RNA的生物合成1

1、第十一章第十一章 rna的生物合成的生物合成dna轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄rna前體前體成熟的成熟的rna分子分子加工加工rna （rna病毒）病毒）復(fù)復(fù)制制第一節(jié)第一節(jié) dna指導(dǎo)下指導(dǎo)下rna的合成的合成mrna（信使（信使rna）: 5-6% 蛋白質(zhì)合成的模板蛋白質(zhì)合成的模板trna(轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運rna) : 15% 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運aarrna(核糖體核糖體rna) : 80% 構(gòu)成核糖體的骨架構(gòu)成核糖體的骨架 （核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位）snrna(核內(nèi)小核內(nèi)小rna) ： 參與參與mrna轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工v生物體內(nèi)生物體內(nèi)rna的主要類型的主要類型轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcript

2、ion）dna指導(dǎo)下指導(dǎo)下rna的合成。的合成。以以dna為模板，為模板，4種核糖核苷酸（種核糖核苷酸（ntp）為）為底物，在底物，在rna聚合酶的作用下，按照堿基聚合酶的作用下，按照堿基互補規(guī)律，合成互補規(guī)律，合成rna鏈的過程。鏈的過程。一、不對稱轉(zhuǎn)錄一、不對稱轉(zhuǎn)錄 編碼鏈（編碼鏈（coding strand，+ 鏈）鏈） 與轉(zhuǎn)錄出的與轉(zhuǎn)錄出的rna順序相同的一條鏈（僅順序相同的一條鏈（僅t代替代替u） 轉(zhuǎn)錄時，轉(zhuǎn)錄時，dna雙鏈不是同時作為模板，而是雙鏈不是同時作為模板，而是在一定條件下，只有一條鏈（或其上某些區(qū)域）在一定條件下，只有一條鏈（或其上某些區(qū)域）可作為轉(zhuǎn)錄的模板?？勺鳛檗D(zhuǎn)錄的

3、模板。 模板鏈（模板鏈（template strand，- 鏈）鏈） 為為rna提供轉(zhuǎn)錄模板的鏈。提供轉(zhuǎn)錄模板的鏈。編碼鏈（正鏈）編碼鏈（正鏈）模板鏈（負(fù)鏈）模板鏈（負(fù)鏈）編碼鏈（正鏈）編碼鏈（正鏈）模板鏈（負(fù)鏈）模板鏈（負(fù)鏈）不是所有基因的編碼鏈都位于不是所有基因的編碼鏈都位于dna分子的同一條鏈上。分子的同一條鏈上。abcd編碼鏈編碼鏈基因的轉(zhuǎn)錄是有選擇性的?；虻霓D(zhuǎn)錄是有選擇性的。 - 并不是全部并不是全部dna都必須轉(zhuǎn)錄都必須轉(zhuǎn)錄 - 根據(jù)細(xì)胞實際需求，特定的基因根據(jù)細(xì)胞實際需求，特定的基因“開放開放”或或“關(guān)閉關(guān)閉”，具，具復(fù)雜復(fù)雜 的調(diào)控機制。的調(diào)控機制。二、轉(zhuǎn)錄單位二、轉(zhuǎn)錄單位

4、rna的轉(zhuǎn)錄起始于的轉(zhuǎn)錄起始于dna模板的一個特定位點，模板的一個特定位點，并在另一位點處終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為并在另一位點處終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位。真核生物真核生物例：為例：為mrna編碼的轉(zhuǎn)錄單位編碼的轉(zhuǎn)錄單位原核生物原核生物轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位（單順反子）（單順反子）（1個基因個基因）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄mrna1種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)翻譯翻譯轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位（多順反子）（多順反子）（多個基因多個基因）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄mrna多種蛋白質(zhì)多種蛋白質(zhì)翻譯翻譯三、三、 啟動子和轉(zhuǎn)錄因子啟動子和轉(zhuǎn)錄因子 啟動子（啟動子（promoter）：）： 指指 rna聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)

