RNA转录null RNA Biosynthesis (Transcription)The biochemistry and molecular biology department of CMURNA 生物合成 (转录)第十一章null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5′→3′。 转录和复制的区别null参与转录的物质原料: N...
null RNA Biosynthesis (Transcription)The biochemistry and molecular biology department of CMURNA 生物合成 (转录)第十一章null转录(transcription)
生物体以DNA为
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5′→3′。 转录和复制的区别null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
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。nullRNA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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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Ⅱ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null开始转录T T G A C A
A 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、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。null2. 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null(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; 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 (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ρ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。null
null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。null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null2. 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 Ⅱ转录的TFⅡ 参与RNA-pol Ⅱ转录的TFⅡ
null3. 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。
null4. 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。 null(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。 nullRNA-PolRNA-PolRNA-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:m7GpppG——
2. 3´-端加尾:多聚腺苷酸 (poly A)帽子结构帽子结构 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加帽过程加帽过程null(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)null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 A~G编码区1~7null2. 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。 null鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图null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null3. 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 strandTranscript modification3’5’null4. 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null• 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) null二、tRNA的转录后加工tRNA前体null连接酶nulltRNA核苷酸
转移酶null碱基修饰null三、rRNA的转录后加工5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S45S - rRNA
null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null最简单的核酶二级结构——槌头状结构
(hammerhead structure)底物部分null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 。 核酶研究的意义null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?
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