转录及转录后加工课件

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1、第第 五五 章章转录及转录后加工转录及转录后加工生化教研室生化教研室 肖建英肖建英第一节第一节 转录的基本原理转录的基本原理第二节第二节 DNA指导下的指导下的RNA聚合酶聚合酶第三节第三节 与转录起始和终止有关的与转录起始和终止有关的DNA结构结构第四节第四节 转录后加工过程及其机制转录后加工过程及其机制主要内容：主要内容： 转录转录 (transcription) 生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程。 转录转录RNADNA 第一节第一节 转录的基本原理转录的基本原理一、基本概念一、基本概念 u 参与转录的物质参与转录的物质原料原料: : NTP (ATP, UTP

2、, GTP, CTP) 模板模板: : DNA酶酶: : RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子u 转录与复制的相似之处：转录与复制的相似之处： 都是酶促的核苷酸聚合过程；都是酶促的核苷酸聚合过程； 都以都以DNA为模板；为模板； 都需依赖都需依赖DNA的聚合酶；的聚合酶； 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键； 都从都从5至至3 方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸； 都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。 转录与复制都受到严格的调

3、控转录与复制都受到严格的调控 二、转录与复制的异同二、转录与复制的异同 u 转录和转录和复制的区别复制的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶

4、酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制引物引物 有有 无无高度进行性高度进行性 中途不停止中途不停止 可一段一段复制可一段一段复制一、原核生物的一、原核生物的RNA聚合酶聚合酶 大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的的RNA聚合酶是由聚合酶是由4种亚基种亚基、 和和 (sigma)组成的五聚体蛋白质，组成的五聚体蛋白质，分子量为分子量为480kD。2 合称为合称为核心酶核心酶(core enzyme)； 在试管内能催化在试管内能催化NTP聚合生成聚合生成RNA。 亚基加上核心酶亚基加上核心酶(2 )称为称为全酶（全

5、酶（holoenzyme)。第二节第二节 DNADNA指导下的指导下的RNARNA聚合酶聚合酶 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶组分聚合酶组分RNARNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) RNARNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类 定定 位位

6、核核 仁仁 核核 质质 核核 质质转录产物转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA,tRNA, U1-13snRNA U6snRNA， （U6除外）除外） 非非UsnRNA 对鹅膏蕈碱反应对鹅膏蕈碱反应 耐受耐受 极敏感极敏感 中度敏感中度敏感二、真核生物的二、真核生物的RNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶u 转录模板转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因结构基因(structural gene)。 DNA双链按碱基配对规律能指引转录生成双链按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为的一股单链，称为模板链模板链(templa

7、te strand)，也，也称作称作反意义链反意义链或或Watson链链。相对的另一股单链是相对的另一股单链是编码链编码链(coding strand)，也，也称为称为有意义链有意义链或或Crick链链。 5 G C A G T A C A T G T C3 3 c g t c a t g t a c a g5 5 G C A G U A C A U G U C3 N Ala Val His Val C DNA转录转录mRNA翻译翻译肽肽DNA模板、转录产物模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系和氨基酸序列之间的关系编码链编码链模板链模板链5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编

8、码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) 在在DNA分子双链上某一区段，一股链用分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录作模板指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。 第三节第三节 与转录起始和终止有关的与转录起始和终止有关的DNA结构结构一、原核生物的启动子和终止子一、原核生物的启动子和终止子（一）启动子结构（一）启动子结构 原核生物一个转录区段可视为一个转原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为录单位，称为

9、操纵子操纵子(operon)，包括若干，包括若干个个结构基因结构基因及其上游及其上游(upstream)的的调控序调控序列列。 5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，的部位，称为称为启动子启动子(promoter)。RNA聚合聚合酶保护法酶保护法开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认

10、位点辨认位点(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 -35区区 -10区区 +1trp T T G A C AN17T T A A C T N7 AtRNAtrp T T T A C AN16 T A T G A T N7 ALac T T T A C AN17T A T G T T N6 ArecA T T G A T AN16T A T A A T N7 Aara C T G A C GN18T A C T G T N6 A最大一致性最大一致性 T T G A C A T A T A A T 38 36 29 40 25 30 3

11、7 37 28 41 29 44X/45被被RNA聚合酶保护的聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析区段碱基序列分析1、Pribnow 框：框： 10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框框是是RNA聚合酶的牢固结合位点，聚合酶的牢固结合位点，简称结合位点。简称结合位点。u 细菌中常见两种启动子突变：细菌中常见两种启动子突变：启动子上升突变，提高转录活性；启动子上升突变，提高转录活性；启动子下降突变，降低转录水平。启动子下降突变，降低转录水平。 的存在保证原核生物的存在保证原核生物RNA聚合酶只能与启聚合酶只能与启 动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。动子区而不是其它

