生物化學(xué)與分子生物學(xué)：13 RNA的生物合成

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1、第十七章第十七章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis關(guān)于關(guān)于RNA1961年,發(fā)現(xiàn)DNA依賴的RNA聚合酶1968年,提出RNA是最早的信息分子19821983年,發(fā)現(xiàn)核酶 1986年,提出“RNA world”1947年,RNA第一次被描述1968年,提出中心法則31.DNA依賴的依賴的RNA合成合成 DNA RNA前體前體 成熟成熟RNA2.RNA依賴的依賴的RNA合成合成 RNA RNA轉(zhuǎn)錄加工復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)是是生物體以生物體以DNA為為模板合成模板合成RNA的過程的過程 。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板原核生物轉(zhuǎn)錄的模板 D

2、NA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structural gene)。5 5 3 3 5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯 DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為的一股單鏈，稱為模板鏈模板鏈(template strand)，相對，相對的另一股單鏈?zhǔn)堑牧硪还蓡捂準(zhǔn)蔷幋a鏈編碼鏈(coding strand)。不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄

3、(asymmetric transcription)(asymmetric transcription)在在DNADNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 ；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。5 5 3 3 3 3 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較結(jié)構(gòu)的比較單順反子單順反子mRNA多順反子多順反子mRNA多順反子結(jié)構(gòu)多順反子結(jié)構(gòu)單順反子結(jié)構(gòu)單順反子結(jié)構(gòu)原核生物的轉(zhuǎn)

4、錄單位原核生物的轉(zhuǎn)錄單位-操縱子：操縱子：多順反子結(jié)構(gòu)多順反子結(jié)構(gòu)調(diào)控序列和結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列和結(jié)構(gòu)基因n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)因子原核生物的轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄Prokaryotic Transcription第一節(jié)第一節(jié)RNA聚合酶通過在聚合酶通過在RNA的的3-羥基端加入核苷羥基端加入核苷酸延長酸延長RNA鏈，從鏈，從5到到3方向合成方向合成RNA 一、一、RNA合成由合成由DNA依賴的依賴的RNA聚合酶催化聚合酶催化（

5、一）（一）RNA聚合酶能直接啟動聚合酶能直接啟動RNA鏈的合成鏈的合成(NMP)n+NTP (NMP)n+1+PPiRNA延長的延長的RNA13E.coli的的RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程 亞基亞基的功能：辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)的功能：辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)（二）原核（二）原核RNA聚合酶只有一種，由多個(gè)亞基構(gòu)成聚合酶只有一種，由多個(gè)亞基構(gòu)成功能功能確定哪些基因表達(dá)確定哪些基因表達(dá)催化中心催化中心與模板結(jié)合與模板結(jié)合未知未知辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)目錄目錄核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄延長階段轉(zhuǎn)錄延長階段 原核生物的原核生物

6、的RNARNA聚合酶都受一類結(jié)核菌藥物利福聚合酶都受一類結(jié)核菌藥物利福平或利福霉素的特異性抑制平或利福霉素的特異性抑制利福平或利福霉素利福平或利福霉素-與與亞基結(jié)合亞基結(jié)合，特異性抑制特異性抑制原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶缺乏校讀聚合酶缺乏校讀(proofreading)功能功能二、二、RNA聚合酶結(jié)合到聚合酶結(jié)合到DNA的啟動子的啟動子上啟動轉(zhuǎn)錄上啟動轉(zhuǎn)錄5 3 3 5 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列調(diào)控序列RNA-pol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，稱為稱為操縱子操縱子(operon)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)

7、基因及其上游上游(upstream)的調(diào)控序列。的調(diào)控序列。啟動子啟動子(promoter)(promoter)：RNARNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNADNA的部位的部位nRNA聚合聚合酶保護(hù)法酶保護(hù)法E.coliE.coli的的RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(具有具有70 亞基亞基)識別識別的典型啟動子結(jié)構(gòu)示意的典型啟動子結(jié)構(gòu)示意開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)區(qū)(Pribnow box)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 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn)(recog

8、nition site)5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 n用用RNA聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)-60-60富含富含A和和T UP元件元件:亞基結(jié)合亞基結(jié)合位點(diǎn)位點(diǎn)nRNA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:有些原核有些原核RNA聚合酶具有與聚合酶具有與70不同的不同的亞基，這亞基，這些些RNA聚合酶所識別啟動子的共有序列與含聚合酶所識別啟動子的共有序列與含7070亞基亞基的的RNA聚合酶所識別的啟動子共有序列也不同。例聚合酶所識別的啟動子共有序列也不同。例如如:熱休克基因熱休克基因:32(分子質(zhì)量分子質(zhì)量3232kD

