生物化學(xué)第11章的生物合成

1、目錄目錄第第11章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )目錄目錄 一、轉(zhuǎn)錄的模板和酶一、轉(zhuǎn)錄的模板和酶 二、原核生物轉(zhuǎn)錄的過程二、原核生物轉(zhuǎn)錄的過程 三、真核生物轉(zhuǎn)錄的過程三、真核生物轉(zhuǎn)錄的過程 四、真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工修飾四、真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工修飾講授內(nèi)容講授內(nèi)容目錄目錄轉(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 目錄目錄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雙

2、鏈中的一股鏈雙鏈中的一股鏈酶酶 : : 依賴依賴DNADNA的的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)因子目錄目錄 轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn) 1. RNA1. RNA聚合酶不需要引物。聚合酶不需要引物。 2. RNA2. RNA聚合酶沒有核酸外切酶的活性，在聚合酶沒有核酸外切酶的活性，在RNARNA合成過合成過 程中不起校正作用。程中不起校正作用。 3 3轉(zhuǎn)錄具有選擇性轉(zhuǎn)錄具有選擇性, ,是不對稱的。是不對稱的。 4. 4. 對于一個(gè)基因組來講，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基對于一個(gè)基因組來講，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基 因，而且每一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨(dú)

3、立的控因，而且每一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨(dú)立的控 制。制。 目錄目錄原核生物轉(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)目錄目錄一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板 DNA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)。 轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄，它有兩方面，它有兩方面含義：含義：l 在在DNADNA分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；

4、另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；l 模板鏈并非總是在同一單鏈上。模板鏈并非總是在同一單鏈上。目錄目錄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)，也稱，也稱作作有意義鏈有意義鏈或或Watson鏈鏈。相對的另一股單鏈?zhǔn)?。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幘幋a鏈碼鏈(coding strand)，也稱為，也

5、稱為反義鏈反義鏈或或Crick鏈鏈。 目錄目錄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n不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄目錄目錄二、二、RNA聚合酶聚合酶（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 全名稱全名稱: : DNADNA依賴的依賴的RNARNA聚合酶聚合酶(DDRP)(DDRP)； 簡簡 寫寫: : RNA-polRNA-pol RNARNA聚合酶催化聚合酶催化RNARNA合成的化學(xué)機(jī)制與合成的化學(xué)機(jī)制與DNADNA聚合聚合酶催化酶催化DNADNA合成相似。合成相似。 ( NMP

6、 )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA延長的延長的RNA目錄目錄 （二）（二）原核生物的RNA聚合酶 2 2 ( (核心酶核心酶,core enzyme),core enzyme) 2 2 ( (全酶全酶 ) ) 亞基亞基( ( subunit) specific inhibitor : 利福平利福平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 目錄目錄 RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成聚合酶由多個(gè)亞基組成 36512 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618 催化功能催化功能 1

7、55613 結(jié)合結(jié)合DNA模板模板 70263 辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)亞亞 基基分分 子子 量量功功 能能目錄目錄三、三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合 轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。每一轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子操縱子(operon)。操縱子包括若干個(gè)操縱子包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因及其上游的及其上游的調(diào)控序調(diào)控序列列。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目錄目錄原核生物以原核生物以RNA聚合酶全酶結(jié)合到聚合酶全酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由亞基

8、辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合?；嗷ヅ浜稀?對啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即對啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即RNA聚合酶保護(hù)法聚合酶保護(hù)法。啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter):(promoter): RNARNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNADNA的部的部 位，稱為啟動(dòng)子。位，稱為啟動(dòng)子。也是控制也是控制 轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。 目錄目錄nRNA聚合聚合酶保護(hù)法酶保護(hù)法目錄目錄開始轉(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)1-3

9、0-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn)(recognition 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)目錄目錄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:目錄目錄原核生物的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)目錄目錄 RNA聚合酶聚合酶全酶全酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。板的起始區(qū)域。 DNA雙鏈局部解開，使其中的一條鏈作

10、為雙鏈局部解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。轉(zhuǎn)錄的模板。一、轉(zhuǎn)錄起始一、轉(zhuǎn)錄起始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：目錄目錄E.coli的轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始 DNADNA雙鏈局部解開，形成雙鏈局部解開，形成開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體； RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶( ( 2 2) )與模板結(jié)合，形成與模板結(jié)合，形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體； 在在RNARNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: :轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程RNApol ( 2) - DNA - pppGpN-

