生物化學(xué)：Chapter 11 RNA生物合成

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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 一一 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DNADNA為模板按照堿基配對(duì)原則合為模板按照堿基配對(duì)原則合成成RNARNA的過(guò)程的過(guò)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(diǎn)：轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似點(diǎn)：1. 1. 模板均為模板均為DNADNA；2. 2. 延長(zhǎng)機(jī)理都是形成磷酸二酯鍵；延長(zhǎng)機(jī)理都是形成磷酸二酯鍵；3.3. 方向均為方向均為5353；4. 4. 遵循堿基配對(duì)原則；遵

2、循堿基配對(duì)原則；5. 5. 聚合酶的活性依賴(lài)于聚合酶的活性依賴(lài)于DNADNA。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(duì)配對(duì)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 p

3、olymerase, RNA-pol）其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 一、一、轉(zhuǎn)錄的模板和酶轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates of Transcription and Enzymes生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）轉(zhuǎn)錄的概念（一）轉(zhuǎn)錄的概念 轉(zhuǎn)錄是以轉(zhuǎn)錄是以DNADNA為模板為模板，在，在RNARNA聚合酶聚合酶的催化的催化下按下按堿基配對(duì)原則合成堿基配對(duì)原則合成RNARNA的過(guò)程。的過(guò)程。（二）轉(zhuǎn)錄的模板（二）轉(zhuǎn)錄的模板 體內(nèi)體內(nèi)DNADNA的兩條鏈中的兩條鏈中僅有一條鏈可以作為模板僅有一條鏈可以作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；或者某些區(qū)段

4、以一條鏈為模板，而另一區(qū)段以另一條鏈或者某些區(qū)段以一條鏈為模板，而另一區(qū)段以另一條鏈為模板。為模板。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。 轉(zhuǎn)錄僅以轉(zhuǎn)錄僅以DNADNA一條鏈的某一區(qū)段為模板，這種轉(zhuǎn)錄方式一條鏈的某一區(qū)段為模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription)(asymmetric transcription)。 雙鏈雙鏈DNADNA分子中能分子中能作為模板轉(zhuǎn)錄出作為模板轉(zhuǎn)錄出RNARNA的那條鏈，稱(chēng)為的那條鏈，稱(chēng)為模板鏈（模板鏈（template strandtemplate strand）、無(wú)意義鏈、負(fù)鏈）、無(wú)意義

5、鏈、負(fù)鏈或或CrickCrick鏈。鏈。 另一條另一條互補(bǔ)鏈稱(chēng)為編碼鏈（互補(bǔ)鏈稱(chēng)為編碼鏈（coding strandcoding strand）、有意義）、有意義鏈、正鏈鏈、正鏈或或WatsonWatson鏈。鏈。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 T C533C G T C A T G T A C A G5DNA模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄 二、二、RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）1.

6、原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶E.coliE.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 E. coli 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(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)未知未知RNA聚合酶全酶及核心酶

7、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RNARNA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.coliE.coli相似。相似。原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶都受一類(lèi)抗結(jié)聚合酶都受一類(lèi)抗結(jié)核藥核藥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(lèi)藥物能與類(lèi)藥物能與RNARNA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(zhǎng)桿菌的生長(zhǎng)2.2.

8、真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶（聚合酶（3 3種）種）種類(lèi)種類(lèi)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(duì)對(duì)-鵝膏蕈鵝膏蕈堿堿的反應(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 二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程The Process of Transcription生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 分為三個(gè)階段：分為三個(gè)階段：起始起始(initiation)(initiation)延長(zhǎng)延長(zhǎng)(elongation)(elongation)終止終止(termination)(

9、termination)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2.DNA2.DNA雙鏈解開(kāi)。雙鏈解開(kāi)。1.RNA1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶與模板結(jié)合。與模板結(jié)合。 3.3.在在RNARNA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(guò)程轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始RNARNA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。DNAD

10、NA雙鏈解開(kāi)，以一條鏈為模板，合成第雙鏈解開(kāi)，以一條鏈為模板，合成第一個(gè)磷酸二酯鍵。一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱(chēng)為稱(chēng)為操縱子操縱子(operon)(operon)，包括若干個(gè)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因及其及其上游上游(upstream)(upstream)的的調(diào)控序列調(diào)控序列。 RNARNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNADNA的部位稱(chēng)為的部位稱(chēng)為啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)(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

