生物化学之转录.ppt

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1、第十一章 转录Transcription,转录-生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）复制和转录的异同点,相同点：1.都以DNA为模板 2.原料为核苷酸 3.合成方向均为53方向 4.都需要依赖DNA的聚合酶 5.遵守碱基互补配对规律 6.产物为多聚核苷酸链,不同点：复制 转录模板 两股链均作为模板 模板链作为模板原料 dNTP NTP聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRNA配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C引物 需RNA引物-方式(特点)半保留复制 不对称转录,第一节 模板和酶,一、转录

2、模板两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链，对应的一股互补链称为编码链。能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA，tRNA)，也可能不转录,不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录；模板链并非永远在同一单链上。,二、RNA聚合酶,反应特点（1）以四种核苷三磷酸（NTP）为底物，以DNA为模板；（2）以53方向合成；（3）无需引物，直接在模板上合成RNA链；（4）碱基配对是：A-U和G-C；（5）DNA的两条链中仅一条链可作模板，该链称模板链（一般为负链），另一条链称编码链（一般称为正链）。,（一）原核生物的RN

3、A聚合酶 大肠杆菌 分子量为480kD，由四种亚基组成2(全酶)去掉亚基称为核心酶,RNA聚合酶各亚基及其功能,亚基为起始因子，能使RNA聚合酶结合到DNA的启动子上。因子具有特异性,（二）真核生物的RNA聚合酶 三种RNA聚合酶、，它们专一地转录不同的基因，其转录过程和产物也各不相同。三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。,鹅膏覃碱是一种毒菇 的毒素，它是一种环状八肽。能抑制真核RNA聚合酶，特别是聚合酶II 转录。,三 酶与模板的辨认结合,原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的，靠其亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列。,-35区的序列与起始点

4、的辨认有关,称为辨认位点,-10区的序列称为Pribnow盒(box)结合位点,标记应该为+1,第二节 转录装置,一、转录起点DNA序列按编码链（与RNA链一样）书写，由左至右为53方向。与mRNA序列相同的为正链（编码链），互补的链为负链（模板链）。转录起点：即每个转录单位的起点。该点的核苷酸标号为+1。右侧为下游，用正的数码表示；左侧为上游，用负的数码表示。,二、启动子 即转录起始的信号序列。1、大肠杆菌基因组的启动子（1）Pribnow框（-10序列）：起点上游约-10处，保守序列TATAAT，-10序列有助于DNA局部双链解开（A-T配对易解开）（2）识别区（-35序列）：中心位置约在

5、-35处，保守序列TTGACA；-35序列提供了RNA聚合酶识别的信号,2、真核生物基因组的启动子（1）Hogness框（TATA框）：中心在-25-30处，保守序列TAAA(T)AA(T)，有助于DNA局部解开（2）CAAT框：-75处，保守序列GGT(C)CAATCT，与RNA聚合酶结合有关（3）GC框：在更上游处，保守序列GGGCGG，与某些转录因子结合有关*RNA聚合酶III（转录5S RNA等）的启动子在转录区内部,三、终止子1、终止子：提供转录停止信号的DNA序列终止子可被RNA聚合酶或其辅助因子识别，但终止信号应位于已转录的序列中原核生物的终止子在终止点之前，有一个回文结构，其转

6、录产生的RNA可形成一个发夹结构，使聚合酶停止移动（p.465,图36-11）,不依赖r-因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。,2、大肠杆菌的两类终止子（p.465,图36-11）不依赖于rho（）的终止子（简单终止子）：除能形成发夹结构外，在终点前还有一系列U（约6个），这个寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。因为由rU-dA组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对作用依赖于rho（）的终止子：无寡聚U序列。必须在rho因子存在时才发生终止作用,四、终止因子1、终止因子（NusA）：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子，与RNA聚合酶的核心酶结合（2NusA复合

7、物），识别终止序列。2、rho因子：具有核酸酶活力（水解核苷三磷酸NTP，为聚合酶向前移动提供能量）。在RNA聚合酶遇到终止子暂停作用时，解RNA-DNA螺旋，起解链酶作用。,第三节 转录过程,一 转录的起始（一）原核生物的转录起始RNA酶结合到DNA链上，DNA双链部分解开形成转录空泡。原核生物由因子辨认转录起始位点，原核生物在-35区有5-TTG ACA，在-10区有TAT AAT盒 转录起始不需引物,5-PPPGPN-OH 第一个磷酸二酯键形成后,亚单位即脱落下来,RNA聚合酶与DNA模板链的结合,转录起始,(二)真核生物的转录起始顺式作用元件(cis-acting element)-3