9、)細(xì)胞移動和細(xì)胞化學(xué)趨化相關(guān)基因細(xì)胞移動和細(xì)胞化學(xué)趨化相關(guān)基因:28 氮代謝相關(guān)基因氮代謝相關(guān)基因:54三、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程三、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription in Prokaryote起始起始延長延長終止終止 RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。的模板。（一）轉(zhuǎn)錄起始需要（一）轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：2.DNA雙鏈局部解開，形成雙鏈局部解開，形成開放轉(zhuǎn)錄

10、復(fù)合體開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(open transcription complex)；1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合，形成與模板結(jié)合，形成閉閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(closed transcription complex)；3.在在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：RNApol(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 +ppin轉(zhuǎn)錄起始過程：轉(zhuǎn)錄起始過程：第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，亞基即從轉(zhuǎn)錄起亞基即

11、從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合于酸，繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNA鏈前鏈前移，進(jìn)入延長階段。移，進(jìn)入延長階段。目錄目錄nE.coli的轉(zhuǎn)錄起始和延長的轉(zhuǎn)錄起始和延長 目錄目錄（二）（二）原核生物的轉(zhuǎn)錄延長時(shí)蛋白原核生物的轉(zhuǎn)錄延長時(shí)蛋白質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行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 +N

12、TP (NMP)n+1+PPi轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNA RNAn轉(zhuǎn)錄延長：轉(zhuǎn)錄延長：目錄目錄5 3 DNA核糖體核糖體RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。這種形狀說明：這種形狀說明：n原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象目錄目錄非依賴非依賴Rho 因子的轉(zhuǎn)錄終止（大多數(shù)）因子的轉(zhuǎn)錄終止（大多數(shù)）依賴依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴三、原核生

13、物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴(Rho)因因子與非依賴子與非依賴因子兩大類因子兩大類n依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為：轉(zhuǎn)錄終止分為：（一）（一）非依賴非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終模板上靠近終止處，有些特殊的堿基止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUG

14、ACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是非依賴是非依賴因子終止的普遍現(xiàn)象。因子終止的普遍現(xiàn)象。n莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理：莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理：使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)

15、合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量亞基分子量46kD。因子能結(jié)合因子能結(jié)合RNA，又以對，又以對poly C的結(jié)合力的結(jié)合力最強(qiáng)。最強(qiáng)。因子還有因子還有ATP酶活性酶活性和和解螺旋酶解螺旋酶(helicase)的活性。的活性。（二）依賴（二）依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止n因子：因子：n因子的作用原理：因子的作用原理：因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，結(jié)合后結(jié)合后因子和因子和RNA聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，從而使從而使RNA聚合酶停頓，

16、解螺旋酶的活性使聚合酶停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放物中釋放。目錄目錄都是酶促的核苷酸聚合反應(yīng)都是酶促的核苷酸聚合反應(yīng)都以都以DNA 為模板為模板都需要依賴都需要依賴DNA的聚合酶的聚合酶聚合的過程都是磷酸二酯鍵形成的過程聚合的過程都是磷酸二酯鍵形成的過程聚合方向（新鏈延長方向）都是：聚合方向（新鏈延長方向）都是：5 3 都遵循堿基配對規(guī)律都遵循堿基配對規(guī)律目錄目錄復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)

17、物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制引物引物 需要需要 不需要不需要 真核生物的轉(zhuǎn)錄真核生物的轉(zhuǎn)錄Transcription in Eukaryo

18、te第二節(jié)第二節(jié)參與真核生物轉(zhuǎn)錄的酶有三種參與真核生物轉(zhuǎn)錄的酶有三種真核生物的轉(zhuǎn)錄過程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄真核生物的轉(zhuǎn)錄過程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄起始過程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。起始過程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。一、一、真核生物有三種真核生物有三種DNA依賴性依賴性RNA聚合酶聚合酶n 真核生物具有真核生物具有3種不同的種不同的RNA聚合酶聚合酶:RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol）p.351種類種類對鵝膏蕈堿對鵝膏蕈堿的反應(yīng)的反應(yīng)45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受耐受極敏感極敏感中

19、度敏感中度敏感轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶羧基末端結(jié)構(gòu)域羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminal domain,CTD)R RNA聚合酶聚合酶最大亞基的羧基末端最大亞基的羧基末端有一段共有有一段共有序列為序列為Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重復(fù)序列片段重復(fù)序列片段 這一序列在這一序列在RNA 聚合酶聚合酶中是獨(dú)一無二的中是獨(dú)一無二的 所有真核生物的所有真核生物的RNA聚合酶聚合酶都具有都具有CTD，只是共有，只是共有序列的重復(fù)程度不同序列的重復(fù)程度不同 去磷酸化的去磷酸化的CTD在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用CTD的磷

