第十二章RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄

1、會計學(xué)1第十二章第十二章RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄的生物合成轉(zhuǎn)錄第1頁/共91頁Reverse transcription中心法則中心法則 (Central Dogma)Replication 貯存遺傳信息貯存遺傳信息 直接模板直接模板 有功能的產(chǎn)物有功能的產(chǎn)物 復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯第2頁/共91頁轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(transcription)(transcription)： 以以DNADNA單鏈為模板，單鏈為模板，NTPNTP為原料，在為原料，在DNADNA依賴的依賴的RNARNA聚合酶催化下合成聚合酶催化下合成RNARNA鏈的過程。鏈的過程。RNA聚合酶聚合酶第3頁/共91頁第一節(jié)第一節(jié) RNA聚合

2、酶及聚合酶及RNA轉(zhuǎn)錄的一般特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的一般特點(diǎn)General Survey of RNA Synthesis General Survey of RNA Synthesis 第4頁/共91頁模板：模板：酶：酶：原料：原料：產(chǎn)物：產(chǎn)物：配對：配對：方向：方向：引物引物：DNA(不對稱轉(zhuǎn)錄）不對稱轉(zhuǎn)錄）RNA聚合酶聚合酶NTPmRNA,tRNA,rRNA,小小RNAA-U,T-A,G-C5 3不需要不需要轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 的的 條條 件件第5頁/共91頁一、一、DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA聚合酶聚合酶 (DNA directed RNA polymerase, DDRP)模板：雙鏈模板：雙鏈DNADNA中的

3、一條鏈中的一條鏈底物：四種核糖核苷三磷酸（底物：四種核糖核苷三磷酸（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP和和 UTPUTP）反應(yīng)條件：二價金屬離子，如反應(yīng)條件：二價金屬離子，如MgMg2+2+和和MnMn2+2+。RNA聚合酶聚合酶(NMP)n + NTP (NMP)n+1 + PPi第6頁/共91頁真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 表表12-1 真核生物真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)聚合酶的種類和性質(zhì) 種類種類 I型型 II型型 III型型 線粒體線粒體RNA（Mt型）型）分子量分子量 5.5105 6105 6105 6.46.8104 分布分布 核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì)

4、線粒體線粒體 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 5.8S、18S、28S mRNA前體前體 tRNA前體前體 線粒體線粒體RNA rRNA前體前體 5S rRNA 對利福平對利福平 不敏感不敏感 不敏感不敏感 不敏感不敏感 敏感敏感 敏感性敏感性對鵝膏蕈堿對鵝膏蕈堿 不敏感不敏感 非常敏感非常敏感 敏感敏感 不敏感不敏感 敏感性敏感性 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 TF I TF II TF III第7頁/共91頁 復(fù)制復(fù)制以以DNADNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程；的過程； 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄以以DNADNA為模板合成為模板合成RNARNA的過程。的過程。相同點(diǎn)相同點(diǎn) 都是酶促核苷酸聚合過程；都是酶促核苷酸聚合過程；

5、 都以都以DNADNA為模板；為模板； 合成方向都是合成方向都是5 5-3-3； 核苷酸之間都以磷酸二酯鍵相連；核苷酸之間都以磷酸二酯鍵相連； 服從堿基互補(bǔ)配對規(guī)律；服從堿基互補(bǔ)配對規(guī)律；二、比較復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同二、比較復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同第8頁/共91頁不同點(diǎn)不同點(diǎn) 復(fù)復(fù) 制制兩條鏈均復(fù)制兩條鏈均復(fù)制dNTPA-T、G-CDNA聚合酶聚合酶子代雙鏈子代雙鏈DNA需要需要RNA引物引物不需要不需要 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱）NTPA-U、T-A、G-CRNA聚合酶聚合酶mRNA/tRNA/rRNA不需要引物不需要引物需要需要模板模板原料原料堿基配對堿基配對聚合酶聚合酶產(chǎn)物產(chǎn)物