12、区域形成稳定的二元复合物。2、Sextama 框：框： 35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框框是是RNA聚合酶中聚合酶中 的识别位点，的识别位点， 也是也是RNA聚合酶的初始结合位点。聚合酶的初始结合位点。l Pribnow 框与框与Sextama 框之间的碱基序列框之间的碱基序列 并不重要，但并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；两个序列之间的距离十分重要；l 天然启动子这段距离多为天然启动子这段距离多为1520bp，距离的，距离的 大小可能是决定启动子强度的因素之一。大小可能是决定启动子强度的因素之一。l 实验表明：两个序列之间的距离为实验表明：两个序列之间的

13、距离为17bp时，时， 转录效率最高。转录效率最高。3、CAP位点位点：（乳糖：（乳糖操纵子的启动子序列）操纵子的启动子序列）v CAP即即分解代谢物基因激活蛋白分解代谢物基因激活蛋白 (catabolite gene activation Protein) 也称环腺苷酸受体蛋白（也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。）。u CAP分子内有两个结构域：分子内有两个结构域： 羧基末端结构域是羧基末端结构域是DNA结合区；结合区； 氨基末端结构域是氨基末端结构域是cAMP结合位点。结合位点。u CAP与与cAMP的结合能提高的结合能提高CAP对双链对双链DNA 的亲和力；的亲和力；u CAP与启动子（与

14、启动子（CAP位点）的结合是激活乳位点）的结合是激活乳 糖操纵子转录的必要条件。糖操纵子转录的必要条件。l 乳糖启动子中有两个乳糖启动子中有两个CAP结合位点：结合位点： 一个在一个在 70 50位点，称位点位点，称位点； 一个在一个在 50 40位点，称位点位点，称位点。l 位点位点包含一个反向重复序列，是强结合位点；包含一个反向重复序列，是强结合位点； 位点位点是弱结合位点。是弱结合位点。AATGTGAGTT AGCTCACTCATTACACTCAA TCGAGTGAGT位点位点的反向重复序列的反向重复序列（二）终止子结构（二）终止子结构 提供转录终止信号的序列称为终止子提供转录终止信号的

15、序列称为终止子（terminator）。）。终止信号存在于终止信号存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。聚合酶已经转录过的序列之中。u 原核生物终止子分为两类：原核生物终止子分为两类： 一类是不依赖于一类是不依赖于因子的转录终止；因子的转录终止； 一类是一类是依赖依赖因子的转录终止；因子的转录终止；u 两类终止子有共同的序列特征：两类终止子有共同的序列特征： 在转录终止点之前有一段间断的回文结构。在转录终止点之前有一段间断的回文结构。u 两类终止子碱基组成的不同点：两类终止子碱基组成的不同点： 不依赖不依赖因子因子 回文结构富含回文结构富含G-C 下游富含下游富含A-T 依赖依赖因子因子 G

16、-C含量较少含量较少 下游无特征下游无特征转录方向转录方向3 3 5 TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3 3 5 5 DNA模板链模板链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5 CGCCCGAGCGGGCU5 TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3 u 不依赖不依赖因子因子 的终止子的终止子 转录方向转录方向3 3 5 TAAGTAGATTCATCCTACTTAGATGAATAGCTACTCGATG3 3 5 5 DNA模板链模板链编码链编码链AGCTACUCGAUG5 CUACUUAGAUGAAU5 TCGATGDNA模板

17、链模板链编码链编码链转录产物转录产物3 u 依赖依赖因子因子 的终止子的终止子 二、真核生物的启动子二、真核生物的启动子 u 类启动子分两部分：类启动子分两部分： 40 5 称为近启动子，决定转录起始的位点；称为近启动子，决定转录起始的位点； 16540 称为远启动子，影响转录的频率。称为远启动子，影响转录的频率。真核生物的三种真核生物的三种RNA聚合酶，每一种都有自己聚合酶，每一种都有自己的启动子类型。的启动子类型。（一）（一）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子 即即 rRNA 基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子。类启动子。 （二）（二）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子 1、帽子位点

18、（、帽子位点（cap site）：）： 即转录起始位点，其碱基大多为即转录起始位点，其碱基大多为 A 。 2、TATA 框：框： 又称又称Hogness 框，由含有框，由含有TATA 的的67个核苷酸组个核苷酸组成，保守序列为成，保守序列为 TATA（A/T）A（A/T） 。 但但TATA框的两侧富含框的两侧富含G-C碱基对。碱基对。l TATA 框位于框位于25 附近，精确决定转录起始位点。附近，精确决定转录起始位点。 其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。即即 mRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子类启动子 3、CAAT 框：

