高职、专科专用医学生物化学课件-RNA转录

生物化学Biochemistry第九章核酸的生物合成RNA生物合成(转录)RNABiosynthesis(Transcription)转录（transcription）生物体以DNA为 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 合成RNA的过程。转录DNARNA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5′→3′；4.都遵循碱基配对规则；5.产物都是多聚核苷酸链。转录和复制的区别复制转录模板DNA双链DNA的一条链原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要(RNA引物)不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNAmRNA，tRNA，rRNA配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C方式半保留、半不连续复制不对称转录参与转录的物质原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶,RNA-pol）其他蛋白质因子第一节转录的模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes一、转录模板5'3'3'5'结构基因（structuralgene）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（sensestrand）或Watson链。另一条互补链称为编码链，又叫反义链（antisensestrand）或Crick链。DNA链上并非所有区段都可以转录转录产物RNA的碱基序列，除了T变U外，其余与编码链相同。5'GCAGTACATGTC3'编码链DNA3'CGTCATGTACAG5'模板链转录RNA5'GCAGUACAUGUC3'不对称转录(asymmetrictranscription)•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。不对称转录结构基因转录方向5编码链模板链33模板链编码链5转录方向二、聚合酶（）RNADDRP•DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA；•RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPiRNA延长的RNA•RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。•RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子结合后，就能启动RNA合成。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）亚基分子量功能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(启动子)核心酶全酶(coreenzyme)(holoenzyme)转录延长阶段转录起始阶段RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合2.真核生物的RNA聚合酶种类IIIIII5S-rRNA45S-转录产物hnRNArRNAtRNA,snRNA对鹅膏蕈不敏感极敏感中度敏感碱的反应RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都由多个亚基组成。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Ⅱ是三种酶中最活跃的。三、酶与模板的辨认结合•转录是不连续、分区段进行的。•每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。调控序列结构基因5RNA-pol335•调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转录，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。RNA聚合酶保护区结构基因533553-50-40-30-20-1011035开始转录-35区-10区TTGACAAACTGTTATAATPuATATTAPy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顺式作用元件结构基因GCGCCAATTATA外显子内含子外显子转录起始TATA盒(Hognessbox)增强子CAAT盒GC盒第二节转录过程TheProcessofTranscription分为三个阶段：起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。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。转录起始过程：1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合转录复合体(closedtranscriptioncomplex)；2.DNA双链局部解开(约12个碱基对)，形成开放转录复合体(opentranscriptioncomplex)；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端总是GTP)：5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi转录起始复合物:RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3E.coli的转录起始和延长转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3•第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。（二）转录延长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(35)；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长(53)。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA转录泡（transcriptionbubble）：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。转录延长：原核生物转录过程中的羽毛状现象53DNARNARNA聚合酶核糖体这种形状说明：在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1717339101158_0已在进行。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。(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。依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：•依赖Rho(ρ)因子的转录终止•非依赖Rho因子的转录终止1.依赖ρ因子的转录终止•因子是同六聚体蛋白；•因子能结合RNA，与polyC的结合力最强；•因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。•ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。ρ因子的作用原理：不依赖因子的转录终止2.ρDNA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。由GC丰富的反向重复序列及AT序列构成。反向重复序列是DNA对称轴两侧的序列对称，单链反折180度后可以互补配对，形成发卡结构。DNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...35`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU5`UUG5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUGGCUGGUGACUUUUUAGUCAGUCACCAGCCACCAGCCUUUUUUUUUU...3`RNAUUUU...…UUUU...…近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖ρ因子终止的普遍现象。RNA-pol53355´pppG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。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。1.转录起始前的上游区段不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-actingelement)。•顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件等近端调控元件和增强子等远隔序列。•起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATAbox)。通常认为这就是启动子的核心序列。•许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子(intiator，Inr)。•启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。•增强子是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列。顺式作用元件(cis-actingelement)修饰点切离加尾AATAAA翻译起始点外显子转录起始点内转录终止点增强子含TATA盒子OCT-1CAAT盒GC盒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-actingfactors)。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-criptionalfactors,TF)。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ亚基和(或)分子转录因子功能量（kDa）TFⅡDTBP，38结合TATA盒TAF辅助TBP-DNA结合TFⅡA12，19，35稳定ⅡD-DNA复合物TFⅡB33促进RNA-polⅡ结合TFⅡF30，74解螺旋酶TFⅡE57()，34(β)ATPaseTFⅡH蛋白激酶，使CTD磷酸化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。RNApolIITFIIFTFIIETBPTAFTFIITFIIATATABTFIIHDNA转录前起始复合物4.拼板理论(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。核小体转录RNA-Pol延转录方向长中的核RNA-Pol小体移位RNA-Pol（三）转录终止真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在polyA的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。第三节转录后修饰Post-transcriptionalModification•真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。•加工主要在细胞核中进行。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、mRNA的转录后加工(一)首尾的修饰1.5´-端加帽：m7GpppG——2.3´-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)前体mRNA在5’-末端加入“帽”结构大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种酶，加帽酶和甲基转移酶催化完成。细胞核内完成。帽子结构帽子结构的生成磷酸酶5pppGp…5ppGp…PipppG鸟苷酸转移酶PPi5GpppGp…SAM甲基转移酶5m7GpppGp…加帽过程帽子结构的意义：•可以使mRNA免遭核酸酶从5’端降解；•促进mRNA从细胞核转运到细胞质；•参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。原核生物没有“帽子”结构前体mRNA在3’端加多聚腺苷酸尾•核酸外切酶切去hnRNA3’端多余的核苷酸；•由多聚腺苷酸聚合酶催化加上一段多聚腺苷酸尾巴。尾巴结构的意义：•可以使mRNA免遭核酸酶从3’端降解；•引导mRNA由细胞核向细胞质转移。（二）mRNA的剪接断裂基因(splitegene)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。7700bpL1234567ABCDEFG非编码区A~G编码区1~7外显子(exon)和内含子(intron)•外显子能编码表达蛋白质的核苷酸序列。•内含子不能编码表达蛋白质的核苷酸序列。剪接就是把内含子除去，把外显子接起来二次转酯反应-剪接TranscriptmodificationUnitoftranscriptioninaDNAstrand3’5’鸡鸡卵清蛋白卵基因清蛋白hnRNA基因及首、尾修饰其转录、转hnRNA剪接录后修成熟的mRNA饰二、tRNA的转录后加工DNATGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCRNApolⅢtRNA前体②①RNAaseP、内切酶连接酶③①由RNaseP切除5’端的部分序列③剪接②切除3’端个别核苷酸tRNA核苷酸转移酶3’端加上CCA序列碱基修饰（1）甲基化如：AAm（2）（1）（1）（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（3）（4）脱氨反应（4）如：AI三、rRNA的转录后加工rDNA18S内含子5.8S内含子28S转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNA核蛋白体小亚基核蛋白体大亚基原核生物：转录与翻译同一空间进行边转录边翻译真核生物：转录-细胞核翻译-细胞质先转录后翻译第四节RNA复制RNA复制生物体以RNA为模板合成RNA的过程。见于病毒、噬菌体等。RNA复制酶(依赖RNA的RNA聚合酶)催化完成(复制错误率高)。