第十二章 轉(zhuǎn)錄.ppt

1、1.轉(zhuǎn)錄的概念,2.轉(zhuǎn)錄的基本過程,3.mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工,第十一章 RNA的生物合成 (轉(zhuǎn)錄),轉(zhuǎn)錄是指以DNA為模板合成RNA的過程 。,第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄基本規(guī)律與體系,復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別,DNA,聚合酶,酶,原料,模板,轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,配對(duì),子代雙鏈,DNA,產(chǎn)物,產(chǎn)物,（RNA-pol）,DNA,聚合酶,NTP,dNTP,基因區(qū)段，單股重復(fù)使用,兩股全程，參與子代,轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,引物,RNA引物,不需引物,一、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄,1. DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene)。結(jié)構(gòu)基因中能轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱作

2、有意義鏈或Watson鏈。另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(coding strand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。,(一)轉(zhuǎn)錄的模板,2. 在包含多個(gè)基因的DNA分子中，各基因的模板鏈并不總在同一條鏈上，在某個(gè)基因節(jié)段以其中某一條鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而在另一個(gè)基因節(jié)段上則以其對(duì)應(yīng)單鏈為模板，這種選擇性稱不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。,(二) 轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn),1. 轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性 2. 轉(zhuǎn)錄方向的單向性 3. 轉(zhuǎn)錄不需要引物形成 4. 轉(zhuǎn)錄過程有特定起始和終止點(diǎn),RNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位（transcriptional unit）。 在真核細(xì)胞中，一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位通

3、常是單個(gè)基因，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是單順反子（monocistron）。 在原核細(xì)胞中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是由多個(gè)連續(xù)的基因組成，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是多順反子（polycistron）。,結(jié)構(gòu)基因,結(jié)構(gòu)基因,單順反子,多順反子,二、 RNA轉(zhuǎn)錄的體系,(一)模板,結(jié)構(gòu)基因雙鏈中的一股鏈。,(二)原料,4種核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。,(三)RNA聚合酶,1.原核生物的RNA聚合酶,RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合,DNA,原核生物的RNA聚合酶,開始轉(zhuǎn)錄,T T G A C A A A C T G T,-35 區(qū),(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A

4、 Py,-10 區(qū),原核生物啟動(dòng)子保守序列,RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn),2.真核生物的RNA聚合酶,RNA轉(zhuǎn)錄時(shí)除需以上物質(zhì)外，還需要一些蛋白因子參與。如原核生物使轉(zhuǎn)錄過程終止因子。真核生物聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄時(shí)的轉(zhuǎn)錄因子。,(四)蛋白因子,第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄過程,(一)轉(zhuǎn)錄起始,轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題 (1)RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。 (2)DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。,一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程,(The Process of Transcription),(2) DNA雙鏈解開。,(1) RNA聚合酶全酶(2)與模板保守序列結(jié)合。,(3) 在RNA-pol作用下

5、形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物,2. 轉(zhuǎn)錄起始過程,原核生物啟動(dòng)子的保守序列,+1,-55,+20,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,pppGpN,15, , ,形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體,形成開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體,RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子,轉(zhuǎn)錄開始,啟動(dòng)子清除, ,轉(zhuǎn) 錄 延 伸,5,3,3,5,-35 -10 +1,(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng),1. 亞基脫落，RNApol核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板推進(jìn)，NTP不斷聚合RNA鏈不斷延長(zhǎng)。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,轉(zhuǎn)錄

6、空泡(transcription bubble)：,RNA-pol (核心酶) DNA RNA,2.原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象,轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng),1.依賴 (Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止 因子以六聚體形式存在，協(xié)助RNA-pol識(shí)別終止信號(hào)，與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，RNA和RNA-pol一起從模板上脫落。,(三)轉(zhuǎn)錄終止,2.非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，可轉(zhuǎn)錄出具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的RNA，來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC

7、UGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,莖環(huán)/發(fā)夾結(jié)構(gòu),莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理,使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。,二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始,(一)轉(zhuǎn)錄起始,1. 轉(zhuǎn)錄因子,(1)能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-a

8、cting factors)。,(2)反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)。,真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)有不同DNA序列的順式作用元件，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板，由轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別起始部位。,參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的TF,*CTD(carboxyl terminal domain) : RNA-pol大亞基羧基末端結(jié)構(gòu)域。,* TAF(TBP associated factors) :TBP輔助因子。在不同的基因轉(zhuǎn)錄中有不同的TAF輔助。,* TBP(TATA binding protein) : TA

9、TA結(jié)合蛋白。,轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn),TATA盒,CAAT盒,GC盒,增強(qiáng)子,順式作用元件(cis-acting element),2. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段,AATAAA,切離加尾,轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn),修飾點(diǎn),外顯子,翻譯起始點(diǎn),內(nèi)含子,3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 (pre-initiation complex, PIC),(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng),真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)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。,(三)轉(zhuǎn)錄終止,和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。,三、轉(zhuǎn)錄后的加工修飾,主要的修飾方式有剪接、剪切、修飾、添加。,剪切(cleavage),剪接(splicing),(一) 真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,

10、1. 5端形成 帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNm)。,1、保護(hù)mRNA免受降解 2、與蛋白質(zhì)生物合成起始有關(guān),2. 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)。,1、保護(hù)mRNA免受降解 2、引導(dǎo)mRNA由細(xì)胞核向胞液轉(zhuǎn)移,3.mRNA的剪接,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，稱為斷裂基因。,(1) 斷裂基因(splite gene),(2)外顯子(exon)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RNA的核酸序列。 (3)內(nèi)含子(intron)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。,雞卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修飾,hnRNA剪接,成熟的mRNA,雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾,轉(zhuǎn)錄,核酶和內(nèi)切酶,tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶,ATP,ADP,tRNA前體,(二) tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,1. 轉(zhuǎn)錄后剪切,tRNA,2. 堿基修飾,(2)還原反應(yīng),如：U DHU,(3)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng),如：U ,(4)脫氨反應(yīng),如：A I,如：A Am,(1)甲基化,T環(huán),(三) rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,第四節(jié) 核 酶,具有酶促活性的RNA稱為核酶,核酶(ribozyme),核酶作用的基礎(chǔ)錘頭結(jié)構(gòu),底物部分,通常為60個(gè)核苷酸左右 同