11、OH 3 亞基辨認(rèn)亞基辨認(rèn)起始點(diǎn)起始點(diǎn)目錄目錄 在在RNARNA聚合酶聚合酶 - -亞基的催化下亞基的催化下, ,第一個(gè)核第一個(gè)核苷酸與第二個(gè)核苷酸之間生成第一個(gè)磷酸二酯苷酸與第二個(gè)核苷酸之間生成第一個(gè)磷酸二酯鍵。而第一個(gè)核苷酸往往是鍵。而第一個(gè)核苷酸往往是GTPGTP或或ATPATP5 5-pppG-OH + -pppG-OH + NTPNTP 5 5-pppG-pppG- -p pN N-OH-3-OH-3+ ppi+ ppi第一個(gè)磷酸二酯鍵的生成第一個(gè)磷酸二酯鍵的生成目錄目錄二、二、 原核生物的轉(zhuǎn)錄延長原核生物的轉(zhuǎn)錄延長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

12、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 + NTP (NMP) n+1 + PPi 轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡：RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA目目 錄錄轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄空泡）轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄空泡）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

13、已在進(jìn)行。 這種形狀說明：這種形狀說明：目錄目錄依賴依賴Rho 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止三、原核生物轉(zhuǎn)錄的終止三、原核生物轉(zhuǎn)錄的終止n原核生物轉(zhuǎn)錄終止方式有兩種：原核生物轉(zhuǎn)錄終止方式有兩種：目錄目錄 1969 1969年年J.RhobertsJ.Rhoberts發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn), ,定名為定名為RhoRho因子因子(因子因子) )。 因子因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)。是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)。 與與RNARNA產(chǎn)物產(chǎn)物3 3 - -末端的末端的polyC具有高親合力而結(jié)具有高親合力而結(jié) 合，使得合，使得因子因子和和RNARNA聚合酶都可發(fā)生

14、構(gòu)象變聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變 化，從而使化，從而使RNARNA聚合酶停頓。聚合酶停頓。 因子因子具有具有ATPATP酶活性和解螺旋酶的活性。酶活性和解螺旋酶的活性。 解螺旋酶活性解螺旋酶活性使得使得DNA/RNADNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于雜化雙鏈拆離，利于 產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放 ( (一一) )依賴依賴RhoRho因子的轉(zhuǎn)錄終止作用：因子的轉(zhuǎn)錄終止作用：目錄目錄n因子的作用原理：因子的作用原理：目錄目錄（二）（二） 非依賴非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，

15、后，RNA產(chǎn)物形成特殊產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 3 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 5 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3近終

16、止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)是非依賴近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)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)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol目錄目錄真核生物的轉(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)目錄目錄一、一、 真核生物的真核生物的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:

17、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 ）目錄目錄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聚合酶聚合酶目錄目錄二、二、真核生物真核生物轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始 轉(zhuǎn)錄的起始需要轉(zhuǎn)錄的起始需要啟動(dòng)子啟動(dòng)子 、RNA聚合酶聚合酶和和轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄因子子的參與的參與（一）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段具有啟動(dòng)子核心（一）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段具有啟動(dòng)子核心序列序列 不同物種、不同細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始不同物

18、種、不同細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游可以有不同的點(diǎn)上游可以有不同的DNA序列，但這些序列都序列，但這些序列都可統(tǒng)稱為可統(tǒng)稱為順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)。 目錄目錄什么是順式作用元件什么是順式作用元件? 就是指可影響自身基因表達(dá)活性的就是指可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列，序列，這些序列通常是非編碼序列。這些序列通常是非編碼序列。順式作用元件包括順式作用元件包括: 啟動(dòng)子、啟動(dòng)子上游元件或啟動(dòng)子、啟動(dòng)子上游元件或近端調(diào)控元件和增強(qiáng)子近端調(diào)控元件和增強(qiáng)子(enhancer)等遠(yuǎn)隔序列。等遠(yuǎn)隔序列。順式作用元件通常也有順式作用元件通常也有共有序列，如共有序

19、列，如CAAT序序列（列（CAAT盒）、盒）、 TATA序列稱為序列稱為TATA盒，或盒，或Hognest盒。通常認(rèn)為盒。通常認(rèn)為TATA盒是盒是啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)子的核心序列序列。 目錄目錄啟動(dòng)子上游元件啟動(dòng)子上游元件是位于是位于TATA盒上游的盒上游的DNA序列，序列，多在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)約多在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)約-40-100nt的位置，比較常見的位置，比較常見的是的是GC盒和盒和CAAT盒。盒。增強(qiáng)子增強(qiáng)子是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白，是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白， 促進(jìn)鄰近促進(jìn)鄰近或遠(yuǎn)隔特定基因表達(dá)的或遠(yuǎn)隔特定基因表達(dá)的DNA序列。序列。目錄目錄轉(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

20、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)含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT目錄目錄（二）（二）轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 (transcriptional factors, TF) 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)稱為反式作用因子反式作用因子(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聚合酶的

