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1、生物化学1在在DNA指导下指导下RNA的合成称为转录。的合成称为转录。RNA链的转录始于链的转录始于DNA模板的起始位点，止于终止位点。此转录区域称为模板的起始位点，止于终止位点。此转录区域称为转录单转录单位位。转录的起始是由启动子(promotor)控制；控制终止的部位称为终止子(terminator)。顺式作用元件：DNA上影响基因活性的遗传元件。反式作用因子：第一节原核生物的转录第一节原核生物的转录第1页/共48页生物化学2 DNA双链在转录过程中只有一条链中的某一片段双链在转录过程中只有一条链中的某一片段（活化基因）起作用，该链称（活化基因）起作用，该链称模板链模板链（template
2、 strand），又称），又称反义链，反义链，“”链链；与其互补的链称为；与其互补的链称为编编码链码链（coding strand），又称），又称有义链有义链，“”链链。模板链、编码链模板链、编码链：P582第2页/共48页模板链模板链5 CGCTATAGCGTTT 3 DNA编码链（编码链（+）3 GCGATATCGCAAA 5 DNA模板链（模板链（-）5 CGCUAUAGCGUUU 3 RNA转录本转录本转录生成的转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似，以链与编码链的碱基序列相似，以U取代取代T第3页/共48页生物化学4一、一、一、一、DNADNA指导的指导的指导的指导的RNARNA聚
3、合酶聚合酶聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶(DNA dependent RNA polymerase,RNA pol)第4页/共48页生物化学5（一）原核生物的（一）原核生物的RNA 聚合酶聚合酶大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）RNA 聚合酶：聚合酶：4种亚基种亚基、/sigma/sigma/组成的组成的五聚体蛋白质五聚体蛋白质，分子量，分子量460 kD。亚基亚基 分子量分子量 功能功能 37 kD 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150 kD 与转录与转录催化催化有关有关 156 kD 结合结合DNA模板（模板（开链开链）70 kD 辨认转录起始点辨认转录起始点p581第5页/共48
4、页生物化学6 核心酶核心酶（core enzyme）：2 能催化能催化NTP按模板的指引合成按模板的指引合成RNA，在转录，在转录全全过程过程中均起作用中均起作用 全酶全酶：2 ，即即 亚基亚基+核心酶核心酶 亚基的功能是亚基的功能是辨认转录起始点辨认转录起始点，转录起始阶段需要转录起始阶段需要全酶全酶第6页/共48页大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？全酶全酶(22 )第7页/共48页第8页/共48页生物化学9二、二、RNA pol与模板的辨认结合与模板的辨认
5、结合（一）启动子（启动子（promotor）指指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段聚合酶识别、结合并开始转录的一段 DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为为三个部位，即三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位起始部位、结合部位、识别部位。第9页/共48页生物化学10起始部位：起始部位：指指DNA分子上分子上开始转录开始转录的作用位点，该位点的作用位点，该位点有与转录生成有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的序号为该碱基的序号为+1。识别部位：识别部位：3535区区 RNA 聚合酶聚合酶 亚基亚基的
6、识别部位。的识别部位。中心部位中心部位在在35bp35bp处处,该序列的碱基富含该序列的碱基富含TTGACATTGACA。P583第10页/共48页生物化学11结合部位：结合部位：10区、区、TATA boxTATA box、Pribnow boxPribnow box 是是DNADNA分子上与分子上与RNARNA聚合酶的聚合酶的核心酶核心酶结合的部位，结合的部位，其长度为其长度为7bp7bp，中心部位在，中心部位在10bp10bp处，碱基序列具有高处，碱基序列具有高度保守性，富含度保守性，富含TATAATTATAAT序列，故称之为序列，故称之为 TATATATA盒（盒（TATA TATA b
7、oxbox），又称），又称 Pribnow boxPribnow box。该序列中该序列中富含富含ATAT碱基，维持双链结合的氢键相对碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链较弱，导致该处双链DNADNA易发生解链易发生解链，有利于，有利于RNARNA聚合聚合酶的结合。酶的结合。第11页/共48页大肠杆菌启动子共有序列的功能AGTCTTGACATAT ATAAATAACTGTAATPribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp起点5第12页/共48页生物化学13二、原核生物的转录过程二、原核生物的转录过程二、原核生物的转录过程二、原核生物的转录过程 大肠杆菌转录过程包
