1、RNA生物合成,转录,【目的与要求】,1、掌握转录的概念与特点 2、掌握并能叙述原核生物与真核生物中RNA聚合酶的组成及功能 3、掌握RNA转录过程 4、掌握mRNA,tRNA与rRNA转录后加工过程,DNA复制与转录的比较,相 同 点,模 板 两股链均复制 模板链转录 合成方式 半保留复制 不对称转录 原 料 dNTP NTP 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 碱基配对 A-T，G-C A-U，T-A，G-C 产 物 半保留的双链DNA 单链RNA,不 同 点,以DNA为模板 遵循碱基配对原则 都需依赖DNA的聚合酶 聚合过程都是生成磷酸二酯键 新链合成方向为53,概 述,一、RNA的生理
2、功能 DNA将携带的遗传信息转到RNA分子中，RNA分子以其信息指导蛋白质的合成 二、RNA合成概况在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导的RNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是RNA指导的RNA合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是RNA前体（RNA precursor），需经加工过程（processing）方具有生物学活性,第二节 转录,一、转录:由DNA指导的RNA合成,DNA以碱基互补原则，决定合成RNA的全部碱基成分及排列顺序，将DNA模板上的遗传信息传递到RNA分子的过程1、反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+ ，合成方向53。连接方式-
3、 3 , 5磷酸二酯键 2、特点：不对称转录-DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录,模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链 编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链 由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链,5G C A G T A C A T G T C3 3c g t c a t g t a c a g5,DNA,5G C A G U A C A U G U C3,mRNA,N Ala Val His Val C,多肽链,转录,翻译,编码链
4、,模板链,不对称转录:模板链并非永远在同一单链上,3、原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 4、合成过程: 连续，方向：53 5、合成部位：细胞核内,二、原核RNA聚合酶,组成：RNA聚合酶由5个亚基构成，2为全酶（分子量为480kD ）， 2为核心酶 作用：识别DNA分子中转录的起始部位。促进与模板链结合，并使DNA双链打开17bp。催化NTP的聚合，完成一条RNA链的聚合反应。识别转录终止信号，停止聚合反应，参与转录水平的调控,核心酶：能与DNA链结合并启动转录，但没有特异性，转录出来的可能不是一个完整的基因序列,决定基因转录的特异性,亚基,分子量,每分子酶 中所含数
5、目,功能,36512 2,150618 1,与转录全过程有关,155613 1,结合DNA模板,70263 1,辨认起始位点,原核RNA聚合酶各个亚基的作用,特 点,1. 聚合速率慢，30-85NTP/秒 2.缺乏外切酶活性,无校对功能，错误率10-6 3.不同的因子识别不同的启动子 4.可被药物抑制（利福平） 人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物,三、真核RNA聚合酶,真核较原核的酶复杂，已清楚的有RNA Pol,及Mt四型 组成和功能：均由多亚基构成，聚合酶主要负责mRNA的合成； Pol主要负责rRNA的合成； Pol主要负责tRNA和5srRNA的合成,三种RNA聚
6、合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感性反应不同,种类,对鹅膏覃碱的反应,耐受,极敏感,中度敏感,四、启动子与终止子,（一）启动子 1、原核启动子：约55bp,分为起始点（start site）、结合部位、识别部位 起始点：转录起始部位以+1表示，转录的第1个核苷酸常为嘌呤-G,A 结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5-TATAAT-3,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所 识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5-TTGACA-3, s因子识别此部位,* -35和-10都是大致位点,启动子：RNA聚合酶结合DNA的部位，包括一些转录调
