RNA的生物合成(轉(zhuǎn)錄)

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1、,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第十二章 RNA的生物合成,(轉(zhuǎn)錄),(RNA Biosynthesis,Transcription),轉(zhuǎn)錄,是指,以,DNA,為模板合成,RNA,的過程。,參與物質(zhì),原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP),DNA模板,RNA聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol),其他蛋白質(zhì)因子,復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)分,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,配對,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代雙鏈,DNA,（,半保留復(fù)制）,產(chǎn)物,RNA,聚合酶,-,pol,

2、DNA,聚合酶,酶,NTP,dNTP,原料,兩股鏈均復(fù)制,模板,轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代雙鏈,DNA,（,半保留復(fù)制）,產(chǎn)物,RNA,(RNA,-,pol,),DNA,聚合酶,酶,NTP,dNTP,原料,模板鏈轉(zhuǎn)錄(不對稱轉(zhuǎn)錄),兩股鏈均復(fù)制,模板,轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄根本規(guī)律與體系,一、,不對稱轉(zhuǎn)錄,1.DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為構(gòu)造基因(structural gene)。構(gòu)造基因中能轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱作有意義鏈或Wat

3、son鏈。另一股單鏈是編碼鏈(coding strand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。,(一),轉(zhuǎn)錄,的模板,(Basic Rules and System,of,Transcription),2.在包含多個基因的DNA分子中，各基因的模板鏈并不總在同一條鏈上，在某個基因節(jié)段以其中某一條鏈為模板進展轉(zhuǎn)錄，而在另一個基因節(jié)段上則以其對應(yīng)單鏈為模板，這種選擇性稱不對稱轉(zhuǎn)錄。,5,3,3,5,模板鏈,編碼鏈,編碼鏈,模板鏈,轉(zhuǎn)錄方向,轉(zhuǎn)錄方向,5,GCAGTACATGTC,3,3,c g t g a t g t a c a g,5,5,GCAGUACAUGUC,3,N,Ala,Val,His,Va

4、l,C,編碼鏈,模板鏈,mRNA,蛋白質(zhì),轉(zhuǎn)錄,翻譯,(二)轉(zhuǎn)錄的特點,1.轉(zhuǎn)錄的不對稱性,2.轉(zhuǎn)錄方向的單向性,3.轉(zhuǎn)錄不需要引物形成連續(xù)性,4.轉(zhuǎn)錄過程有特定起始和終止點,二、,RNA轉(zhuǎn)錄的體系,(一)模板,構(gòu)造基因雙鏈中的一股鏈。,(二)原料,4種核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。,(三)RNA,聚合酶,1.原核生物的RNA聚合酶,核心酶,全酶,RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合,TATAATATATTA,+1,-55,TTGACAAACTGA,+20,DNA,a,36512,決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄,b,150618,催化功能,b,155613,結(jié)合,DNA,模板,s,70263,

5、辨認起始點,亞,基,分,子,量,功,能,原核生物的RNA聚合酶,2.真核生物的RNA聚合酶,種類,對鵝膏蕈堿,的反應(yīng),45S,-,rRNA,hnRNA,5S,-,rRNA,tRNA,snRNA,耐受,極敏感,中度敏感,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,RNA轉(zhuǎn)錄時除需以上物質(zhì)外，還需要一些蛋白因子參與。如原核生物使轉(zhuǎn)錄過程終止因子。真核生物聚合酶啟動轉(zhuǎn)錄時的轉(zhuǎn)錄因子。,(四)蛋白因子,其次節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄過程,(一)轉(zhuǎn)錄起始,轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題,(1)RNA聚合酶必需準確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。,(2)DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。,一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程,(The Process of Tra

6、nscription),(2)DNA雙鏈解開。,(1)RNA聚合酶全酶(,2,)與模板,保守序列,結(jié)合。,(3)在RNA-pol作用下形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。,RNApol(,2,)-DNA-pppGpN-OH 3,(4)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:,2.轉(zhuǎn)錄起始過程,TGTTGACA,TATAAT,5,/,5,/,3,/,3,/,-35區(qū),-10區(qū),轉(zhuǎn)錄方向,基因轉(zhuǎn)錄區(qū),啟動子,+1,編碼鏈,模板鏈,原核生物啟動子的保守序列,(二)轉(zhuǎn)錄延長,1.亞基脫落，RNApol核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板推動，NTP不斷聚合RNA鏈不斷延長。,(NMP),n,+,NTP,(NMP),n+1,+,PPi,

7、轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：,RNA-pol,(核心酶),DNA,RNA,2.原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象,5,3,DNA,核糖體,RNA,RNA聚合酶,轉(zhuǎn)錄延長,1.依靠(Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止 因子以六聚體形式存在，幫助RNA-pol識別終止信號，與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，RNA和RNA-pol一起從模板上脫落。,(三)轉(zhuǎn)錄終止,A T P,rho,5,/,3,/,5,/,3,/,rho,2.非依靠因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，可轉(zhuǎn)錄出具有莖環(huán)構(gòu)造的RNA，來終止轉(zhuǎn)錄。,5,/,3,/,5,/,3,/,3,/,5,/,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,RNA聚合酶,

8、DNA,3,/,5,/,3,/,5,/,DNA,5,/,U-U-U-U-U-U-U-U-,3,/,RNA聚合酶,二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始,(一)轉(zhuǎn)錄起始,1.,轉(zhuǎn)錄因子,(1)能直接、間接識別和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已覺察數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-acting factors)。,(2)反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為,轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors,TF),。,真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)有不同DNA序列的,順式作用元件,，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol,不直接結(jié)合模板,，由,轉(zhuǎn)錄因子,識別起始部位。,參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的TF

