RNA的生物合成(转录)

RNA的生物合成（转录）ATGC转录生物体以DNA的一条链为模板，以NTP为原料合成RNA的过程转录RNADNAA-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制复制和转录的区别第一节转录的模板和酶转录以在DNA的一条链为模板，另一条链为编码链（不转录），这样模板链不总在同一条链上，这种转录方式称为不对称转录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，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链，也称为反义链或Crick链5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译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结构基因RNA聚合酶36512决定哪些基因被转录150618催化功能155613结合DNA模板70263辨认起始点亚基分子量功能（一）原核生物的RNA聚合酶核心酶全酶转录起始转录延长阶段σ亚基脱落RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合（二）真核生物的RNA聚合酶种类ⅠⅡⅢ对鹅膏蕈碱的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受极敏感中度敏感转录产物模板与酶的辨认结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子，包括若干个结构基因及其上游的调控序列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，称为启动子开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-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55RNA聚合酶保护区结构基因33第二节转录过程一、原核生物的转录过程（一）转录起始1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合-35区，酶移向－10区，跨入转录起始点2.DNA双链解开，20bp以下，通常是（17±1）bp转录起始过程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（5-端GTP、ATP）RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3亚基脱落，进入延长阶段转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi（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+PPi3.转录空泡DNA/DNADNA/RNAG-CA-TA-U转录空泡：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNADNA/DNADNA/RNAG-CA-TA-U53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶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ATP1.依赖Rho因子的转录终止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。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环/发夹结构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二、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。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)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2.转录因子能直接、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(TF)参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡHATPase57（）34（）TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物12，19，35TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亚基组成，分子量(kD)转录因子蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡHATPase57（）34（）TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物12，19，35TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亚基组成，分子量(kD)转录因子3.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.拼板理论(piecingtheory)一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。（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。核酸酶RNA-polAATAAAGTGTGTG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一、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(polyAtail)第三节真核生物的转录后修饰5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5m7GpppGp…甲基化酶帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi帽子结构（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体（snRNP）RNA剪接场所snRNA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。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区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鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA3.内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。•snRNP与hnRNA结合成为剪接体①②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-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•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工5.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNaseP、内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）（3）核苷内的转位反应如：Uψ1´1OHOCH2OHOHNNOO三、rRNA的转录后加工转录剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S45S-rRNA四、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶核酶(ribozyme)•核酶作用的基础——锤头结构底物部分•通常为60个核苷酸左右•同一分子上包括有催化部份和底物部份•催化部份和底物部份组成锤头结构•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人工设计的核酶•粗线表示合成的核酸分子•细线表示天然的核酸分子•X表示一致性序列•箭头表示切断点转录答案更正P112A1型选择题：20、CX型选择题：3、BD5、BC9、BCD