7、控组件,TTGACA盒子,TATA盒子,启动子区,结构基因,-10bp,+1,转录,初级转录物RNA,-35bp,2、真核启动子结构,-25处含AT富集区, 共有序列TATAA （TATA box） -70处含共有序列CAAT ,还含许多其它box ,例如:GC-box,E-box等含增强子(enhancer)和静息子(silencer) RNA pol和 RNA pol与聚合酶所识别的启动子差异较大,（二）终止信号,特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,它们分别形成发卡结构和连续的U区，以终止转录 蛋白因子辅助识别终止信号，参与终止,五、转录过程-转录起始,1.RNA聚合酶与启动子的结合
8、（亚基辨认-35区）,2.DNA双链的打开RNA pol （全酶移向-10区）,3. RNA链上合成第一个磷酸二酯键,5-pppGpN-OH-3,亚基脱落,转录过程,(二）延长转录泡：是由DNA双链,RNA聚合酶与新合成的转录本RNA局部形成的结构,它贯穿于延长过程的始终 过程：在起始阶段形成第一个磷酸二酯键后，RNA聚合酶核心酶沿模板向下游移动，核苷酸之间以3,5磷酸二酯键相连，合成方向53，合成的RNA自3末端逐步延长。合成出的RNA与DNA形成杂交分子,约12bp，因结合不紧很易脱离,转录复合物：酶-DNA-RNA：转录空泡,（三）终止合成移到终止信号时,酶不滑动,聚合停止,转录完成 特
9、点：因子参与的终止：r因子与RNA产物中富含C的部位结合,并诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动; 因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的释放,（一）原核生物的转录终止,1. 依赖因子的转录终止,2. 不依赖因子的转录终止,因子,1. 识别结合富含C的RNA链,功能,2. ATPase活性,3. 解螺旋酶活性,RNA 聚合酶,因子附在RNA链上,因子,RNA 链形成一个发夹结构，转录停止，因子利用ATP能滑行,因子发挥解螺旋酶活性，解开发夹和RNA-DNA,依赖Rho因子的转录终止,不依赖因子的转录终止,四 真核生物转录特点,启动子复杂,某些基因不含TATA box，由起动序列参与基本转录的开始 顺
10、式作用元件:真核生物中转录起始中起转录调控作用的DNA序列-35区 5 -TATA (TATA盒)-70-110区 CAAT盒 GC盒 （真核TATA序列的位置不像原核-35和-10那样典型，某些真核生物基因也可以没有TATA序列）,转录因子与反式作用因子,转录因子与反式作用因子:调节基因表达的蛋白为转录因子；它们与特异的顺式作用元件相互作用,并激活另一基因的转录,转录起始复合物,结合顺序,真核转录的转录终止序列，在3端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，mRNA在转录终止序列处被切断,AATAAA,GTGTGTG,-,AAUAAA,GUGUGUG,AAUAAA,GUGUGUG,酶切,加
11、尾信号,GC丰富序列,AATAAA,GTGTGTG,-,AAUAAA,GUGUGUG,酶切,(继续转录，但5端没有“帽子”，产物被降解）,加尾,转录后的加工,原核RNA不需加工，边转录边翻译,真核RNA需要加工,rRNA,tRNA,mRNA,5加帽,3加尾,剪接,在转录过程中,转录后进行,第三节 真核生物转录后的加工,意义：转录生成的前体RNA,无生物学活性,需加工变为成熟、有活性的RNA 加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、修饰、RNA编辑,一、mRNA前体的加工,（一）生成特点： 原核 ：mRNA是多顺反子(polycistronic),每分子RNA中含几种蛋白质信息，RNA寿命短，转录
