RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）課件

1.轉(zhuǎn)錄的概念2.轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程3.mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工第十一章RNA的生物合成

(轉(zhuǎn)錄)1.轉(zhuǎn)錄的概念2.轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程3.mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工第十轉(zhuǎn)錄是指以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。參與物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)DNA模板RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子第一節(jié)轉(zhuǎn)錄基本規(guī)律與體系轉(zhuǎn)錄是指以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。參與物質(zhì)原料:復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

DNA聚合酶酶原料模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制配對(duì)A-U，T-A，G-CA-U，T-A，G-CA-T，G-C，-mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA產(chǎn)物產(chǎn)物聚合酶RNA（RNA-pol）DNA聚合酶NTPdNTP基因區(qū)段，單股重復(fù)使用兩股全程，參與子代轉(zhuǎn)錄復(fù)制方式半保留復(fù)制，半不連續(xù)復(fù)制不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄，連續(xù)進(jìn)行引物RNA引物不需引物復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別DNA聚合酶酶原料模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制配對(duì)A-U，一、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄1.DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。結(jié)構(gòu)基因中能轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。(一)轉(zhuǎn)錄的模板2.在包含多個(gè)基因的DNA分子中，各基因的模板鏈并不總在同一條鏈上，在某個(gè)基因節(jié)段以其中某一條鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而在另一個(gè)基因節(jié)段上則以其對(duì)應(yīng)單鏈為模板，這種選擇性稱不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。

一、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄1.DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，5

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯(二)轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)1.轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性2.轉(zhuǎn)錄方向的單向性3.轉(zhuǎn)錄不需要引物形成4.轉(zhuǎn)錄過(guò)程有特定起始和終止點(diǎn)53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向5′···GRNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位（transcriptionalunit）。

在真核細(xì)胞中，一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位通常是單個(gè)基因，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是單順?lè)醋樱╩onocistron）。在原核細(xì)胞中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是由多個(gè)連續(xù)的基因組成，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是多順?lè)醋樱╬olycistron）。RNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)TGACTGCCTTAGG

ACTTTGATGACTGACTGACGGAATCC

TGAAACTACTGAC轉(zhuǎn)錄單位上游區(qū)下游區(qū)結(jié)構(gòu)基因TGACTGCCTTAGG

ACTTTGATGACTGACTGACGGAATCC

TGAAACTACTGAC轉(zhuǎn)錄單位上游區(qū)下游區(qū)結(jié)構(gòu)基因單順?lè)醋佣囗樂(lè)醋覶GACTGCCTTAGG二、

RNA轉(zhuǎn)錄的體系(一)模板結(jié)構(gòu)基因雙鏈中的一股鏈。(二)原料4種核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。(三)RNA聚合酶1.原核生物的RNA聚合酶核心酶全酶

二、RNA轉(zhuǎn)錄的體系(一)模板結(jié)構(gòu)基因雙鏈中的一股鏈。(二RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合

TATAATATATTA+1-55TTGACAAACTGA+20DNAa36512決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄b150618催化功能b￠155613結(jié)合DNA模板s70263辨認(rèn)起始點(diǎn)亞基分子量功能原核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合TATAAT開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)+1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)5

5

RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因3

3

開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACA-35區(qū)(Pribnowb2.真核生物的RNA聚合酶種類ⅠⅡⅢ對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受極敏感中度敏感轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA轉(zhuǎn)錄時(shí)除需以上物質(zhì)外，還需要一些蛋白因子參與。如原核生物使轉(zhuǎn)錄過(guò)程終止ρ因子。真核生物聚合酶Ⅱ啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄時(shí)的轉(zhuǎn)錄因子。

(四)蛋白因子2.真核生物的RNA聚合酶種類ⅠⅡⅢ對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)45S第二節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程(一)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題

(1)RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。

(2)DNA雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程(TheProcessofTranscription)第二節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程(一)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題(2)DNA雙鏈解開(kāi)。(1)RNA聚合酶全酶(

2)與模板保守序列結(jié)合。(3)在RNA-pol作用下形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物2.轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程TGTTGACATATAAT5/5/3/3/-35區(qū)-10區(qū)轉(zhuǎn)錄方向基因轉(zhuǎn)錄區(qū)啟動(dòng)子+1編碼鏈模板鏈原核生物啟動(dòng)子的保守序列

(2)DNA雙鏈解開(kāi)。(1)RNA聚合酶全酶(2

TATAATATATTA+1-55TTGACAAACTGA+20

+1-55+20RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

pppGpNTATAATATATTA+1-55TTGACAA15σ

σ

形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄開(kāi)始啟動(dòng)子清除

轉(zhuǎn)錄延伸5’3’3’5’-35-10+115σσRNA聚合酶識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子5’3’3’5’-3(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.

