生物化學(xué)：第十章 RNA轉(zhuǎn)錄

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1、RNA Biosynthesis (Transcription)RNA 生物合成生物合成 (轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄)第第 十十 章章生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcription） 生物體以生物體以DNA為模板按照堿基配對原則為模板按照堿基配對原則合成合成RNA的過程的過程 。 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNADNA 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似點：轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似點：1. 模板均為模板均為DNA；2. 延長機(jī)理都是形成磷酸二酯鍵；延長機(jī)理都是形成磷酸二酯鍵；3. 方向均為方向均為53；4. 遵循堿基配對原則；遵循堿基配對原則；5. 聚合酶的活性依賴于聚合酶的活

2、性依賴于DNA。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄模板模板DNA雙雙鏈鏈DNA的的一條一條鏈鏈原料原料dNTP (N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物引物需要需要不不需要需要酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶產(chǎn)物產(chǎn)物DNARNA配對配對A-T、G-CA-U、T-A、G-C生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料原料: NTP（ATP, UTP, GTP, CTP）模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase, RNA-pol）其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)

3、因子生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、RNA轉(zhuǎn)錄合成的特點Section 1 Characters of RNA Biosynthesis生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcription）的不對稱性就是指）的不對稱性就是指以雙鏈以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)中的一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，從而將遺傳信息由錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給傳遞給RNA。 對于不同的基因來說，其轉(zhuǎn)錄信息可以對于不同的基因來說，其轉(zhuǎn)錄信息可以存在于兩條不同的存在于兩條不同的DNA鏈上。鏈上。（一）轉(zhuǎn)錄的不對稱性（一）轉(zhuǎn)錄的不對稱性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistr

4、y 能夠轉(zhuǎn)錄能夠轉(zhuǎn)錄RNA的那條的那條DNA鏈稱為鏈稱為模板鏈模板鏈(template strand) ，也稱作，也稱作有意義鏈有意義鏈或或Watson鏈鏈。 與模板鏈互補(bǔ)的另一條與模板鏈互補(bǔ)的另一條DNA鏈稱為鏈稱為編碼鏈編碼鏈(coding strand)，也稱為，也稱為反義鏈反義鏈或或Crick鏈鏈。 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈553355生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry5335生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNARNA的堿基序列，除了的堿基序列，除了T T變變U U 外，其余與編碼鏈相同。外，其余與編碼鏈相同。G C A G T A C A T G

5、 T C533C G T C A T G T A C A G5DNA模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry RNA轉(zhuǎn)錄合成時，以轉(zhuǎn)錄合成時，以DNA作為模板，在作為模板，在RNA聚合酶的催化下，連續(xù)合成一段聚合酶的催化下，連續(xù)合成一段RNA鏈，各條鏈，各條RNA鏈之間無需再進(jìn)行連接。鏈之間無需再進(jìn)行連接。（二）轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性（二）轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能向一個方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄合成時，只能向一個方向進(jìn)行聚合，所依賴的模板聚合，所依賴的模板DNA鏈的方向為鏈的方向為35，而，而RNA鏈的合成方向為鏈的合成方向為53。 （三）轉(zhuǎn)錄的

6、單向性（三）轉(zhuǎn)錄的單向性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能以轉(zhuǎn)錄合成時，只能以DNA分子中的某一分子中的某一段作為模板，故存在特定的起始位點和特定的段作為模板，故存在特定的起始位點和特定的終止位點。終止位點。 特定起始點和特定終止點之間的特定起始點和特定終止點之間的DNA鏈構(gòu)成鏈構(gòu)成一個一個轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位，通常由轉(zhuǎn)錄區(qū)和有關(guān)的調(diào)節(jié)順，通常由轉(zhuǎn)錄區(qū)和有關(guān)的調(diào)節(jié)順序構(gòu)成。序構(gòu)成。 （四）有特定的起始和終止位點（四）有特定的起始和終止位點生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 二、二、RNA聚合酶聚合酶1. 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶E.coliE.