8、5区 Hogness盒(TATA盒)-40-110区CAAT盒GC盒反式作用因子(trans-acting factor)转录因子（）(三)转录因子和真核生物的转录起始复合物、起始前复合物（）,PIC,二 转录的延伸,原核生物和真核生物基本相同亚基脱落，核心酶构象改变，NusA结合RNA的5 端伸展在转录空泡之外模板为A，转录产物相应为U原核生物的转录和翻译同时进行,RNA链的延长,RNA链的延长,三 转录的终止（一）原核生物转录终止的模式：依赖因子(因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性)RNA 3形成茎环结构不依赖因子 终止区的碱基可形成特殊的结构 RNA 3形成茎环结构和一串寡

9、聚U（二）真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物mRNA带有polyA尾巴,依赖r-因子的终止子的终止反应：,r-因子：含六聚体的寡聚蛋白，具有依赖RNA的NTP酶活性，它结合于新生RNA上，借助于水解NTP产生能量推动RNA聚合酶向前移动，当酶遭遇终止子时暂停前进，r-因子追上酶，与酶相互作用释放RNA。因此，还具有RNA-DNA解螺旋酶活性。,不依赖r-因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。,转录终止,转录的过程,第四节 转录后的修饰,一、原核生物rRNA前体的加工 结构：每个转录单位由16S、23S、5S rRNA 以及一个或几个tRNA基因所组成。,

10、加工：RNAase：裂解产生16S和23S rRNA的前体（P16和P23）RNAaseE：裂解产生5S rRNA前体（P5）RNAaseM16和RNAaseM23：分别切除P16和P23两端的互补序列RNAaseM5：切除P5的两端附加序列,二、原核生物tRNA前体的加工结构：tRNA基因大多成簇存在，或与rRNA、mRNA基因组成混合转录单位。,加工：（1）由核酸内切酶在tRNA两端切断：5-核酸内切酶（RNAaseP）：在tRNA5端切开，是tRNA的5成熟酶3-核酸内切酶（RNAaseF）：在tRNA近3端处切开（2）核酸外切酶（RNAaseD）：从前体3端逐个切去附加的序列，直至tR

11、NA的3端，是tRNA的3成熟酶。,（3）在3端加上-CCAOH：-CCAOH结构对接受氨酰基的活性是必要 的。一类是本身具有CCA；另一类没有，需要tRNA核苷酰转移酶催化逐个加上CCA。（4）核苷的修饰：由特定的tRNA修饰酶催化，如假尿嘧啶核苷的糖苷键发生移位反应（由尿嘧啶的N1变为C5）。,三、原核生物mRNA前体的加工 一般不加工；少数多顺反子mRNA通过核酸内切酶切成较小的单位，再行翻译。,四、真核生物rRNA前体的加工1、结构：由1618S、2628S 和5.8SRNA基因组成一个转录单位2、加工：由RNAase以及其他核酸内切酶进行加工五、真核生物tRNA前体的加工1、结构：t

12、RNA基因成簇排列2、加工：核酸内切酶和外切酶：切去tRNA前体5端和3端的附加序列 核苷酰转移酶：在tRNA3端逐个加上CCA序列 修饰酶：tRNA特异成份的修饰,六、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰 5-端帽结构的形成(m7GpppG)O型帽子：m7G5ppp-5N1型帽子：m7G5ppp5N1m2pN2p-II 型帽子：m7G5ppp5N1m2pN2m2p-3-端 poly A尾巴的生成 由多聚腺苷酸聚合酶催化，以带3-OH基的RNA为受体，ATP为供体，在3端逐个加上A。功能：保护mRNA。,SAM：S-腺苷甲硫氨酸,甲基化过程：G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM

13、m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶 SAM=S-腺苷甲硫氨酸m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM m7 G5ppp5N1m2pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤-2）甲基转移酶（核糖2-OH基上被甲基化）帽子功能：翻译过程中起识别和稳定作用。,（二）真核生物mRNA前体的剪接,1、断裂基因(split gene)外显子(exon)内含子(intron)从中断基因线性表达的方式分翻译前删除内含子翻译绕过内含子翻译后删除内含子2、内含子定义扩充内含子是隔断基因线性表达的序列,3、内含子的分类按基因类型分第一类内含

