第十二章RNA的生物合成转录课件

第十二章 RNA的生物合成 (转录)(RNA Biosynthesis,Transcription)转录转录是指是指以以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。参与物质参与物质DNADNA单链模板单链模板原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)碱基配对原则碱基配对原则RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol).复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶聚合酶-polDNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-CmRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA(RNA-pol)DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录模板链转录(不对称转录不对称转录)两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制.第一节 转录基本规律与体系一、一、不对称转录不对称转录 1.DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构基基因因。结结构构基基因因中中能能转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链，另一股单链是另一股单链是编码链编码链。(一一)转录转录的模板的模板 2.在包含多个基因的在包含多个基因的DNA分子中，各基因的模板链并分子中，各基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链为模板，这种选择性称为模板，这种选择性称不对称转录不对称转录。.5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录方向转录方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译 (二二)转录的特点转录的特点1.转录的不对称性转录的不对称性2.转录方向的单向性转录方向的单向性 3.转录不需要引物形成连续性转录不需要引物形成连续性4.转录过程有特定起始和终止点转录过程有特定起始和终止点.二、二、RNA转录的体系转录的体系(一一)模板模板结构基因双链中的一股链结构基因双链中的一股链。(二二)原料原料4种核糖核苷酸：种核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。(三三)RNA聚合酶聚合酶1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶全酶全酶 .原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶（1）组成组成 核心酶核心酶 全酶全酶 因子因子.（2）作用作用n n因子：辨认转录起始位点，并与因子：辨认转录起始位点，并与 核心酶结合成全酶启动转录核心酶结合成全酶启动转录n n核心酶：参与转录时核心酶：参与转录时RNA链的延长链的延长.36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功能能原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶.RNA转录时除需以上物质外，还需要转录时除需以上物质外，还需要一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止程终止因子。因子。(四四)蛋白因子蛋白因子.第二节 RNA转录过程一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程 原核和真核生物基因的转录原核和真核生物基因的转录均包括转录均包括转录起始起始、延长延长和和终止终止三个阶段。三个阶段。.（一）转录起始（一）转录起始1.RNA1.RNA聚合酶与模板的辨认结合聚合酶与模板的辨认结合 RNARNA聚合酶与模板形成复合物，是转聚合酶与模板形成复合物，是转录过程中最复杂、最关键的一步。录过程中最复杂、最关键的一步。.启动子启动子 位于结构基因的上游，是转录位于结构基因的上游，是转录起始前的一些特殊的核苷酸序列，起始前的一些特殊的核苷酸序列，是是RNA聚合酶识别、结合并启动转聚合酶识别、结合并启动转录的部位。录的部位。.n n 转录时，首先由转录时，首先由RNARNA聚合酶聚合酶因因子子辨认启动子，并以辨认启动子，并以全酶全酶的形式与的形式与启动子结合形成复合物。随后启动子结合形成复合物。随后RNARNA聚聚合酶发挥其解旋酶功能，使合酶发挥其解旋酶功能，使DNADNA局部局部解旋，双链暂时打开，形成解旋，双链暂时打开，形成酶酶-启动启动子复合物子复合物，使，使DNADNA模板链暴露。模板链暴露。.2.RNARNA合成的起始合成的起始 转录的起始不需要引物，两个转录的起始不需要引物，两个与模板配对的相邻核苷酸在与模板配对的相邻核苷酸在RNARNA聚聚合酶的催化下生成磷酸二酯键，合酶的催化下生成磷酸二酯键，并以氢键结合在并以氢键结合在DNADNA模板上。模板上。.（二）转录的延长（二）转录的延长 链的延长由核心酶催化链的延长由核心酶催化,核心核心酶在酶在DNA模板链上沿模板链上沿3 3 55方向滑方向滑动，动，催化合成催化合成5533 方向的方向的RNA链链的合成。的合成。.因子脱落，核心酶变构，与模板因子脱落，核心酶变构，与模板链结合变松，沿链结合变松，沿DNADNA滑动滑动.1.1.因子脱落，变构，与模板链结因子脱落，变构，与模板链结合变松，核心酶沿模板链合变松，核心酶沿模板链3535滑动，催化与模板碱基配对结合滑动，催化与模板碱基配对结合的相邻的相邻NTPNTP之间以磷酸二酯键相连，之间以磷酸二酯键相连，RNARNA链链5353延长延长.2.2.转录泡随核心酶滑动而移动，转录泡随核心酶滑动而移动，生成的生成的RNARNA与与DNADNA模板形成杂化双模板形成杂化双链，过长的链，过长的RNARNA脱离模板链，伸出脱离模板链，伸出转录泡外转录泡外.（三）转录终止（三）转录终止 当核心酶沿当核心酶沿3535方向滑动到方向滑动到DNADNA模板的转录模板的转录终止部位终止部位时，转录停止。时，转录停止。原核生物转录终止分为依赖原核生物转录终止分为依赖 因子和因子和非依赖非依赖 因子因子2 2类类.1.1.依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止n n 因子是由相同亚基组成的六聚因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质体蛋白质.n n 因子能协助因子能协助RNARNA聚合酶识别新生聚合酶识别新生RNARNA链上的终止信号，以停止转录，故链上的终止信号，以停止转录，故又称又称终止因子。