5、錄的一段dna序列。具有特定的核苷酸順序。序列。具有特定的核苷酸順序。 轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor） 指指 rna聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）。聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）。the footprinting technique. 用用足跡法足跡法(footprint)和和dna測序法測序法可確定啟動子可確定啟動子的序列結(jié)構(gòu)的序列結(jié)構(gòu)v dna序列的書寫方式（編碼鏈）序列的書寫方式（編碼鏈）+153轉(zhuǎn)錄起點轉(zhuǎn)錄起點上游上游upstream下游下游downstream轉(zhuǎn)錄單位的起點核苷酸定為轉(zhuǎn)錄單位的起點核苷酸定為+1，起點的左側(cè)為，起點的左側(cè)

6、為上游，用負(fù)的數(shù)碼表示，起點的右側(cè)為下游，上游，用負(fù)的數(shù)碼表示，起點的右側(cè)為下游，即轉(zhuǎn)錄區(qū)。即轉(zhuǎn)錄區(qū)。識別區(qū)pribnow boxtataatttgaca-35-10+16 bp保守序列保守序列6 bp保守序列保守序列提供提供rna聚合酶聚合酶全酶識別的信號全酶識別的信號雙鏈局部雙鏈局部解開區(qū)域解開區(qū)域1. 原核生物啟動子結(jié)構(gòu)特點和功能原核生物啟動子結(jié)構(gòu)特點和功能轉(zhuǎn)錄起點轉(zhuǎn)錄起點（第（第1 1個核苷酸參入的位置）個核苷酸參入的位置）the nucleotide sequences of representative e. coli promoters.2. 真核生物啟動子結(jié)構(gòu)特點和功能真核生物

7、啟動子結(jié)構(gòu)特點和功能包括三類包括三類: 類別（類別（class）、 類別類別i（由（由rna聚合酶聚合酶i 進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄因子：核心啟動子核心啟動子上游控制元件上游控制元件ubf1： 結(jié)合在結(jié)合在uce和和core 富含富含gc區(qū)區(qū)sl1（四聚體）：（四聚體）： tbp + taf（3）由兩部分保守序列組成：由兩部分保守序列組成： 類別類別ii（由由rna聚合酶聚合酶ii進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）控制元件控制元件基本啟動子基本啟動子起始子起始子(inr)上游元件上游元件應(yīng)答元件應(yīng)答元件轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子py py a n py py+1atcaat 框框gc框框八聚體框八聚體框通用

8、因子通用因子(tfx) 可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子tata框框(7bp, -25 -30)（6種：種：tfd, a, b, f, e, h)cp1, cp2, nf-1 sp1oct1, 2上游上游因子因子上游元件上游元件基本啟動子基本啟動子起始子起始子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的效率的效率dna在此解開并在此解開并起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄rna聚合酶聚合酶ii和和通用因子形成通用因子形成前起始復(fù)合物的前起始復(fù)合物的主要裝配點主要裝配點應(yīng)答元件應(yīng)答元件與細(xì)胞類型和發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)有關(guān)與細(xì)胞類型和發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)有關(guān)因子因子亞基數(shù)目亞基數(shù)目功能功能tfd tbp tafs112識別識別tata框，促雙鏈打開框，促雙

9、鏈打開tfa3穩(wěn)定穩(wěn)定tfd 與與tata框的結(jié)合框的結(jié)合tfb1結(jié)合結(jié)合tbp，引進(jìn)，引進(jìn)tff-pol復(fù)合物復(fù)合物tff2與與pol結(jié)合，參與解鏈結(jié)合，參與解鏈rna pol12催化催化rna的合成的合成tfe2引入引入tfh并提高其活性并提高其活性tfh9解開雙鏈，啟動子清除解開雙鏈，啟動子清除人細(xì)胞的通用轉(zhuǎn)錄因子人細(xì)胞的通用轉(zhuǎn)錄因子dnatbpa proposed modelfor pol ii- catalyzedmrna synthesis類型：類型： 類別類別iii（由由rna聚合酶聚合酶iii進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄）類型類型中間元件中間元件+55+80基因內(nèi)（下游）啟動子基因內(nèi)（下