19、框： 位于位于 75 附近，保守序列为附近，保守序列为 GGNCAATCT。头两个头两个 G 非常重要，一但突变，转录效率大大非常重要，一但突变，转录效率大大下降。下降。l CAAT 框控制着转录起始的频率。框控制着转录起始的频率。4、GC 框：框： 位于位于110附近，以附近，以5 CCGCC 3序列为特征。序列为特征。5、增强子（、增强子（enhancer）：）： l 能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，增强启动子转录活性的特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列。序列。l 增强子作用特点增强子作用特点： 增强效应十分明显：使转录频

20、率增加百倍或千倍。增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。 增强效应增强效应与其所处的位置和取向无关：与其所处的位置和取向无关： 增强子以增强子以5 5 33 或或 3 3 55 排列对启动子都有作用。排列对启动子都有作用。 大多为重复序列：长约大多为重复序列：长约50bp50bp，适合与反式因子结合，适合与反式因子结合，内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。 增强效应具有严密的组织和细胞特异性。增强效应具有严密的组织和细胞特异性。 没有基因专一性。没有基因专一性。 许多增强子受外部信号的调控。许多增强子受外部信号的调控。GCGC-CAAT-TAT

21、A-ATGAATAAA切离加尾切离加尾真正终止点真正终止点修饰点修饰点外显子外显子内含子内含子翻译起始翻译起始转录起始转录起始TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子真核生物真核生物RNApol的启动子的启动子 （三）（三）RNA聚合酶聚合酶 的启动子的启动子 即即 tRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子。类启动子。l 类启动子位于转录起始点下游，称类启动子位于转录起始点下游，称 下游启动子或内部启动子。下游启动子或内部启动子。l 类启动子包括：类启动子包括：A盒、盒、B盒盒 A盒靠近盒靠近5方向；方向； B盒盒 靠近靠近3 方向方向 。 l 类启动子需要的转录因子包括：类启动子

22、需要的转录因子包括： TF C、TF B、TF A，前两者是共同，前两者是共同的，后者为的，后者为5S rRNA基因转录所需。基因转录所需。三、原核生物和真核生物三、原核生物和真核生物 转录起始位点的结构差异转录起始位点的结构差异 原核生物原核生物 真核生物真核生物帽子结构帽子结构 没有没有 有有 起始核苷酸起始核苷酸 嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶 嘌呤（嘌呤（A为主）为主）启动区范围启动区范围 较小较小(170) 较大较大 (1110) 上游序列上游序列 TTGACA CAAT、GC、增强子、增强子图图5-4 P155页页原核生物与真核生物启动子比较原核生物与真核生物启动子比较原核生物和真核生物转录

23、及抑制剂原核生物和真核生物转录及抑制剂 第第 四四 节节 l 原核生物转录的起始原核生物转录的起始l 原核生物转录的延长原核生物转录的延长l 原核生物转录的终止与新合成原核生物转录的终止与新合成RNA链的释放链的释放 l 真核生物的转录真核生物的转录l RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂 转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。板的起始区域。1. DNA双链解开，使其中的一条链作为双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。转录的模板。一、原核生物转录的起始一、原核生物转录的起始4. 4. 1010区区DNADNA

24、双链解开双链解开121217bp，形成开放的二，形成开放的二 元元启动子复合物（模板酶）。启动子复合物（模板酶）。 2. RNA2. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( ( 2 2) )与模板与模板3535序列结合，序列结合， 形成闭合的二元闭合启动子复合物。形成闭合的二元闭合启动子复合物。u 转录起始过程转录起始过程1. 因子辨认转录起始点（因子辨认转录起始点（-35区的区的TTGACA序列）序列）3. RNA聚合酶向聚合酶向10区转移，并与之牢固结合。区转移，并与之牢固结合。 RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH

25、+ NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi5. 5. 在在RNARNA聚合酶聚合酶亚基催化下形成第一个磷酸二亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，形成三元复合物（模板酶酯键，形成三元复合物（模板酶RNARNA）。）。6. 当三元复合物中当三元复合物中RNA长长69个核苷酸时，个核苷酸时， 因子因子 从全酶解离下来，进入延长阶段。从全酶解离下来，进入延长阶段。u RNA聚合酶有两个核苷酸结合位点：聚合酶有两个核苷酸结合位点：一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才能形成一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才