12、没完时翻译即开始 例:乳糖操纵子，含Z,Y,A三个基因,分别编码半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶,真核：单顺反子,一个mRNA仅编码一种蛋白质 外显子: 在真核生物基因中编码蛋白质的序列 内含子:非编码蛋白的序列,因其插于外显子之间又称插入序列,居间序列 hnRNA: 为mRNA的前体,转录物中外显子与内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA,（二） mRNA前体加工过程,真核：5末端帽子 部位：核内3端多聚A尾 部位：核内,胞质有酶也可进行 剪接作用 部位：胞核甲基化(甲基化发生在剪接之前,在非编码区分子中含1-2个m6A )RNA编辑(某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需插入、
13、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板,遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑),原核：多顺反子mRNA在RNase作用下转变为单独的顺反子,5加帽,pi,5pppG,磷酸酶,ppi,5pG,pppG,5GpppG,甲基化酶,CH3,mGpppG,O,H,O,H,帽1,帽0,帽2,甲基鸟苷5，5-三磷酸,3加尾,AAUAAA,AAAAAAAAA.,加尾,AATAAA,GTGTGTG,-,AAUAAA,GUGUGUG,AAUAAA,GUGUGUG,酶切,转录的终止,加尾信号,GC丰富序列,polyA尾（约20200个A）,A,A,A,A,A,A,断裂基因：真核生物的
14、基因由若干个编码区和非编码区互相隔开但又连续镶嵌而成,外显子（exon): 基因中出现在mRNA的序列,内含子（intron）：基因中不出现于mRNA而被剪接掉的序列,核内不均一RNA （hnRNA）：真核生物中编码蛋白质基因的初级转录本，包括5帽子、3poly(A)尾、外显子、内含子，经剪接加工成为mRNA,剪接,剪接:在细胞核内, hnRNA剪切掉内含子,将多个外显子连接为成熟mRNA的过程为剪接例:同一转录本, 在不同的组织, 因剪接差异产生各自不同的mRNA 剪接的本质：磷酸酯键的转移 剪接特点 ：剪接部位的结构为内含子末端的特定序列，分布在内含子的三个部位，5端剪切点为GU;3端剪切
15、点为AG；靠近3端含A序列的分支点,mRNA的剪接：hnRNA被剪接体作用，剪除内含子、连接外显子，产生成熟的mRNA的过程,外显子,内含子,DNA,mRNA,转录,形成套索RNA，外显子靠近,剪接体,去除套索RNA，外显子连接,成熟mRNA,mRNA的剪接,套索结构,外显子,外显子,内含子,内含子5端断开,前一个外显子的3末端攻击下后个外显子的5末端,前后外显子的连接,二、tRNA前体的加工,1、切除多余的核苷酸：RNase p切除5 端多余的核苷酸；Rnase D切除3端多余的核苷酸 2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,连接酶进行连接 3、修饰与3末端加-CCA: 修饰包括甲基化,脱氨基
16、,还原反应等，在核苷酸基转移酶催化下完成3末端添加CCA,tRNA的加工,内含子编码区,内切核酸酶,外切核酸酶,5,3,-OH 3,DNA,内含子,初级转录物,3端加CCA-OH,3,除去内含子 （内切酶与连接酶）,CCA-OH 3,成熟 tRNA,5,CCA-OH,内含子,5和3端的酶切 3加上CCA 去掉内含子 特异部位碱基的加工,三、rRNA前体的加工,（一）特点： 1、rRNA拷贝多,原核5-10个拷贝;真核:果蝇260个拷贝;Hela细胞1100个拷贝2、rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列,（二）加工过程,1、剪切作用：需核酸酶参与 2、甲基化修饰：修饰在碱基上 3、自我剪接：
17、一种核酶的作用 5S的加工变化不大 原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产物中含tRNA真核rRNA加工：1. 5S自成体系加工少无修饰和剪接。 2. 45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶,核糖体RNA,18S 5.8S 28S,45S rRNA前体,酶切,32S rRNA前体,前rRNA 20S,酶切,28SrRNA,5.8SrRNA,18SrRNA,核酶的发现,1982年Cech在研究原生动物四膜虫的26SrRNA的时候，发现它的一个内含子在除去了所有蛋白质后，剪接仍可完成，只需有鸟苷或鸟苷酸（但两者要有3OH），就能自我剪接 这些特殊的rRNA的剪接不需任何蛋白质的参与即可发生，说明RNA 本身就有酶的催化作用。 因此把具有酶的催化活性的RNA称为核酶（ribozyme）,