20、酸化與去磷酸化的磷酸化與去磷酸化在轉(zhuǎn)錄從起始過渡到延長在轉(zhuǎn)錄從起始過渡到延長階段有重要作用階段有重要作用 -啟動后啟動后CTD要被磷要被磷酸化才能進(jìn)入延伸階段酸化才能進(jìn)入延伸階段二、轉(zhuǎn)錄起始需要啟動子二、轉(zhuǎn)錄起始需要啟動子、RNA聚合酶聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子的參與和轉(zhuǎn)錄因子的參與n真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄的基因及其轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的基因及其轉(zhuǎn)錄起始上游序列起始上游序列轉(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n順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)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

21、子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體n一個(gè)典型的真核生物基因上游序列一個(gè)典型的真核生物基因上游序列:53調(diào)控序列調(diào)控序列TATA盒盒（Hognest盒）盒）InrYYAN YYTA-30+1TATAAA起始點(diǎn)上游多數(shù)有共同的起始點(diǎn)上游多數(shù)有共同的TATA序列，稱為序列，稱為Hognest盒或盒或TATA盒盒(TATA box)。通常認(rèn)為。通常認(rèn)為這就是這就是啟動子的核心序列啟動子的核心序列。（一）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段具有（一）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段具有啟動子核心序列啟動子核心序列（二）（二）轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段

22、DNA的的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因反式作用因子子(trans-acting factors)。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聚合酶聚合酶的，則稱為的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors,TF)。參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（）34（）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，

23、19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP*38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（）34（）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP*38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子型基因中的四類轉(zhuǎn)錄因子型基因中的四類轉(zhuǎn)

24、錄因子 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 具體組分具體組分 結(jié)合序列結(jié)合序列 功能功能 基本組分基本組分 TBP,TFA,B,E,G,F和和H TBP結(jié)合結(jié)合TATA盒盒 轉(zhuǎn)錄起始定位；轉(zhuǎn)錄起始定位；轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄起始和延長錄起始和延長 輔激活因子輔激活因子 TAFs和中介和中介子子 在可誘導(dǎo)因子和上游在可誘導(dǎo)因子和上游因子與基本轉(zhuǎn)錄因子、因子與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶結(jié)合中聚合酶結(jié)合中起聯(lián)結(jié)和中介作用起聯(lián)結(jié)和中介作用 上游因子上游因子 SP1、ATF、CTF等等 啟動子上游啟動子上游元件元件 協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子，協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子，提高轉(zhuǎn)錄效率和專一提高轉(zhuǎn)錄效率和專一性性 可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子 如如MyoD、HIF-

25、1等等 增強(qiáng)子等遠(yuǎn)增強(qiáng)子等遠(yuǎn)隔調(diào)控序列隔調(diào)控序列 時(shí)間和空間（組織）時(shí)間和空間（組織）特異性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄特異性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄（三）（三）轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物真核生物真核生物RNA-pol不與不與DNA分子直接結(jié)合，分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子，形成而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(pre-initiation complex,PIC)。RNA聚合酶聚合酶催化基因轉(zhuǎn)錄的過程催化基因轉(zhuǎn)錄的過程 可分為4 個(gè)期：POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的催化轉(zhuǎn)錄的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA復(fù)合物復(fù)合物TATAABTBPTA

26、FTATAHECTD-PPIC組裝完成，組裝完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化真核真核RNA聚合酶聚合酶與通用轉(zhuǎn)錄因子的作用過程與通用轉(zhuǎn)錄因子的作用過程 三三、真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程中沒有、真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程中沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，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)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)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位和解聚轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象?，F(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRN

27、A-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)錄方向四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)的。關(guān)的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(poly A)尾巴結(jié)構(gòu)，尾巴結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。轉(zhuǎn)錄不是在轉(zhuǎn)錄不是在poly A的位置上終止，而是超出數(shù)的位置上終止，而是超出數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在讀碼框架的下游，常有一組共同序列讀碼框架的下游，常有一組共同序列A

28、ATAAA，再下游還有相當(dāng)多的再下游還有相當(dāng)多的GT序列。這些序列稱為序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。p.3575-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNARNA的加工的加工RNA Processing第四節(jié)第四節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄生成的真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級分子是初級RNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄物錄物(primary RNA transcript)，幾乎所有的初，幾乎所有的初級級RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功轉(zhuǎn)錄物都要

29、經(jīng)過加工，才能成為具有功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。n幾種主要的修飾方式：幾種主要的修飾方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3.修飾修飾(modification)4.添加添加(addition)一、真核生物一、真核生物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修飾和剪接首、尾修飾和剪接 真核生物真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾的轉(zhuǎn)錄后加工修飾intronintronexonexonexonPoly AsignalTranscription terminationTranscription DNAPrimary tran

