分子生物学：第五章 转录

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1、第五章转录 本章重点1.RNA聚合酶的结构及功能。2.原核生物启动子、终止子的结构及功能。3.增强子、沉默子和绝缘子的概念。4.RNA的加工5.核酶的概念。6.反转录的概念。本章内容第一节 原核生物的转录第二节 真核生物的转录第三节 RNA的加工第四节 反转录一、基本概念转录：转录是由RNA聚合酶催化，通过碱基互补配对合成RNA的反应。RNA合成的方向是即从RNA分子的53。 分3步：起始、延伸、终止第一节 原核生物的转录一、基本概念模板链：转录的模板，也称为非编码链或反义链。非模板链：除U变成T外，与RNA相一致，也称为编码链或有义链。 二、RNA聚合酶（一）功能1.该酶在RNA合成过程中指

2、导NTP同模板DNA碱基配对，并催化磷酸二酯键的形成。2.原核细胞只有一种RNA聚合酶，负责所有RNA分子（包括mRNA、rRNA、tRNA）的合成。3.该酶活性能被抗生素利福平抑制。 （二）结构核心酶由2 五个亚基构成，催化磷酸二酯键的形成。 亚基亚基功能功能 酶组装、 识别启动子、 结合激活子 催化中心酶的组装和稳定 识别启动子n 因子1.因子只参与转录的起始，当RNA合成开始一段时间后，立即从核心酶上释放。 2.不同原核生物都具有基本相同的核心酶，但亚基差异较大，这决定了原核生物基因表达的选择性。三、转录过程（一）起始过程 形成闭合启动子复合物 形成开放启动子复合物 合成最初的几个核苷酸

3、 启动子清除 启动子转录起始时，RNA聚合酶结合到位于基因起始上游处特殊序列的双链DNA上，该特殊序列称为启动子。 核心启动子启动子上转录起始必需的DNA序列。核心启动子核心启动子功能功能序列序列别名别名-35 位点位点识别区识别区TTGACASextama Box-10 位点位点解链区解链区TATAATPribnow Box+1 位点位点起始点起始点/ 启动效率启动子的启动效率决定于：核心启动子的碱基序列35区与10区之间的距离（二）延伸 因子脱落 RNA连续合成 边解旋边复性 延伸速度不均（三）终止RNA聚合酶沿着模板DNA移动合成RNA分子，直到遇到终止子，聚合酶停止把底物加到生长的RN

4、A 链3-OH端，释放出完成的RNA分子，聚合酶从DNA模板解离。 终止子1.概念终止子是指引起RNA聚合酶转录终止的一段DNA序列。2.类型不依赖于因子的终止子依赖于因子的终止子 不依赖于因子的终止子结构特点是RNA产物3末端具有一个富含GC的发夹结构和一段富含U的片段。 依赖于因子的终止子结构特点是RNA产物3末端具有一个弱的发夹结构，但不含一段富含U的片段。 n 因子因子是由六个相同亚基组成的分子量约274.6 kD的蛋白复合体，是依赖ATP的解旋酶家族成员。它具有两种活性：一是RNADNA解旋活性，二是ATP水解活性。 第二节 真核生物的转录一、RNA聚合酶（一）类型snRNA:核内小

5、RNAn -鹅膏蕈碱 一种毒菌类鬼笔鹅膏（Amanita phalloides）所生成的具有双环结构的八肽毒素。（二）结构二、RNA聚合酶II（一）功能 RNA聚合酶II负责转录所有编码蛋白质的结构基因，因此是最重要的RNA聚合酶。 ortholog ortholog dimer （二）II型核心启动子（三）II型转录因子（TFII）n转录因子：是一群能与特定DNA序列结合，从而调控目的基因转录的蛋白质分子。1. TFIIDTFD是RNA聚合酶I，II，III都必需的转录因子。TFD由多个亚基组成，其中亚基TBP（TATA结合蛋白）是参与三种RNA聚合酶起始复合物装配的必要组分。2. TFII

6、BTFB利用C端结合TATA框，利用N端结合RNA聚合酶II。它的主要作用是发挥桥梁功能，促使RNA聚合酶组装到复合物上。3. TFIIHTFH是由多个亚基组成的大复合物，具有解旋酶活性和激酶活性，能使CTD磷酸化。（四）其他调控元件1.增强子增强子是能够远距离作用调节启动子来增强转录效率的DNA序列。 增强子和启动子的差异增强子和启动子的差异 2.沉默子沉默子是能够抑制附近基因表达的DNA序列。沉默子对基因转录调控的作用特点与增强子类似，距离和方向都无关紧要，因此也称为负增强子。 3.绝缘子 绝缘子是一段能阻断增强子使转录失活或防止沉默子使异染色质延伸保护转录进行的DNA元件。 （五）转录过

