1、1,第十四章 RNA的生物合成,转录 转录后加工 RNA的复制,南通大学医学院生化 殷冬梅,2,3,mRNA: 信使RNA , 指导蛋白质生物合成的直接模板,tRNA： 转运RNA， 蛋白质生物合成中的接合器,rRNA：核蛋白体RNA， 含量最多， 蛋白质合成器,U-尿嘧啶 取代 T-胸腺嘧啶,(hnRNA: 不均一核RNA, mRNA 的原初转录产物),小RNA: snRNA和miRNA，参与RNA的剪接 和基因表达调控,4,生物体以DNA为模板，以四种核糖核苷酸为原料，在RNA聚合酶 催化下合成RNA的过程称为转录。,第一节 DNA指导下的RNA合成-转录体系,转录 (transcript
2、ion),与复制有哪些相似之处？(回顾：模板、酶、键、方向、规律),5,模板原料酶产物配对,两股链均复制（半保留复制）dNTP（脱氧核苷酸）DNA聚合酶子代双链DNAA-T, G-C,模板链转录(不对称转录)NTP（核苷酸）RNA聚合酶mRNA, tRNA, rRNAA-U, T-A, G-C,复制,转录,复制与转录的区别,引物 需要 不需要,6,参与转录的物质,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,RNA 是目前已知的唯一具有储存，传递遗传信息，催化（核酶）三重功能的生物大分
3、子,7,一、RNA聚合酶 RNA polymerase, DDRP,8,(依赖DNA的RNA聚合酶）,(一) RNA聚合酶（RNA-pol),U,9,10,U,11,12,1. 原核生物的RNA聚合酶,一种多亚基组成的多聚蛋白酶（465kDa）,13,核心酶,（2）,催化三种 RNA延长,因子,识别转录 起始位点,全酶:,（ 五聚体蛋白质）,（起始亚基）,RNA-pol 的转录速度：(在37时)约50个核苷酸 / s 肽链合成速度15个AA / s,14,15,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,16,2, 真核生物的RNA聚合酶,( 1 ) 分类: RNA聚合酶 I、 II、 III,II
4、转录 mRNA前体，snRNA,III 转录 tRNA , 5S rRNA, snRNA, scRNA,17,( 2 ) 用-鹅膏蕈碱区别三类真核生物RNA,RNA聚合酶 I : 不敏感。位于核仁，催化生成45SrRNAII： 敏感，催化生成mRNA前体和核内小RNAIII： 中等敏感，催化tRNA，5S rRNA和胞质小RNA,( 3 ) 真核生物RNA-pol是借助各种转录因子 识别启动子转录 （无原核生物RNA-pol )（4）RNA聚合酶 II 最大亚基的羧基末端有一段共有序列：Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser, 称为羧基末端结构域（CTD）是维持细胞活性所必需。
5、,线粒体的 RNA-pol (Mt 型)可被利福平抑制(类似细菌RNA-pol）不受-鹅膏蕈碱影响。,18,（二） 转录模板,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(template strand)，也称作负链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为正链或Crick链。 在体内DNA双链中仅一条用于转录。在庞大的细胞基因组中，有时间、空间特异性，只有部分基因发生转录，且为“不对称转录”,DNA分子上转录出RNA的区段称为结构基因(structural gene)。,19,转录模板,模板链(负链),template stra
6、nd,编码链(正链),coding strand,20,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t c a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,21,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,细胞按不同发育时序、生存条件和生理需要，只有部分基因发生转录。能转录出RNA的DNA区段称结构基因。转录的这种选择性称为不对称转录 p264。,模板链并非永远在同一条单链上。,22,5,基因组DNA,基
7、因1,基因2,基因3,转录,RNA,RNA,RNA,不对称转录,3,5,3,23,模板上酶的辨认、结合区,35,原核生物的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。,转录始于DNA的一定区域，RNA聚合酶首先识别DNA模板上的转录起始部位 启动子 （promoter) ，是RNA聚合酶识别、结合开始转录的一段DNA序列。,（一）启动子,24,RNA聚合酶保护法,25,开始转录,T T G A C A A A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A P