14、子：线粒体、叶绿体内转录初级 rRNA基因，需要游离G发动转酯反应；第二类内含子：核、线粒体、叶绿体内转录初级 mRNA基因；套索状剪接：SnRNA和SnRNP（核微小核糖核蛋白）完成；第三类内含子：tRNA基因及其初级转录产物的内含子，为酶促拼接。,（1）Group I 内含子拼接：rRNA前体的拼接（四膜虫）结构：rRNA前体为35S，其中26S rRNA基因中有一内含子。拼接：第一步：鸟苷酸（G）的3-OH攻击内含子的5末端磷酸基，使内含子的5末端磷酸基转移到G的3-OH上，也就使内含子5末端断开；第二步：第一个外显子产生的3-羟基攻击第二个外显子5末端的磷酸基，使第二外显子的5末端磷酸

15、基转移到第一外显子3-OH上。这样使内含子切下，外显子连接；第三步：切下的内含子3-OH攻击自身5末端附近（第15个核苷酸处）的磷酸基，形成一个环状分子。这是类型I自我拼接：无需酶的参与，需要游离鸟苷酸发动转酯反应，自我催化拼接。,rRNA前体的拼接,核酶（ribozyme）-具有催化活性的RNA1982 T.R.Cech 四膜虫 rRNA前体1983 S.Altman RNase P对tRNA前体加工锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤),（2）Group II 内含子拼接：套索剪切模式结构：内含子左端（供体）均为GU，右端（受体）均为AG，这称GT-AG规律。拼接：第一步：内含子

16、3端上游30核苷酸附近的CUGAC序列中的A（2-OH）攻击内含子5末端磷酸基而形成5,2-磷酸二酯键，使得内含子左端切开，即套索结构；第二步：左侧外显子3-OH攻击右侧外显子的5-磷酸基，两个外显子形成磷酸二酯键而连接在一起，使得内含子的右端切开；第三步：脱离的套索状内含子去分支而形成线状分子。,mRNA前体的拼接,CUGAC,30b,hnRNA 的剪接 套索剪切模式(hnRNA mRNA)内含子有 5 GUAG 35GU U1-snRNA 结合（snRNP）3AG分支点 A U2-snRNA 结合（snRNP）U1-snRNA,U2-snRNA等形成并接体将内含子切除snRNA（小核RNA

17、）：300个核苷酸组成与核内蛋白质（U族）组成snRNP（核微小核糖核蛋白）与内含子的剪切有关 这是核mRNA的拼接体拼接：需要多种蛋白（snRNP）参与拼接。,（3）Group III 内含子拼接：tRNA前体的拼接（酵母）结构：内含子插在靠近反密码子处，部分与反密码子碱基配对，这样反密码子环不存在，只有内含子构成的环。,拼接：第一步：特异的内切酶切下内含子 左侧tRNA半分子成2,3-环状磷酸基和右侧tRNA半分子成5-羟基；内含子5端为羟基，3端为2,3-环状磷酸基；第二步：在激酶和ATP作用下右侧tRNA半分子的5-羟基转变成5-磷酸基 在环磷酸二酯酶作用下左侧tRNA半分子的2,3-

18、环状磷酸基被打开而形成2-磷酸基和3-羟基 连接酶被ATP活化成腺苷酸化酶连接酶将AMP转移到右侧tRNA半分子的5-磷酸基上 左侧tRNA半分子的3-羟基攻击右侧tRNA半分子的-磷酸基 AMP被取代而产生5,3-磷酸二酯键 切除2-磷酸基。这是核tRNA的酶促拼接（第三类内含子）。,本章重点,掌握模板链、编码链、不对称转录的概念。掌握断裂基因、外显子，内含子概念。熟悉真核生物，mRNA、tRNA及rRNA转录后加工的主要方式。转录终止的方式,思考题,1、名词解释不对称转录 编码链 模板链 断裂基因 外显子 内含子2、下列关于复制和转录的描述哪项是错误的？A.在体内只有一条DNA链转录。而两条DNA链都复制B.在这两个过程中合成方向都是53C.两过程均需要RNA为引物D.复制产物在通常情况下大于转录产物,3、下列哪一种反应不属于转录后修饰？A.腺苷酸聚合 B.exon剪除 C.5端加帽子 D.内含子剪除 E.甲基化4、为什么说mRNA是结构基因的转录产物？其余DNA结构作何用？5、真核生物mRNA转录后加工步骤有哪些？6、转录和复制有哪些异同？,