21、，聚合酶的，則稱為則稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子。 相應(yīng)于相應(yīng)于RNApol 、 的的TFTF，分別稱為，分別稱為TFTF、 TFTF、TFTF。 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12，19，35TFA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

22、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)錄因子目錄目錄（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

23、物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) 。 目錄目錄nPIC的形成的形成目錄目錄 （四）（四）拼板理論拼板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至至5個(gè)轉(zhuǎn)個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的復(fù)合物，再與性，有專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。 為了保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，不同基因需不同轉(zhuǎn)錄為了保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，不同基因需不同轉(zhuǎn)錄因子。因子。目錄目錄三三 、真核生物轉(zhuǎn)錄延長、真

24、核生物轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似相似 ，但有兩點(diǎn)不同：，但有兩點(diǎn)不同：真核生物因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同真核生物因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步進(jìn)行的現(xiàn)象。步進(jìn)行的現(xiàn)象。RNA-polRNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長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現(xiàn)象。過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。 RNA-PolRNA-PolRNA-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)錄方向目錄目錄四、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

25、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AATAAA，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)。目目 錄錄5 -AAUAAA-5 -AAUA

26、AA-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 mRNA四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。目錄目錄真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA第四節(jié)第四節(jié)目錄目錄真核生物轉(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RN

27、A轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功轉(zhuǎn)錄物都要經(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。目錄目錄一、真核生物一、真核生物mRNA的加工的加工（一）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)大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5-末端有末端有7-甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。的帽結(jié)構(gòu)。這個(gè)真核這個(gè)真核mRNA加工過程的起始步驟由兩種加工過程的起始步驟由兩種酶，酶，加帽酶加帽酶(capping enzyme)和和甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。 目錄目錄n帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：目錄

28、目錄5 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 Pi目錄目錄n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(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。 目錄目錄 尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行的過程。尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行的過程。 po

29、ly Apoly A的有無與長短，是維持的有無與長短，是維持mRNAmRNA作為翻譯模板的活性，作為翻譯模板的活性，以及增加以及增加mRNAmRNA本身穩(wěn)定性的因素。本身穩(wěn)定性的因素。 一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的mRNAmRNA，其，其poly Apoly A長度為長度為100100至至200200個(gè)核苷酸之間，也有少數(shù)例外。個(gè)核苷酸之間，也有少數(shù)例外。 前體前體mRNAmRNA分子的斷裂和加多聚腺苷酸尾是多步驟過程。分子的斷裂和加多聚腺苷酸尾是多步驟過程。 （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 核內(nèi)的初級

30、核內(nèi)的初級mRNAmRNA稱為雜化核稱為雜化核RNA (hnRNA)RNA (hnRNA)目錄目錄 (三三) 前體前體mRNA的剪接的剪接1. hnRNA 、 snRNA 和和斷裂基因斷裂基因 hnRNA核內(nèi)的初級核內(nèi)的初級mRNA稱為雜化核稱為雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)。 snRNA (small nuclear RNA)：是核內(nèi)小是核內(nèi)小RNA。 分為分為: snRNAU1、U2、U3、U4、U5、U6。核內(nèi)的蛋白質(zhì)核內(nèi)的蛋白質(zhì)snRNA小分子核糖核蛋白體（小分子核糖核蛋白體（并接體）并接體）在在mRNAmRNA剪接中發(fā)揮作用。剪接中發(fā)揮作用。目錄

31、目錄真核生物結(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。 l 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)目錄目錄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

32、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。 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)錄錄后后修修飾飾目錄目錄3. 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。snRNP與與hnRNA結(jié)合成為并接體結(jié)合成為并接體目錄目錄UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-O

33、H(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) 目錄目錄二、二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工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)

34、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）目目 錄錄三、三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工目錄目錄 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目錄目錄 四、核四、核 酶酶 (ribozyme)核酶的定義：核酶的定義： 具有酶促活性的核酸稱為核酶。具有酶促活性的核酸稱為核酶。核酶的發(fā)現(xiàn)：核酶的發(fā)現(xiàn)： 19821982年，年，T. CechT. Cech和他的同事在研究四膜蟲的和他的同事在研究四膜蟲的26S 26S rRNArRNA前體加工去除基因內(nèi)含子時(shí)驚奇的發(fā)現(xiàn)前體加工去除基因內(nèi)含子時(shí)驚奇的發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子的切內(nèi)含子的切除反應(yīng)發(fā)生在僅含有核苷酸和純化的除反應(yīng)發(fā)生在僅含有核苷酸和純化的26S rRNA26S rRNA前體而不前體而不含有任何蛋白質(zhì)催化劑的溶液中，可能的解釋只能是含有任何蛋白質(zhì)催化劑的溶液中，可能的解釋只能是: :內(nèi)含內(nèi)含子切除是由子切除是