生物化學(xué)章16RNA的生物合成 (試講課件1)

1、第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )（1 1）掌握轉(zhuǎn)錄的概念和特點(diǎn)。）掌握轉(zhuǎn)錄的概念和特點(diǎn)。（2 2）掌握原核生物）掌握原核生物RNARNA聚合酶組成及功能、轉(zhuǎn)錄過程。聚合酶組成及功能、轉(zhuǎn)錄過程。（3 3）熟悉真核生物）熟悉真核生物RNARNA聚合酶功能，了解真核生物轉(zhuǎn)錄聚合酶功能，了解真核生物轉(zhuǎn)錄過程。過程。（4 4）了解真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工和修飾過程。）了解真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工和修飾過程。大綱要求大綱要求本章內(nèi)容 原核生物RNA的合成的反應(yīng)體系原核生物RNA的合成過程 真核生物RNA的合成過程轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制概述n

2、在生物界，在生物界，RNARNA合成有兩種方式合成有兩種方式 一是一是DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成，也叫轉(zhuǎn)錄，此為生物合成，也叫轉(zhuǎn)錄，此為生物體內(nèi)的主要合成方式，也是體內(nèi)的主要合成方式，也是本章介紹的主要內(nèi)容本章介紹的主要內(nèi)容。另一種是另一種是RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成，也叫合成，也叫RNA復(fù)制復(fù)制(RNAreplication),由由RNA依賴的依賴的RNA聚合酶催化，聚合酶催化，常見于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的常見于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNA病毒在宿主病毒在宿主細(xì)胞以病毒的單鏈細(xì)胞以病毒的單鏈RNA為模板合成為模板合成RNA的方式。的方式。中心法則中心法則(TheCentralDogm

3、a)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄翻翻 譯譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)復(fù) 制制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)是是生物體以生物體以DNA為為模板合成模板合成RNA的過程。的過程。 轉(zhuǎn)錄的知識是理解許多生物學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)問題所轉(zhuǎn)錄的知識是理解許多生物學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)問題所必需的。必需的。對于對于RNA生物過程的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速生物過程的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速率的改變率的改變，以及由此而引發(fā)的一系列代謝變化，以及由此而引發(fā)的一系列代謝變化，因此，了解因此，了解RNA代謝的基本原理就甚為重要。這代謝的基本原理就甚為重要。這些原理既關(guān)系到所有生物是如何適應(yīng)環(huán)境變化的，些原理既關(guān)系到所有生物是如何適應(yīng)環(huán)境變化的，也關(guān)系到細(xì)胞

4、結(jié)構(gòu)和功能的分化機(jī)制。也關(guān)系到細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的分化機(jī)制。復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料

5、原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制引物引物 需要需要 不需要不需要特點(diǎn)特點(diǎn) 雙向復(fù)制（半保留）雙向復(fù)制（半保留） 單向轉(zhuǎn)錄單向轉(zhuǎn)錄（無校對功能）（無校對功能）復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的共同點(diǎn)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的共同點(diǎn):DNA 模板模板依賴依賴DNA的聚合酶的聚合酶堿基配對規(guī)律堿基配對規(guī)律生成磷酸二酯鍵生成磷酸二酯鍵鏈延長方向鏈延長方向5353原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates & Enzymes in prokaryotic transcription第一節(jié)第一節(jié)n參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：原料原料: : NTP(A

6、TP,UTP,GTP,CTP)模板模板: : DNA酶酶 : : RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子及其他蛋白質(zhì)因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3 ，核苷酸間的連接方式為核苷酸間的連接方式為3 ，5 -磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板 DNA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。 轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)，它有兩方面含義：在，它有兩

