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1、第第16章章RNA的生物合成的生物合成(轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄)RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNA復(fù)復(fù)制制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄中心法則中心法則 (Central Dogma)遺傳信息從遺傳信息從DNA到到RNA，再到蛋白質(zhì)，再到蛋白質(zhì)的的傳遞規(guī)律。傳遞規(guī)律。 n在生物界，在生物界，RNA合成有兩種方式：合成有兩種方式：一是一是DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成，也叫合成，也叫轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄，此為生物，此為生物體內(nèi)的主要合成方式，也是本章介紹的主要內(nèi)容。體內(nèi)的主要合成方式，也是本章介紹的主要內(nèi)容。另一種是另一種是RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成合成(RNA-dependent R N A s y n t h e s i s )
2、 ， 也 叫， 也 叫 R N A 復(fù) 制復(fù) 制 ( R N A replication), 由由RNA依賴的依賴的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常見(jiàn)于病毒，催化，常見(jiàn)于病毒，是是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNA病毒病毒在宿主細(xì)胞以病毒在宿主細(xì)胞以病毒的單鏈的單鏈RNA為模板合成為模板合成RNA的方式。的方式。 轉(zhuǎn)錄的知識(shí)是理解許多生物學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)問(wèn)題所轉(zhuǎn)錄的知識(shí)是理解許多生物學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)問(wèn)題所必需的。必需的。對(duì)于對(duì)于RNA生物過(guò)程的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速生物過(guò)程的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速率的改變，以及由此而引發(fā)的一系列代謝變化，率
3、的改變，以及由此而引發(fā)的一系列代謝變化， 因此，了解因此，了解RNA代謝的基本原理就甚為重要。這代謝的基本原理就甚為重要。這些原理既關(guān)系到所有生物是如何適應(yīng)環(huán)境變化的，些原理既關(guān)系到所有生物是如何適應(yīng)環(huán)境變化的，也關(guān)系到細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的分化機(jī)制。也關(guān)系到細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的分化機(jī)制。 本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶第二節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成第四節(jié)第四節(jié) 真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates & Enzymes in Prokaryotic
4、Transcription第一節(jié)第一節(jié)本節(jié)教學(xué)大綱本節(jié)教學(xué)大綱掌握：掌握：轉(zhuǎn)錄、不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄、模板鏈、編碼轉(zhuǎn)錄、不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄、模板鏈、編碼鏈；鏈；轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)。熟悉：原核生物熟悉：原核生物RNA聚合酶的特征；模板聚合酶的特征；模板與酶的辯認(rèn)結(jié)合方式。與酶的辯認(rèn)結(jié)合方式。生物體以生物體以DNA為模板合成為模板合成RNA的的過(guò)程。過(guò)程。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除除mRNA、rRNA和和tRNA外，在真核細(xì)胞外，在真核細(xì)胞內(nèi)還有內(nèi)還有snRNA、miRNA等非編碼等非編碼RNA。一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板n參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)
5、參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì) (反應(yīng)體系反應(yīng)體系)： 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、無(wú)機(jī)離子其他蛋白質(zhì)因子、無(wú)機(jī)離子RNA合成方向合成方向5 3 ，核苷酸間的核苷酸間的連接方式連接方式磷酸磷酸二酯鍵二酯鍵。 轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)1. 不對(duì)稱(chēng)性不對(duì)稱(chēng)性2. 單向性：?jiǎn)蜗蛐裕?33. 特定的起始和終止位點(diǎn)：特定的起始和終止位點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄 (asymmetric transcription)在在DNA分子雙鏈上，按堿基配對(duì)規(guī)律，能指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄分