26、能形成第一个磷酸二酯键。第一个磷酸二酯键。二、原核生物转录的延长二、原核生物转录的延长1. 1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移； 2. 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不链不断延长。断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi3. 3. 碱基配对原则：碱基配对原则：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C4. 4. 延长中的转录复合物也叫转录空泡。延长中的转录复合物也叫转录空泡。随着随着RNARNA

27、聚合酶前移，转录产物聚合酶前移，转录产物RNARNA不断移出转录空泡，不断移出转录空泡， 已转录完毕的已转录完毕的DNADNA双链又重新复合而不再打开。双链又重新复合而不再打开。5. 5. 原核生物的转录和翻译偶联进行原核生物的转录和翻译偶联进行。转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶三、原核生物转录的终止和新生三、原核生物转录的终止和新生RNARNA链的释放链的释放指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下

28、模板上停顿下来不再前进，转录产物来不再前进，转录产物RNA链从转录复链从转录复合物上脱落下来。合物上脱落下来。 分类分类（一）（一） 依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止l 1969年，年，Roberts发现了能控制转录终止的蛋发现了能控制转录终止的蛋 白质，即白质，即因子。因子。 它由相同的它由相同的6个亚基组成六聚体，分子量个亚基组成六聚体，分子量200kD。 l 因子具有因子具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促酶活性和解螺旋酶活性，是促 使转录三元复合物解离的根本原因。使转录三元复合物解离的根本原因。 因子的因子的 NTP酶活性依赖于单链酶活性依赖于单链RNA的结构。的结构。l 因子依

29、赖性终止子含有一个反向重复序列，因子依赖性终止子含有一个反向重复序列， 使使 RNA末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，末端形成一个发夹结构，导致转录延宕， 因子得以发挥作用，终止转录。因子得以发挥作用，终止转录。（二）（二） 非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止l DNA模板接近转录终止的区域内，有较密集模板接近转录终止的区域内，有较密集 的的A-T配对区或配对区或G-C配对区，且配对区，且G-C配对为回配对为回 文结构。文结构。 l 转录产物转录产物RNA的的3 -末端有若干个连续的末端有若干个连续的U。l 连续连续U区的区的5 -端前方碱基形成端前方碱基形成茎环结构茎环结构或或发发

30、 夹结构夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下。这种二级结构是阻止转录继续向下 游推进的关键。游推进的关键。转录方向转录方向3 3 5 TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3 3 5 5 DNA模板链模板链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5 CGCCCGAGCGGGCU5 TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3 茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 密集密集A-U 配对使转录复合物趋于解离，配对使转录复合物趋于解离，释放释放RNA。 5 pppG5 3 3

31、 5 RNA-pol四、真核生物的转录四、真核生物的转录（一）转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生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，物多样化。转录起始时，RNA-polRNA-pol不直接结不直接结合模板，合模板，而需依靠众多的而需依靠众多的转录因子转录因子，与模，与模板结合形成转录起始前复合物，板结合形成转录起始前复合物，其起始过其起始过程比原核生物复杂得多。程比原核生物复杂得多。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子u 转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修

32、饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体TATA box：启动子核心序列，：启动子核心序列，-25bp区段。区段。CAAT 盒盒GC 盒盒增强子增强子转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)：u 参与参与RNA-pol转录的转录的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促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他

33、因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，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促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基

34、组成，分子量(kD)转录因子转录因子POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大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，没有转录与翻致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。译同步的现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。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转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。位

35、和解聚现象。 RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向（三）转录终止（三）转录终止1、RNA聚合酶聚合酶转录出转录出rRNA前体前体3末端后，末端后， 继续向下游转录超过继续向下游转录超过1000个个bp时，存在一个时，存在一个 18bp的终止序列。的终止序列。2、RNA聚合酶聚合酶 转录模板的下游存在一个转录模板的下游存在一个 终止子，是位于终止子，是位于GC丰富序列之中的丰富序列之中的TTTT。 RNA聚合酶聚合酶有内原性的转录终止功能。有内原性的转录终止功能。3、RNA聚合酶聚合酶的转录没有明确的终止信号的转录没有

36、明确的终止信号。u 原核生物与真核生物转录的区别原核生物与真核生物转录的区别 原核生物原核生物 真核生物真核生物 RNA pol 一种一种 高度分工高度分工起始转录因子起始转录因子 没有没有 需要（各不同）需要（各不同）延长核小体影响延长核小体影响 没有没有 有有启动子以外序列启动子以外序列 没有没有 有且复杂有且复杂转录产物转录产物 多顺反子多顺反子 单顺反子单顺反子场场 所所 转录与翻译偶联转录与翻译偶联 不偶联不偶联 转录终止转录终止 两种终止子两种终止子 不明确不明确 五、五、RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂 l 概念：概念：能阻断、抑制或者干扰核酸的代谢能阻断、抑制或者干扰核酸的代