7、方面含義：在DNA分子分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；其二是模板鏈并非總是在同一單鏈上。轉(zhuǎn)錄；其二是模板鏈并非總是在同一單鏈上。5GCAGTACATGTC3編碼鏈編碼鏈3CGTCATGTACAG5模板鏈模板鏈5GCAGUACAUGUC3mRNANAlaValHisValC蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯 DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為的一股單鏈，稱為模板鏈模板鏈(templatestrand)。相對。相對的另一股單鏈?zhǔn)堑牧硪还蓡捂準(zhǔn)蔷幋a鏈編碼鏈(codingstrand)

8、。5 5 3 3 3 3 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向n不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)1.轉(zhuǎn)錄的不對稱性轉(zhuǎn)錄的不對稱性2.轉(zhuǎn)錄方向的單向性轉(zhuǎn)錄方向的單向性3.轉(zhuǎn)錄過程有特定起始和終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄過程有特定起始和終止點(diǎn)二、二、RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成合成（一）（一）RNA聚合酶能從頭啟動(dòng)聚合酶能從頭啟動(dòng)RNA鏈的合成鏈的合成 DNA依賴的依賴的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化學(xué)機(jī)制與合成的化學(xué)機(jī)制與DNA依賴的依賴的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n

9、+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延長的延長的RNA DNA聚合酶在啟動(dòng)聚合酶在啟動(dòng)DNA鏈延長時(shí)需要引物存鏈延長時(shí)需要引物存在，而在，而RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接啟動(dòng)就能直接啟動(dòng)RNA鏈的延長。鏈的延長。 RNA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列的特殊序列啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)結(jié)合后，就能啟動(dòng)結(jié)合后，就能啟動(dòng)RNA合成。合成。（二）（二）RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成聚合酶由多個(gè)亞基組成 36512決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618催化功能催化功能 155613結(jié)合結(jié)合DNA模板模板 70263辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)亞亞 基基分分 子子 量量功功 能

10、能不詳（不做要求）、解鏈、解鏈、結(jié)、結(jié)合合核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme) 轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄延長階段轉(zhuǎn)錄延長階段nRNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合利福平利福平能與細(xì)菌的能與細(xì)菌的RNARNA聚合酶聚合酶亞基結(jié)合亞基結(jié)合，從，從而阻斷轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)而阻斷轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng) 因子有多種：因子有多種：I結(jié)合阻遏物RNA酶結(jié)合產(chǎn)生阻遏蛋白操縱基因啟動(dòng)子阻遏物基因結(jié)構(gòu)基因AYZOP原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為稱為操縱子操縱子(operon(operon) )，包括若干個(gè)，包括若干個(gè)結(jié)

11、構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因及其上及其上游游(upstream)(upstream)的的調(diào)控序列。調(diào)控序列。 三、三、RNA聚合酶結(jié)合到聚合酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子的啟動(dòng)子上起動(dòng)轉(zhuǎn)錄上起動(dòng)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。調(diào)控序列中的調(diào)控序列中的啟動(dòng)子啟動(dòng)子是是RNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。原核生物以的部位，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。原核生物以RNA聚合酶全酶結(jié)合到聚合酶全酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中錄，其中由由亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合。，其他亞基相互配合。啟動(dòng)子：啟動(dòng)子：是是DNA分子上能夠

12、被分子上能夠被RNA聚合酶識別、結(jié)合聚合酶識別、結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNADNA序列。序列。對啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即對啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即RNA聚聚合酶保護(hù)法合酶保護(hù)法。根據(jù)對根據(jù)對100100多個(gè)基因堿基序列的分析，大腸桿菌的多個(gè)基因堿基序列的分析，大腸桿菌的啟啟動(dòng)子至少兩處共同順序動(dòng)子至少兩處共同順序：約約12bp12bp的的RNARNA聚合酶全酶識別部位（聚合酶全酶識別部位（-35-35順序順序），），和和約含約含7bp7bp的的RNARNA聚合酶全酶緊密結(jié)合部位（聚合酶全酶緊密結(jié)合部位（-10-10順順序序，又稱為，又稱為TATATATA框框或或P