6、子雙鏈上，按堿基配對(duì)規(guī)律，能指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄生成生成RNA的的一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不另一股鏈不轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄，這種，這種模板的選擇性模板的選擇性，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。 DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱(chēng)為的一股單鏈，稱(chēng)為模板模板鏈鏈 (template strand)。 與模板鏈相對(duì)的另一股單鏈，不用作轉(zhuǎn)錄模板，與模板鏈相對(duì)的另一股單鏈，不用作轉(zhuǎn)錄模板，其堿基序列除其堿基序列除TU有別外，和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有別外，和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA序序列相同，稱(chēng)為列相同，稱(chēng)為編碼鏈編碼鏈 (coding strand)。5 G
7、CAGGCAGT TACAACAT TG GT TC C 3 3 CGTCCGTCA ATGTTGTA AC CA AG G 5 5 GCAGCAG GU UA ACACAU UG GU UC C 3 N Ala Val His Val CDNA mRNA肽肽模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯在雙鏈在雙鏈DNA分子上，一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，另分子上，一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄。一股鏈不轉(zhuǎn)錄。5 3 3 5 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈模板鏈并非總在同一單鏈上，同一條鏈上可交替出模板鏈并非總在同一單鏈上，同一條鏈上可交替出現(xiàn)
8、模板鏈或編碼鏈。現(xiàn)模板鏈或編碼鏈。基因基因A基因基因B二、二、RNA pol催化催化RNA合成合成（一）（一）RNA pol能能從頭啟動(dòng)從頭啟動(dòng)RNA鏈的合成鏈的合成 DNA依賴的依賴的RNA pol催化合成催化合成RNA； RNA合成的化學(xué)機(jī)制與合成的化學(xué)機(jī)制與DNA依賴的依賴的DNA pol催催化化DNA合成相似。合成相似。 (NMP)n + NTP (NMP)n+1 + PPiRNA延長(zhǎng)的延長(zhǎng)的RNA依賴依賴DNA的的RNA pol催化催化RNA合成的機(jī)制合成的機(jī)制 DNA pol在在啟動(dòng)啟動(dòng)DNA鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，而而RNA pol不不需要引物需要引物就能直接
9、啟動(dòng)就能直接啟動(dòng)RNA鏈鏈的延長(zhǎng)。的延長(zhǎng)。 RNA pol和和雙鏈雙鏈DNA結(jié)合時(shí)活性最高，但是結(jié)合時(shí)活性最高，但是只以雙鏈只以雙鏈DNA中的中的一股一股DNA鏈為模板鏈為模板。 R N A p o l 與與 D N A 的 特 殊 序 列的 特 殊 序 列 啟 動(dòng) 子啟 動(dòng) 子(promoter) 結(jié)合后，就能啟動(dòng)結(jié)合后，就能啟動(dòng)RNA合成。合成。 啟動(dòng)子啟動(dòng)子：DNA分子上分子上能夠能夠與與RNA pol結(jié)合結(jié)合并形成并形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的序列。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的序列。 （二）（二）RNA pol由由多個(gè)亞基組成多個(gè)亞基組成大腸桿菌大腸桿菌RNA pol組分組分亞基亞基分子量分子量亞基數(shù)目亞
10、基數(shù)目功能功能36 5122決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄150 6181催化聚合反應(yīng)催化聚合反應(yīng)155 6131結(jié)合結(jié)合DNA模板，雙螺旋解鏈模板，雙螺旋解鏈70 2631辨認(rèn)起始點(diǎn)，結(jié)合啟動(dòng)子辨認(rèn)起始點(diǎn)，結(jié)合啟動(dòng)子RNA pol核心酶核心酶：原核生物由原核生物由4個(gè)亞基個(gè)亞基2組成組成的的RNA pol稱(chēng)為核心酶稱(chēng)為核心酶，在轉(zhuǎn)錄，在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)延長(zhǎng)過(guò)過(guò)程中起作用程中起作用。核心酶核心酶2 (core enzyme) 參與轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)參與轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng) 全酶全酶2 (holoenzyme) 參與轉(zhuǎn)錄起始參與轉(zhuǎn)錄起始原核生物原核生物亞基的亞基的功能：是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始區(qū)功能：是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始區(qū)，與與RNA
11、 pol核心酶核心酶組成組成全酶全酶。 決定決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄哪些基因被轉(zhuǎn)錄 催化聚合反應(yīng)催化聚合反應(yīng) 結(jié)合模板，雙螺旋解鏈結(jié)合模板，雙螺旋解鏈 辨識(shí)起始點(diǎn)，結(jié)合啟動(dòng)子辨識(shí)起始點(diǎn)，結(jié)合啟動(dòng)子nRNA pol全酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合:大腸桿菌內(nèi)有一些大腸桿菌內(nèi)有一些不同的不同的RNA pol全酶，其差全酶，其差異是異是亞基的不同亞基的不同。目前已發(fā)現(xiàn)。目前已發(fā)現(xiàn)多種多種亞基亞基，并，并用其分子量命名區(qū)別，最常見(jiàn)的是用其分子量命名區(qū)別，最常見(jiàn)的是70(分子量分子量70 kDa)。70是辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)，是辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)，大腸桿菌中的絕大多數(shù)啟動(dòng)子可被含有大