7、coli的的RNARNA聚合酶是由五種亞基聚合酶是由五種亞基組成的六聚體（組成的六聚體（ 2 2 ）核心酶（core enzyme）全酶（holoenzyme） 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry全酶全酶： 2 五個亞基組成五個亞基組成核心酶核心酶： 2 四個亞基組成四個亞基組成因子因子：與啟動子結(jié)合，參與基因轉(zhuǎn)錄的起始，一旦引發(fā)：與啟動子結(jié)合，參與基因轉(zhuǎn)錄的起始，一旦引發(fā)RNA的合成，就與核心酶分離。的合成，就與核心酶分離。原核生物只有一種酶，轉(zhuǎn)錄三種原核生物只有一種酶，轉(zhuǎn)錄三種RNA（mRNA、rRNA、tRNA）前體。前體。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry E. col

8、i RNA聚合酶組分聚合酶組分亞基亞基分子量分子量功功 能能 3651236512決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618150618催化磷酸二酯鍵形成催化磷酸二酯鍵形成 155613155613結(jié)合結(jié)合DNADNA模板模板 70263702631100011000辨認(rèn)起始點辨認(rèn)起始點未知未知RNA聚合酶全酶及核心酶電泳圖譜聚合酶全酶及核心酶電泳圖譜 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 其他原核生物的其他原核生物的RNA聚合酶，在結(jié)構(gòu)、聚合酶，在結(jié)構(gòu)、組成、功能上均與組成、功能上均與E.coli相似。相似。原核生物的原核生物的RNA聚合酶都受一類抗結(jié)聚合酶都受一類抗結(jié)核藥核藥

9、利福平利福平或或利福霉素利福霉素的特異性抑制。這的特異性抑制。這類藥物能與類藥物能與RNA聚合酶的聚合酶的 亞基特異結(jié)合，亞基特異結(jié)合，從而影響酶的活性。從而影響酶的活性。應(yīng)用：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化煙草后，以應(yīng)用：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化煙草后，以利福平利福平作為抗生素作為抗生素抑制農(nóng)抑制農(nóng)桿菌的生長桿菌的生長2. 真核生物的真核生物的RNA聚合酶（聚合酶（3種）種）種類種類IIIIII轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA前體前體hnRNA（mRNA前體）前體）5S rRNAtRNA, snRNA對對-鵝鵝膏蕈膏蕈堿堿的反應(yīng)的反應(yīng)不敏感不敏感極敏感極敏感中度敏感中度敏感生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 三、轉(zhuǎn)錄過程三、

10、轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 分為三個階段：分為三個階段：起始起始(initiation)(initiation)延長延長(elongation)(elongation)終止終止(termination)(termination)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。錄的模板。1. RNA聚合酶全酶準(zhǔn)確的聚合酶全酶準(zhǔn)確的與模板結(jié)合。與模板結(jié)合。 3. 在在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始

11、復(fù)合物。應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + PPi轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過程1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。聚合酶結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成第一個磷酸二酯鍵。第一個磷酸二酯鍵。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 酶與模板的辨認(rèn)結(jié)合酶與模板的辨認(rèn)結(jié)合 原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為稱為操縱子操縱

12、子(operon)，包括若干個，包括若干個結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因及其上及其上游游(upstream)的的調(diào)控序列調(diào)控序列。 RNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNA的部位稱為的部位稱為啟動子啟動子(promoter)。是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。5335調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因啟動子RNA-pol生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry識別識別識別序列識別序列結(jié)合序列結(jié)合序列起始位點起始位點啟動子啟動子RNA聚合酶聚合酶（全酶）（全酶）結(jié)合結(jié)合轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄開始UA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始定義：將定義：將mRNA開始轉(zhuǎn)錄的第一個核苷酸定為起點開始轉(zhuǎn)錄的第一個核苷酸定為起點（+1），由此向轉(zhuǎn)錄延長的方

13、向為下游，其核苷酸，由此向轉(zhuǎn)錄延長的方向為下游，其核苷酸以以+XX表示，起始點左側(cè)為上游，核苷酸以表示，起始點左側(cè)為上游，核苷酸以-XX表示。表示。非模板鏈非模板鏈生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)區(qū)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 區(qū)區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物啟動子保守序列原核生物啟動子保守序列5 5 RNA聚合酶結(jié)合區(qū)聚合酶結(jié)合區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7

14、AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec Aara區(qū)區(qū)3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 3041 29 44不同基因的啟動子區(qū)域：不同基因的啟動子區(qū)域：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 原核生物啟動子原核生物啟動子35區(qū)：區(qū)：一致性序列為一致性序列為TTGACA 與聚合酶與聚合酶 （sigma）亞基結(jié)合）亞基結(jié)合 是是RNA-pol的的辨認(rèn)位點辨認(rèn)位點10區(qū)：區(qū)：一致性序列為一致性序列為TATAAT 又又叫叫Pribnow盒（盒（TATA bo

