十六的生物合成

十六的生物合成第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄RNADNA

轉錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。也就是把DNA的堿基序列抄錄成RNA的堿基序列。第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四復制與轉錄的異同點相同點：不同點:復制轉錄

以DNA作模板

雙鏈復制

模板鏈

需4種NTP

dNTP

NTP

堿基配對

A=T

A=U,T=A

合成方向5’3’

依賴DNA的聚合酶

DDDP

DDRP

多聚核苷酸大分子

半保留式子代

mRNA、tRNA、rRNA第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)

其他蛋白質因子第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四模板和酶TemplatesandEnzymes第一節(jié)第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四一、轉錄模板結構基因：strucuralgene能轉錄出mRNA然后指導蛋白質生成的部分。模板鏈：templatestrand可作為模板轉錄成RNA的一股鏈。也稱作有意義鏈或Watson鏈。編碼鏈：codingstrand相對于模板鏈的另一股鏈。也稱為反義鏈或Crick鏈。第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四模板:轉錄、翻譯的序列比較5’GCATTAGCTAGCTACTAGC3’DNA3’cgtaatcgatcgatgatcg5’雙鏈轉錄5’GCAUUAGCUAGCUACUAGC3’mRNA翻譯NAlaLeuAlaSerTryC肽鏈第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄的不對稱性不對稱轉錄：asymmetrictranscriptionDNA雙鏈對一個基因而言，一股可轉錄，另一股不轉錄。模板鏈與編碼鏈相對而言第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、RNA聚合酶轉錄酶：依賴DNA的RNA聚合酶

DNAdependentRNApolymerase

DDRP

第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四原核生物的RNA聚合酶大腸桿菌的RNA聚合酶：2’其中2’稱為核心酶：只有轉錄功能亞基：辨別轉錄起始點+2’=全酶受利福平或利福霉素（結核菌藥物）的特異性抑制。第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合

第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四原核生物的RNA聚合酶利福平或利福霉素特異性抑制第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可認為是真核生物中最重要的RNA聚合酶第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四羧基末端結構域

(carboxyl-terminaldomain,CTD)RNA聚合酶Ⅱ最大亞基的羧基末端有一段共有序列為(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)n重復序列片段,n=20-60這一序列在RNA聚合酶Ⅱ中是獨一無二的。所有真核生物的RNA聚合酶Ⅱ都具有CTD，只是共有序列的重復程度不同。去磷酸化的CTD在轉錄起始中發(fā)揮作用。第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、模板與酶的辨認結合原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5335結構基因調控序列RNA-polRNA聚合酶結合模板DNA的部位，稱為啟動子(promoter)。第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、模板與酶的辨認結合啟動區(qū)的保守序列原核生物有兩個元件-35bp的辨認位點：5’-TTGACA--10bp的Pribnow盒:5’-TATAATPu第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四RNA聚合酶保護法第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列（共有序列）RNA-pol辨認位點(recognitionsite)55RNA聚合酶保護區(qū)結構基因33第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

TATA盒

CAAT盒

GC盒

增強子

順式作用元件結構基因-GCGC---CAAT---TATA-轉錄起始真核生物啟動子保守序列第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄過程TheProcessofTranscription第二節(jié)第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。一、原核生物的轉錄過程第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉錄起始復合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi轉錄起始過程第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄起始中的事件解鏈形成轉錄空泡為首的為三磷酸GTP或ATP轉錄起始復合物(RNA-聚合酶全酶-DNA-pppGpN’-OH)第一個磷酯鍵形成后，亞基從轉錄起始復合物中脫落下來。RNA聚合酶沿DNA鏈向前移動。第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA目錄第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（二）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四目錄第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄的延長轉錄的延長是以5’到3’的方向進行的。轉錄完成部分的DNA重新形成雙鏈。較長的RNA鏈上有核糖體結合，說明在某些情況下，轉錄的同時，翻譯已經開始進行了。第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（三）轉錄的終止轉錄終止：是RNA聚合酶在模板上的某一位置停頓，RNA鏈從轉錄復合物上脫離出來。分為依賴Rho因子的轉錄終止和不依賴Rho因子的轉錄終止。第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1、依賴Rho因子的轉錄終止Rho因子有ATP酶活力和雜化雙螺旋解螺旋酶活力。