12、腸桿菌中的絕大多數(shù)啟動(dòng)子可被含有70因子因子的全酶所識(shí)別并激活。的全酶所識(shí)別并激活。但有些基因的啟動(dòng)子，如熱激蛋白也為另外的但有些基因的啟動(dòng)子，如熱激蛋白也為另外的亞基亞基(32)識(shí)別。識(shí)別。三、三、RNA pol結(jié)合到結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子上啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 對(duì)于整個(gè)基因組來(lái)講，對(duì)于整個(gè)基因組來(lái)講，轉(zhuǎn)錄是分區(qū)段進(jìn)行轉(zhuǎn)錄是分區(qū)段進(jìn)行的。的。 每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱(chēng)為每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱(chēng)為操縱操縱子子(operon)。 操縱子操縱子包括包括若干若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其及其調(diào)控調(diào)控序列序列。DNA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱(chēng)為的區(qū)段，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)基因結(jié)
13、構(gòu)基因。A5 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BC 調(diào)控序列中的調(diào)控序列中的啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)是是RNA pol結(jié)結(jié)合的合的部位，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。原核生部位，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。原核生物以物以RNA pol全酶全酶結(jié)合到結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上的啟動(dòng)子上而啟而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由，其中由亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合相互配合。A5 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BCRNA polnRNA pol保護(hù)法保護(hù)法對(duì)啟動(dòng)子的研究，常采用對(duì)啟動(dòng)子的研究，常采用RNA pol保護(hù)法保護(hù)法。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)(Pribnow box
14、)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)+1-30-50+10-10-40-205 3 3 5 RNA pol辨認(rèn)辨認(rèn)位點(diǎn)位點(diǎn)RNA pol保護(hù)區(qū)保護(hù)區(qū)原核生物啟動(dòng)子保守序列原核生物啟動(dòng)子保守序列nRNA pol保護(hù)法保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)5 5 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 終止點(diǎn)終止點(diǎn)nRNA pol全酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合:視頻視頻1：轉(zhuǎn)錄模板和酶的結(jié)合轉(zhuǎn)錄模板和酶的結(jié)合小小 結(jié)結(jié)轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)特點(diǎn)1. 不對(duì)稱(chēng)性不對(duì)稱(chēng)性2. 單向性：?jiǎn)蜗蛐裕?33. 特定的起始和終止位點(diǎn)：
15、轉(zhuǎn)錄單位特定的起始和終止位點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNA雙鏈中按堿基配對(duì)能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對(duì)能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的單股鏈。的單股鏈。以以DNA為模板合成為模板合成RNA的的過(guò)程。過(guò)程。DNA雙鏈上不用作轉(zhuǎn)錄模板的一股單鏈，其堿基序列雙鏈上不用作轉(zhuǎn)錄模板的一股單鏈，其堿基序列除除TU有別外，和轉(zhuǎn)錄有別外，和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)物RNA序列相同。序列相同。不對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄編碼編碼鏈鏈模板鏈模板鏈在在DNA分子雙鏈上分子雙鏈上，一，一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，另一股鏈作為模板指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄，這種模板的選擇性，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。股鏈不轉(zhuǎn)錄，這種模板的選擇性，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同復(fù)制和轉(zhuǎn)