37、谢 过程，最终抑制转录的一类化合物，过程，最终抑制转录的一类化合物， 称称RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂。l 分三类：分三类： 1、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成；、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成； 2、通过与、通过与DNA结合而改变模板的功能；结合而改变模板的功能； 3、与、与RNA聚合酶结合而影响其活力。聚合酶结合而影响其活力。（一）利福霉素及利福平（一）利福霉素及利福平 作用作用：抗结核药物，特异地抑制细菌：抗结核药物，特异地抑制细菌RNA聚合酶聚合酶 的活性，因而抑制细菌的活性，因而抑制细菌RNA的合成。的合成。机制：利福霉素可与机制：利福霉素可与RNA聚合酶的聚合酶的

38、亚基结合，亚基结合， 并阻止起始位点的填充并阻止起始位点的填充，抑制二核苷酸，抑制二核苷酸 RNA的形成；的形成； 利福平则阻止利福平则阻止RNA聚合酶的移动聚合酶的移动，抑制，抑制 头三个核苷酸的形成。头三个核苷酸的形成。 因此，因此，利福霉素和利福平都是利福霉素和利福平都是RNA链合成链合成 起始过程的抑制剂。起始过程的抑制剂。（二）利迪链菌素（二）利迪链菌素 作用：作用：与细菌的与细菌的RNA聚合酶聚合酶亚基结合，抑制亚基结合，抑制 转录过程中转录过程中RNA链的延长反应。链的延长反应。（三）（三）-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 作用作用：抑制真核生物的：抑制真核生物的RNA聚合酶，且聚合酶，且RN

39、Apol 极为敏感。对细菌极为敏感。对细菌RNA聚合酶作用极弱。聚合酶作用极弱。 转录后加工过程及其机制转录后加工过程及其机制第五节第五节u mRNA的前体加工的前体加工u rRNA的前体加工的前体加工u tRNA的前体加工的前体加工u RNA的剪接和的剪接和RNA催化活性催化活性 u RNA编辑编辑 真核细胞每种转录产物都是各种真核细胞每种转录产物都是各种RNA的前身，的前身， 即无活性，亦无功能。即无活性，亦无功能。 真核初级转录产物必须在胞核内经过适当加工，真核初级转录产物必须在胞核内经过适当加工， 使之变成具有活性的成熟使之变成具有活性的成熟RNA后，由胞核运至胞后，由胞核运至胞 质才

40、能执行翻译功能。质才能执行翻译功能。 真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还 是时间上都是彼此分开进行的。是时间上都是彼此分开进行的。 原核细胞原核细胞mRNA不需加工，不需加工，tRNA和和rRNA加工。加工。 u 真核细胞与原核细胞转录产物的区别：真核细胞与原核细胞转录产物的区别： 一、一、mRNA的前体加工的前体加工1、 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppNp )2、3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)3、中部剪接、中部剪接除去内含子除去内含子4、链内部核苷酸的、链内部核苷酸的甲基化甲基化hnRNA

41、转变成转变成mRNA的加工过程包括：的加工过程包括： 修饰的化学反应：修饰的化学反应： 5 -端的修饰在核内完成，且先于中段剪切。端的修饰在核内完成，且先于中段剪切。 5 帽子分帽子分Cap0、Cap1、Cap2。（一）（一）5 -端加上帽子结构端加上帽子结构(mGpppNp）5 pppN磷酸酶磷酸酶ppi5 pNpppGpi5 GpppN甲基化酶甲基化酶+CH3m7GpppN图图5-9 帽子帽子 p161u mRNA帽子的生理功能：帽子的生理功能： 促进某些促进某些RNA的合成。的合成。 帽子结构参与翻译起始，帽帽子结构参与翻译起始，帽0结构是核糖体识别结构是核糖体识别 mRNA所必需的；核

42、糖体上有帽结合蛋白。所必需的；核糖体上有帽结合蛋白。 帽子结构增加帽子结构增加mRNA的稳定性，保护的稳定性，保护mRNA防防 止其受止其受5核酸外切酶的降解。核酸外切酶的降解。（二）（二）3 -端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)。 polyA的出现不依赖的出现不依赖DNA模板。模板。 加尾信号：加尾信号：3 -末端出现末端出现AAUAAA及下游的及下游的 GU丰富区。在两序列之间由特异的核酸内丰富区。在两序列之间由特异的核酸内 切酶切除多余的核苷酸，然后加上切酶切除多余的核苷酸，然后加上poly A。 尾部修饰和转录终止同时进行。尾部修饰和转录终止同时进行。 3 -端修饰