15、x） 與聚合酶與聚合酶亞基形成酶亞基形成酶-DNA復(fù)合物復(fù)合物 是是RNA-pol的的結(jié)合位點結(jié)合位點生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry DNA局部雙鏈解開。局部雙鏈解開。 RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)與模板結(jié)合。與模板結(jié)合。 在在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。R

16、NApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi轉(zhuǎn)錄的起始過程：轉(zhuǎn)錄的起始過程：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄延長1. 亞基脫落，亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；模板前移； 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不斷聚合，不斷聚合，RNA鏈鏈不斷延長。不斷延長。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemis

17、try轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡 核心酶（核心酶（2）延長）延長RNA鏈鏈 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡（transcription bubble）： 在轉(zhuǎn)錄延長過程中，由局部打開的在轉(zhuǎn)錄延長過程中，由局部打開的DNA雙鏈雙鏈、RNA聚合酶核心酶聚合酶核心酶及新生成及新生成的的RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空三者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空泡狀結(jié)構(gòu)，又稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。泡狀結(jié)構(gòu)，又稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 轉(zhuǎn)錄的起始及延長過程轉(zhuǎn)錄的起始及延長過程 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀

18、現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象 轉(zhuǎn)錄未完成，翻譯已開始進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄未完成，翻譯已開始進(jìn)行。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停頓下來，模板上停頓下來，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。 終止子：終止子：DNA對轉(zhuǎn)錄終止進(jìn)行控制的一段特殊序列，對轉(zhuǎn)錄終止進(jìn)行控制的一段特殊序列，位于基因末端。位于基因末端。原核生物的終止子在終止點之前有一個回文結(jié)構(gòu)，其原核生物的終止子在終止點之前有一個回文結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生的產(chǎn)生的RNARNA可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使聚合酶減慢移可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使聚合酶減慢

19、移動或暫停動或暫停RNARNA的合成。的合成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry終止因子：終止因子：能夠幫助終止子進(jìn)行終止的蛋白質(zhì)，能夠幫助終止子進(jìn)行終止的蛋白質(zhì)， 如如 因子。因子。 分類：分類： 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 不依賴不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 因子是強(qiáng)堿性六聚體蛋白；因子是強(qiáng)堿性六聚體蛋白； 因子能因子能結(jié)合結(jié)合RNARNA，改變改變RNARNA聚合酶構(gòu)象聚合酶構(gòu)象，停止前移，使停止前移，使轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止； 因子還有因子還有ATPATP酶和酶和解螺旋酶解螺旋酶的活性

20、，使的活性，使DNA-RNADNA-RNA雜化雙鏈解鏈，新轉(zhuǎn)錄成的雜化雙鏈解鏈，新轉(zhuǎn)錄成的RNARNA釋放釋放。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry由終止因子（由終止因子（ 因子）識別特異的終止信號，并因子）識別特異的終止信號，并促使促使RNA的釋放。的釋放。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNARNA合成過程合成過程起始起始雙鏈雙鏈DNA局部解開局部解開磷酸二酯磷酸二酯鍵形成鍵形成終止階段終止階段解鏈區(qū)到達(dá)解鏈區(qū)到達(dá)基因終點基因終點延長階段延長階段5 3 RNA 啟動子（啟動子（promoter) 終止子終止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3

21、5 5 3 離開離開 2. 不依賴不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有特殊的堿基序列模板上靠近終止處，有特殊的堿基序列(富含富含GC的反向重復(fù)序列的反向重復(fù)序列)，轉(zhuǎn)錄出，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)（產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)）來終止轉(zhuǎn)錄。）來終止轉(zhuǎn)錄。發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄的機(jī)理發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 使使RNA聚合酶變構(gòu)，聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放產(chǎn)物釋放。富含富含GCGC的反向重復(fù)序列的反向重復(fù)序列生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry在終止前有一段寡聚在終止前有一段寡聚U

22、序列序列生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過程1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol不直接結(jié)不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)（1 1）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 AATAAA切離加尾切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點轉(zhuǎn)錄終止點 修飾點修飾點 外顯子外顯子 翻譯起

23、始點翻譯起始點內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry順式作用元件順式作用元件(cis-acting element) ：是是同一同一DNA分子分子中具有中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異的特異DNA序列序列。按功能特性，。按功能特性，真核基因順式作用元件包括真核基因順式作用元件包括啟動子啟動子、增強(qiáng)子增強(qiáng)子及及沉默子沉默子等。等。反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) ：是指能直接或間是指能直接或間接地接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上上參與參與調(diào)控靶