16、錄的異同區(qū)區(qū) 別別相同相同復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄模板模板兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制全部基因組被復(fù)制全部基因組被復(fù)制僅模板鏈轉(zhuǎn)錄僅模板鏈轉(zhuǎn)錄(不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄)任一種細(xì)胞內(nèi)部分基因轉(zhuǎn)錄任一種細(xì)胞內(nèi)部分基因轉(zhuǎn)錄DNA原料原料dNTPNTP核苷三磷酸核苷三磷酸酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶依賴依賴DNA的聚合酶的聚合酶產(chǎn)物產(chǎn)物模板半保留的子代雙模板半保留的子代雙鏈鏈DNAmRNA, tRNA, rRNA等等多核苷酸鏈多核苷酸鏈配對(duì)配對(duì)A-T, G-CA-U, T-A, G-C遵從堿基配對(duì)原則遵從堿基配對(duì)原則下列下列關(guān)于關(guān)于DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成的敘述中哪一項(xiàng)是錯(cuò)合成的敘述中哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的
17、誤的A只有只有在在DNA存在時(shí)，存在時(shí)，RNA pol才能才能催化生成磷催化生成磷酸二酯鍵酸二酯鍵B轉(zhuǎn)錄過(guò)程中轉(zhuǎn)錄過(guò)程中RNA pol需要引物需要引物CRNA鏈的合成方向是鏈的合成方向是53D大多數(shù)情況下只有一股大多數(shù)情況下只有一股DNA作為作為RNA的的模板模板E合成的合成的RNA鏈沒(méi)有環(huán)狀的鏈沒(méi)有環(huán)狀的能特異性抑制原核生物能特異性抑制原核生物RNA pol的的A. 利福平利福平 B鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿 C假假尿嘧啶尿嘧啶D. 亞硝酸亞硝酸鹽鹽 E干擾素干擾素原核生物原核生物中，識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的是中，識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的是A因子因子 B核心酶核心酶CRNA pol的的亞基亞基 DRNA pol的的亞
18、基亞基ERNA pol的的亞基亞基原核生物原核生物中，中，DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA pol由由數(shù)個(gè)亞基數(shù)個(gè)亞基組成，其核心酶的組成是組成，其核心酶的組成是A2 B2C2 D2 E下列下列關(guān)于關(guān)于亞基亞基的的描述哪一項(xiàng)是正確的描述哪一項(xiàng)是正確的ARNA pol的的亞基，負(fù)責(zé)識(shí)別亞基，負(fù)責(zé)識(shí)別DNA模板上轉(zhuǎn)錄模板上轉(zhuǎn)錄RNA的特殊起始點(diǎn)的特殊起始點(diǎn)BDNA pol的的亞基，能沿亞基，能沿53及及35方向雙方向雙向合成向合成RNAC可識(shí)別可識(shí)別DNA模板上的終止模板上的終止信號(hào)信號(hào)D是一種小分子的是一種小分子的有機(jī)化合物有機(jī)化合物E參與逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程參與逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程Th
19、e Process of Transcription in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)熟悉熟悉：原核生物原核生物RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄起始、延長(zhǎng)、終止。錄起始、延長(zhǎng)、終止。 本節(jié)教學(xué)大綱本節(jié)教學(xué)大綱原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程分為三個(gè)階段原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程分為三個(gè)階段 起始：起始：需需RNA pol全酶全酶，其中其中亞基亞基辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)延長(zhǎng)：延長(zhǎng)：僅需僅需核心酶核心酶終止：終止：依賴依賴因子因子；非依賴非依賴因子因子 RNA pol必須必須準(zhǔn)確地準(zhǔn)確地結(jié)合結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的在轉(zhuǎn)錄模板的起起始區(qū)域始區(qū)域。 DNA雙鏈解開(kāi)雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。的模
20、板。一一、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄起始需要需要RNA pol全酶全酶n轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：1. RNA pol全酶全酶( 2)與模板結(jié)合與模板結(jié)合，形成，形成閉合轉(zhuǎn)閉合轉(zhuǎn)錄錄復(fù)合體復(fù)合體 (closed transcription complex)；2. DNA雙鏈局部解開(kāi)雙鏈局部解開(kāi)約約17bp，形成形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合復(fù)合體體 (open transcription complex) ；3. 在在RNA pol作用作用下發(fā)生下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)第一次聚合反應(yīng)，形成形成第第一一個(gè)磷酸二酯鍵。個(gè)磷酸二酯鍵。n轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程過(guò)程第一次聚合反應(yīng)：第一次聚合反應(yīng)：5 -p