可使RNA-DNA雜化雙鏈的短鏈變性，從而有利于轉錄產物從轉錄復合物中釋放出來。第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四ATP1.依賴Rho因子的轉錄終止第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.非依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2、非依賴Rho因子的轉錄終止第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四莖環(huán)結構使轉錄終止的機理5′pppG5335RNA-pol使RNA聚合酶變構，使酶不再向下移動，轉錄停頓。DNA和RNA各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈

更加不穩(wěn)定，以致轉錄復合物趨于解體，轉錄泡關閉，RNA產物釋放。

接著的一串寡聚U，則更是促進RNA新鏈從模板上脫落的促進因素。第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、真核生物的轉錄起始（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.

轉錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.

轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋白質，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉錄需要3至5個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合，生成有活性，有專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）轉錄終止——

和轉錄后修飾密切相關。第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四真核生物轉錄終止的特點真核生物mRNA帶有聚腺苷酸尾巴的結構，這是轉錄之后加上的。在模板鏈讀碼框架的3’端之后，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當多的GT序列，這些序列稱為轉錄終止的修飾點。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄與復制的相似之處都以DNA為模板需要核苷酸作原料，從5’到3’延長；生成磷酸二酯鍵以連接核苷酸都遵從堿基配對規(guī)律都需要依賴DNA的聚合酶產物都是很長的多核苷酸第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄和復制的區(qū)別第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四真核生物的轉錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節(jié)第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四轉錄后的修飾轉錄生成的RNA，稱為初級轉錄產物。無論在真核生物或原核生物中，初級轉錄產物都經過一定程度的修飾加工，才能表現(xiàn)其功能。第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.

修飾(modification)4.

添加(addition)第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四一、真核生物mRNA的轉錄后加工（一）首、尾的修飾

5端形成帽子結構(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四帽子結構第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶

Pi第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四5’加帽轉錄產物的第一個核苷酸pppG水解成5’-ppG或5’-pG與另一個三磷酸鳥苷生成三磷酸雙鳥苷第二個鳥嘌呤被甲基化加帽出現(xiàn)在hnRNA中，說明可能在細胞核中完成，并在剪接之前。第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3’端加上聚腺苷酸尾巴真核生物mRNA中polyA的出現(xiàn)是不依賴于DNA模板的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些過剩的核苷酸，然后加入polyA。3’端修飾也是在細胞核中，在剪接之前進行的。polyA的有無與長短，是維持mRNA作為翻譯模板的活性，以及增加mRNA本身的穩(wěn)定性。第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3’端修飾示意圖第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（二）mRNA的剪接1.

hnRNA

和snRNA核內的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內的蛋白質小分子核糖核酸蛋白體（并接體,splicesome）snRNA第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四真核生物結構基因，由若干個編碼區(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)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四真核細胞mRNA的剪接DNA模板與hnRNA是完全配對的，而成熟的mRNA與hnRNA或DNA雜交都只是部分配對。因此真核生物的基因有斷裂性。第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.

內含子的分類根據基因的類型和剪接的方式，通常把內含子分為4類。I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉錄產物是mRNA；III：是常見的形成套索結構后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內含子；IV：是tRNA基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪接過程需酶及ATP。第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的內含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結合成為并接體①目錄第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉酯反應第二次轉酯反應UpAGpU外顯子1內含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉酯反應

(twicetransesterification)

第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經過轉錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的編輯(mRNAediting)人類apoB基因mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四內含子的功能內含子有利于物種的進化選擇調節(jié)功能特殊性編碼酶分子第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四tRNA的轉錄后加工初級產物中有5’端的16個堿基和反密碼子后的14個堿基需要去除。第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、tRNA的轉錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四RNAaseP、內切酶第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四tRNA核苷酸轉移酶、連接酶ADPATP第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的轉位反應如：Uψ（4）脫氨反應如：