10、游）啟動子 類型類型基因內(nèi)啟動子（類型基因內(nèi)啟動子（類型、）上游啟動子上游啟動子oct pse tata轉(zhuǎn)錄起點轉(zhuǎn)錄起點snrna上游啟動子上游啟動子八聚體框八聚體框鄰近序列元件鄰近序列元件轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄因子： tfa, b, c四、四、 終止子和終止因子終止子和終止因子1.1. 終止子（終止子（terminatorterminator）：）： 提供轉(zhuǎn)錄終止信號的提供轉(zhuǎn)錄終止信號的dnadna序列。序列。 原核生物終止子在終止點前有一原核生物終止子在終止點前有一回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生，其產(chǎn)生的的rna rna 可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可被可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可被rnarna聚合酶感受，聚合酶

11、感受，從而使聚合酶減慢移動或停止轉(zhuǎn)錄從而使聚合酶減慢移動或停止轉(zhuǎn)錄。大腸桿菌兩類終止子：大腸桿菌兩類終止子：不依賴不依賴rho（ ）的終止子）的終止子（簡單終止子）（簡單終止子）依賴依賴rho（ ）的終止子）的終止子回文結(jié)構(gòu)內(nèi)有一段富含回文結(jié)構(gòu)內(nèi)有一段富含g-c的序列，在終止點前有一系的序列，在終止點前有一系列列t核苷酸（核苷酸（+ 鏈）。鏈）。 非依賴非依賴rho的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄終止：終止：模板模板dna鏈鏈在接近轉(zhuǎn)錄終止點在接近轉(zhuǎn)錄終止點處存在相連的富含處存在相連的富含gc和和at的區(qū)域，的區(qū)域，使使rna轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成寡聚成寡聚u及發(fā)夾形及發(fā)夾形的二級結(jié)構(gòu)，引起的二級結(jié)構(gòu)，引起rna

12、聚合酶變構(gòu)及聚合酶變構(gòu)及移 動 停 止 ， 導(dǎo) 致移 動 停 止 ， 導(dǎo) 致rna轉(zhuǎn)錄的終止。轉(zhuǎn)錄的終止。the factor mechanism of transcription termination. ntp酶活力酶活力rna-dna解螺旋酶活力解螺旋酶活力3 5 2. 終止因子終止因子(termination factor)： 協(xié)助協(xié)助rna聚合酶識別終止信號的輔助因子聚合酶識別終止信號的輔助因子（蛋白質(zhì)）。（蛋白質(zhì)）。原核生物：原核生物：nus a、nus b、nus e、nusg等蛋白等蛋白nus a：可提高終止效率，促進(jìn)可提高終止效率，促進(jìn)rna聚合酶在終止聚合酶在終止子處的停頓

13、。子處的停頓。3. 抗終止因子（抗終止因子（antiterminationantitermination factor factor)：起抗終止作用的蛋白質(zhì)起抗終止作用的蛋白質(zhì)五、原核生物五、原核生物rna合成的分子機制合成的分子機制部位：核區(qū)部位：核區(qū)模板模板: 雙鏈雙鏈dna的模板鏈的模板鏈原料及能源：原料及能源： ntp (n: a, g, c, u) 反應(yīng)式：反應(yīng)式：nntp(nmp)n + nppidna指導(dǎo)下的指導(dǎo)下的rna聚合酶聚合酶dna, mg2+rna片段片段 rna聚合酶特點：聚合酶特點：- 需要需要4種種ntp為底物，第一個底物通常為為底物，第一個底物通常為gtp或或a