7、程（a1）TBP 与TFIIB, TFIIF和RNA聚合酶II在起始子处形成最小起始复合物。（五）转录过程（a2）添加TFIIH, TFIIE和ATP使得DNA在起始区解链，RNA聚合酶的最大亚基的CTD部分磷酸化。（五）转录过程(b) ATP供能下, TFIIH的解旋酶活性 引起DNA进一步解旋，转录泡增大。RNA聚合酶II离开启动子。（五）转录过程(c) TEFb对CTD进一步磷酸化，RNA连续合成。延伸时不需要TFIIE和TFIIH。第三节 RNA的加工一、概述（一）概念 RNA加工就是前体RNA（pre-RNA）转变为成熟RNA分子的过程。 （二）方式（1）核苷酸的切除（2）添加核苷酸

8、（3）碱基或糖苷的修饰二、rRNA的加工（一）原核生物rRNA的加工转录产物内部碱基配对折叠形成茎环结构；一些特定的蛋白能够识别这些茎环结构与之结合，形成RNP； （一）原核生物rRNA的加工 特定核苷酸甲基化； RNAase剪切释放出5S、16S、23S前体分子 RNAase M5、M16、M23分别在其不同前体分子末端进一步剪切，最终释放成熟的5S、16S、23S rRNA分子。 （一）真核生物rRNA的加工 47S前体rRNA首先切除外部转录间隔区(ETS),再切除内部转录间隔区(ITS1)，释放出32S和20S两个前体rRNA分子； （二）真核生物rRNA的加工 接下来32S和20S前

9、体rRNA进一步修剪，20S前体rRNA加工成18S成熟的rRNA，而32S前体rRNA加工成5.8S和28 S rRNA； （一）原核生物tRNA的加工三、tRNA的加工前体tRNA转录产物首先折叠成茎环结构；内切核酸酶RNAase E、F在前体3端切除一个侧翼序列，留下额外9nt；（一）原核生物tRNA的加工外切酶RNAase D切除3端的其中7nt；内切酶RNAase P切除前体5端的28nt，直接形成成熟的5端；碱基修饰。 （一）原核生物tRNA的加工随后RNAase D继续切除剩余的2nt，形成最终成熟的3端（5- CCA-3）；最后进行一系列的碱基修饰。 （二）真核生物tRNA的加

10、工前体转录产物折叠成特征茎环二级结构；内切酶识别二级结构后，切除5端16nt前导区和3 端额外的2nt；。 （二）真核生物tRNA的加工tRNA核苷酸转移酶将5-CCA-3序列添加到3端，形成成熟的3端；内切酶切除14nt的内含子，再将两个外显子片段连接；最后进行一系列的碱基修饰。 （三）真核生物mRNA的加工1. 5 加帽 真核生物mRNA转录开始后不久，RNA链长度超过20-30nt之前，在延伸RNA分子的5端就发生了加帽反应。 n 帽子的功能对5外切核酸酶形成屏障，有效保护和稳定转录产物；有助于前体mRNA的剪接和转运到细胞质；能够提高翻译的效率。2. 3加尾蛋白因子识别信号序列AAUA

11、AA后，结合到前体mRNA上，组装成复合体；核酸内切酶对前体mRNA特定位点进行剪切；最后聚腺苷酸聚合酶在剪切后的3端添加多至250个A残基。 3.内含子剪接（1）剪接：把内含子从前体mRNA中去除，而将外显子拼接在一起的过程。 （2）内含子与外显子内含子：断裂基因的非编码区，可被转录，但在mRNA加工过程中被剪切掉。外显子：断裂基因的编码区，可被转录，在mRNA加工过程中被保留下来。（3）剪接机制剪接体参与两次转酯反应GTAG法则 核酶核酶指一种可以催化特定生化反应的RNA分子。 Thomas R. Cech1947-1989年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖4.可变剪接可变剪接是指前体mRNA分

12、子通过不同的剪接方式能够产生一种以上的成熟mRNA分子。 5.反式剪接不同RNA分子间发生外显子的连接，这种剪接方式称为反式剪接。6. RNA编辑 RNA编辑是指原始转录产物的序列发生变化，从而导致编码的蛋白与基因组编码的不同。 第四节 反转录一、概念反转录：以RNA为模板合成DNA的过程称为反转录。反转录过程由反转录酶催化，合成的DNA链称为cDNA。 二、反转录酶反转录过程由反转录酶催化，合成的DNA链称为cDNA。 具有以下活性：DNA聚合酶活性（需要RNA为引物、没有校正功能）；RNase H活性：切除杂合分子中的RNA；DNA指导的DNA聚合酶活性：合成第二条DNA分子。三、机制R：repeat U5: unique 5 endU3: unique 3 endPBS: primer-binding sitePPT: ploypurine tract