第十一章 轉(zhuǎn)錄

1、第第11章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄 (transcription) 模板模板酶酶原料原料合成合成RNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNADNA u 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料原料: : 模板模板: : 酶酶: : 其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates & Enzymes in Prokaryotic Transcription第一節(jié)第一節(jié)一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因基因(structural gene)。 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetr

2、ic transcription)其一其一其二其二53355353 模板鏈模板鏈(template strand)-鏈鏈Watson鏈鏈。編碼鏈編碼鏈(coding strand)，+鏈鏈Crick鏈鏈 T3 c g t g a t g t a c a g 5U編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接啟動(dòng)聚合酶能直接啟動(dòng)RNA鏈的合成鏈的合成 RNA延長(zhǎng)的延長(zhǎng)的RNA亞基亞基功功 能能 辯認(rèn)起始點(diǎn)辯認(rèn)起始點(diǎn)全酶全酶核心酶核心酶（二）（二）RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成聚合酶由多個(gè)亞基組成 圖 1 2 - 5 E .

3、c o l i R N A聚 合 酶 的 亞 基 組 成 核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 識(shí)別啟動(dòng)子識(shí)別啟動(dòng)子。與與DNA結(jié)合并使之解鏈結(jié)合并使之解鏈，催化催化RNA聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)，RNA聚合酶核心酶通過與不同的聚合酶核心酶通過與不同的 亞基結(jié)合，識(shí)別亞基結(jié)合，識(shí)別不同的啟動(dòng)子。不同的啟動(dòng)子。5335調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子RNA-poln RNA聚合酶保護(hù)法聚合酶保護(hù)法轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄開始開始T T G A C A-35 區(qū)區(qū)T A T A A T -10 區(qū)區(qū)+1+10-30-50-10-40-20 5 3 3 5 5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)

4、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)N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGACGtrptRNATrplacrec Aara區(qū)區(qū)3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 3041 29 44tRNAtrpRNA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)合原核生物的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription

5、 in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)RNA聚合酶聚合酶結(jié)合結(jié)合雙鏈解開雙鏈解開一條一條模板模板一、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：開放轉(zhuǎn)開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體錄復(fù)合體(open transcription complex) ；1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(closed transcription complex) ；5 -ppp NTP 5 -pppN n轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 亞基亞基脫落脫落核心酶核心酶四磷酸二核苷酸四磷

6、酸二核苷酸結(jié)合結(jié)合模板模板前移前移延長(zhǎng)延長(zhǎng)二、二、 原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)蛋白質(zhì)原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)蛋白質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行的翻譯也同時(shí)進(jìn)行 核心酶核心酶NTPRNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNAn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5 3 DNAn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：三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴(Rho)因

7、因子與非依賴子與非依賴因子兩大類因子兩大類轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生依據(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：物轉(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)錄終止因子因子依賴依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止構(gòu)象改變構(gòu)象改變A T P（二）（二） 非依賴非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止：莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止：5 pppG5 3 3 5 RNA-pol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(duì)配對(duì)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

8、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(duì)稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)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(duì)配對(duì)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(duì)稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)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)制真核生物的轉(zhuǎn)錄過程真核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription in Eukaryote第三節(jié)第三節(jié)一、

9、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 DNA序列序列順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)。 n真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列起始子起始子(intiator，Inr)各種調(diào)控序列各種調(diào)控序列轉(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)含子內(nèi)含子 OCT-1 （二）（二） 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)反反式作用因子

10、式作用因子(trans-acting factors)。 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)。（三）轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物（三）轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物始前復(fù)合物 (pre-initiation complex, PIC) 。 真核生物真核生物RNA-pol II在在啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄 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TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC組裝完成，組裝完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化三三 、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)

11、過程中沒有、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)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RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(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)行聚腺苷酸聚腺苷酸(poly A)尾巴尾巴 AATAAAGT轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA第四節(jié)第四節(jié)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（一

12、）前體（一）前體mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)5 -末端末端7-甲基鳥嘌甲基鳥嘌呤呤 加帽酶加帽酶(capping enzyme) 甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase) 鳥嘌呤鳥嘌呤7N甲甲基化基化553m7GpppNp-v加帽過程加帽過程5 帽子分帽子分Cap0、Cap1、Cap2。（二）前體（二）前體mRNA在在3 端特異位點(diǎn)斷裂并端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾加上多聚腺苷酸尾 AAUAAAG/U53Poly(A)信號(hào)信號(hào)Poly(A)位點(diǎn)位點(diǎn)mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSF

13、CStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速慢速多聚腺苷酸化多聚腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速多聚腺快速多聚腺苷酸化苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP hnRNA 雜化核雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)DNAmRNA斷裂基因斷裂基因 斷裂基因斷裂基因(splite gene)CABD非編碼區(qū)非編碼區(qū) 外顯子外顯子(exon) 內(nèi)含子內(nèi)含子(intron) 雞卵清蛋白雞卵清蛋白基因基因hnRNA首、

14、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轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修飾飾 3. mRNA的剪接的剪接(mRNA splicing) pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)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) 剪接體剪接體(spliceosome)小分子核糖核蛋白小分子核糖核蛋白(small nuclear ribonucleo

15、protein,snRNP) A4. 真核生物前體真核生物前體mRNA分子經(jīng)剪切和剪分子經(jīng)剪切和剪接加工生成不同接加工生成不同mRNA（四）（四）mRNA編輯編輯(mRNA 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）mRNA編輯編輯二、真核生物二、真核生物rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子三、真核生物三、真核生物tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA剪切剪切 (a)酵母酵母tRNAtyr前體加工前體加工RNAaseP、RNAaseD、剪接剪接tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶核苷酸轉(zhuǎn)移酶剪接剪接(b)(c)添加添加堿基修飾堿基修飾(d)堿基修飾的方式：堿基修飾的方式：（2 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（1 1）（1 1）（3