30、script5 5 5 (A)100-2503 3 3 Remove 3 endAdd Poly(A)tailSplicing35 (A)100-250mRNAcapcapcapcap外顯子 內(nèi)含子初級轉(zhuǎn)錄物（一）前體（一）前體mRNA在在5-末端末端加入加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5-末端末端有有7-甲基鳥嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。甲基鳥嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。這個(gè)真核這個(gè)真核mRNA加工過程的加工過程的起始步驟由兩種酶，起始步驟由兩種酶，加帽酶加帽酶(capping enzyme)和和甲基轉(zhuǎn)甲基轉(zhuǎn)移酶移酶(methyltransferase)催催化完成。化完成。n帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：5

31、pppGp5 GpppGppppG ppi鳥苷酸鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶5 m7GpppGp甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶SAMn帽子結(jié)構(gòu)的生成過程：帽子結(jié)構(gòu)的生成過程：5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pin帽子結(jié)構(gòu)的意義：帽子結(jié)構(gòu)的意義：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；免遭核酸酶的攻擊；也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-binding complex of protein)結(jié)合，并參與結(jié)合，并參與mRNA和核和核糖體的結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)的生物合成。糖體的結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)的生物合成。5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGT

32、G轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA（二）前體（二）前體mRNA在在3端特異位點(diǎn)斷裂并加上端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾 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。1、斷裂基因、斷裂基因(splite gene)CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)非編碼區(qū)（

33、三）（三）mRNA前體通過剪接加工去除內(nèi)含子前體通過剪接加工去除內(nèi)含子 2.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。核內(nèi)的初級核內(nèi)的初級mRNA稱為稱為雜化核雜化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)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

34、蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修飾飾雞卵清蛋白成熟雞卵清蛋白成熟mRNA與與DNA雜交電鏡圖雜交電鏡圖DNAmRNA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（剪接體（剪接體,splicesome）snRNA(small nuclear RNA)snRNPssnRNPs3.mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNAhnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。中的內(nèi)含子，將外顯子連接。UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

35、第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子外顯子1內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) (twice transesterification)4.mRNA的選擇性剪接可加工成不同的的選擇性剪接可加工成不同的mRNA大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工 二、二、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S真核生物：真核生物：RNA pol I三、三、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工

36、tRNA前體前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、內(nèi)切酶內(nèi)切酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶連接酶ATPADP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）四、核四、核 酶酶具有酶促活性的具有酶促活性的RNA稱為核酶。稱為核酶。核酶核酶(ribozyme)四膜蟲四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)四膜蟲四膜蟲rRNA的剪接采用的剪

37、接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)槌頭狀結(jié)構(gòu)槌頭狀結(jié)構(gòu) (hammerhead structure)底物部分底物部分通常為通常為60個(gè)核苷酸左右個(gè)核苷酸左右同一分子上包括有催化同一分子上包括有催化部份和底物部份部份和底物部份 催化部份和底物部份組催化部份和底物部份組成錘頭結(jié)構(gòu)成錘頭結(jié)構(gòu) 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。核酶研究的意義核酶研究的意義核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成人工核酶。人工設(shè)計(jì)的核酶人工設(shè)計(jì)的核酶

38、粗線表示合成的核酸分子粗線表示合成的核酸分子細(xì)線表示天然的核酸分子細(xì)線表示天然的核酸分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭頭表示切斷點(diǎn)箭頭表示切斷點(diǎn) RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。五五.RNA的編輯的編輯(RNA editing)人類人類apo B基因基因 mRNA（14500個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸）肝臟肝臟apo B100（分子量為（分子量為500 000）腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞apo B48（分子量為（分子量為240 000）RNA編輯編輯 RNA編輯：指在編輯：指在mRNA水平上改變遺傳信水平上改變遺傳信息的過程。具體說來，指基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的息的過程。具體說來，指基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置換，基因分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置換，基因轉(zhuǎn)錄物的序列不與基因編碼序列互補(bǔ)，使翻譯生轉(zhuǎn)錄物的序列不與基因編碼序列互補(bǔ)，使翻譯生成的蛋白質(zhì)的氨基酸組成，不同于基因序列中的成的蛋白質(zhì)的氨基酸組成，不同于基因序列中的編碼信息現(xiàn)象。編碼信息現(xiàn)象。(a)原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基基因的轉(zhuǎn)錄后編輯基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(b)指導(dǎo)指導(dǎo)RNA 在在RNA的編輯中的作用的編輯中的作用(模板作用模板作用)