8、y,-10 区,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点 (recognition site),26,模板DNA中与转录有关的结构,1,启动子: (promoter),转录开始时RNA聚合酶识别、 结合和起始的 一段DNA序列。,原核生物启动子：,RNA聚合酶识别部位(上游-35位处)结合部位(上游-10位处,TATA盒序列)转录起始点: 开始转录的作用位点（1）,结构组成: (三个功能部位),27,28,29,真核生物启动子:由转录因子而不是RNA聚合酶所识别,组成: 一些短的保守序列-各种顺式作用元件组合,a. 在转录起始前-25bp区段多有典型的TATA 序列（TATA box)-
9、共有序列 b. -70bp处有CAAT区，另外还有GC盒等,识别: 转录因子p266-反式作用因子,30,顺式作用元件:具有可影响（调控）转录的各种DNA序列组分,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,1,（Hogness盒）,约200bp,转录的起始点往往不是翻译起始点，转录产物序列分析表明，其5 端 13 位往往不是AUG起始密码子， AUG起始密码子多在转录起始点稍后才出现。,31,区别与原核生物的转录起始：真核生物启动子由转录因子而不是RNA聚合酶识别。,转录因子：一些蛋白质因子可直接或间接结合RNA聚合酶，通过识别DNA序列中的顺式作用元件而调节启动转录。
10、,与RNA-pol II 转录的启动有关的转录因子通用因子 上游因子 可诱导因子,32,（二） 终止子 (terminator),提供转录停止信号的DNA或RNA序列称为终止子.,两类终止子,不依赖rho终止子,富含GC的回文及 3-端系列U结构 转录生成的RNA有茎环状结构,依赖rho终止子,Rho因子: 46kDa 的蛋白质, 六聚体形式存在. 有NTP酶及解旋酶活性。,原核生物终止子：,33,原核生物的两类终止子,富含GC的回文及3-端系列U结构,不含GC的回文及 系列U结构,形成茎环状的发夹结构 A-U配对不稳定，解离RNA,34,二 转录过程,三个阶段：,模板的识别及转录的起始转录的
11、延长转录的终止,特点：需要DNA模板，不需要引物，从头开始,35,（一）转录起始,转录起始需解决两个问题： DNA双链局部解开，使其中的一条链作为转录的模板。（10-20个核苷酸对，形成转录空泡） RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,36,2. DNA双链解开: -10bp区Pribnow box 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,转录的起
12、始生成起始复合物,1、原核生物的转录起始,（第一位）,（第二位）,4. 第一个磷酸二酯键形成后亚基从转录起始复合物上脱落,37,编码链,模板链,RNA-DNA杂交链,转录空泡,RNApol（2）- DNA-pppGpN-OH3 ,转录起始复合物：,双链重新形成,pppGpN-,5,3,磷酸二酯键,38,(二) 转录延长,原核生物与真核生物无太多区别，仅RNA-pol不同,反应通式,39,1、原核生物的转录延长,因子脱落,核心酶构象改变,RNA-pol迅速前移,依次加入NP,1、如何延长,RNA延长,40,2、形成转录复合物（转录空泡）： 复合物： RNA-pol（核心酶）-DNA模板-RNA产
13、物,转录空泡(transcription bubble）,RNA-pol （核心酶）,41,碱基互补，合成方向为5 3RNA-pol催化核苷酸之间以磷酸二酯键相连生成长约12bp的RAN/DNA 疏松的杂化双链,42,依赖Rho ()因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,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：,1、原核生物的转录终止,43, rho因子: 46kDa 的蛋白质, 六聚体形式存在. 有ATP酶及解旋酶活性,44,作用机制： rho 因子具有ATP酶活性和解螺旋酶活性，与RNA转录产物结合，导致rho 因子与RNA-po
14、l的构象变化，RNA-pol停顿，使RNA从转录复合物中释放。,（1）依赖 rho 因子的转录终止,45,（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。,RNA终止区域富含GC重复序列，新生RNA链易形成发夹结构，阻止RNA-pol移动；polyU与模板A的氢键很弱，A-U配对最不稳定，提供信号使RNA聚合酶脱离模板。,46,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGG
15、UGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,UUUU.,UUUU.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,47,非依赖 rho 因子的终止:,48,原核生物（依赖rho的终止）的转录全过程,49,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,RNA,RNA聚合酶,50,二、真核生物的转录过程,转录起始部位
