第十二章RNA生物合成

RNA的生物合成第十二章本章内容第一节转录的酶和模板第二节转录过程第三节真核生物的转录后修饰转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子转录的酶和模板第一节一、转录模板（一）不对称转录1.DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。2.DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向3.不对称转录的含义一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。（二）转录单位包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区三个部分。原核生物的转录单位称为操纵子，通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶36512决定哪些基因被转录150618催化功能155613结合DNA模板70263辨认起始点亚基分子量功能核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合（二）真核生物的RNA聚合酶种类ⅠⅡⅢ对鹅膏蕈碱的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受极敏感中度敏感转录产物三、模板与酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。5335结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。RNA聚合酶保护法开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33转录过程第二节一、原核生物的转录过程（一）起始阶段1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合2.DNA双链解开3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppiRNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3（二）延长阶段1.亚基脱落，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转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA（三）终止阶段指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类：1.依赖Rho()因子的转录终止2.非依赖Rho因子的转录终止ATP1.依赖Rho因子的转录终止2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环/发夹结构茎环结构使转录终止的机理•使RNA聚合酶变构，转录停顿；•使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol二、真核生物的转录过程（一）起始阶段真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件1.转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡHATPase57（）34（）TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物12，19，35TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亚基组成，分子量(kD)转录因子蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡHATPase57（）34（）TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物12，19，35TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒TBP*38TFⅡD功能亚基组成，分子量(kD)转录因子3.转录起始前复合物(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。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.模板理论(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）延长阶段真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有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。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向（三）终止阶段——和转录后修饰密切相关核酸酶RNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA真核生物的转录后修饰第三节几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾修饰•5端形成帽子结构(m7GpppGp—)•3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子结构（二）mRNA内含子的剪接1.hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA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，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。2.断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区外显子(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。鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰3.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。二、tRNA的转录后加工（一）剪接和剪切（二）3’端添加CCA（三）化学修饰RNAaseP、内切酶（一）剪接和剪切tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP（二）3’端添加CCA（三）化学修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）三、rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNA内含子内含子28S5.8S18S作业：原核生物RNA的生物合成过程思考题：1比较DNA复制与RNA转录的异同。2DNA复制的高度准确性是通过什么来实现的？