6、引物引物加工加工第9頁/共91頁第10頁/共91頁不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄( (asymmetric transcription):asymmetric transcription): 在在DNADNA雙鏈分子的某一區(qū)段，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄，模板雙鏈分子的某一區(qū)段，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄，模板鏈也并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上的轉(zhuǎn)錄方式。鏈也并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上的轉(zhuǎn)錄方式。5335箭頭方向?yàn)檗D(zhuǎn)錄方向；深色鏈為模板鏈。箭頭方向?yàn)檗D(zhuǎn)錄方向；深色鏈為模板鏈。第11頁/共91頁3-CGTCATGTACAG-5模板鏈模板鏈5-GCAGTACATGTC-3編碼鏈編碼鏈 5-GCAGUACAUGUC-3m

7、RNAN -Ala-Val-His-Val-C 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯mRNA序列與編碼鏈一樣（序列與編碼鏈一樣（U-T）。第12頁/共91頁原核細(xì)胞原核細(xì)胞 真核細(xì)胞真核細(xì)胞第13頁/共91頁轉(zhuǎn)錄過程：起始轉(zhuǎn)錄過程：起始延長延長終止終止 轉(zhuǎn)錄單位（轉(zhuǎn)錄單位（transcription unittranscription unit）：）： RNARNA聚合酶作用的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間的聚合酶作用的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間的 DNADNA序列。序列。轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)： 合成合成RNARNA鏈的鏈的DNADNA的第一個核苷酸位點(diǎn)（的第一個核苷酸位點(diǎn)（+1+1）。第二節(jié)第二節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)錄

8、過程真核生物的轉(zhuǎn)錄過程第14頁/共91頁真核生物與轉(zhuǎn)錄起始有關(guān)的結(jié)構(gòu)真核生物與轉(zhuǎn)錄起始有關(guān)的結(jié)構(gòu) 順式作用元件順式作用元件（cis-acting element）：）： 存在于基因的旁側(cè)序列中，能影響自身基因表達(dá)的序列。包括啟動子、存在于基因的旁側(cè)序列中，能影響自身基因表達(dá)的序列。包括啟動子、增強(qiáng)子、沉默子等。增強(qiáng)子、沉默子等。反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）：）： 能直接或間接識別并特異地與順式作用元件結(jié)合，參與基因表達(dá)調(diào)控能直接或間接識別并特異地與順式作用元件結(jié)合，參與基因表達(dá)調(diào)控的蛋白因子。的蛋白因子。第15頁/共91頁BEHAFRNA聚合酶聚合酶IIT

9、ATATFIID 45bp+1+30bpDNAmRNA轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體RNARNA聚合酶聚合酶IIII、多種、多種TFIITFII、DNADNA模板組成模板組成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。一、一、mRNAmRNA的合成的合成（一）起始（一）起始第16頁/共91頁第17頁/共91頁真核生物啟動子結(jié)構(gòu)真核生物啟動子結(jié)構(gòu)第18頁/共91頁真核生物啟動子結(jié)構(gòu)：真核生物啟動子結(jié)構(gòu)： GC BoxGC Box：位于位于-80 -80 -110-110區(qū)，有區(qū)，有GGGCGGGGGCGG保守序列，結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)保守序列，結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。 CAAT BoxCAAT Box：

10、位于位于-70 -70 -80-80區(qū)，有區(qū)，有GGNCAATCTGGNCAATCT保守序列，決定轉(zhuǎn)錄起始保守序列，決定轉(zhuǎn)錄起始的頻率的頻率。 TATA BoxTATA Box：位于位于-25 -25 -30-30區(qū)，有區(qū)，有TATA(A/T)(A/T)ATATA(A/T)(A/T)A保守序列，能保證保守序列，能保證轉(zhuǎn)錄起始位置的精確性。又稱轉(zhuǎn)錄起始位置的精確性。又稱Hogness BoxHogness Box。第19頁/共91頁第20頁/共91頁第21頁/共91頁（二）（二） RNA鏈的延長鏈的延長（elongation） DNA DNA雙鏈不斷的解開，雙鏈不斷的解開，RNARNA聚合酶沿著