16、,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，而需依靠众多的转录因子。 RNA聚合酶的基本启动子起始点上游多数有共同的5TATA序列(Hogness 盒），其位置不如原核生物上游-35和-10区典型。,51,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),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-1,DNA分子上具有的可影响(调控)转录的各种区域,52,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
17、式作用因子(trans-acting factors)。,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)。相应于RNA-pol I,II,III的TF分别称为TFI,TFII,TFIII 。,53,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（TF），TF由若干结构域。 在众多的TFII中仅TFIID为目前已知的唯一能结合TATA盒的蛋白质 。,54,转录因子和转录起始复合物,1、RNA-pol 借助TF（A、B、C、D、
18、E、F） 与DNA结合,2、形成 起始前复合物（PIC）, TF之间相互结合，其中 TFD 先与 TATA 盒结合, RNA-pol加入形成 PIC,TFD是目前已知唯一能识别和结合TATA盒的蛋白质（也称TATA结合蛋白）,55,56,TATA,A,D,B,E,F,转录起始前复合物(PIC),RNA-pol II,DNA,大多数TF II或其亚基的氨基酸序列与原核生物因子由一致性。,57,重要名词,58,2、真核生物的转录延长,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
19、。,59,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,60,2、真核生物的转录终止,1、与转录后修饰密切相关,转录终止修饰点 AATAAAGTGT,、加入3 polyA尾巴及5 帽子结构,、修饰点后产物被降解,61,终止修饰点：3端后常有一组共同序列AATAAA,加上许多的GT序列,62,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,真核生物转录终止, 和转录后修饰密切相关。,63,RNA转录过程-RNA合成,
20、基因组DNA,RNA聚合酶,核心酶,因子,识别位点,结合位点,因子重新使用,终止区,mRNA,文字说明,模板链,编码链,64,第三节 RNA的转录后加工,原核生物中RNA的加工,真核生物中RNA的加工,无活性的原初转录产物需经一系列的加工修饰。包括：RNA的裂解，5端与3端的切除、和特殊结构的形成、核苷的修饰以及拼接和编辑等过程，才能转变成成熟的 RNA。,65,一、 原核生物中RNA的加工,(3) mRNA前体的加工:原核生物mRNA转录后无需加工，可以直接用于蛋白质的翻译，可以边转录边翻译。,rRNA前体的加工: 甲基化修饰16S rRNA含10个甲基; 23S rRNA含约20个甲基,(
21、2) tRNA前体的加工: 酶切修饰* 核酸内切酶切 tRNA 的两端切断* 核酸外切酶逐个切3- 端附加顺序修剪* 在tRNA 3-端加-CCAOH* 核苷酸修饰和异构化,66,二、 真核生物中RNA的加工,(一) rRNA的转录后加工,1, 甲基化程度比原核生物高, 是snRNA指 导的加工过程.,2, 有的 rRNA 具有核酶的作用. 即自我剪接.,67,rRNA的转录后加工,68,(二)、tRNA的转录后加工,69,tRNA的转录后加工,tRNA前体,70,71,tRNA核苷酰转移酶、连接酶,ATP,ADP,72,碱基修饰,73,(三) 真核生物mRNA前体的一般加工,真核生物基因特点
22、：,1、单顺反子，存在居间序列（内含子），与编码序列（外显子）一起转录2、转录在核内，翻译在胞浆中。mRNA经加工并转移至胞浆中才表现翻译功能3，核内不均一RNA（hnRNA) 和DNA模板链完全相同,74,mRNA的加工过程：,5端形成帽子结构,3端加polyA尾巴,mRNA的剪接,核苷的甲基化作用,RNA的编辑（RNA editing）,75,1、mRNA转录后加工-帽结构的形成,鸟苷酸 转移酶,GTP,PPi,76,帽子结构,m7Gppp帽子,rho 因子的,77,2、3-polyA尾结构的生成,hnRNA,78,mRNA首尾修饰的意义：,79,3、mRNA的剪接,（1）hnRNA 和