21、ppG-OH + NTP 5 -pppGpN-OH 3 + ppiGTP or ATP5 -pppN-OHRNA pol ( 2) - DNA - pppGpN-OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:磷酸二酯鍵的形成磷酸二酯鍵的形成OHOHHOHCH2H堿基HOROHOHHOCH2H堿基HOROHOHHOHCH2H堿基HOPOHOHHOHCH2H堿基HOPOHOOPOHOOPOHHOODNA模板鏈DNA模板鏈PPiHOO二二、RNA pol核心酶獨(dú)立延長(zhǎng)核心酶獨(dú)立延長(zhǎng)RNA鏈鏈第一個(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)錄起始亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，復(fù)合物上脫落，核心酶核
22、心酶繼續(xù)結(jié)合于繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，模板上，沿沿DNA鏈前移，鏈前移，催化催化RNA鏈的延長(zhǎng)鏈的延長(zhǎng)。 轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)T C G A G T A CT C G A G T A CA G C T C A T GA G C T C A T G C G A G U A C C G A G U A CG C A UG C A URNA聚合酶聚合酶編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈RNAPPi5 53 33 35 55 5GTPUTPCTPATPUTP3 3起起終終DNA 轉(zhuǎn)錄泡：轉(zhuǎn)錄泡：在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中，在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中，DNA雙鏈需雙鏈需解開(kāi)約解開(kāi)約17bp，形成的局部單鏈區(qū)象一個(gè)小泡，形成的局部單鏈
23、區(qū)象一個(gè)小泡，稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄泡。，稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄泡。n大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄泡局部結(jié)構(gòu)示意大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄泡局部結(jié)構(gòu)示意 轉(zhuǎn)錄泡上，產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄泡上，產(chǎn)物3端小段暫時(shí)依附結(jié)合在模板鏈，形端小段暫時(shí)依附結(jié)合在模板鏈，形成成8bp的雜合雙螺旋。隨著的雜合雙螺旋。隨著RNA鏈的不斷生長(zhǎng)，鏈的不斷生長(zhǎng)，5端端脫離模板向空泡外伸展。脫離模板向空泡外伸展。為了為了保持局部的轉(zhuǎn)錄泡狀態(tài)，在保持局部的轉(zhuǎn)錄泡狀態(tài)，在RNA pol下游下游的的DNA需需不斷解鏈，可使其下游的不斷解鏈，可使其下游的DNA（未解開(kāi)雙鏈部分）越纏（未解開(kāi)雙鏈部分）越纏越緊，形成正超螺旋，而其上游越緊，形成正超螺旋，而其上游DNA變得松馳，產(chǎn)生負(fù)變得松馳，產(chǎn)生負(fù)
24、超螺旋，需要超螺旋，需要解旋酶解旋酶和和拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶來(lái)消除這些現(xiàn)象。來(lái)消除這些現(xiàn)象。n轉(zhuǎn)錄過(guò)程中轉(zhuǎn)錄過(guò)程中DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)變化的超螺旋結(jié)構(gòu)變化n轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)的特點(diǎn)1. 核心酶核心酶負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)RNA鏈延長(zhǎng)反應(yīng)；鏈延長(zhǎng)反應(yīng)；2. RNA鏈鏈的延長(zhǎng)的延長(zhǎng)從從53，新的核苷酸都是加在，新的核苷酸都是加在3-OH上；上；3. 對(duì)對(duì)DNA模板鏈的閱讀方向模板鏈的閱讀方向是是35，合成的，合成的RNA鏈與之反向互補(bǔ)；鏈與之反向互補(bǔ)；4. 合成區(qū)域存在著動(dòng)態(tài)變化的合成區(qū)域存在著動(dòng)態(tài)變化的8bp的的RNA-DNA雜雜合雙鏈；合雙鏈；5. 模板模板DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)隨著核心酶的移動(dòng)發(fā)生的雙螺旋結(jié)
25、構(gòu)隨著核心酶的移動(dòng)發(fā)生解鏈和再?gòu)?fù)合解鏈和再?gòu)?fù)合的動(dòng)態(tài)變化。的動(dòng)態(tài)變化。n原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象在同一在同一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。 三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行原核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯同步現(xiàn)象示意圖原核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯同步現(xiàn)象示意圖 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 非依賴非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴(Rho)因子與非因子與非依賴依賴因子兩大類(lèi)因子
