13 第十章 转录.ppt

第1页：第十章RNA的生物合成（转录）封面

第十章RNA的生物合成（转录）RNA Biosynthesis（Transcription)

第2页：转录(transcription)生物体

转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA基因：具有特定生物遗传性状地DNA序列，在一定条件下，能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。

有些生物的基因为RNA。

第3页：参与转录的物质原料

参与转录的物质原料:NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子

第4页：一、转录模板

• 一、转录模板
• 能转录出mRNA，并被翻译成具有生物功能的蛋白质的DNA序列，称为结构基因(structuralgene)。
• 某些可调节控制结构基因表达的DNA序列，称为调节基因（regulatorygene).
• DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)。

第5页：模板链与编码链的转录对应

5′···GCAGTACATGTC···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

第6页：DNA模板链与编码链

5 3 3 5 模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向

第7页：不对称转录(asymmetric

• 不对称转录(asymmetric transcription)
• 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。

第8页：二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚

二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶

第9页：核心酶(core

核心酶(core enzyme)全酶(holoenzyme)

第10页：RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

第11页：（二）真核生物的RNA聚合酶

（二）真核生物的RNA聚合酶

第12页：三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录

三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

5 3 3 5 结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。

第13页：转录起始位点转录终止位点上游下游转录单位

转录起始位点转录终止位点上游下游转录单位单顺反子monocistron：mRNA represent onlya single gene.多顺反子polycistron：mRNA (the majority)carry sequences coding for several proteins.In these cases, a single mRNA is transcribedfrom a group of adjacent genes.

第14页：RNA聚合酶保护法

RNA聚合酶保护法目录

第15页：开始转录T T G A C AA A C

开始转录T T G A C AA A C T G T-35区(Pribnow box)T A T A A T PuA T A T T A Py-10区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognition site)5 5 RNA聚合酶保护区结构基因3 3

第16页：TATA盒-30CAAT盒-75GC盒-

TATA盒-30CAAT盒-75GC盒-90增强子顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列

第17页：（一）转录起始转录起始需解决两个问题

（一）转录起始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。

三、原核生物的转录过程

第18页：DNA双链解开1. RNA聚合酶全酶(

2. DNA双链解开1. RNA聚合酶全酶( 2 )与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol ( 2 )-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物:5 -pppG-OH +NTP 5 -pppGpN-OH 3 + ppi转录起始过程

第19页：（二）转录延长1. 亚基脱落

（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

第20页：转录空泡(transcription

转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA目录

第21页：转录空泡(transcripti（续）

目录

第22页：依赖Rho (ρ)因子的转录终止

• 依赖Rho (ρ)因子的转录终止
• 非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指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

第23页：A T P1.依赖Rho因子的转录终止

A T P1.依赖Rho因子的转录终止

第24页：非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠

2.非依赖Rho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，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。

第25页：mRNA核苷酸序列片段示意

5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`RNA5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3 DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构

第26页：茎环结构使转录终止的机理

• 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。5´pppG5 3 3 5 RNA-pol

第27页：四、真核生物的转录过程（一）转录起始真核

四、真核生物的转录过程（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。

第28页：转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强

转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-acting element)1.转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体

第29页：转录因子能与顺式作用元件结合

2.转录因子能与顺式作用元件结合，调节基因转录效率的一组蛋白质，其编码基因与作用的靶DNA序列不在同一DNA分子上。

统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。

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)。

顺式作用元件：指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身处在同一个DNA分子上的基因，多位于基因旁侧或内含子中，通常不编码蛋白质。

第30页：转录起始前复合物(pre-initiat

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。

第31页：（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核

（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。

RNA-pol前移处处都遇上核小体。

转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。

第32页：RNA-PolRNA-PolRNA-Po

RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向

第33页：转录终止的修饰点与加尾

5 ------AAUAAA-5 ------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点5 5 3 3 3 加尾AAAAAAA······ 3 mRNA（三）转录终止——和转录后修饰密切相关。

第34页：五、原核生物的转录后加工

• 五、原核生物的转录后加工
• 1 mRNA
• 2 tRNA
• 3 rRNA :5SrRNA,16SrRNA,23SrRNA

第35页：

第36页：

第37页：六、真核生物mRNA的转录后加工（一）首

• 六、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰
• 5 端形成帽子结构(m7GpppGp—)
• 3 端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)

第38页：帽子结构

帽子结构

第39页：mRNA帽子结构的生成过程

5 pppGp…5 GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5 m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5 ppGp…磷酸酶Pi

第40页：真核生物结构基因

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，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。

1断裂基因(split gene)CABD编码区A、B、C、D非编码区（二）mRNA的剪接

第41页：外显子(exon)和内含子(intron

• 2.外显子(exon)和内含子(intron)
• 外显子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。
• 内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。

第42页：鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰

鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰目录

第43页：鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图

鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录

第44页：pG-OH(ppG-OH

• pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpA
• 剪接过程的二次转酯反应(twice transesterification)

第45页：（三）tRNA的转录后加工tRNA前体R

（三）tRNA的转录后加工tRNA前体RNA polⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目录

第46页：RNAaseP、内切酶

RNAaseP、内切酶目录

第47页：tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP

tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录

第48页：碱基修饰（2）还原反应如

碱基修饰（2）还原反应如：U DHU（3）核苷内的转位反应如：U ψ（4）脱氨反应如：A I如：A Am（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目录

第49页：（四）rRNA的转录后加工转录45S-r

（四）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S

第50页：

第51页：原核生物与真核生物转录的区别

• 原核生物与真核生物转录的区别
• 1转录翻译发生的部位不同
• 2 RNA聚合酶不同
• 3启动子不同
• 4转录后的加工不同

第52页：复制和转录的区别引物需要不需要忠实性高较

复制和转录的区别引物需要不需要忠实性高较高

第53页：七、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶

七、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。

核酶(ribozyme)Thomas R. CechUniversity of ColoradoSidney AltmanYale University

第54页：四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rR

四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式5´-端核苷酸序列

第55页：GOH3´G5´OH5´3´GOH414

GOH3´G5´OH5´3´GOH414G3995´3´3955´3´E1E2I四膜虫RNA的自我剪接5´3´L19RNA具有催化活性的片段

第56页：核酶研究的意义

• 核酶研究的意义
• 核酶的发现，对中心法则作了重要补充；
• 核酶的发现是对传统酶学的挑战；
• 利用核酶的结构设计合成人工核酶。

第57页：TranscriptionRibozym

TranscriptionRibozymePromoterEnhancerExtronIntronSplicePurinePyridine

第58页：夫妻相思宋.李禺枯眼望遥山隔水

夫妻相思宋.李禺枯眼望遥山隔水，往来曾见几心知。

壶空怕酌一杯酒，笔下难成和韵诗。

途路阻人离别久，讯音无雁寄回迟。

孤灯夜守长寥寂，夫忆妻兮父忆儿。

香暗绕窗纱，半帘疏影遮。

霜枝一挺干，玉树几开花。

傍水笼烟薄，隙墙穿月斜。

芳梅喜淡雅，永日伴清茶。

梅清.张奕光