13、rinow boxPrinow box）.-10.-10序列處的堿序列處的堿基富含基富含ATAT，有助于，有助于DNADNA雙螺旋的局部解鏈。雙螺旋的局部解鏈。 開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 nRNA聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)（堿基序列）是啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)（堿基序列）是不對稱的，它決不對稱的，它決定著

14、轉(zhuǎn)錄的方向定著轉(zhuǎn)錄的方向。大腸桿菌轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的一個(gè)。大腸桿菌轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的一個(gè)理想序列如下：理想序列如下： 15-19原核生物的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)原核生物的轉(zhuǎn)錄過程可分為轉(zhuǎn)錄起始、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程可分為轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延長和轉(zhuǎn)錄終止三個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄延長和轉(zhuǎn)錄終止三個(gè)階段。 RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。起始區(qū)域。 DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。的模板。一、轉(zhuǎn)錄起始需要一、轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全酶

15、聚合酶全酶n轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：2 . D N A 雙 鏈 打 開 ， 形 成雙 鏈 打 開 ， 形 成 開 放 轉(zhuǎn) 錄 復(fù) 合 體開 放 轉(zhuǎn) 錄 復(fù) 合 體 ( o p e ntranscriptioncomplex)；DNA分子接近分子接近-10區(qū)域的部分區(qū)域的部分雙螺旋解開后轉(zhuǎn)錄開始。雙螺旋解開后轉(zhuǎn)錄開始。 DNA雙鏈解開的范圍只在雙鏈解開的范圍只在17bp左右左右。1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)識別并結(jié)合啟動(dòng)子，形成識別并結(jié)合啟動(dòng)子，形成閉合閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體（轉(zhuǎn)錄復(fù)合體（closedtranscriptioncomple）；3.在在RNA聚合酶作用下發(fā)

16、生第一次聚合反應(yīng)，形成第一聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成第一個(gè)磷酸二酯鍵：個(gè)磷酸二酯鍵：RNApol( 2)-DNA-pppGpN-OH3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: :5 -pppG-OH+NTP5 -pppGpN-OH3 +ppin轉(zhuǎn)錄起始過程：轉(zhuǎn)錄起始過程：nE.coli的轉(zhuǎn)錄起始和延長的轉(zhuǎn)錄起始和延長第一個(gè)進(jìn)處的核苷酸一般是嘌呤核苷酸，以GTP最常見。第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的構(gòu)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，象發(fā)生改變， 亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合

17、于于DNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNA鏈前移，鏈前移，進(jìn)入延長進(jìn)入延長階段。階段。在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成的過程中，第一個(gè)進(jìn)在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成的過程中，第一個(gè)進(jìn) 處的核苷酸一般是處的核苷酸一般是嘌呤核苷酸，以嘌呤核苷酸，以GTP最常見。最常見。對 亞基脫落的不同說法亞基脫落的不同說法-北大朱玉賢編現(xiàn)代分子生物學(xué)第4版教材P76當(dāng)當(dāng)RNA聚合酶合成新的RNA鏈達(dá)到910核苷酸時(shí)，亞基才被釋放，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物才通過上游啟動(dòng)子區(qū)并生成由核心酶、DNA和新生成的RNA所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。新進(jìn)展新進(jìn)展二、二、RNApol核心酶獨(dú)立延長核心酶獨(dú)立延長RNA鏈鏈1. 亞基脫落，亞基脫落，RNApol聚合

18、酶核心酶變構(gòu)，聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不斷聚合，不斷聚合，RNA鏈鏈不斷延長。不斷延長。(NMP)n +NTP(NMP)n+1 + PPi大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄泡局部結(jié)構(gòu)示意大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄泡局部結(jié)構(gòu)示意轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA轉(zhuǎn)錄延長以下特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄延長以下特點(diǎn) 核心酶負(fù)責(zé)核心酶負(fù)責(zé)RNA鏈延長反應(yīng)；鏈延長反應(yīng)； RNA鏈從鏈從5 -端向端向3 -端延長，新的核苷酸都是加到端延長，新的核苷酸都是加到3 -OH上；上；對對DN