11、聚合酶沿著DNADNA模板向模板向3 3方向移動。同時，方向移動。同時，在在RNARNA聚合酶聚合酶IIII的作用下，與的作用下，與DNADNA模板鏈序列互補(bǔ)的核苷酸逐一地進(jìn)入模板鏈序列互補(bǔ)的核苷酸逐一地進(jìn)入反應(yīng)體系，不斷延伸反應(yīng)體系，不斷延伸RNARNA鏈。合成的方向?yàn)殒?。合成的方向?yàn)? 533。需要多種轉(zhuǎn)錄因子需要多種轉(zhuǎn)錄因子協(xié)助，由協(xié)助，由RNARNA聚合酶聚合酶IIII催化。催化。轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡酶覆蓋：酶覆蓋：40bp打開打開DNA： 17bp合成合成RNA：12bpDNA-RNA雜交體雜交體第22頁/共91頁（三）（三） RNARNA合成的終止合成的終止（terminationterm

12、ination）轉(zhuǎn)錄至模板某一位置，停止形成磷酸二酯鍵轉(zhuǎn)錄至模板某一位置，停止形成磷酸二酯鍵RNADNA雜交鏈解開，雜交鏈解開，DNA解鏈的部分重新形成雙螺旋解鏈的部分重新形成雙螺旋RNA聚合酶離開聚合酶離開DNA。 第23頁/共91頁轉(zhuǎn)錄終止序列：轉(zhuǎn)錄終止序列：DNA 的特殊序列與轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。的特殊序列與轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。 編碼鏈編碼鏈5-AAUAAA加尾加尾第24頁/共91頁二、二、 rRNArRNA的合成的合成合成部位：合成部位： 核仁核仁酶：酶： RNA RNA 聚合酶聚合酶 I I轉(zhuǎn)錄單位：轉(zhuǎn)錄單位： 包括包括28S28S，5.8S5.8S及及18S rRNA18S rRNA基因。

13、基因。 幾百個轉(zhuǎn)錄單位串聯(lián)排列在染色體幾百個轉(zhuǎn)錄單位串聯(lián)排列在染色體 上，中間有間隔序列隔開。上，中間有間隔序列隔開。轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄因子： TF ITF I轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物： 28S28S，5.8S5.8S，18S rRNA18S rRNA第25頁/共91頁核糖體核糖體RNARNA（rRNArRNA）的轉(zhuǎn)錄）的轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子內(nèi)含子基因間隔基因間隔18S5.8S28S每個重復(fù)單位每個重復(fù)單位45S轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3種種 rRNA前體前體轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工18SrRNA5.8S/28S rRNA第26頁/共91頁三、三、 5S rRNA5S rRNA和和tRNAtRNA的合成的合成合成部位：合成部

14、位： 核漿核漿酶：酶： RNA RNA 聚合酶聚合酶 IIIIII轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄因子： TF IIITF III轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物： 5S rRNA5S rRNA，tRNAtRNA，snRNAsnRNA第27頁/共91頁第三節(jié)第三節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄后真核生物轉(zhuǎn)錄后RNA的加工的加工RNA Processing第28頁/共91頁RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工（RNA processingRNA processing）: : 以以DNADNA為模板轉(zhuǎn)錄生成的為模板轉(zhuǎn)錄生成的RNARNA鏈經(jīng)過修飾鏈經(jīng)過修飾、切除、連接等反應(yīng)，去除非編碼序列，形、切除、連接等反應(yīng)，去除非編碼序列，形成成熟的具有功能的成

