP）U1-snRNA,U2-snRNA等形成并接體將內(nèi)含子切除snRNA300個(gè)核苷酸組成與核內(nèi)蛋白質(zhì)（U族）組成snRNP（核微小核糖核蛋白）與內(nèi)含子的剪切有關(guān)這是核mRNA的拼接體拼接：需要多種蛋白（snRNP）參與拼接。（3）GroupIII內(nèi)含子拼接：tRNA前體的拼接（酵母）結(jié)構(gòu)：內(nèi)含子插在靠近反密碼子處，部分與反密碼子堿基配對(duì)，這樣反密碼子環(huán)不存在，只有內(nèi)含子構(gòu)成的環(huán)。拼接：第一步：特異的內(nèi)切酶切下內(nèi)含子→左側(cè)tRNA半分子成2’,3’-環(huán)狀磷酸基和右側(cè)tRNA半分子成5’-羥基；內(nèi)含子5’端為羥基，3’端為2’,3’-環(huán)狀磷酸基；第二步：在激酶和ATP作用下右側(cè)tRNA半分子的5’-羥基轉(zhuǎn)變成5’-磷酸基

→在環(huán)磷酸二