亞基脫落，RNA–pol核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板推進(jìn)，NTP不斷聚合RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n+NTP

(NMP)n+1

+PPi轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol(核心酶)

····DNA

····RNA(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.亞基脫落，RNA–pol核心酶變構(gòu)，與2.原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象5

3

DNA核糖體RNARNA聚合酶轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)2.原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象53DNA核糖體RNA1.依賴ρ(Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止

ρ因子以六聚體形式存在，協(xié)助RNA-pol識(shí)別終止信號(hào)，與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，RNA和RNA-pol一起從模板上脫落。(三)轉(zhuǎn)錄終止ATPrho5/3/5/3/rho1.依賴ρ(Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子以六聚體2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，可轉(zhuǎn)錄出具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的RNA，來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。5/3/5/3/3/5/轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA聚合酶DNA3/5/3/5/DNA5/U-U-U-U-U-U-U-U-3/RNA聚合酶2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)/發(fā)夾結(jié)構(gòu)5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG53

35RNA-pol莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；5′二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始(一)轉(zhuǎn)錄起始1.

轉(zhuǎn)錄因子

(1)能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。(2)反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)。

真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)有不同DNA序列的順式作用元件，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板，由轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別起始部位。二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始(一)轉(zhuǎn)錄起始1.轉(zhuǎn)錄因子(1)能參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ

蛋白激酶活性，使CTD酸化TFⅡHATPase57(α)34TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促進(jìn)RNA-polⅡ結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁33TFⅡB穩(wěn)定TFⅡD-DNA復(fù)合物12，19，35TFⅡA輔助TBP-DNA結(jié)合TAF**結(jié)合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子蛋白激酶活性，使CTD***磷TFⅡHATPase5734TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促進(jìn)RNA-polⅡ結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁33TFⅡB穩(wěn)定TFⅡD-DNA復(fù)合物12，19，35TFⅡA輔助TBP-DNA結(jié)合TAF**結(jié)合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亞基組成，分子量(kD)(β)***CTD(carboxylterminaldomain):RNA-polⅡ大亞基羧基末端結(jié)構(gòu)域。**TAF(TBPassociatedfactors):TBP輔助因子。在不同的基因轉(zhuǎn)錄中有不同的TAF輔助。*TBP(TATAbindingprotein):TATA結(jié)合蛋白。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ蛋白激酶活性，使CTD酸化轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子順式作用元件(cis-actingelement)2.

轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段

AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件(3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)

POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡBTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPOL-Ⅱ3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationco(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。(三)轉(zhuǎn)錄終止和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。三、轉(zhuǎn)錄后的加工修飾主要的修飾方式有剪接、剪切、修飾、添加。

剪切(cleavage)剪接(splicing)(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有(一)真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工1.5

端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNm—)。1、保護(hù)mRNA免受降解2、與蛋白質(zhì)生物合成起始有關(guān)(一)真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工1.5端形成帽子2.3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)。1、保護(hù)mRNA免受降解2、引導(dǎo)mRNA由細(xì)胞核向胞液轉(zhuǎn)移2.3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)。3.mRNA的剪接真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，稱為斷裂基因。

(1)斷裂基因(splitegene)(2)外顯子(exon)在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。(3)內(nèi)含子(intron)隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。3.mRNA的剪接真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾7.7kbL1234567ABCDEFG47185511291181431561043轉(zhuǎn)錄GpppGAA···AAAGpppGAA···AAAGpppGAA···AAA雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN

核酶和內(nèi)切酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADPtRNA前體(二)tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工1.轉(zhuǎn)錄后剪切tRNA核酶和內(nèi)切酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADPtR2.堿基修飾(2)還原反應(yīng)如：UDHU(3)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ(4)脫氨反應(yīng)如：A

I

如：AAm(1)