19、A模板鏈的閱讀方向是模板鏈的閱讀方向是3 -端向端向5 -端，合成的端，合成的RNA鏈鏈與之呈反向互補(bǔ)，即酶是沿著模板鏈的與之呈反向互補(bǔ)，即酶是沿著模板鏈的3 向向5 方向或沿著方向或沿著編碼鏈的編碼鏈的5 向向3 方向前進(jìn)的；方向前進(jìn)的； 合成區(qū)域存在著動(dòng)態(tài)變化的合成區(qū)域存在著動(dòng)態(tài)變化的8 bp 的的RNA-DNA雜合雙鏈；雜合雙鏈； 模板模板DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)隨著核心酶的移動(dòng)發(fā)生解鏈和再的雙螺旋結(jié)構(gòu)隨著核心酶的移動(dòng)發(fā)生解鏈和再復(fù)合的動(dòng)態(tài)變化。復(fù)合的動(dòng)態(tài)變化。 轉(zhuǎn)錄過程中轉(zhuǎn)錄過程中DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)變化的超螺旋結(jié)構(gòu)變化轉(zhuǎn)錄過程中DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)變化三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長與蛋白質(zhì)的翻譯同三、原

20、核生物轉(zhuǎn)錄延長與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行時(shí)進(jìn)行5 3 DNA核糖體核糖體RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。依賴依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴非依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴 因子與因子與非依賴非依賴 因子兩大類因子兩大類n依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為：轉(zhuǎn)錄終止分為： 因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子

21、量基分子量46kD。 因子能結(jié)合因子能結(jié)合RNA，又以，又以對對polyC的結(jié)合力最的結(jié)合力最強(qiáng)強(qiáng)，但對，但對polydC/dG組成的組成的DNA的結(jié)合能力就的結(jié)合能力就低得多。低得多。 因子還因子還有有ATP酶活性酶活性和和解螺旋酶解螺旋酶(helicase)的的活性?；钚?。（一）依賴（一）依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止n 因子：因子：n 因子的作用原理（熱追蹤假說）：因子的作用原理（熱追蹤假說）：課外有趣的思考：課外有趣的思考：1、原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行，鏈上有核糖體， 因子怎么追過去？因子怎么追過去？2 2、 因子追上因子追上（二）（二） 非依賴非依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄

22、終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。終止轉(zhuǎn)錄。n莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制 使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 局部局部RNA/DNA雜化短鏈的堿基配對是最不穩(wěn)定的。雜化短鏈的堿基配對是最不穩(wěn)定的。RNA鏈上的多聚鏈上的多聚U也是促使也是促使RNA鏈從模板上脫落的重鏈從模板上脫落的重要因素。要因素。真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成TheBiosynthesisofEukaryoteRNA第三節(jié)第三節(jié)真核生物的轉(zhuǎn)錄

23、過程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄真核生物的轉(zhuǎn)錄過程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄起始過程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。起始過程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。一、一、真核生物有三種真核生物有三種DNA依賴的依賴的RNA聚合酶聚合酶n 真核生物具有真核生物具有3種不同的種不同的RNA聚合酶聚合酶: RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物RNA聚合酶的特點(diǎn)聚合酶的特點(diǎn) 真核生物真核生物RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，所有真核聚合酶的結(jié)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，所有真核生物的生物的RNA聚合酶聚合酶都