15、成熟的具有功能的RNARNA分子的過程。分子的過程。 第29頁/共91頁一、一、mRNA的加工的加工（一）內(nèi)（一）內(nèi)含子含子的剪接的剪接斷裂基因斷裂基因（splite genesplite gene）：真核生物的結(jié)構(gòu)基因由若干編碼區(qū)和非編碼區(qū)相互間）：真核生物的結(jié)構(gòu)基因由若干編碼區(qū)和非編碼區(qū)相互間隔，編碼一個完整的蛋白質(zhì)，成為斷裂基因。隔，編碼一個完整的蛋白質(zhì)，成為斷裂基因。外顯子外顯子（exonexon）：真核結(jié)構(gòu)生物基因中的編碼序列。）：真核結(jié)構(gòu)生物基因中的編碼序列。內(nèi)含子內(nèi)含子（intronintron）：真核生物結(jié)構(gòu)基因中的非編碼區(qū)。）：真核生物結(jié)構(gòu)基因中的非編碼區(qū)。exonABCin

16、tron第30頁/共91頁真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)hn RNA成熟成熟 mRNA第31頁/共91頁第32頁/共91頁第33頁/共91頁 核不均一核不均一RNARNA（heterogeneous-nuclear RNA,heterogeneous-nuclear RNA,hnRNAhnRNA）：）： 細(xì)胞核內(nèi)的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。需要經(jīng)過剪接才能成為成熟的細(xì)胞核內(nèi)的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。需要經(jīng)過剪接才能成為成熟的mRNAmRNA。 小核小核RNARNA（small nuclear RNA, snRNAsmall nuclear RNA, snRNA）：）： 在細(xì)胞核內(nèi)與蛋白質(zhì)組成核糖核酸蛋白體，即

17、剪接體（在細(xì)胞核內(nèi)與蛋白質(zhì)組成核糖核酸蛋白體，即剪接體（splicesomesplicesome），結(jié)合在，結(jié)合在hnRNAhnRNA的內(nèi)含子區(qū)段，使之彎曲，形成套索結(jié)構(gòu)，有利于剪接。的內(nèi)含子區(qū)段，使之彎曲，形成套索結(jié)構(gòu)，有利于剪接。第34頁/共91頁mRNA mRNA 剪接（剪接（mRNA splicingmRNA splicing） 真核生物結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄時，外顯子和內(nèi)含子同時被轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)物為真核生物結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄時，外顯子和內(nèi)含子同時被轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)物為hnRNAhnRNA，而后切除，而后切除hnRNAhnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接的過程成為中的內(nèi)含子，將外顯子連接的過程成為mRNAmRNA剪接

18、。剪接。剪接類型：剪接類型：snRNAsnRNA剪接方式剪接方式剪接位點(diǎn)：作為內(nèi)含子起始和結(jié)束的剪接位點(diǎn)：作為內(nèi)含子起始和結(jié)束的GUGU、AGAG剪接剪接 點(diǎn)序列成為剪接位點(diǎn)。點(diǎn)序列成為剪接位點(diǎn)。第35頁/共91頁第36頁/共91頁第37頁/共91頁（二）（二） 5 5端加帽端加帽5 5端：端：m7GpppGpNm7GpppGpN（甲基化三磷酸雙鳥苷）（甲基化三磷酸雙鳥苷）部位：細(xì)胞核部位：細(xì)胞核作用作用: 1: 1）使）使mRNAmRNA免受磷酸酶和核酸酶的攻擊，免受磷酸酶和核酸酶的攻擊， 穩(wěn)定穩(wěn)定mRNAmRNA分子的一級結(jié)構(gòu)；分子的一級結(jié)構(gòu)； 2 2）提供核蛋白體識別位點(diǎn)，促進(jìn)翻譯起）提

