生物化学教案10

转录（transcription）生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA转录与复制的相似点：1.模板均为DNA；2.延长机理都是形成磷酸二酯键；3.方向均为5′→3′。转录和复制的区别复制转录模板DNA双链DNA的一条链原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物DNARNA配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C参与转录的物质原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白质因子第一节转录的模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes一、转录模板5'3'3'5'结构基因（structuralgene）双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。又叫有意义链（sensestrand）或Watson链。另一条互补链称为编码链，又叫反义链（antisensestrand）或Crick链。转录产物RNA的碱基序列，除了T变U外，其余与编码链相同。GCAGTACATGTC5'3'3'CGTCATGTACAG5'DNA模板链编码链转录RNAGCAGUACAUGUC5'3'不对称转录(asymmetrictranscription)•在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；•模板链并非永远在同一单链上。二、RNA聚合酶（DDRP）1.原核生物的RNA聚合酶E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（2）核心酶（coreenzyme）全酶（holoenzyme）RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱E.coliRNA聚合酶组分亚基分子量功能36512决定哪些基因被转录150618催化功能155613结合DNA模板70263辨认起始点其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli相似。原核生物的RNA聚合酶都受一类抗结核药利福平或利福霉素的特异性抑制。这类药物能与RNA聚合酶的亚基特异结合，从而影响酶的活性。RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合2.真核生物的RNA聚合酶种类IIIIII转录产物45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA,snRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感极敏感中度敏感RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的。三、酶与模板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。RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。5'3'3'5'调控序列结构基因启动子RNA-polRNA聚合酶保护法开始转录TTGACAAACTGT-35区TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列55RNA聚合酶保护区结构基因33N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrecAara－　区－　区3510+1最大一致性TTGACATATAATx/45383629373728402530412944原核生物启动子－35区：一致性序列为TTGACA是RNA-pol的辨认位点－10区：一致性序列为TATAAT又叫Pribnow盒是RNA-pol的结合位点真核生物启动子结构基因GCGCCAATTATA内含子外显子外显子转录起始CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件TATA盒(Hognessbox)第二节转录过程TheProcessofTranscription分为三个阶段：起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)一、原核生物的转录过程（一）转录起始1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域。2.DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。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。5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+PPi转录起始过程RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物（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转录泡（transcriptionbubble）：在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象转录未完成，翻译已开始进行。转录的起始及延长过程(三)转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类：•依赖Rho(ρ)因子的转录终止•非依赖Rho因子的转录终止1.依赖ρ因子的转录终止•因子是同六聚体蛋白；•因子能结合RNA，与polyC的结合力最强；•因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。2.不依赖ρ因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。茎环结构终止转录的机理•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。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.转录因子能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，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(trans-criptionalfactors,TF)。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ转录因子亚基和(或)分子量（kDa）功能TFⅡDTBP，38结合TATA盒TAF辅助TBP-DNA结合TFⅡA12，19，35稳定ⅡD-DNA复合物TFⅡB33促进RNA-polⅡ结合TFⅡF30，74解螺旋酶TFⅡE57()，34(β)ATPaseTFⅡH蛋白激酶，使CTD磷酸化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。RNApolIITFIIFTBPTAFTATADNATFIIATFIIBTFIIE转录前起始复合物TFIIH4.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，生成有活性和专一性的复合物，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。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向（三）转录终止第三节真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification一、mRNA的转录后加工(一)首尾的修饰1.5´-端加帽：m7GpppG——2.3´-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)帽子结构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加帽过程（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酸蛋白体（并接体,splicesome）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)非编码区A~G编码区1~7ABCDEFGL12345677700bp2.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。鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图鸡卵清蛋白基因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3.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。•snRNP与hnRNA结合成为并接体二次转酯反应•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(differentialRNAprocessing)。4.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）小肠apoB48（分子量为240000）mRNA编辑二、tRNA的转录后加工tRNA前体TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶连接酶tRNA核苷酸转移酶碱基修饰（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）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)四膜虫rRNA内含子的二级结构•最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)底物部分核酶研究的意义•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•箭头表示切断点复习思考题：1.概念（1）转录（2）不对称转录（3）结构基因（4）核心酶（5）外显子（6）内含子（7）模板链（8）启动子（9）核酶（10）Pribnow盒2.复制与转录的异同点。3.RNA聚合酶与DNA聚合酶作用的异同点。4.试述原核生物启动子的结构特点及功能。5.原核生物与真核生物RNA聚合酶有何异同？6.原核生物与真核生物的转录终止有何不同？