8、括转录大肠杆菌转录过程包括转录起始、延长、终止起始、延长、终止三步。三步。真核生物的转录，除延长过程相似外，起始、终止都与真核生物的转录，除延长过程相似外，起始、终止都与原核生物有较多的不同。原核生物有较多的不同。第13页/共48页生物化学14（一）原核生物的转录起始（一）原核生物的转录起始转录起始复合物转录起始复合物：RNA聚合酶的聚合酶的全酶全酶、DNA模板、四磷酸模板、四磷酸二核苷酸（二核苷酸（pppGpN-OH 3）三者结合在一起的复合体。）三者结合在一起的复合体。转录起始转录起始不需引物不需引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，两个与模板配对的相邻核苷酸，在在RNA pol催化下生成磷酸
9、二酯键直接连接起来。转录生催化下生成磷酸二酯键直接连接起来。转录生成的第一个核苷酸总是成的第一个核苷酸总是GTP或或ATP,以以GTP更为常见。更为常见。第14页/共48页生物化学15（二）转录延长（二）转录延长 转录起始复合物形成后，转录起始复合物形成后，亚基即脱落。由于亚基即脱落。由于 亚基亚基的离去，使复合体中核心酶的构象发生改变，与的离去，使复合体中核心酶的构象发生改变，与DNADNA模模板的结合变得松散，有利于板的结合变得松散，有利于RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA链的链的3 355方向迅速向前移行，每移行一步都与一分子三方向迅速向前移行，每移行一步都与一分子三磷酸核苷生成一
10、个新的磷酸二酯键，使合成的磷酸核苷生成一个新的磷酸二酯键，使合成的RNARNA链按链按照照5 5 3 3方向不断延伸。方向不断延伸。p584第15页/共48页535533核心酶核心酶转录泡转录泡（transcription bubble）：也称）：也称转录复合物转录复合物，是由，是由RNA聚合酶的聚合酶的核心酶核心酶、DNA模板解链区和模板解链区和转录产物转录产物RNA三三者结合在一起的复合体。者结合在一起的复合体。第16页/共48页生物化学18（三）转录终止（三）转录终止 终止子终止子（terminator）：在模板在模板DNA分子上所转录的分子上所转录的RNA行将结束时，会出现带有行将结束
11、时，会出现带有终止信号终止信号的序列的序列1.非依赖非依赖 因子因子的转录终止子的转录终止子2.依赖依赖 因子因子的转录终止子的转录终止子 终止因子：终止因子：协助协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子聚合酶识别终止信号的辅助因子为蛋白质，称为终止因子。如为蛋白质，称为终止因子。如 因子因子（反式作用因子）大肠杆菌大肠杆菌E.coli存在两类终止子存在两类终止子第18页/共48页生物化学19原核生物的转录终止原核生物的转录终止1.依赖依赖 因子因子的转录终止的转录终止2.非依赖非依赖 因子因子的转录终止的转录终止第19页/共48页生物化学201.依赖依赖 因子因子的转录终的转录终止止 因子是因
12、子是rhorho基因的产物，广泛存在于基因的产物，广泛存在于原核和真核细胞原核和真核细胞中，中，分子量分子量300KD300KD。因子结合在新生的因子结合在新生的RNARNA链上，借助水解链上，借助水解ATPATP获获得能量推动其沿着得能量推动其沿着RNA RNA 链移动，但链移动，但移动速度比移动速度比RNARNA聚合酶聚合酶慢慢，当当RNARNA聚合酶遇到聚合酶遇到终止子终止子时便发生暂停，时便发生暂停，因子得以赶上酶。因子得以赶上酶。因子与因子与RNARNA聚合酶相互作用，导致释放聚合酶相互作用，导致释放RNARNA，并使，并使RNARNA聚合酶聚合酶与该因子一起从与该因子一起从DNAD
13、NA上释放下来。上释放下来。第20页/共48页因子因子 DNARNARNA聚合酶聚合酶第21页/共48页2.非依赖非依赖 因子因子的转录终止的转录终止 RNA产物产物3端往往形成茎环端往往形成茎环结构，该结构阻结构，该结构阻碍碍RNA聚合酶前聚合酶前移。移。茎环结构后有一串寡聚茎环结构后有一串寡聚U。寡聚。寡聚U有利于有利于RNA不再依附不再依附DNA模板链而脱出。模板链而脱出。5335第22页/共48页第23页/共48页RNA合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子（启
14、动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶5 3 5 3 5 5 3 离开离开第24页/共48页生物化学26第二节第二节 真核生物的转录真核生物的转录一、真核生物的一、真核生物的RNA聚合酶聚合酶 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类 I II III 转录产物转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA、tRNA、snRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 耐受耐受 极敏感极敏感 中度敏感中度敏感的反应的反应第26页/共48页生物化学27二、真核生物的转录起始二、真核生物的转录起始顺式作用元件顺式作用元件：真核生物真核生物编码基因两侧的编码基
15、因两侧的DNADNA序列序列，可影响自身基因的表达活性，通常是可影响自身基因的表达活性，通常是非编码序列非编码序列，包括启动子、增强子、沉默子包括启动子、增强子、沉默子第27页/共48页生物化学29反式作用因子：反式作用因子：与顺式作用元件结合而调控基因转录的与顺式作用元件结合而调控基因转录的蛋白质因子蛋白质因子。在反式作用因子中，直接或间接结合在反式作用因子中，直接或间接结合RNARNA聚合酶的，则聚合酶的，则称为称为转录因子转录因子（transcription factor,transcription factor,TFTF）。）。种类较种类较多的是多的是TF IITF II。p594第2
