生化13转录.

第十三章RNA的生物合成(转录)(RNAbiosynthesis,Transcription)1/50生物体以DNA为模板合成RNA的过程基因表达的开始遗传信息从DNA向RNA传递过程转录转录RNADNA参与转录的物质底物(substrate):NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板(template):DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子第一节RNA合成的模板和酶一、转录模板1.结构基因(structuralgene)DNA的一些区段可以转录出RNA，另一些不能转录出RNA。能转录出RNA(mRNA、rRNA和tRNA)的DNA区段。5´3´5´3´方框内的DNA区段为结构基因为模板链(templatestrand),也称Watson链箭头表示转录产物及转录方向为编码链(codingstrand),也称Crick链5´…GCAGTACATGTC…3´3´…cgtcatgtacag…5´DNA5´…GCAGUACAUGUC…3´mRNAN…AlaValHisVal…C多肽链转录翻译编码链模板链2.不对称转录(asymmetrictranscription)在DNA分子双链上，一股链用作模板指导转录，另一股链不转录；模板链并非总是在同一单链上。5´3´5´3´全称：依赖DNA的RNA聚合酶(DNAdependentRNApolymerase,DDRP)简称：RNApol又称：转录酶(transcriptase)二、RNA聚合酶(RNApolymerase)原核生物(E.Coli)RNApol由2共五种亚基组成的六聚体蛋白质。22核心酶coreenzyme全酶holoenzyme亚基+（一）原核生物的RNA聚合酶β催化功能σ辨认转录起始点β′结合DNA模板解链功能大肠杆菌RNA聚合酶亚基的功能类型主要功能α控制转录的速率能与启动子结合被利福平抑制功能尚不清楚全酶(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)ααββ´-35原核生物RNA聚合酶及其在转录起始区的结合σ-10σ70(典型)σ32(应激)Heatshockprotein(Hsp)热激蛋白（二）真核生物的RNA聚合酶真核生物RNApol的种类与功能种类转录产物对鹅膏蕈碱的敏感性RNApolⅠRNApolⅡRNApolⅢ45S是5.8S、18S和28SrRNA的前体hnRNA是mRNA的前体45SrRNA耐受hnRNA极敏感tRNA、5SrRNA中度敏感和snRNA真核生物的RNA聚合酶亚基的功能50kD中亚基1α亚基小亚基Ⅰ(10)Ⅱ(7)Ⅲ(11)σ亚基(识别起始点)类型数目/每个酶对应于原核功能＞100kD大亚基2β和β′亚基(催化)★polⅡ的大亚基C末端aa序列均为(YSPTSPS)n★n=20～60,与种属有关,称羧基末端结构域(CTD)★含带羟基的Y(酪)\S(丝)\T(苏),可被磷酸化★polⅡ的磷酸化在从转录起始过渡到延长时重要PS1S2S3启动子Opromoter调控序列结构基因操纵子结合RNA聚合酶表达功能蛋白?I三、酶与模板的辨认结合操纵子(operon):原核生物的转录单位RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护区结构基因终止点10-10TTGACATATAAT转录开始+1翻译开始Purine-35（Pribnowbox）辨认结合区转录起始区DNA复制与转录的比较性质复制转录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dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶碱基配对A-T，G-CA-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5′→3′第二节RNA生物合成(转录)过程起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)一、原核生物的转录过程σ因子辨认-35区RNApol全酶移向-10区合成第一个磷酸二酯键5´-pppGpN-OH-3´转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OHσ因子脱落（结合松弛）（结合紧密）转录起始不需引物（一）转录起始pppG-OH+pppN-OHγβαRNApol5´-pppGpN-OH-3´+PPi1.因子脱落，RNA-pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移。2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi（二）转录延长大肠杆菌RNA聚合酶与DNA的相互作用因子与核心酶全酶全酶与DNA复合物核心酶箝住DNA因子脱落RNApol转录空泡RNAG-CA-TA-URNA-pol(核心酶)-DNA-RNA转录空泡(transcriptionbubble)也称转录复合物，是RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA结合在一起的复合物。3´DNA核糖体RNARNA聚合酶5´原核生物转录的特点：同一DNA模板上有多个转录同时进行原核生物转录尚未完成，翻译已在进行（三）转录终止依赖ρ因子的转录终止不依赖ρ因子的转录终止1.依赖ρ因子的转录终止ρ因子识别结合富含C的RNA链ATPase活性解螺旋酶活性功能ρ因子+ATP5′3′Polymerase富含CRNApolRNApol3′5′ρ因子解螺旋，使RNA脱落RNApol失活RNA转录后，形成特殊的结构，以终止转录。2.不依赖ρ因子的转录终止特点：(1)RNA单链内部接近终止区域有富含G-C配对区，形成稳定的二级结构。(2)在发夹结构的下游有polyU结构。