终止因子。n n 因子有因子有ATPATP酶活性和解螺旋酶活性酶活性和解螺旋酶活性.因子以六聚体形式存在，协助因子以六聚体形式存在，协助RNA-RNA-polpol识别终止信号，与转录产物结合，识别终止信号，与转录产物结合，RNARNA和和RNA-polRNA-pol一起从模板上脱落。一起从模板上脱落。A T Prho5/3/5/3/rho.2.2.非依赖非依赖 因子的终止因子的终止 n nDNADNA模板上有模板上有GCGC富集区组成的反向重复序富集区组成的反向重复序列和一连串的列和一连串的T T结构，称为结构，称为终止子。终止子。n n该部位转录出的该部位转录出的RNARNA产物可形成特殊的产物可形成特殊的发发夹结构，夹结构，其后常有若干个连续的其后常有若干个连续的U U，该，该结构可阻止结构可阻止RNARNA聚合酶的继续前进。聚合酶的继续前进。.DNADNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，可转录出特殊的发夹结构，来终止转录。列，可转录出特殊的发夹结构，来终止转录。5/3/5/3/3/5/转录产物转录产物RNA聚合酶聚合酶DNA3/5/3/5/DNA5/U-U-U-U-U-U-U-U-3/RNA聚合酶聚合酶.总结总结 两种终止机制的共同特征，都两种终止机制的共同特征，都是通过识别新生是通过识别新生RNARNA链上存在的终链上存在的终止信号而终止转录，而不是识别或止信号而终止转录，而不是识别或作用于模板作用于模板DNADNA。.三、三、转录后的加工修饰转录后的加工修饰 真核生物中，几乎所有转录生成的真核生物中，几乎所有转录生成的都是初级转录产物，它们需要经过一定都是初级转录产物，它们需要经过一定程度的加工才能成为成熟的、具有生物程度的加工才能成为成熟的、具有生物活性的活性的RNARNA。二、真核生物二、真核生物RNARNA转录过程转录过程（自学）（自学）.(一一)mRNA转录后的加工转录后的加工1.5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppNm)。2.3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。7 7甲基鸟苷三磷酸甲基鸟苷三磷酸帽子结构帽子结构多聚多聚A尾结构尾结构OOCH2OOH+NHNNOH2NNCH3OOHH2CO-OPOOPO-OP鸟嘌呤鸟嘌呤OO-OPOOAAA-OH 3/.3.hnRNA的剪接的剪接真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码真核生物结构基因，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，称为区互相间隔开但又连续镶嵌而成，称为断裂基因断裂基因。(1)断裂基因断裂基因(splite gene)编码区编码区 A、B、D、F非编码区非编码区 C、EA B C D E F(2)外显子外显子：断裂基因中具有表达活性的编码序列断裂基因中具有表达活性的编码序列。(3)内含子：内含子：断裂基因中没有表达活性的间隔序列。断裂基因中没有表达活性的间隔序列。.鸡卵清蛋白基因鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰7.7kbL 1 2 3 4 5 6 7ABCDEFG47 185 51 129 118 143 156 1043转录转录GpppGAAAAAGpppGAAAAAGpppGAAAAA.ATPADPtRNA前体前体(二二)tRNA的转录后加工的转录后加工1.剪切剪切tRNA2.加上加上CCA-OH的的3-末端末端.3.碱基修饰碱基修饰(2)还原反应还原反应 如：如：U DHU(4)碱基转位反应碱基转位反应 如：如：U (3)脱氨反应脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am(1)甲基化甲基化TT环环环环(1)(4)(2)(3)氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸臂臂臂臂额外环额外环额外环额外环OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGDDGGDDDAACAGUUAIAAGUUCCDmAACADUHDUH环环环环反密码反密码反密码反密码环环环环反密码子反密码子反密码子反密码子mm(1).(三三)rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNADNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S.第三节 反转录 逆转录酶逆转录酶一、反转录与逆转录酶一、反转录与逆转录酶RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶c cDNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA(一一)逆转录现逆转录现象象(Reverse Transcription)1.逆转录现象发现于逆逆转录现象发现于逆转录病毒。转录病毒。2.cDNA是指以是指以RNA为为模板，经逆转录合成模板，经逆转录合成的与的与RNA碱基序列互碱基序列互补的补的DNA链。链。.第三节第三节 反转录反转录 定义定义 以以RNARNA为模板为模板 ，以，以4 4种种dNTPdNTP为为原料原料 ，在反转录酶的催化下，合，在反转录酶的催化下，合成与成与RNARNA互补的互补的DNADNA的过程的过程.一、反一、反转录酶转录酶 功能：功能：（1 1）RNARNA指导的指导的DNADNA合成反应合成反应 （2 2）能特异性水解）能特异性水解RNA-DNARNA-DNA杂交体上的杂交体上的RNARNA （3 3）具有）具有DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 （4 4）合成方向也是从）合成方向也是从5 5 33方向延伸方向延伸.注意：注意：反转录酶没有反转录酶没有3 3 55外切酶活性，外切酶活性，因此无校读功能，反转录作用的错误因此无校读功能，反转录作用的错误率相对较高，可能为致病病毒较快出率相对较高，可能为致病病毒较快出现新毒株的原因之一。现新毒株的原因之一。.逆转录酶逆转录酶RNA 模板模板反转录酶反转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶c cDNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA反转录现象反转录现象.过程过程Reversetranscriptase成环或整合.二、反转录的意义二、反转录的意义n n补充了中心法则补充了中心法则，并认识到，并认识到RNARNA在生在生命过程中的重要性命过程中的重要性n n发现了癌基因、原癌基因，发现了癌基因、原癌基因，深化深化了对了对RNARNA病毒致癌、致病病毒致癌、致病机理的研究机理的研究.