43、也在核内完成，并先于端修饰也在核内完成，并先于mRNA中段中段 的剪接。的剪接。 polyA的有无及长短是维持的有无及长短是维持mRNA作为翻译模作为翻译模 板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。l mRNA3 -端的多聚腺苷酸化可被冬虫夏草素端的多聚腺苷酸化可被冬虫夏草素 （ 3 -脱氧胸苷）所阻止；脱氧胸苷）所阻止； 即冬虫夏草素是多聚腺苷酸化的特异抑制剂。即冬虫夏草素是多聚腺苷酸化的特异抑制剂。 （三）（三）mRNA的甲基化的甲基化 真核生物真核生物mRNA分子中有许多甲基化的碱基，分子中有许多甲基化的碱基，主要是：主要是：N6-甲基腺嘌呤（甲基

44、腺嘌呤（m6A）。）。二、二、 rRNA前体的加工前体的加工l 原核细胞与真核细胞的原核细胞与真核细胞的rRNA前体都需加工：前体都需加工： 1、原核细胞原核细胞 rRNA 基因与某些基因与某些 tRNA 基因构成基因构成 混合操纵子混合操纵子。u 大肠杆菌共有大肠杆菌共有7个转录单位，每个转录单位个转录单位，每个转录单位 由由16S rRNA、 23S rRNA、 5S rRNA及及 一个或几个一个或几个tRNA基因组成。基因组成。图图5-10 p163大肠杆菌大肠杆菌 rRNA 前体加工过程前体加工过程2、真核细胞、真核细胞 rRNA 基因为串联重复序列：基因为串联重复序列： 由由18S

45、rRNA、 28S rRNA、5.8S rRNA基因基因 组成一个转录单位，彼此被间隔区分开。组成一个转录单位，彼此被间隔区分开。l 每个重复单位之间的间隔每个重复单位之间的间隔DNA序列不转序列不转 录，称为录，称为非转录间隔序列非转录间隔序列。l 真核生物真核生物 5S rRNA基因也是成簇排列的，基因也是成簇排列的， 中间隔以不被转录的区域，它由中间隔以不被转录的区域，它由RNApol 转录，加工成熟后构成核糖体大亚基。转录，加工成熟后构成核糖体大亚基。l 不同生物的不同生物的 rRNA 前体大小不同：前体大小不同：哺乳动物为哺乳动物为45S；果蝇；果蝇38S；酵母；酵母37S；四膜虫；

46、四膜虫35S18S5.8S28S18S-rRNA5.8S和和28S-rRNA内含子内含子45S转录产物转录产物剪剪 接接终产物终产物rDNA基因间隔基因间隔哺乳动物细胞哺乳动物细胞 rRNA 前体加工过程前体加工过程tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA三、三、tRNA前体前体的加工的加工l 原核与真核原核与真核tRNA基因大多成簇存在。基因大多成簇存在。 u tRNA前体的加工包括：前体的加工包括： 剪切内含子剪切内含子 核酸外切酶修剪核酸外切酶修剪3 末端，逐个切去附加序列；末端，逐个切去附加序列； 加上加上CCA-OH的的3 末端，完成柄部结构

47、。末端，完成柄部结构。 碱基修饰碱基修饰u tRNA的加工酶系包括：的加工酶系包括： tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、RNaseP、 RNaseD、 RNase等。等。型：有型：有CCA 序列基因，原核生物绝大部分；序列基因，原核生物绝大部分； 型：没有型：没有CCA序列基因，为真核生物。序列基因，为真核生物。u tRNA基因有两种：基因有两种：l 原核生物与真核生物都有原核生物与真核生物都有tRNA核苷酸转移酶，核苷酸转移酶， 负责给负责给型型tRNA加上加上CCA3-OH末端，末端， 或修复发生损伤的或修复发生损伤的型型 tRNA 3-OH末端。末端。RNaseP、 RNaseD RN

48、ase连接酶连接酶1、剪切内含子、剪切内含子： 属于酶促反应，需要酶及属于酶促反应，需要酶及ATP。ATPADPtRNA核苷核苷酸转移酶酸转移酶2、加上、加上CCA-OH的的3 末端，末端， 完成柄部结构。完成柄部结构。3、碱基修饰、碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 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）四、四、RNA的剪接和的剪接和RNA催化活性催化活性l 真核不连续基因的初级转录产物中，外显子真核不连续基因的初级转录产物中，外显