16、9页/共48页生物化学30三、真核生物的转录终止三、真核生物的转录终止 真核生物转录终止是真核生物转录终止是和加尾修饰同步进行和加尾修饰同步进行的。的。RNA链上链上的加尾修饰点结构特征是有的加尾修饰点结构特征是有AAUAAA序列。序列。第30页/共48页生物化学31第三节第三节 RNARNA转录后的加工转录后的加工一、一、RNA的加工的加工二、二、RNA的拼接、编辑的拼接、编辑三、三、RNA的降解的降解42第31页/共48页 一、一、RNA的加工的加工（一）原核生物中（一）原核生物中rRNArRNA前体的加工前体的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRN
17、A25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶p600第32页/共48页（二）（二）tRNA前体分子的加工前体分子的加工a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列：5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸
18、转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 p602第33页/共48页生物化学34早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工酵母酪氨酸tRNA前体的加工第34页/共48页（三）真核细胞mRNA的加工5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OHi.i.5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构ii.ii.33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催末端核苷酸转移酶催化化iii.iii.剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(i
19、ntron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron)第35页/共48页二、RNA的拼接、编辑剪接：剪接：大多数的真核基因都是大多数的真核基因都是断裂基因断裂基因，断裂基因的转录产物产，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（对应基因的内含子，物需要通过拼接，去除插入部分（对应基因的内含子，intronintron），），使编码区（对应基因的外显子，使编码区（对应基因的外显子，ExonExon）成为连续序列，这是基因）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。表达的一个重要环节。编辑编辑：RNARNA编码序列的改变称为编辑（编码序列的改变称为编辑（edit
20、ingediting）。）。由于存在选择性的拼接、编辑，一个基因可以产生多种蛋白质。由于存在选择性的拼接、编辑，一个基因可以产生多种蛋白质。1 1、RNARNA的的拼接拼接2 2、RNARNA的的编辑编辑第36页/共48页 RNA的剪接方式 p606 类型类型I I自我剪接自我剪接 类型类型IIII自我剪接自我剪接 核核mRNAmRNA的拼的拼接体的剪接接体的剪接 核核mRNAmRNA的的酶促拼接酶促拼接剪切.swf第37页/共48页 RNA编辑的不同类型和分布 p609 编辑类型编辑类型 机制机制 存在存在U U的插入与删除的插入与删除 C C、A A或或U U的插入的插入 (碱基的插入碱基
21、的插入)G G的插入的插入 C C转变为转变为U UC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C （碱基的替换）（碱基的替换）A A转变为转变为I IRNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移码突变等基因突变的危害消除移码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式第38页/共48页生物化学40三、三、RNA的降解的降解 RNA RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNArRNA和和tRNAtRNA是稳定的是稳定的RNA R
22、NA，其更新率低；，其更新率低；mRNAmRNA是不稳定的是不稳定的RNARNA，其更新率非常高，半衰期约为其更新率非常高，半衰期约为3h 3h。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNARNA。真核生物真核生物mRNAmRNA降解的主要途径首先是降解的主要途径首先是poly(A)poly(A)尾巴的缩短，尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去去腺苷酸化能诱发脱去5 5 端帽子结构，然后由端帽子结构，然后由5 53 3 方向和方向和3 35 5 方向降解方向降解mRNAmRNA。第40页/共48页生物化学41第四节第四节 RNARNA指导下的指导下的RNA
23、RNA合成合成RNA的复制的复制RNA复制酶：复制酶：RNARNA指导下的指导下的指导下的指导下的RNARNA合成酶合成酶合成酶合成酶如大肠杆菌噬菌体如大肠杆菌噬菌体如大肠杆菌噬菌体如大肠杆菌噬菌体QQ 第41页/共48页生物化学43DNADNA和和RNARNA合成的比较合成的比较合成部位合成部位底物底物模板模板酶酶引物引物链延长的方向链延长的方向产物产物第43页/共48页生物化学45作业：作业：1.名词解释：名词解释：有义链、反义链、启动字、终止子有义链、反义链、启动字、终止子2.比较比较DNA和和RNA合成的异同（复制与转录的异同）合成的异同（复制与转录的异同）第45页/共48页生物化学46 下周二 实验.第46页/共48页生物化学48感谢您的观看！第48页/共48页