茎环(stemloop)或发夹(hairpin)结构UUGCAGCCUGAGAAAUCAGGCUGAUGG…5´3´…5´3´自发形成发夹结构（E.colirpl-L3´末端）AUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU5´3´UUUU……5´3´自发形成茎环结构UUUU………..5´3´1.茎环结构改变RNApol的构象，使其失活。2.茎环结构的形成使转录复合物趋于解体，polyU加速这一过程。GpN结构基因RNApol识别结合生成起始复合物转录延长转录终止启动子终止区pppGpppG原核生物的转录过程（一）转录起始转录起始点上游多数有共同的5´-TATA序列，称为Hogness盒或TATA盒。不同物种、不同细胞、不同的基因，可以有不同的上游DNA序列，但都可统称为顺式作用元件(cis-actingelement)。与基因表达调控有关的DNA非编码序列，统称为顺式作用元件。二、真核生物的转录过程真正转录终止点GCGC-CAAT-TATA-ATGAATAAA修饰点外显子内含子翻译起始转录起始TATA盒(Hognessbox)CAAT盒GC盒增强子切离加尾真核生物RNApolⅡ转录的基因翻译终止1.转录起始前的上游区段能直接或间接辨认、结合顺式作用元件或RNA聚合酶，从而调节基因表达的一类蛋白质因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的蛋白质因子。反式作用因子(trans-actingfactor)转录因子(transcriptionalfactor,TF)2.转录因子参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ转录因子功能TFⅡA稳定TFⅡD复合物TFⅡB促进polⅡ结合作为桥梁TFⅡD辨认TATA盒TFⅡEATPaseTFⅡF解旋酶TFⅡH蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡJ促进TFⅡD的结合3.转录前起始复合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。ⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化ⅡAⅡBTBPTAFTATA4.拼板理论(piecingtheory)一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似；无转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。转录延长中的核小体移位RNA-PolRNA-Pol核小体RNA-Pol转录方向核酸酶RNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）转录终止——和转录后修饰密切相关第三节RNA的转录后加工一、真核生物新生mRNA的剪接和修饰（一）首、尾的修饰5端形成帽子结构(capsequence)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)5´GpppG…鸟苷酸转移酶5´…m7GpppG…RNA甲基转移酶磷酸酶PPi5´pG…5´pppG…RNAGTPSAMSAHhnRNA+nATPpolyA聚合酶Mg2+RNA-(A)n+nPPiPi加帽加尾NNHNN+NH2CH3OOHOHOPOOHOPOOHOPOOHOOBaseOHOP+OHOHO-----AAAAAAAAA-OHOG加帽加尾的意义1.蛋白质翻译起始所需2.mRNA稳定性所需3.polyA尾与mRNA转位、作为翻译模板有关（二）真核生物mRNA的剪接1.hnRNA(hetero-nuclearRNA)杂化核RNA，核内未被剪接的有内含子的mRNA前体。2.snRNA(smallnuclearRNA)核内蛋白质snRNP(RNA剪接的场所)snRNA种类：U1，U2，U3，U4，U5，U6等。剪接体(splicesome)(参与hnRNA的剪接)snRNPhnRNAsnRNA真核生物结构基因；由编码区和非编码区组成；可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质。3.断裂基因(splitgene)CABD编码区A、B、C、D非编码区4.外显子(exon)和内含子(intron)•外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。•内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。成熟的mRNAhnRNA胰岛素基因E1E2E35´——3´SPreBCCA5´——3´SPreBCCA内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。真核生物mRNA的剪接的过程1.剪接体识别结合hnRNA内含子5´及3´区域2.形成套索RNA(lariatRNA)，外显子靠近3.两步转酯反应，切去内含子，连接外显子外显子内含子DNAmRNA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mRNACAUUCAUAUGAUGU外显子1外显子2GUAAGUAUACUACAAG5’3’内含子分支点U1U2剪接体形成套索RNA外显子靠近GpUE1E2UpAI1U-OHE1GpUE2pGpAI1pG-OH第一步转酯第二步转酯intronexon1exon2UpUE1G-OHE2pGpAI1☆mRNAediting是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，删除或转换等现象。☆使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息。☆使得一个基因序列有可能产生几种不同的蛋白质，这可能是生物在长期进化过程中形成的、更经济有效地扩展原有遗传信息的机制。mRNA的编辑(mRNAediting)•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。人类apoB基因mRNA（1