14、tp。- 需需dna模板。模板。- 聚合方向聚合方向5 3 。- 不需要引物。不需要引物。- 無外切酶活性（無校對功能）。無外切酶活性（無校對功能）。(一一) rna聚合酶聚合酶（dna-directed rna polymerase） rna聚合酶結(jié)構(gòu)：聚合酶結(jié)構(gòu)：mr. 460 000，具有，具有5個亞基（個亞基（ 2 ），含），含zn2+ 2 （核心酶）（核心酶） （起始亞基）（起始亞基） 催化催化rna鏈的延長鏈的延長識別啟動子，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始識別啟動子，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始功能未知功能未知possible catalytic subunitsthe e. coli rna polymera

15、se holoenzyme consists of six subunits: promoterspecificity（二）轉(zhuǎn)錄過程（二）轉(zhuǎn)錄過程 1. 模板的識別模板的識別2. 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始 rna聚合酶在聚合酶在 因子的協(xié)助下結(jié)合到啟動子上，因子的協(xié)助下結(jié)合到啟動子上，dna雙鏈局部打開，形成轉(zhuǎn)錄泡。雙鏈局部打開，形成轉(zhuǎn)錄泡。 rna聚合酶催化合成聚合酶催化合成rna鏈最初的鏈最初的2 9個核苷酸。個核苷酸。 加入的第一個核苷酸通常為加入的第一個核苷酸通常為atp或或gtp。新生鏈。新生鏈5 端端 為為pppa或或pppg。 3.延伸延伸(1) 因子脫離核心酶因子脫離核心酶(2)

16、核心酶核心酶 2 催化催化rna鏈鏈53 延長。已轉(zhuǎn)錄的區(qū)域重延長。已轉(zhuǎn)錄的區(qū)域重 新恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。新恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。4.終止終止 rna聚合酶自身感知終止信號，且聚合酶自身感知終止信號，且nus a識別終止子，識別終止子，使轉(zhuǎn)錄終止，產(chǎn)物使轉(zhuǎn)錄終止，產(chǎn)物rna鏈釋放。鏈釋放。 核心酶核心酶 2 自模板脫落，重新與自模板脫落，重新與 因子結(jié)合，參與下因子結(jié)合，參與下一次轉(zhuǎn)錄。一次轉(zhuǎn)錄。 某些終止過程尚需某些終止過程尚需蛋白參與。蛋白參與。 轉(zhuǎn)錄泡的形成轉(zhuǎn)錄泡的形成transcription in prokaryotes.模板的識別模板的識別轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)

17、錄的終止3 5 3 5 3 5 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始(next slide)轉(zhuǎn)錄的起始與延伸轉(zhuǎn)錄的起始與延伸sequence of events in the initiation and elongation phases of transcription as it occurs in prokaryotes.六、真核生物六、真核生物rna的合成的合成（一）（一）rna聚合酶聚合酶酶酶位置位置產(chǎn)物產(chǎn)物(前體前體)對對a-鵝膏鵝膏蕈蕈堿的敏感性堿的敏感性rna聚合酶聚合酶核仁核仁5.8s, 18s, 和和28srrna不敏感不敏感rna聚合酶聚合酶核漿核漿mrna大多數(shù)大多數(shù)snrna敏感敏感rna聚合酶聚合酶核漿核漿小小rna（trna, 5srna等）等）中等敏感中等敏感mr. 500 000，8-14個亞基，含個亞基，含zn2+（二）合成過程（二）合成過程 轉(zhuǎn)錄過程分為裝配、起始、延長、終止等階段。轉(zhuǎn)錄過程分為裝配、起始、延長、終止等階段。 起始機制十分復(fù)雜：起始機制十分復(fù)雜： 真核真核rna聚合酶不能識別和結(jié)合啟動子，需要聚合酶不能識別和結(jié)合啟動子，需要與轉(zhuǎn)錄因子裝配成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的活性復(fù)合物，才能起