19、供核蛋白體識別位點(diǎn)，促進(jìn)翻譯起 始復(fù)合物形成，增強(qiáng)始復(fù)合物形成，增強(qiáng)mRNAmRNA翻譯效率；翻譯效率； 3 3）有利于）有利于mRNAmRNA前體的剪接。前體的剪接。第38頁/共91頁mRNA mRNA 的的5 5帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)第39頁/共91頁5 5 pppGp pppGp5 5 GpppGp GpppGppppGpppG ppippi鳥苷酸鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶5 5 m m7 7GpppGpGpppGp甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶SAMSAM5 5 ppGp ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi Pi帽子結(jié)構(gòu)的生成帽子結(jié)構(gòu)的生成第40頁/共91頁（三）（三）mRNAmRNA的的3 3端加端加polyApo

20、lyA尾尾3 3端：端：100-200100-200個腺苷酸殘基個腺苷酸殘基部位：細(xì)胞核部位：細(xì)胞核作用作用: 1: 1）維持）維持mRNAmRNA的穩(wěn)定；的穩(wěn)定； 2 2）增加翻譯效率；）增加翻譯效率； 3 3）與）與mRNAmRNA運(yùn)輸有關(guān)。運(yùn)輸有關(guān)。第41頁/共91頁轉(zhuǎn)錄終止序列：轉(zhuǎn)錄終止序列：DNA 的特殊序列與轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。的特殊序列與轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。 編碼鏈編碼鏈5-AAUAAA加尾加尾第42頁/共91頁步驟步驟1步驟步驟23 3端加端加polyApolyA尾尾第43頁/共91頁（四）（四） mRNA 編輯（編輯（mRNA editing） DNA DNA在轉(zhuǎn)錄成在轉(zhuǎn)錄成hnRN

21、AhnRNA后，通過插入、刪除或堿基替換而改變后，通過插入、刪除或堿基替換而改變DNADNA模板模板原來的某些遺傳信息。原來的某些遺傳信息。 通常是個別堿基的更換使一個基因表達(dá)出多個氨基酸序列不同的通常是個別堿基的更換使一個基因表達(dá)出多個氨基酸序列不同的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。 是對生物學(xué)中心法則的補(bǔ)充，擴(kuò)大了是對生物學(xué)中心法則的補(bǔ)充，擴(kuò)大了mRNAmRNA遺傳信息容量。遺傳信息容量。第44頁/共91頁第第2153位位谷氨酰胺谷氨酰胺終止子終止子第45頁/共91頁二、核糖體二、核糖體RNA（rRNA）的轉(zhuǎn)錄后加工）的轉(zhuǎn)錄后加工內(nèi)含子內(nèi)含子基因間隔基因間隔18S5.8S28S每個重復(fù)單位每個重復(fù)單位45

22、S轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物3種種 rRNA前身前身剪接剪接18SrRNA5.8S/28S rRNA第46頁/共91頁rRNA轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后的加工和與的加工和與核糖體的裝核糖體的裝配同時進(jìn)行配同時進(jìn)行。第47頁/共91頁核酶核酶（ribozyme）：具有催化功能的）：具有催化功能的RNA。四膜蟲的四膜蟲的rRNArRNA自我剪接自我剪接第48頁/共91頁核酶的二級結(jié)構(gòu)核酶的二級結(jié)構(gòu)槌頭狀結(jié)構(gòu)槌頭狀結(jié)構(gòu) （hammerhead structure）通常為通常為6060個核苷酸左右；個核苷酸左右；同一分子同一分子上包括有上包括有催化催化部分和部分和底物底物部分，共同組成部分，共同組成槌頭狀結(jié)構(gòu)。槌頭狀結(jié)構(gòu)。底物底

