《rna生物合成》PPT课件.ppt

,RNA Biosynthesis(Transcription),The biochemistry and molecular biology department of CMU,RNA 生物合成(转录),第十一章,转录（transcription）生物体以DNA为模板合成RNA的过程。,转录,DNA,转录与复制的相似点：1.模板均为DNA；2.延长机理都是形成磷酸二酯键；3.方向均为53。,转录和复制的区别,参与转录的物质,原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNA polymerase,RNA-pol）其他蛋白质因子,第一节转录的模板和酶Templates of Transcription and Enzymes,一、转录模板,能转录出RNA的DNA区段,模板链(template strand),编码链(coding strand),编码链,模板链,双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链，称为模板链。又叫有意义链（sense strand）或Watson链。另一条互补链称为编码链，又叫反义链（antisense strand）或 Crick链。,转录产物RNA的碱基序列，除了 T 变U 外，其余与编码链相同。,不对称转录(asymmetric transcription)在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。,二、RNA聚合酶（DDRP）1.原核生物的RNA聚合酶E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（2）,RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱,E.coli RNA聚合酶组分,其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli相似。原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗结核药利福平或利福霉素的特异性抑制。这类药物能与RNA聚合酶的亚基特异结合，从而影响酶的活性。,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,2.真核生物的RNA聚合酶,RNA聚合酶、都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因此RNA聚合酶是三种酶中最活跃的。,三、酶与模板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。RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。,RNA聚合酶保护法,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,原核生物启动子35区：一致性序列为TTGACA是RNA-pol的辨认位点10区：一致性序列为TATAAT又叫Pribnow盒是RNA-pol的结合位点,真核生物启动子,第二节转录过程The Process of Transcription,分为三个阶段：起始(initiation)延长(elongation)终止(termination),一、原核生物的转录过程,（一）转录起始 1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域。2.DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。,2.DNA双链解开。,1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合。,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-OH 3+PPi,转录起始过程,RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3,转录起始复合物,（二）转录延长,1.亚基脱落，RNApol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,转录泡（transcription bubble）：在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。,电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象,转录未完成，翻译已开始进行。,转录的起始及延长过程,(三)转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,分类：,依赖Rho()因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止,1.依赖因子的转录终止因子是同六聚体蛋白；因子能结合RNA，与poly C的结合力最强；因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。,2.不依赖因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。,茎环结构终止转录的机理,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。,二、真核生物的转录过程,（一）转录起始,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(cis-acting element),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-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚体,2.转录因子,能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。,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(trans-criptional factors,TF)。,参与RNA-pol 转录的TF,3.转录起始前复合物(pre-initiation complex,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。,4.拼板理论(piecing theory),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，生成有活性和专一性的复合物，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，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-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,（三）转录终止,第三节真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification,一、mRNA的转录后加工(一)首尾的修饰1.5-端加帽：m7GpppG2.3-端加尾：多聚腺苷酸(poly A),帽子结构,5 pppGp,5 GpppGp,pppG,PPi,鸟苷酸转移酶,5 m7GpppGp,甲基转移酶,SAM,帽子结构的生成,5 ppGp,磷酸酶,Pi,加帽过程,（二）mRNA的剪接,1.hnRNA 和 snRNA,核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA),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。,断裂基因(splite gene),非编码区 AG,编码区17,2.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。,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,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,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。,Unit of transcription in a DNA strand,Transcript modification,3,5,4.mRNA的剪接,除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,snRNP与hnRNA结合成为并接体,二次转酯反应,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(differential RNA processing)。,5.mRNA的编辑(mRNA editing),二、tRNA的转录后加工,tRNA前体,连接酶,tRNA核苷酸转移酶,碱基修饰,三、rRNA的转录后加工,5.8S和28S-rRNA,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,45S-rRNA,四、核 酶,具有酶促活性的RNA称为核酶。,核酶(ribozyme),四膜虫rRNA内含子的二级结构,最简单的核酶二级结构槌头状结构(hammerhead structure),底物部分,核酶研究的意义,核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。,人工设计的核酶,粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列箭头表示切断点,复习思考题：1.概念（1）转录（2）不对称转录（3）结构基因（4）核心酶（5）外显子（6）内含子（7）模板链（8）启动子（9）核酶（10）Pribnow盒,2.复制与转录的异同点。3.RNA聚合酶与DNA聚合酶作用的异同点。4.试述原核生物启动子的结构特点及功 能。5.原核生物与真核生物RNA聚合酶有何异 同？6.原核生物与真核生物的转录终止有何不 同？,