24、有兩個(gè)不同的大亞基都有兩個(gè)不同的大亞基和和十幾個(gè)小亞十幾個(gè)小亞基基.大亞基功能各不相同。大亞基功能各不相同。 RNApol在核內(nèi)轉(zhuǎn)錄生成核不均一在核內(nèi)轉(zhuǎn)錄生成核不均一RNA（hnRNA），），然后加工成然后加工成mRNA。mRNA是各種是各種RNA中壽命最短、最中壽命最短、最不穩(wěn)定的，需經(jīng)常重新合成。不穩(wěn)定的，需經(jīng)常重新合成。二、轉(zhuǎn)錄因子在真核生物轉(zhuǎn)錄起始中具二、轉(zhuǎn)錄因子在真核生物轉(zhuǎn)錄起始中具有重要作用有重要作用 真核生物的基因轉(zhuǎn)錄過程，同樣可以分為真核生物的基因轉(zhuǎn)錄過程，同樣可以分為3個(gè)個(gè)階段：起始階段：起始階段（階段（RNApol和通用轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體）、和通用轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄起

25、始復(fù)合體）、延長階段和轉(zhuǎn)錄終止。延長階段和轉(zhuǎn)錄終止。 與原核生物的顯著不同是，起始和延長過程都需要眾多與原核生物的顯著不同是，起始和延長過程都需要眾多相關(guān)的蛋白質(zhì)因子參與，這些因子被稱為相關(guān)的蛋白質(zhì)因子參與，這些因子被稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionalfactors,TF）或）或反式作用因子反式作用因子（trans-actingfactors）。）。（一）轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體的形成（一）轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體的形成不同物種、不同細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始不同物種、不同細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游都有不同的特異點(diǎn)上游都有不同的特異DNA序列，包括啟動(dòng)子、序列，包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等，統(tǒng)

26、稱為增強(qiáng)子等，統(tǒng)稱為順式作用元件順式作用元件(cis-actingelement)。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增強(qiáng)子增強(qiáng)子n順式作用元件順式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切離加尾切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子外顯子翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn)內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，真核生物的轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，真核生物的RNApol不直接識別不直接識別和結(jié)合模板的起始區(qū)，而是依靠轉(zhuǎn)錄因子識別和結(jié)合模板的起始區(qū)，而是依靠轉(zhuǎn)錄因子識別并結(jié)合起始序列，故其起始復(fù)合體的裝配過程并結(jié)合起始序列，故其起始復(fù)合體的裝配

27、過程比原核生物復(fù)雜的多。比原核生物復(fù)雜的多。能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因反式作用因子子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶聚合酶的 ， 則 稱 為 通 用 轉(zhuǎn) 錄 因 子 （的 ， 則 稱 為 通 用 轉(zhuǎn) 錄 因 子 （ g e n e r a ltranscriptionfactor）或基本轉(zhuǎn)錄因子（）或基本轉(zhuǎn)錄因子（basaltranscriptionfactor） 三三、真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程

28、中沒有、真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程中沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象?，F(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體核小體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄延延長長中中的的核核小小體體移移位位轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行真核生物的轉(zhuǎn)錄終止

29、，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)的。關(guān)的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)，尾巴結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。轉(zhuǎn)錄不是在轉(zhuǎn)錄不是在polyA的位置上終止，而是超出數(shù)的位置上終止，而是超出數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在讀碼框架的下游，常有一組共同序列讀碼框架的下游，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的再下游還有相當(dāng)多的GT序列。這些序列稱為序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGU

30、GUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA3 mRNA轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。真核與原核轉(zhuǎn)錄的區(qū)別（了解）真核與原核轉(zhuǎn)錄的區(qū)別（了解）RNA聚合酶：一種和三種。聚合酶：一種和三種。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：單順反子和多順反子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：單順反子和多順反子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是否需要加工：原核不需要，真核需要。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是否需要加工：原核不需要，真核需要。轉(zhuǎn)錄與翻譯是否同步：原核同步。轉(zhuǎn)錄與翻譯是否同步：原核同步。轉(zhuǎn)錄中是否有核糖體解聚和移位現(xiàn)象？轉(zhuǎn)錄中是否有核糖體解聚和移位現(xiàn)象？真核生物真核生物RNA的