49、子 与内含子交替出现；与内含子交替出现；l 转录后把内含子切除而把外显子连接起来产转录后把内含子切除而把外显子连接起来产 生成熟生成熟RNA分子的过程，叫分子的过程，叫RNA剪接剪接 （RNA splicing）。）。l 内含子内含子5端与端与3端都存在保守序列，分别端都存在保守序列，分别 称为称为5剪接点（剪接点（GU）和和3剪接点（剪接点（AG）。）。u 内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为四类。子分为四类。 I I类：类：线粒体、叶绿体及低等真核生物细胞核线粒体、叶绿体及低等真核生物细胞核 的的rRNA基因；基因；I

50、I II类：类：线粒体、叶绿体的线粒体、叶绿体的mRNA基因基因； IIIIII类：类：大多数核大多数核mRNA的的基因；基因； IVIV类：类： tRNA基因。基因。（一）第（一）第类和第类和第类内含子的自我剪接特征类内含子的自我剪接特征 5 剪接点剪接点 U GU 3 剪接点剪接点 G AU近近3保守序列保守序列 PyPuPyPyTAPy 5 -P-Q-R-S序列序列 有有 无无能量输入能量输入 第一次亲核攻击第一次亲核攻击 鸟苷酸鸟苷酸 保守保守A2 -OH 类类 内含子内含子 类内含子类内含子（二）（二）rRNA的自我剪接的自我剪接 l 四膜虫四膜虫rRNA剪接剪接由鸟苷酸发动第一次亲

51、核由鸟苷酸发动第一次亲核 攻击攻击，经过两次连续的转酯反应，将两个，经过两次连续的转酯反应，将两个 外显子连接起来，释放出线形内含子序列。外显子连接起来，释放出线形内含子序列。 l 释放出的线形内含子序列再经过两次连续的释放出的线形内含子序列再经过两次连续的 转酯反应，释放出转酯反应，释放出15 核苷酸和核苷酸和 4 核苷酸的核苷酸的 两个小片段，两个小片段，最终形成稳定的线形产物最终形成稳定的线形产物L-19。 （linear minus 19 intervening sequence）l L-19是四膜虫是四膜虫35S rRNA剪接的最终产物，剪接的最终产物， 仍仍具有酶的活性和特征。具有

52、酶的活性和特征。pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification) （三）（三）RNA的催化功能的催化功能 l L-19具有酶的主要特征：专一性强，加快反具有酶的主要特征：专一性强，加快反 应速度，反应前后酶分子保持不变，这种由应速度，反应前后酶分子保持不变，这种由 RNA构成的酶称之为核酶。构成的酶称之为核酶。l 核酶首先是美国核酶首先是美国 Col

53、orado 大学大学Cech在研究在研究 四膜虫四膜虫rRNA剪接机制时发现的。剪接机制时发现的。 他一方面证明了四膜虫他一方面证明了四膜虫rRNA的剪接机制；的剪接机制； 另一方面证明了另一方面证明了L-19 分子的催化活性。分子的催化活性。l 继而在继而在1983年，耶鲁大学年，耶鲁大学Sidney Altamn 发现了第二个核酶，参与发现了第二个核酶，参与 tRNA 前体加工的前体加工的 RNaseP。1992年，加州大学的年，加州大学的Harry Noller 又证明了核糖体大亚基又证明了核糖体大亚基rRNA的催化活性。的催化活性。 四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构

54、四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5 -端核苷酸序列端核苷酸序列最简单的核酶二级结构最简单的核酶二级结构槌头状结构槌头状结构(hammerhead structure)底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同一分子上包括有同一分子上包括有催化催化部份部份和和底物部份底物部份 催化部份和底物部份组催化部份和底物部份组成锤头结构成锤头结构 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。 核酶研究的意义核酶研究的意义人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸

55、分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点（四）（四）tRNA的剪接的剪接 tRNA分子的内含子首先由核酸内切酶（分子的内含子首先由核酸内切酶（RNase）剪去。最后由剪去。最后由RNA连接酶完成连接。连接酶完成连接。 （五（五) ) mRNA的自我剪接的自我剪接 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。l snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接体剪接体，进行剪接；，进行剪接；l 参与参与mRNAmRNA剪切的剪切的snRNP包括包括U U1 1、U2 、U4 、U5 、U6 u 内含子上有内含子上有3个保守性序列

