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RNA Biosynthesis (Transcription)

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Presentation Transcript

  1. 第十一章 RNA 生物合成 (转录) RNA Biosynthesis (Transcription) The biochemistry and molecular biology department of CMU

  2. RNA 转录(transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转录 DNA

  3. 转录与复制的相似点: 1. 模板均为DNA; 2. 延长机理都是形成磷酸二酯键; 3.方向均为5′→3′。 

  4. 转录和复制的区别

  5. 参与转录的物质 原料: NTP(ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA 酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子

  6. 第一节 转录的模板和酶 Templates of Transcription and Enzymes

  7. 一、转录模板 编码链 (coding strand) 模板链 模板链 (template strand) 编码链 能转录出RNA的DNA区段

  8. 双链DNA分子中能作为模板转录出RNA的那条链,称为模板链。又叫有意义链(sense strand)或Watson链。    另一条互补链称为编码链,又叫反义链(antisense strand)或 Crick链。

  9. 转录产物RNA的碱基序列,除了 T 变U 外,其余与编码链相同。

  10. 不对称转录 (asymmetric transcription) • 在DNA分子双链上某一区段,一股链可转录,另一股链不转录; • 模板链并非永远在同一单链上。

  11.      二、RNA聚合酶(DDRP) 1.原核生物的RNA聚合酶 E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体( 2   )

  12. RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱

  13. E. coliRNA聚合酶组分

  14. 其他原核生物的RNA聚合酶,在结构、组成、功能上均与E.coli相似。其他原核生物的RNA聚合酶,在结构、组成、功能上均与E.coli相似。   原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗 结核药利福平或利福霉素的特异性抑制。这类药物能与RNA聚合酶的亚基特异结合,从而影响酶的活性。

  15. RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合

  16. 2.真核生物的RNA聚合酶

  17. RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都由多个 亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。 mRNA是各种RNA中寿命最短、 最不稳定的,需经常重新合成。因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的。

  18. 三、酶与模板的辨认结合 原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称为操纵子(operon),包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。 RNA聚合酶结合模板DNA的部位称为启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。

  19. RNA聚合酶保护法

  20. RNA聚合酶保护区 结构基因 3 5 5  3  3  5  3 5 -50 -40 -30 -20 -10 1 10 开始转录 -35 区 -10 区 T T G A C A A A C T G T T A T A A T Pu A T A T T A Py 原核生物启动子保守序列

  21. 原核生物启动子 -35区:一致性序列为TTGACA 是RNA-pol的辨认位点 -10区:一致性序列为TATAAT 又叫Pribnow盒 是RNA-pol的结合位点

  22. 真核生物启动子

  23. 第二节 转录过程 The Process of Transcription

  24. 分为三个阶段: 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination)

  25. 一、原核生物的转录过程 (一)转录起始 1. RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域。 2. DNA双链解开,以一条链为模板,合成第一个磷酸二酯键。

  26. 转录起始过程 1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合。 2. DNA双链解开。 3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应,形成转录起始复合物。 5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN- OH 3 + PPi

  27. 转录起始复合物 RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3

  28. (二)转录延长 1. 亚基脱落,RNA–pol聚合酶核心酶变构,与模板结合松弛,沿着DNA模板前移; 2. 在核心酶作用下,NTP不断聚合,RNA链不断延长。 (NMP) n +NTP  (NMP) n+1 + PPi

  29. 转录泡(transcription bubble): 在转录延长过程中,由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体,为空泡状结构,又称转录复合物。

  30. 电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象 转录未完成,翻译已开始进行。

  31. 转录的起始及延长过程

  32. (三) 转录终止 RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来,转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。 分类: • 依赖Rho (ρ)因子的转录终止 • 非依赖Rho因子的转录终止

  33. 1. 依赖ρ因子的转录终止 • 因子是同六聚体蛋白; • 因子能结合RNA,与poly C的结合力最强; • 因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。

  34. 2. 不依赖ρ因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处,有特殊的碱基序列,转录出RNA后,RNA产物形成特殊的结构来终止转录。

  35. 茎环结构终止转录的机理 • 使RNA聚合酶变构,转录停顿; • 使转录复合物趋于解离,RNA产物释放。

  36. 二、真核生物的转录过程 (一)转录起始 真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化,转录起始时,RNA-pol不直接结合模板,其起始过程比原核生物复杂。

  37. 1.转录起始前的上游区段 修饰点 顺式作用元件(cis-acting element) 切离加尾 AATAAA 翻译起始点 外显子 转录起始点 内含子 转录终止点 增强子 TATA盒 OCT-1 CAAT盒 GC盒 OCT-1:ATTTGCAT八聚体

  38. 2.转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质,统称为反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中,直接或间接结合RNA聚合酶的,则称为转录因子(trans-criptional factors, TF)。

  39. 参与RNA-pol Ⅱ转录的TFⅡ

  40. 3. 转录起始前复合物 • (pre-initiation complex, PIC) 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合,而需依靠众多的转录因子。

  41. TAF TBP TF II H

  42. 4. 拼板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合,生成有活性和专一性的复合物,再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。

  43. (二)转录延长 真核生物转录延长过程与原核生物大致相似,但因有核膜相隔,没有转录与翻译同步的现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。 转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。