31、加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA第四節(jié)第四節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄生成的真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級分子是初級RNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄物錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初，幾乎所有的初級級RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。n幾種主要的修飾方式：幾種主要的修飾方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3. 修飾修飾(modification)4. 添加添加

32、(addition)5. RNA RNA編輯編輯(RNAediting)一、核不均一一、核不均一RNA經(jīng)首、尾修飾經(jīng)首、尾修飾和剪接后成為和剪接后成為mRNA 真核生物真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后，需要進(jìn)行5 -端和端和3 -端（首、尾部）的端（首、尾部）的修飾修飾以及對以及對hnRNA進(jìn)行進(jìn)行剪剪接接（splicing），才能成為成熟的），才能成為成熟的mRNA，被，被轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯。轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯。（一）前體（一）前體mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 -末端有末端有7-甲基鳥嘌呤的甲基鳥嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。

33、帽結(jié)構(gòu)。這個(gè)真核這個(gè)真核mRNA加工過程的起始步驟由兩種加工過程的起始步驟由兩種酶，酶，加帽酶加帽酶(cappingenzyme)和和甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。 n帽結(jié)構(gòu)帽結(jié)構(gòu)n帽結(jié)構(gòu)的生成過程帽結(jié)構(gòu)的生成過程n帽結(jié)構(gòu)的意義：帽結(jié)構(gòu)的意義：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；免遭核酸酶的攻擊；也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-bindingcomplexofprotein)結(jié)合，并參與結(jié)合，并參與mRNA和核和核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。（二）前體（二）前體mRNA在在3端端

34、特異位點(diǎn)斷裂并加特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾上多聚腺苷酸尾 尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行的過程。時(shí)進(jìn)行的過程。 poly Apoly A的有無與長短，是的有無與長短，是維持維持mRNAmRNA作為翻譯模板作為翻譯模板的活性，以及增加的活性，以及增加mRNAmRNA本身穩(wěn)定性的因素。本身穩(wěn)定性的因素。 一般真核生物在胞漿內(nèi)出一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的現(xiàn)的mRNAmRNA，其，其poly Apoly A長長度為度為100100至至200200個(gè)核苷酸之個(gè)核苷酸之間，也有少數(shù)例外。間，也有少數(shù)例外。（三）前體（三）前體mRNA的剪接主要是去除內(nèi)含子的剪接主要是去除內(nèi)含子去除初

35、級轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成熟去除初級轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成熟RNA的過程稱為的過程稱為mRNA剪接（剪接（mRNAsplicing）。真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 斷裂基因斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)非編碼區(qū)外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(int

36、ron) 外顯子：外顯子：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子：內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白雞卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞雞卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修飾飾1.內(nèi)含子形成套索內(nèi)含子形成套索RNA被剪除被剪除 2.內(nèi)含子在剪接接口處剪除內(nèi)含子在剪接接口處剪除 大多數(shù)內(nèi)含子都以大多數(shù)內(nèi)含子都以GU為為5 端的起始，而其末端則為端

37、的起始，而其末端則為AG-OH-3 。 5 GUAG-OH-3 稱為剪接接口（稱為剪接接口（splicingjunction）或）或邊界序列。邊界序列。 剪接后，剪接后，GU或或AG不一定被剪除。不一定被剪除。 3.剪接過程需兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過程需兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 4.剪接體是內(nèi)含子剪接場所剪接體是內(nèi)含子剪接場所5.前體前體mRNA分子有剪切和剪接兩種模式分子有剪切和剪接兩種模式 前體前體mRNA分子的加工除上述剪接外，還有一分子的加工除上述剪接外，還有一種剪切（種剪切（cleavage）模式。）模式。 剪切剪切指的是剪去某些內(nèi)含子后，在上游的外顯指的是剪去某些內(nèi)含子后，在上游的外顯子子3 -端直