23、snRNA,核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)（核内不均一RNA）编码蛋白质的基因含数目巨大的内含子，存在GT-AG规则内含子5GT，3AG snRNA (small nuclear RNA)：100-300bp,剪接体splicesome参与hnRNA的拼接,是mRNA剪接的场所,80,剪接过程的二次转酯反应（GU-AG规则）： 1、由含pG-OH的酶断裂外显子1和内含子之间的磷酸二酯键，游离出外显子1的3OH 2、由断裂出的外显子1的3OH断裂内含子与外显子2之间的磷酸二酯键，外显子1取代内含子,第一次,第二次,81,真核生物结构基因
24、，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。,（2）断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,82,、 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。,83,84,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,剪接体,snRNA参与,85,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,
25、86,3. mRNA的剪接,胰岛素基因的转录、翻译,断裂基因,87,第三节 RNA指导的RNA合成RNA的复制,RNA复制酶：RNA指导的RNA聚合酶 特点：以病毒RNA为模板，合成与模板相同的RNA 该复制产物感染细胞，产生正常的RNA病毒。病毒的全部遗传信息（病毒外壳蛋白、各种酶）均贮存在RNA中,88,病毒的种类：病毒含有正链RNA：首先合成有关蛋白（含复制酶）再进行病毒RNA复制，如灰质炎病毒病毒含有负链RNA和复制酶：先合成正链RNA，再以此为模板合成病毒蛋白质和复制病毒RNA，如狂犬病病毒病毒含有双链RNA和复制酶：先合成正链RNA并以此为模板翻译病毒蛋白质致癌RNA病毒：需经过D
26、NA前病毒阶段，由反转录酶催化,89,90,1原核生物RNA聚合酶中辨认转录起始点的亚基是： A.亚基 B.亚基 C.亚基 D.因子 E.因子,2RNA的不对称转录是指 A.同一单链DNA模板的不同片段转录时可以交替作有意义链和反义链 B.同一DNA 模板的转录可以 从53延长，也可以从35延长 C.一条DNA单链模板转录出的RNA片段长，另一条DNA单链模板转录出的 RNA片段短 D.转录经翻译生成氨基酸，在氨基酸中含有不对称碳原子 E.没有任何规律性的转录过程,复习题,91,3大肠杆菌的RNA聚合酶由几个亚基组成，其核心酶的组成是： A. B. C. D.,4能特异性抑制原核生物RNA聚合
27、酶的是： A.鹅膏蕈碱 B.亚硝酸盐 C.利福平 D.放线菌酮 E.四环素,5tRNA和5s rRNA是由真核生物哪种酶催化转录产生的？ A.RNA聚合酶 B.RNA聚合酶 C.RNA聚合酶 D.RNA聚合酶核心酶 E.逆转录酶,92,6下列关于RNA聚合酶和DNA聚合酶的叙述正确的是： A.都需要引物RNA B.都利用核苷二磷酸合成多核苷酸链 C.DNA聚合酶以DNA为模板合成DNA D.RAN聚合酶以RNA为模板合成RNA E.两种聚合酶都可以合成DNA,7Pribnow box序列是指： A. AATAAT B. AAUAAA C. TATAAT D. TTGACA E. TAAGCG,
28、93,8真核生物的TATA盒是： A.DNA合成的起始位点 B.RNA聚合酶与DNA模板的结合位点 C.RNA聚合酶与DNA模板的识别位点 D.转录起始点 E.转录终止位点,9转录产物RNA的5端最常见的起始核苷酸是：A. A或U B. C或G C. pppG或pppAD.pppC或pppU E.无规律,10真核生物中辨认TATA盒的转录因子是： A.TFA B.TFB C.TFD D.TFE E.TFF,94,11原核生物非依赖Rho因子的转录终止方式是： A.形成终止复合物 B.形成终止空泡 C.形成发夹结构 D.形成polyA的尾巴 E.形成三叶草的结构,12AATAAA是： A.真核生
29、物启动子的辨认序列 B.真核生物转录终止修饰点 C.真核生物mRNA的polyA的尾巴结构 D.真核生物的顺式作用元件 E.真核生物的反式作用因子,95,13以下过程出现在转录后加工的是： A.连接酶连接断裂的DNA单链 B.转录因子结合DNA模板 C.切除初级mRNA中的内含子 D.切除初级tRNA中的稀有碱基 E.RNA聚合酶沿DNA链移动,96,【名词解释】 1 不对称转录 2.编码链 3 .RNA聚合酶的核心酶 4.转录起始前复合（PIC） 5 .Rho因子 6 .hnRNA7 外显子 8 .内含子,1. 原核生物转录起始的-35区和-10区序列分别是什么，有何作用？,2. 原核生物有哪两种终止转录的方式？简述两种终止的过程。,3. 什么是真核生物的转录终止的修饰点？真核生物mRNA的转录终止和转录后修饰有什么关系？,4. 复制和转录过程有何异同点？,【问答题】,