26、兩大類(lèi)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）依賴（一）依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 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46 kD。 因子能結(jié)合因子能結(jié)合RNA，對(duì)，對(duì)poly C的結(jié)合力最強(qiáng)的結(jié)合力最強(qiáng)，對(duì)對(duì)poly dC/dG組成的組成的DNA的結(jié)合的結(jié)合能力低。能力低。 因子還有因子還有ATP酶活性和解螺旋酶的活性。酶活性和解螺旋酶的活性。因子因子：是原核生物轉(zhuǎn)錄是原核生物轉(zhuǎn)錄終止因子。終止因子。n因子的作用原理：因子的作用原理：RNA鏈上帶條紋線的代表
27、富含鏈上帶條紋線的代表富含C的區(qū)段。的區(qū)段。因子結(jié)合因子結(jié)合RNA (右右)，發(fā)揮其，發(fā)揮其ATP酶及螺旋酶活性酶及螺旋酶活性。依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程：因子的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程：因子與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物因子與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合結(jié)合因子與因子與RNA pol構(gòu)象均發(fā)生變化構(gòu)象均發(fā)生變化RNA pol停頓停頓因子發(fā)揮因子發(fā)揮ATP酶和解螺旋酶活性，酶和解螺旋酶活性，將將DNA-RNA雜化鏈拆離雜化鏈拆離RNA產(chǎn)物產(chǎn)物釋放釋放（二）（二） 非依賴非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上模板上靠近轉(zhuǎn)錄終止靠近轉(zhuǎn)錄終止處，有些特殊的堿基序處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成產(chǎn)物
28、形成特殊的結(jié)構(gòu)特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。終止轉(zhuǎn)錄。RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3莖環(huán)莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)GGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCn莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制 改變改變RNA pol的構(gòu)象，導(dǎo)致酶的構(gòu)象，導(dǎo)致酶-模板結(jié)合方式改變，轉(zhuǎn)模板結(jié)合方式改變，轉(zhuǎn)錄錄停頓；停頓；
29、局部局部RNA/DNA雜化短鏈的堿基配對(duì)是最不穩(wěn)定的。雜化短鏈的堿基配對(duì)是最不穩(wěn)定的。RNA鏈上鏈上的的poly U也是促使也是促使RNA鏈從模板上脫落的重鏈從模板上脫落的重要因素。要因素。 非依賴非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程：因子的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程：轉(zhuǎn)錄出的轉(zhuǎn)錄出的RNA產(chǎn)物在終止區(qū)形成莖產(chǎn)物在終止區(qū)形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)環(huán)結(jié)構(gòu)改變改變RNA pol構(gòu)象構(gòu)象轉(zhuǎn)錄停頓轉(zhuǎn)錄停頓DNA復(fù)原為雙鏈復(fù)原為雙鏈轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體RNA產(chǎn)物產(chǎn)物釋放釋放小小 結(jié)結(jié)原核生物原核生物RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程3. 終止終止RNA pol全酶全酶( 2)結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域；DNA雙鏈局部解開(kāi)雙鏈局
30、部解開(kāi)，其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄模，其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄模板；在板；在RNA pol作用下發(fā)生作用下發(fā)生第一次第一次聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)。1. 起始起始2. 延長(zhǎng)延長(zhǎng) 第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，亞基從亞基從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，合物上脫落，核心酶核心酶繼續(xù)結(jié)合于繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，模板上，沿沿DNA鏈前移，催化鏈前移，催化RNA鏈的鏈的延長(zhǎng)。延長(zhǎng)。RNA pol在在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物錄產(chǎn)物RNA鏈鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。分為從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。分為：依賴依賴因子和非因子和非依賴依賴因子因子的轉(zhuǎn)錄終止。的轉(zhuǎn)錄終止。原核生物原核生物中，可識(shí)別中，可識(shí)別RNA轉(zhuǎn)錄終止的因子是轉(zhuǎn)錄終止的因子是A因子因子 B因子因子 C因子因子D因子因子 E因子因子RNA作為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其作為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其5端常見(jiàn)的起始核苷酸是端常見(jiàn)的起始核苷酸是AA或或G BC或或U CpppG或或pppA DpppC或或pppU E無(wú)一定規(guī)律無(wú)一定規(guī)律
生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第16章 RNA的生物合成