24、基因轉(zhuǎn)錄效率的調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry在遠(yuǎn)離受控基因處存在的，能夠增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序在遠(yuǎn)離受控基因處存在的，能夠增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序列稱為列稱為增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer）。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始點上游真核生物的轉(zhuǎn)錄起始點上游-25bp區(qū)也存在一段富含區(qū)也存在一段富含TA的順的順序，被稱為序，被稱為Hogness盒盒或或TATA盒盒，通常認(rèn)為是啟動子的核心，通常認(rèn)為是啟動子的核心序列。序列。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry結(jié)構(gòu)基因GCGCCAATTATA內(nèi)含子外顯子外顯子轉(zhuǎn)錄起始CAAT盒GC盒增強(qiáng)子順式作用元件TATA

25、盒 (Hogness box)反式反式作用因子作用因子生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（2）轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(trans-criptional factors, TF)。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry參與參與RNA-pol 轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子亞基和亞基和(或或)分子分子量（量（kDa）功能功能TFDTBP，38結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TAF輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TFA12，19，35穩(wěn)定穩(wěn)定D-DNA復(fù)合物復(fù)合物TFB33促進(jìn)促進(jìn)RNA

26、-pol結(jié)合結(jié)合TFF30，74解螺旋酶解螺旋酶TFE57( )，34()ATPaseTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTD磷酸化磷酸化生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（3）轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不與不與DNA分子直接分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA pol IITF II FTBP TAFTATADNATF II ATF II BTF II E轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物TF II H生物化學(xué)生物化學(xué) Bioch

27、emistry拼板理論拼板理論(piecing theory) 一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3 3至至5 5個個轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性和專一性的復(fù)合物，再與有活性和專一性的復(fù)合物，再與RNARNA聚合聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。因。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2.2.真核轉(zhuǎn)錄延長真核轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。譯同步的現(xiàn)

28、象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。位和解聚現(xiàn)象。 RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體核小體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄延延長長中中的的核核小小體體移移位位轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向3. 3. 真核轉(zhuǎn)錄終止真核轉(zhuǎn)錄終止（專一（專一終止的終止的核酸內(nèi)切酶）核酸內(nèi)切酶）（終止信號終止信號）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 真核生物轉(zhuǎn)錄終止與轉(zhuǎn)錄后修飾，即真核生物轉(zhuǎn)錄終止與轉(zhuǎn)錄后修飾，即poly A尾巴結(jié)構(gòu)的添加密切相關(guān)。尾巴結(jié)構(gòu)的添加密切相關(guān)。 在在poly A修飾位點的下游存在一組共同序列修飾位

29、點的下游存在一組共同序列AATAAA和和GTGTGT，為轉(zhuǎn)錄終止的識，為轉(zhuǎn)錄終止的識別修飾位點。別修飾位點。 在轉(zhuǎn)錄越過修飾點后，在轉(zhuǎn)錄越過修飾點后，RNA鏈在修飾點處被鏈在修飾點處被切斷，隨即切斷，隨即進(jìn)行加帽和加尾修飾進(jìn)行加帽和加尾修飾。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核核糖體核糖體新生蛋白質(zhì)新生蛋白質(zhì)真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前體前體轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運加工加工mRNAmRNA 真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 啟動子不同啟動子不同 轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后RN

30、A加工修飾不同加工修飾不同生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 四、四、轉(zhuǎn)錄后修飾轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptional Modification生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry最初轉(zhuǎn)錄生成的最初轉(zhuǎn)錄生成的RNA一般是不成熟的，需要經(jīng)過一一般是不成熟的，需要經(jīng)過一系列的加工，才能變成成熟的系列的加工，才能變成成熟的RNA。轉(zhuǎn)錄后的加工包括：轉(zhuǎn)錄后的加工包括：切除某些核苷酸序列、拼接、切除某些核苷酸序列、拼接、形成形成5和和3末端的特殊序列、堿基修飾、改變糖苷末端的特殊序列、堿基修飾、改變糖苷鍵等過程。鍵等過程。 原核生物和真核生物原核生物和真核生物的的tRNA和和r