38、接進(jìn)行多聚腺苷酸化，不進(jìn)行相鄰?fù)舛酥苯舆M(jìn)行多聚腺苷酸化，不進(jìn)行相鄰?fù)怙@子之間的連接反應(yīng)。顯子之間的連接反應(yīng)。 剪接剪接是指剪切后又將相鄰的外顯子片段連接起是指剪切后又將相鄰的外顯子片段連接起來，然后進(jìn)行多聚腺苷酸化。來，然后進(jìn)行多聚腺苷酸化。6.前體前體mRNA分子可發(fā)生可變剪接分子可發(fā)生可變剪接 許多前體許多前體mRNA分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成熟的熟的mRNA，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些則可，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些則可剪切或（和）剪接加工成結(jié)構(gòu)有所不同的剪切或（和）剪接加工成結(jié)構(gòu)有所不同的mRNA，這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為可變剪接可變剪接（alternatives

39、plicing），），又稱又稱選擇性剪接選擇性剪接。真核細(xì)胞基因的前體真核細(xì)胞基因的前體mRNA交替加工的兩種機(jī)制交替加工的兩種機(jī)制大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄本的可變剪接大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄本的可變剪接 有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因的有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因的初級轉(zhuǎn)錄物序列并不完全對應(yīng)，初級轉(zhuǎn)錄物序列并不完全對應(yīng)，mRNA上的一上的一些序列在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生了改變，稱為些序列在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生了改變，稱為RNA編輯編輯（RNAediting）。）。 RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為后加工，是可有多用途分化的，

40、因此也稱為分分化加工化加工(differentialRNAprocessing)。（四）（四）mRNA編輯是對基因的編碼序列進(jìn)行編輯是對基因的編碼序列進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工APOB基因的基因的mRNA在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈二、真核二、真核rRNA前體經(jīng)過剪接形成不同前體經(jīng)過剪接形成不同類別的類別的rRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪切剪切18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S三、真核生物前體三、真核生物前體tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的堿基修飾苷酸的堿基修飾tRNA前體前體RNA pol TGGCN

41、NAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、內(nèi)切酶內(nèi)切酶tRNA核苷核苷酸轉(zhuǎn)移酶酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶、連接酶ATPADP堿基修飾堿基修飾（2）還原反應(yīng)）還原反應(yīng)如：如：UDHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：如：U（4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng)如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）四、四、RNA催化一些真核和原核基因內(nèi)催化一些真核和原核基因內(nèi)含子的自剪接含子的自剪接 1982年美國科學(xué)家年美國科學(xué)家T.Cech和他的同事發(fā)現(xiàn)四膜蟲和他的同事發(fā)現(xiàn)四膜蟲（tetrahymenathermophilic）編碼）編碼rRNA前體的

42、前體的DNA序列序列含有間隔內(nèi)含子序列，并且在沒有任何來自四膜蟲的蛋白含有間隔內(nèi)含子序列，并且在沒有任何來自四膜蟲的蛋白質(zhì)情況下，質(zhì)情況下，rRNA前體能準(zhǔn)確地剪接去除內(nèi)含子。這種由前體能準(zhǔn)確地剪接去除內(nèi)含子。這種由RNA分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為自剪接（自剪接（self-splicing）。一些噬菌體的一些噬菌體的mRNA前體及細(xì)菌前體及細(xì)菌tRNA前體也發(fā)現(xiàn)有這前體也發(fā)現(xiàn)有這類自身剪接的內(nèi)含子，并被稱之為類自身剪接的內(nèi)含子，并被稱之為I型內(nèi)含子型內(nèi)含子（groupIintron）。）。I型內(nèi)含子以游離的鳥嘌呤核苷或鳥嘌呤核苷酸作型內(nèi)含子以游離的鳥嘌呤核苷或鳥嘌呤核苷酸作為輔因子完成剪接。鳥嘌呤核苷或鳥嘌呤核苷酸的為輔因子完成剪接。鳥嘌呤核苷或鳥嘌呤核苷酸的3-OH與與內(nèi)含