56、个保守性序列剪接位点：剪接位点： 5端起始序列端起始序列GU； 3端端AG; 距距3端端1840个核苷酸处有一个个核苷酸处有一个“分支点分支点” ， 一定含一定含A， 由由A发动第一次转酯反应。发动第一次转酯反应。u 剪接过程是两次转脂反应。剪接过程是两次转脂反应。与与类内含子相似。类内含子相似。（六）顺式和反式剪接（六）顺式和反式剪接 l 内含子剪接一般都是发生在同一基因内，切内含子剪接一般都是发生在同一基因内，切 除内含子，相邻的外显子彼此连接，这种剪除内含子，相邻的外显子彼此连接，这种剪 接称为接称为顺式剪接（顺式剪接（cis-splicing）。）。l 反式剪接（反式剪接（trans-

57、splicing）则是指发生在不则是指发生在不 同基因之间的外显子的剪接。同基因之间的外显子的剪接。l 反式剪接发现于几种锥虫和线虫中。都是在反式剪接发现于几种锥虫和线虫中。都是在 mRNA 5 端存在前导序列，称端存在前导序列，称剪接前导剪接前导RNA （splicing leader RNA，sl RNA）。）。l sl RNA的反式剪接表现了核内剪接系统的进化。的反式剪接表现了核内剪接系统的进化。l 概念：概念：RNA编辑是指在转录产物编辑是指在转录产物RNA前前 体的编码区内发生核苷酸插入、丢失或转体的编码区内发生核苷酸插入、丢失或转 换等现象。换等现象。五、五、RNA的编辑的编辑（m

58、RNA editing）l 近年发现某些近年发现某些mRNA前体的核苷酸序列需加前体的核苷酸序列需加 以改编，才能变成正确的有翻译活性的模板。以改编，才能变成正确的有翻译活性的模板。 mRNA的这种编辑作用广泛存在于原生动物及的这种编辑作用广泛存在于原生动物及 植物细胞的线粒体。植物细胞的线粒体。人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 000）mRNA编辑编辑CUCAAUAA6666位位l 哺乳动物哺乳动物载脂蛋白载脂蛋白-B基因基因的转录产物即存的

59、转录产物即存 在在mRNA编辑作用。编辑作用。u RNA编辑的生物学意义：编辑的生物学意义： 校正作用；校正作用； 调控翻译；如调控翻译；如Apo-B基因在肠道的表达。基因在肠道的表达。 扩充遗传信息：按照基因信息传递的理论，扩充遗传信息：按照基因信息传递的理论， 这种这种mRNA的编辑作用无疑是对传统分子的编辑作用无疑是对传统分子 生物学原理的挑战。生物学原理的挑战。u RNA编辑的四种类型：编辑的四种类型： 简单编辑：单碱基的转变；简单编辑：单碱基的转变； 插入编辑：插入单个核苷酸；插入编辑：插入单个核苷酸； 泛编辑：插入或丢失多个尿嘧啶核苷酸；泛编辑：插入或丢失多个尿嘧啶核苷酸； 多聚腺

60、嘌呤编辑：在转录产物末端加多聚腺嘌呤编辑：在转录产物末端加 A。复习题复习题 1、解释概念：、解释概念：启动子、启动子、Pribnow框、框、Sextama框、框、 TATA框、增强子、框、增强子、RNA剪接、顺式剪接、剪接、顺式剪接、 反式剪接、核酶、反式剪接、核酶、RNA编辑。编辑。2、简述转录与复制的异同点。、简述转录与复制的异同点。3、试述原核生物、试述原核生物RNA聚合酶的组成及作用。聚合酶的组成及作用。4、简述真核生物、简述真核生物RNA聚合酶的种类、特点、聚合酶的种类、特点、 及其转录产物。及其转录产物。 5、原核生物与真核生物、原核生物与真核生物RNApol的启动子各的启动子各 包括哪些序列？有何联系与区别？包括哪些序列？有何联系与区别？6、何谓终止子？比较原核生物两类终止子的异同。、何谓终止子？比较原核生物两类终止子的异同。7、何谓增强子？试述增强子的作用特点。、何谓增强子？试述增强子的作用特点。8、试比较原核生物与真核生物转录的区别。、试比较原核生物与真核生物转录的区别。9、mRNA前体与前体与tRNA前体的加工包括哪些内容？前体的加工包括哪些内容？10、试述、试述mRNA的自我剪接机制及参与的因素。的自我剪接机制及参与的因素。11、何谓核酶？核酶研究的意义如何？目前发现、何谓核酶？核酶研究的意义如何？目前发现 的重要核酶有哪些？的重要核酶有哪些？