RNA生物合成11采用課件

第十一章RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）RNABiosynthesis,Transcription轉(zhuǎn)錄(transcription)

生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄與復(fù)制相同點(diǎn)模板都為DNA都需依賴DNA的聚合酶都形成磷酸二酯鍵方向都為5’→3’都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)則第一節(jié)

原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和RNA聚合酶5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向?qū)τ谝粋€(gè)基因組來(lái)講，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基因，而且每一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的控制。DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板

模板鏈：

反意義鏈（antisensestrand

）

——以該鏈中的DNA堿基順序指導(dǎo)RNA的合成即被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈。

編碼鏈：有意義鏈（sensestrand

）

——不被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈，但其堿基順序除T代替U外，其余與mRNA相同。1.模板鏈與編碼鏈2.不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一條鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一條鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向二、原核生物RNA聚合酶RNA聚合酶又稱為DNA依賴的RNA聚合酶（DDRP）DNA聚合酶在啟動(dòng)DNA鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接啟動(dòng)RNA鏈的延長(zhǎng)。RNA聚合酶和DNA的特殊序列——啟動(dòng)子(promoter)結(jié)合后，就能啟動(dòng)RNA合成。(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPiRNA延長(zhǎng)的RNARNA合成的化學(xué)機(jī)制與DNA依賴的DNA聚合酶催化DNA合成相似。核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)2、一種酶催化3種RNA的合成

3、被利福平（結(jié)合β亞基）所抑制三、RNA聚合酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上起動(dòng)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)。操縱子包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-pol調(diào)控序列中的啟動(dòng)子是RNA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RNA聚合酶全酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由σ亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合。對(duì)啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即RNA聚合酶保護(hù)法。開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33用RNA聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合:一、轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全酶2.DNA雙鏈局部解開(kāi)（－10區(qū)12～17bp），形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合，形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體；3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，σ亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，酶沿DNA鏈前移，進(jìn)入延長(zhǎng)階段。

RNA-pol的移動(dòng)TTGACATATAATRNA-pol-40-35-30-25-20-15-10-50+5+10+15+20+25啟動(dòng)子保守序列開(kāi)始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)1、RNA聚合酶（核心酶）與DNA模板緊密結(jié)合，沿3’→5’方向移動(dòng)解旋作用：DNA解開(kāi)17bp（拓?fù)洚悩?gòu)酶）聚合功能：NTP不斷聚合（形成磷酸二酯鍵

）RNA鏈不斷延長(zhǎng)。（不具外切酶功能）2、雜交螺旋RNA-DNA形成12bp長(zhǎng)的雜交螺旋轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA沿5’→3’方向脫落、延長(zhǎng)RNA延長(zhǎng)速度：40個(gè)核苷酸/秒/每分子酶DNA雙螺旋隨后漸漸恢復(fù)（拓?fù)洚悩?gòu)酶）二、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)蛋白質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行RNA-pol（核心酶）——DNA

····RNA目錄53DNA核糖體RNARNA聚合酶在同一DNA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。這種形狀說(shuō)明：依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止三、轉(zhuǎn)錄終止分為依賴ρ(Rho)因子與非依賴ρ因子兩大類轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。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：ρ因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量46kD。ρ因子能結(jié)合RNA，又以對(duì)polyC的結(jié)合力最強(qiáng)。ρ因子還有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。（一）依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子：ρ因子的作用原理：目前認(rèn)為，ρ因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，結(jié)合后ρ因子和RNA聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放。（二）非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)是非依賴ρ因子終止的普遍現(xiàn)象。莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理：使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG5335RNA-pol第三節(jié)

真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。

一、真核生物RNA聚合酶（三種）類型ⅠⅡⅢ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAtRNA（＜100bp）,5srRNA(120bp)、

snRNA(90~300bp)對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感高度敏感敏感（種差異）（利福平不敏感）二、轉(zhuǎn)錄因子（真核生物）

類型Ⅰ型轉(zhuǎn)錄因子（TFⅠ）Ⅱ型轉(zhuǎn)錄因子（TFⅡ）Ⅲ型轉(zhuǎn)錄因子（TFⅢ）

RNA聚合酶RNAPolⅠRNAPolⅡRNAPolⅢ

作用能結(jié)合到DNA的特殊序列（原核RNAPol

σ亞基）與RNA聚合酶結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化啟動(dòng)子（promoter）：是DNA上的特殊的序列，其中最重要的保守順序稱TATA(box)盒子，是RNA聚合酶結(jié)合部位轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板啟動(dòng)子區(qū)需要轉(zhuǎn)錄因子先與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，從而刺激轉(zhuǎn)錄。一、轉(zhuǎn)錄起始一個(gè)典型的真核生物基因上游序列:5’3’調(diào)控序列TATA盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子OCT-1真核生物啟動(dòng)子保守序列結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子區(qū)真核生物RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的基因及其轉(zhuǎn)錄起始上游序列二、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)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。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位核小體轉(zhuǎn)錄方向RNA-pol核小體核小體RNA-polRNA-polRNA－pol前移將遇到核小體原來(lái)繞在組蛋白上的DNA解聚及彎曲一個(gè)區(qū)段轉(zhuǎn)錄畢，核小體移了位三、轉(zhuǎn)錄終止真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。轉(zhuǎn)錄不是在polyA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GT序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。真核生物的轉(zhuǎn)錄終止及加尾修飾真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工第四節(jié)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)4.修飾(modification)5.添加(addition)3.連接（join）mRNA的加工RNA-polⅡ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(hnRNA)DNA在核內(nèi)→mRNA，免受核酸酶攻擊前體為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）加工成mRNA過(guò)程30%左右保留一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾

5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)增加mRNA的穩(wěn)定性，免遭3’-5’外切核酸酶的攻擊。維持mRNA作為翻譯模板的活性(與mRNA壽命有關(guān))有人推測(cè)polyA可能與從細(xì)胞核轉(zhuǎn)送到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)帽子結(jié)構(gòu)5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥(niǎo)苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶Pi加入polyA加polyA尾巴切去3’端過(guò)剩堿基（核酸外切酶）（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為不均一核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體（剪切酶snRNP）snRNAhnRNA是mRNA的前體，大幾倍，幾十倍切去內(nèi)含子連接外顯子核酸內(nèi)切酶——剪切酶snRNP連接酶連接外顯子內(nèi)含子（intron）隔斷基因線性表達(dá)的序列，不編碼蛋白質(zhì)外顯子（exon）mRNA前體中編碼蛋白質(zhì)的序列2、mRNA內(nèi)部的剪切剪接接口：5’GU…AG-OH3’并接體:snRNP（U1SnRNA,U2SnRNA）與hnRNA內(nèi)含子堿基互補(bǔ)結(jié)合于5’，3’端→套索→二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)切下內(nèi)含子第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

(twicetransesterification)

雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄?修飾包括mRNA分子核糖上2’-羥基的甲基化反應(yīng)和嘌呤堿的甲基化反應(yīng)。（胞漿和核內(nèi)）編輯（editing）是指在轉(zhuǎn)錄后對(duì)mRNA序列中的堿基進(jìn)行變換的過(guò)程

3.mRNA的編輯及修飾轉(zhuǎn)錄仍在進(jìn)行時(shí)，加帽、剪接和編輯就開(kāi)始

DNA轉(zhuǎn)錄單位RNA聚合酶IIm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gppp剪切及