23、物催化部分催化部分第49頁/共91頁酶酶底物底物核酶的意義核酶的意義：1.1.核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；2.2.對傳統(tǒng)酶學(xué)提出挑戰(zhàn)；對傳統(tǒng)酶學(xué)提出挑戰(zhàn)；3.3.人工合成核酶的槌頭結(jié)構(gòu)，用于破壞有害基因，如人工合成核酶的槌頭結(jié)構(gòu)，用于破壞有害基因，如 破壞破壞HIVHIV病毒病毒RNARNA。第50頁/共91頁三、轉(zhuǎn)移三、轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）的轉(zhuǎn)錄后加工）的轉(zhuǎn)錄后加工第51頁/共91頁第52頁/共91頁堿堿 基基 修修 飾飾（1 1）甲基化）甲基化 A AmA Am（2 2）還原）還原 U DHUU DHU（3 3）核苷酸內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷酸內(nèi)的轉(zhuǎn)

24、位反應(yīng) U U （4 4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) A IA I第53頁/共91頁第54頁/共91頁（一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶核核心心酶酶 亞基亞基2 功功 能能決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)合底物，形成磷酸二酯鍵（催化）結(jié)合底物，形成磷酸二酯鍵（催化）結(jié)合模板（開鏈）結(jié)合模板（開鏈）（核心酶參與轉(zhuǎn)錄全過程）（核心酶參與轉(zhuǎn)錄全過程）識別起始點(diǎn)啟動子（延長時脫落）識別起始點(diǎn)啟動子（延長時脫落）全酶：全酶： 2 第55頁/共91頁原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶第56頁/共91頁RNARNA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-35 -10 Pr

25、ibnow box第57頁/共91頁一、原核生物轉(zhuǎn)錄起始（一、原核生物轉(zhuǎn)錄起始（initiation）啟動子（啟動子（promotor）：）：DNA分子上可以與分子上可以與RNA聚合酶特異結(jié)合而使轉(zhuǎn)聚合酶特異結(jié)合而使轉(zhuǎn)錄開始的一段錄開始的一段DNA序列，本身不被轉(zhuǎn)錄。序列，本身不被轉(zhuǎn)錄。 結(jié)合部位：位于結(jié)合部位：位于-10-10區(qū)區(qū)，有，有TATAATTATAAT保守序列，是保守序列，是RNARNA聚合酶與聚合酶與DNADNA模板牢固結(jié)合的位點(diǎn)，也有助于打開局部模板牢固結(jié)合的位點(diǎn)，也有助于打開局部DNADNA雙鏈。也稱雙鏈。也稱Pribnow BoxPribnow Box。 識別部位：位于識別

26、部位：位于-35-35區(qū)，有區(qū)，有TTGACATTGACA保守序列，是保守序列，是RNARNA聚聚合酶合酶亞基識別的部位。亞基識別的部位。 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)：合成合成RNARNA鏈中第一個核苷酸的位點(diǎn)，鏈中第一個核苷酸的位點(diǎn)，多為多為A A或或G G。第58頁/共91頁原核生物啟動子結(jié)構(gòu)原核生物啟動子結(jié)構(gòu)第59頁/共91頁 操縱子（操縱子（operon）：）：原核生物的許多功能相關(guān)的基因成簇地串聯(lián)原核生物的許多功能相關(guān)的基因成簇地串聯(lián)排列在染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位，幾個結(jié)構(gòu)基因受同一調(diào)排列在染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位，幾個結(jié)構(gòu)基因受同一調(diào)控序列調(diào)控，這種基因表達(dá)控制單元稱為

27、操縱子。控序列調(diào)控，這種基因表達(dá)控制單元稱為操縱子。第60頁/共91頁調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因啟動子啟動子操縱操縱基因基因lacZ lacYlacACAPcAMPCAP-cAMPCAP-cAMP復(fù)合物復(fù)合物mRNAmRNA+ -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 -半乳糖苷透過酶半乳糖苷透過酶 -半乳糖苷乙酰半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶酶基轉(zhuǎn)移酶酶乳糖操縱子乳糖操縱子第61頁/共91頁第62頁/共91頁RNA的轉(zhuǎn)錄過程的轉(zhuǎn)錄過程第63頁/共91頁二、轉(zhuǎn)錄的延長（二、轉(zhuǎn)錄的延長（elongation） 亞基脫落，亞基脫落，RNARNA聚合酶核心酶聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿DNADNA模模板前

28、移，催化板前移，催化RNARNA鏈不斷延長。鏈不斷延長。（NMPNMP）n n + NTP + NTP （NMPNMP）n+1n+1 + PPi + PPi轉(zhuǎn)錄復(fù)合物：轉(zhuǎn)錄復(fù)合物：RNARNA聚合酶核心酶，聚合酶核心酶，DNADNA模板，模板，RNARNA產(chǎn)物。產(chǎn)物。第64頁/共91頁DNADNA解開解開17 bp17 bp；RNA-DNARNA-DNA形成形成12bp12bp長的雜交螺旋長的雜交螺旋第65頁/共91頁第66頁/共91頁三、三、 RNARNA合成的終止合成的終止（terminationtermination） 依賴依賴RhoRho（ ）因子的轉(zhuǎn)錄終止）因子的轉(zhuǎn)錄終止 非依賴非依

29、賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄至模板某一位置，停止形成磷酸二酯鍵轉(zhuǎn)錄至模板某一位置，停止形成磷酸二酯鍵RNARNADNADNA雜交鏈解開，雜交鏈解開，DNADNA解鏈的部分重新形成雙螺旋解鏈的部分重新形成雙螺旋RNARNA聚合酶離開聚合酶離開DNADNA 分類：分類：第67頁/共91頁（1 1）依賴依賴RhoRho（）因子的轉(zhuǎn)錄終止）因子的轉(zhuǎn)錄終止 六個相同亞基組成的蛋白質(zhì)六個相同亞基組成的蛋白質(zhì) RNARNA依賴的依賴的ATPATP酶活性和解螺旋酶活性酶活性和解螺旋酶活性 與單鏈與單鏈RNA RNA （polyCpolyC）結(jié)合）結(jié)合因子的結(jié)構(gòu)：因子的結(jié)構(gòu)：第68頁/共91頁依賴依賴因

30、子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止第69頁/共91頁發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)環(huán)環(huán)莖莖多個多個U DNA模板模板 3（2 2）非）非依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNADNA分子分子近轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)近轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)處具有一段富含處具有一段富含GCGC的回文區(qū)的回文區(qū)域，之后是一連串的域，之后是一連串的dAdA堿基堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的序列，它們轉(zhuǎn)錄的RNARNA鏈的鏈的末端為一連串末端為一連串U U（連續(xù)（連續(xù)6 6個）個）。第70頁/共91頁第71頁/共91頁RNA-pol5pppG莖環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄終止莖環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄終止RNARNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；AUAU結(jié)合弱，轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解結(jié)合弱

31、，轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，離，RNARNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。第72頁/共91頁原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄過程的比較原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄過程的比較 原核生物原核生物 真核生物真核生物轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位 1 1個轉(zhuǎn)錄單位含多個結(jié)構(gòu)基因個轉(zhuǎn)錄單位含多個結(jié)構(gòu)基因 1 1個轉(zhuǎn)錄單位含個轉(zhuǎn)錄單位含1 1個結(jié)構(gòu)基因個結(jié)構(gòu)基因起始起始 不需引物不需引物 不需引物不需引物 啟動子辨認(rèn)啟動子辨認(rèn) 亞基亞基 多種轉(zhuǎn)錄因子參與多種轉(zhuǎn)錄因子參與 起始酶起始酶 RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 RNARNA聚合酶聚合酶I I、IIII、IIIIII催化催化 合成不同的合成不同的RNARNA延長延長 合成新鏈沿合成新鏈沿5 5-