11、位。5335調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子RNA-pol定義：將定義：將mRNAmRNA開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)核苷酸定為起點(diǎn)（開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)核苷酸定為起點(diǎn)（+1+1），由此向轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)的方向?yàn)橄掠?，其核苷酸以由此向轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)的方向?yàn)橄掠?，其核苷酸?XX+XX表示，起始表示，起始點(diǎn)左側(cè)為上游，核苷酸以點(diǎn)左側(cè)為上游，核苷酸以-XX-XX表示。表示。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry原核生物啟動(dòng)子原核生物啟動(dòng)子3535區(qū)：區(qū)：一致性序列為一致性序列為T(mén)TGACATTGACA 與聚合酶與聚合酶 （sigma）亞基結(jié)合）亞基結(jié)合 是是RNA-polRNA-pol的的辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn)1010區(qū)：區(qū)：一致性序列為

12、一致性序列為T(mén)ATAATTATAAT 又叫又叫PribnowPribnow盒（盒（TATA boxTATA box） 與聚合酶與聚合酶亞基形成酶亞基形成酶-DNA-DNA復(fù)合物復(fù)合物 是是RNA-polRNA-pol的的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry開(kāi)始轉(zhuǎn)錄開(kāi)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(dòng)子保守序列原核生物啟動(dòng)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 N17TTAACTN7

13、AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec 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(dòng)子區(qū)域：不同基因的啟動(dòng)子區(qū)域：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 RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始動(dòng)畫(huà)：轉(zhuǎn)錄起始動(dòng)畫(huà)：生物化

14、學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1. 1. 亞基脫落，亞基脫落，RNARNApolpol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DNADNA模板前移；模板前移； 2. 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不斷聚合，不斷聚合，RNARNA鏈鏈不斷延長(zhǎng)。不斷延長(zhǎng)。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi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(zhǎng)過(guò)程中，由局部打開(kāi)的在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中，由局部打開(kāi)的DNADNA雙鏈雙鏈、RNARNA聚合酶核心酶

15、聚合酶核心酶及新生成的及新生成的RNARNA三三者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空泡狀結(jié)構(gòu)，者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空泡狀結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。又稱(chēng)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡 核心酶（核心酶（2）延長(zhǎng)）延長(zhǎng)RNA鏈鏈 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄的起始及延長(zhǎng)過(guò)程轉(zhuǎn)錄的起始及延長(zhǎng)過(guò)程 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 3. 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止RNARNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停頓下來(lái)，轉(zhuǎn)模板上停頓下來(lái)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物錄產(chǎn)物RNARNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。 分類(lèi)：分類(lèi)： 非依賴(lài)非依賴(lài)因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的

16、轉(zhuǎn)錄終止 依賴(lài)依賴(lài)因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 1. 不依賴(lài)不依賴(lài)因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNADNA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GCGC的反向重復(fù)序列的反向重復(fù)序列) )，轉(zhuǎn)錄出，轉(zhuǎn)錄出RNARNA后，后，RNARNA產(chǎn)產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)（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(lái)終止轉(zhuǎn)錄。）來(lái)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RNARNA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，RNARNA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

17、化學(xué) Biochemistry 2. 依賴(lài)依賴(lài)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，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。 原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程起起始始延長(zhǎng)延長(zhǎng)終止終止生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄

18、起始上游區(qū)段比原核真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-polRNA-pol不直接不直接結(jié)合模板，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。結(jié)合模板，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 修飾點(diǎn)修飾點(diǎn) 外顯子外顯子 翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn)內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚

19、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)(cis-acting element) ：是是同一同一DNADNA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DNADNA序列序列。按功能特性，真。按功能特性，真核基因順式作用元件包括核基因順式作用元件包括啟動(dòng)子啟動(dòng)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)(trans-acting factor) ：是指能直接或是指能直接或間接地間接地識(shí)別或結(jié)合在各類(lèi)順式作用元件核心序列識(shí)別或結(jié)合在各類(lèi)順式作用元件核心序列上

20、上參參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。反式作用因子由另。反式作用因子由另一基因表達(dá)后，可與靶基因特異的順式作用元件相互一基因表達(dá)后，可與靶基因特異的順式作用元件相互作用，從而激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)蛋白稱(chēng)反式作用，從而激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)蛋白稱(chēng)反式作用因子。作用因子。 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

21、作用因子中，直接或間接結(jié)合RNARNA聚合酶的，則稱(chēng)為聚合酶的，則稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(trans-(trans-criptional factors, TF)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-pol結(jié)合結(jié)合TFF30，74解螺旋酶解螺旋酶TFE57( )，34()ATPaseT