31、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工方式基本相同，但方式基本相同，但mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工存在很大的轉(zhuǎn)錄后的加工存在很大的差別差別。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）（一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物的原核生物的mRNA大多不需要加工，直接大多不需要加工，直接翻譯成蛋白質(zhì)，且翻譯成蛋白質(zhì)，且邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。 真核生物真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄的初產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄的初產(chǎn)物是hnRNA（核不均一（核不均一RNA），），需要經(jīng)過加工生成成需要經(jīng)過加工生成成熟的熟的mRNA，包括：，包括：5端加帽、端加帽、3 端加尾、端加尾、mRNA剪接以及甲基化剪接以及甲基化。生物化學(xué)生物化學(xué) B

32、iochemistry1、5 -端加帽端加帽：m7GpppG生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry加帽過程加帽過程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2、mRNA的剪接的剪接 hnRNA 和和 snRNA 核內(nèi)的初級核內(nèi)的初級mRNA稱為核不均一稱為核不均一RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體小分子核糖核酸蛋白體（并接體（并接體, splicesome）snRNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干

33、個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 斷裂基因斷裂基因(splite gene)非編碼區(qū)非編碼區(qū) AG編碼區(qū)編碼區(qū)17ABCDEFGL12345677 700 bp生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸

34、序列。 內(nèi)含子內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry Unit of transcription in a DNA strandTranscript modification35雞卵清蛋白雞卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞雞卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修飾飾生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistrymRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與

35、與hnRNA結(jié)合成為并接體結(jié)合成為并接體生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3、甲基化 在在mRNA分子內(nèi)部有少量的分子內(nèi)部有少量的A存在甲基化存在甲基化，而在而在mRNA前體中不存在這樣的結(jié)構(gòu)，需要前體中不存在這樣的結(jié)構(gòu)，需要由由甲基化酶催化甲基化酶催化加工生成。加工生成。(二二) tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體前體TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNaseP內(nèi)切酶內(nèi)切酶RNaseD外切酶外切酶連接酶連接酶生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistrytRNA核苷酸核苷酸轉(zhuǎn)

36、移酶轉(zhuǎn)移酶生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry堿基修飾堿基修飾（2）還原反應(yīng)還原反應(yīng) 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：U （4）脫氨反應(yīng)脫氨反應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry(三三) rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄剪接剪接18S - rRNArDNA間隔區(qū)間隔區(qū)間隔區(qū)間隔區(qū)28S5.8S18S45S - rRNA5.8S和和28S-rRNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry五、五、

37、RNA的復(fù)制的復(fù)制RNA病毒的遺傳基因有病毒的遺傳基因有 （+）RNA （）RNA （）RNA1. 概念：以概念：以RNA為模板合成為模板合成RNA 的過程。的過程。 2. 復(fù)制方式：自學(xué)復(fù)制方式：自學(xué) 總是以總是以RNA（+）為模板合成蛋白質(zhì)。為模板合成蛋白質(zhì)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1 1、嵌合劑（放線菌素、嵌合劑（放線菌素D D） 2 2、烷化劑、烷化劑( (氮芥、硫芥、氮丙啶氮芥、硫芥、氮丙啶) )六、核酸合成的抑制劑六、核酸合成的抑制劑（一）核苷酸合成抑制劑（一）核苷酸合成抑制劑 1 1、氨基酸類似物、氨基酸類似物 2 2、葉酸類似物、葉酸類似物 3 3、堿基和核苷

38、類似物、堿基和核苷類似物（二）與（二）與DNADNA模板結(jié)合抑制劑模板結(jié)合抑制劑 （三）聚合酶的抑制劑（三）聚合酶的抑制劑利福霉素及衍生物利福平，曲張霉等。利福霉素及衍生物利福平，曲張霉等。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：1. 概念概念（1）轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄（2）不對稱轉(zhuǎn)錄）不對稱轉(zhuǎn)錄（3）結(jié)構(gòu)基因）結(jié)構(gòu)基因（4）核心酶）核心酶（5）外顯子）外顯子（6）內(nèi)含子）內(nèi)含子（7）模板鏈）模板鏈（8）啟動子）啟動子（9）核酶）核酶（10）TATA盒盒生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 2. 2. 簡述轉(zhuǎn)錄過程和復(fù)制過程的不同點。簡述轉(zhuǎn)錄過程和復(fù)制過程的不同點。 3. RNA3. RNA聚合酶與聚合酶與DNADNA聚合酶作用的異同點。聚合酶作用的異同點。4. 4. 試述原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)特點及功能。試述原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)特點及功能。5. 5. 簡述真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點。簡述真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點。6. 6. 原核生物與真核生物的轉(zhuǎn)錄終止有何不原核生物與真核生物的轉(zhuǎn)錄終止有何不 同？同？