32、3-3方向前進(jìn)方向前進(jìn) 合成新鏈沿合成新鏈沿5 5-3-3方向前進(jìn)方向前進(jìn) 延長酶延長酶 RNARNA聚合酶核心酶聚合酶核心酶 RNARNA聚合酶聚合酶I I、IIII、IIIIII 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物轉(zhuǎn)錄復(fù)合物 RNARNA聚合酶核心酶聚合酶核心酶-DNA-RNA-DNA-RNA -終止終止 依賴依賴因子終止因子終止 轉(zhuǎn)錄修飾點(diǎn)有特殊序列，轉(zhuǎn)錄修飾點(diǎn)有特殊序列， 非依賴非依賴因子終止因子終止 mRNAmRNA過轉(zhuǎn)錄修飾點(diǎn)即過轉(zhuǎn)錄修飾點(diǎn)即 被切斷加帽加尾被切斷加帽加尾第73頁/共91頁四、四、RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工（轉(zhuǎn)錄后加工（RNA processingRNA processing） 以以DNADN

33、A為模板轉(zhuǎn)錄生成的為模板轉(zhuǎn)錄生成的RNARNA鏈經(jīng)過修飾、切除、連接等反應(yīng)，去除非編鏈經(jīng)過修飾、切除、連接等反應(yīng)，去除非編碼序列，形成成熟的具有功能的碼序列，形成成熟的具有功能的RNARNA分子的過程。分子的過程。 mRNAmRNA可直接作為翻譯的模板可直接作為翻譯的模板rRNArRNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要加工、修飾轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要加工、修飾tRNAtRNA第74頁/共91頁 原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA的不同的不同原核生物原核生物mRNAmRNA多順反子多順反子轉(zhuǎn)錄與翻譯同步轉(zhuǎn)錄與翻譯同步mRNAmRNA不需加工不需加工 壽命短壽命短真核生物真核生物mRNAmRNA單順反子單順反子

34、轉(zhuǎn)錄后需加工運(yùn)至胞漿轉(zhuǎn)錄后需加工運(yùn)至胞漿 再翻譯再翻譯mRNAmRNA需加工需加工壽命較長壽命較長第75頁/共91頁 圖圖12-24 原核原核rRNA的加工的加工第76頁/共91頁有些病毒或噬菌體的基因組是由有些病毒或噬菌體的基因組是由RNARNA組成的。病毒進(jìn)組成的。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，還可以進(jìn)行復(fù)制生成入宿主細(xì)胞后，還可以進(jìn)行復(fù)制生成RNARNA。催化此種。催化此種RNARNA復(fù)制的酶為復(fù)制的酶為RNARNA復(fù)制酶復(fù)制酶，是一種，是一種RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA聚合酶聚合酶(RNA directed RNA polymerase)(RNA directed RNA polymer

35、ase)。 RNARNA復(fù)制酶催化的合成反應(yīng)是以復(fù)制酶催化的合成反應(yīng)是以RNARNA為模板，由為模板，由5 533方向進(jìn)行方向進(jìn)行RNARNA鏈的合成。反應(yīng)機(jī)理與鏈的合成。反應(yīng)機(jī)理與DNADNA作模板合作模板合成成RNARNA反應(yīng)相似。反應(yīng)相似。RNARNA復(fù)制酶僅對特異的病毒復(fù)制酶僅對特異的病毒RNARNA起作用起作用，對宿主細(xì)胞的，對宿主細(xì)胞的RNARNA一般不進(jìn)行復(fù)制。為此當(dāng)病毒侵入一般不進(jìn)行復(fù)制。為此當(dāng)病毒侵入宿主細(xì)胞后，病毒的宿主細(xì)胞后，病毒的RNARNA能大量復(fù)制。能大量復(fù)制。第77頁/共91頁RNA RNA 研究的意義及新進(jìn)展研究的意義及新進(jìn)展第78頁/共91頁第79頁/共91頁 解讀諾貝爾醫(yī)學(xué)獎成果解