9、,蛋白激酶活性，使,CTD,酸化,TF,H,ATPase,57,(,),34,TF,E,解螺旋酶,30,，,74,TF,F,促進,RNA,-,pol,結(jié)合及作,為其他因子結(jié)合的橋梁,33,TF,B,穩(wěn)定,TF,D,-,DNA,復(fù)合物,12,，,19,，,35,TF,A,輔助,TBP,-,DNA,結(jié)合,TAF*,結(jié)合,TATA,盒,TBP*38,TF,D,功,能,亞基組成，分子量,(,kD,),轉(zhuǎn)錄因子,蛋白激酶活性，使,CTD,*,磷,TF,H,ATPase,57,34,TF,E,解螺旋酶,30,，,74,TF,F,促進,RNA,-,pol,結(jié)合及作,為其他因子結(jié)合的橋梁,33,TF,B,穩(wěn)定

10、,TF,D,-,DNA,復(fù)合物,12,，,19,，,35,TF,A,輔助,TBP,-,DNA,結(jié)合,TAF,*,結(jié)合,TATA,盒,TBP,*,38,TF,D,功,能,亞基組成，分子量,(,kD,),(,),*CTD(carboxyl terminal domain):RNA-pol大亞基羧基末端構(gòu)造域。,*TAF(TBP associated factors):TBP幫助因子。在不同的基因轉(zhuǎn)錄中有不同的TAF幫助。,*TBP(TATA binding protein):TATA結(jié)合蛋白。,轉(zhuǎn)錄起始點,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增加子,順式作用元件(cis-acting element)

11、,2.,轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段,AATAAA,切離加尾,轉(zhuǎn)錄終止點,修飾點,外顯子,翻譯起始點,內(nèi)含子,3.,轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物,(pre-initiation complex,PIC),POL-,TFF,A,B,TFF,H,E,TBP,TAF,TF,D-A-B-DNA復(fù)合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,CTD-,P,POL-,(二)轉(zhuǎn)錄延長,真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相像，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。,(三)轉(zhuǎn)錄終止,和轉(zhuǎn)錄后修飾親切相關(guān)。,三、,轉(zhuǎn)錄后的加工修飾,主要的修飾方式有,剪接,、,剪切、修飾、添加,。,剪切(cleavage),剪接(sp

12、licing),(一)真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,1.5端形成 帽子構(gòu)造(m7GpppNm)。,2.3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。,7甲基鳥苷三磷酸,帽子結(jié)構(gòu),多聚A尾結(jié)構(gòu),O,O,CH,2,O,OH,+,N,HN,N,O,H,2,N,N,CH,3,O,OH,H,2,C,O,-,O,P,O,O,P,O,-,O,P,鳥嘌呤,O,O,-,O,P,O,O,AAA-OH 3,/,3.mRNA,的剪接,真核生物構(gòu)造基因，由假設(shè)干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)相互間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，稱為斷裂基因。,(1)斷裂基因(splite gene),編碼區(qū) A、B、D、F,非編碼區(qū),C、E,A B C

13、 D E F,(2)外顯子(exon)在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上消逝，并表達為成熟RNA的核酸序列。,(3)內(nèi)含子(intron)隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。,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,7.7kb,L 1 2 3 4 5 6 7,A,B,C,D,E,F,G,47 185 51 129 118 143 156 1043,轉(zhuǎn)錄,GpppG,AAAAA,GpppG,AAAAA,GpppG,AAAAA,內(nèi)切酶,tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶,ATP,ADP,tRNA前體,(二)tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,

14、1.轉(zhuǎn)錄后剪切,tRNA,2.堿基修飾,(2)復(fù)原反響,如：U,DHU,(3)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反響,如：U,(4)脫氨反響,如：A,I,如：A,A,m,(1)甲基化,T,環(huán),(1),(3),(2),(4),氨基酸,臂,額外環(huán),OH,ACC,AGAGGGC,CCCCC,GCAAG,CC,G,CUCUCGUA,U,C,T,C,C,GGGGG,GGC,A,A,G,D,D,G,G,D,D,D,A,A,C,A,G,U,U,A,I,A,A,GUUC,C,D,m,A,A,C,A,DUH,環(huán),反密碼,環(huán),反密碼子,m,m,(1),(三)rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,轉(zhuǎn)錄,45S-rRNA,剪接,18S-rRNA,5.8S

15、,和,28S-rRNA,DNA,內(nèi)含子,內(nèi)含子,28S,5.8S,18S,第三節(jié),逆轉(zhuǎn)錄,RNA,DNA,逆轉(zhuǎn)錄酶,一、逆轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄酶,RNA 模板,逆轉(zhuǎn)錄酶,DNA,-RNA,雜化雙鏈,RNA酶,c,DNA,逆轉(zhuǎn)錄酶,雙鏈,DNA,(一)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象,(Reverse Transcription),1.逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象覺察于逆轉(zhuǎn)錄病毒。,2.cDNA是指以RNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與RNA堿基序列互補的DNA鏈。,二、逆轉(zhuǎn)錄爭論的意義,(一)逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)爭論中的重大覺察，進展了中心法則。,(二)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。,(三)對逆轉(zhuǎn)錄病毒的爭論，拓寬了20世紀初已留意到的病毒致癌理論。,