22、FH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-polRNA-pol不與不與DNADNA分子直接結(jié)分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry拼板理論拼板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3 3至至5 5個(gè)個(gè)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(zhuān)一性的復(fù)合物，再與有活性和

23、專(zhuān)一性的復(fù)合物，再與RNARNA聚合聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基酶搭配而有針對(duì)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) 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) Biochemistry2.2.真核轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。譯同步的現(xiàn)象。 RNA-polRNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇

24、上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀(guān)察到核小體移轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀(guān)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(zhǎng)長(zhǎng)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(zhuān)一終止的核酸內(nèi)切酶專(zhuān)一終止的核酸內(nèi)切酶）（終止信號(hào)終止信號(hào)）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（三）（三）RNARNA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(guò)程。的過(guò)程。 2. 復(fù)制方式：見(jiàn)表復(fù)制方式：見(jiàn)表10-6 總是以總

25、是以RNA（+）為模板合成蛋白質(zhì)。為模板合成蛋白質(zhì)。三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控（自學(xué)）三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控（自學(xué)）（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控l 操縱子操縱子（operonoperon）（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控l 順式作用元件順式作用元件：?jiǎn)?dòng)子（：?jiǎn)?dòng)子（promoterpromoter）、）、增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancerenhancer）、沉默子（）、沉默子（silencersilencer）l 反式作用因子反式作用因子：DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 四、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的修飾四、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的修飾 最初轉(zhuǎn)錄生成的最初轉(zhuǎn)錄生成的R

26、NARNA一般是不成熟的，需要經(jīng)一般是不成熟的，需要經(jīng)過(guò)一系列的加工（斷裂、拼接和修飾）才能變成過(guò)一系列的加工（斷裂、拼接和修飾）才能變成成熟的成熟的RNARNA。 原核生物和真核生物原核生物和真核生物的的tRNAtRNA和和rRNArRNA轉(zhuǎn)錄后的加轉(zhuǎn)錄后的加工方式基本相同，但工方式基本相同，但mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄后的加工存在很大轉(zhuǎn)錄后的加工存在很大的差別的差別。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mRNAmRNA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

27、真核生物mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄的初產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄的初產(chǎn)物是hnRNAhnRNA（核（核不均一不均一RNARNA），），需要經(jīng)過(guò)加工生成成熟的需要經(jīng)過(guò)加工生成成熟的mRNAmRNA，包括：，包括：5 5端加帽、端加帽、3 3端加尾、端加尾、mRNAmRNA剪剪接以及甲基化接以及甲基化。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 1. 5 -端加帽端加帽：m7GpppG生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry加帽過(guò)程加帽過(guò)程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 3 -端加尾端加尾： 多聚腺苷酸多聚腺苷酸 (poly A)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 除去除去hnRNA中的內(nèi)含子

28、，將外顯子中的內(nèi)含子，將外顯子連接。連接。3. mRNA的剪接的剪接生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)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(chēng)為斷裂基因。的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱(chēng)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(e

29、xon)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(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出在斷裂基因及其初級(jí)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mRNAmRNA的核酸序列。的核酸序列。內(nèi)含子內(nèi)含子斷裂基因的線(xiàn)性表達(dá)而在剪接過(guò)程斷裂基因的線(xiàn)性表達(dá)而在剪接過(guò)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

30、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) Biochemistry4. 甲基化 在在mRNAmRNA分子內(nèi)部有少量的分子內(nèi)部有少量的A A存在甲基化存在甲基化，而在而在mRNAmRNA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)移酶轉(zhuǎn)移酶生物化學(xué)生物化學(xué) B

31、iochemistry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 復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：1. 概念概念（1）

32、轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄（2）不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄）不對(duì)稱(chēng)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(dòng)子）啟動(dòng)子（9）核酶）核酶（10）Pribnow盒盒生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 2. 2. 簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)錄過(guò)程和復(fù)制過(guò)程的不同點(diǎn)。簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)錄過(guò)程和復(fù)制過(guò)程的不同點(diǎn)。 3. RNA3. RNA聚合酶與聚合酶與DNADNA聚合酶作用的異同點(diǎn)。聚合酶作用的異同點(diǎn)。4. 4. 試述原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能。試述原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能。5. 5. 簡(jiǎn)述真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn)。簡(jiǎn)述真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn)。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？ 7. 7. 簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)錄起始階段的幾個(gè)反應(yīng)。簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)錄起始階段的幾個(gè)反應(yīng)。