1、 本章主要內(nèi)容 轉(zhuǎn)錄是基因表達的中心環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄是基因表達的中心環(huán)節(jié) 轉(zhuǎn)錄涉及的酶與過程轉(zhuǎn)錄涉及的酶與過程 轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工第1頁/共23頁 轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcription） 以以DNA為模板，在為模板，在RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase）的作用下合成）的作用下合成mRNA，將遺傳信息從，將遺傳信息從DNA分子上轉(zhuǎn)移到分子上轉(zhuǎn)移到mRNA分子上，這一過程稱為轉(zhuǎn)分子上，這一過程稱為轉(zhuǎn)錄。錄。第2頁/共23頁1 轉(zhuǎn)錄是基因表達的中心環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄是基因表達的中心環(huán)節(jié) 轉(zhuǎn)錄是以轉(zhuǎn)錄是以 DNA為模板合成為模板合成RNA, 并且只是并且只是以單股以單股DNA 為模板，為模板，因

2、此具有不對稱性；因此具有不對稱性； 用以轉(zhuǎn)錄的單鏈用以轉(zhuǎn)錄的單鏈DNA, 稱為模板鏈稱為模板鏈, 與復(fù)制不同，與復(fù)制不同，轉(zhuǎn)錄是轉(zhuǎn)錄是局部的局部的,從啟動子開始到終止子結(jié)束從啟動子開始到終止子結(jié)束,為一個轉(zhuǎn)錄單位為一個轉(zhuǎn)錄單位; 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄不需要引物不需要引物； 轉(zhuǎn)錄的忠實性相對弱；轉(zhuǎn)錄的忠實性相對弱； 轉(zhuǎn)錄首先得到轉(zhuǎn)錄首先得到RNA前體，然后再進行加工轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓那绑w，然后再進行加工轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA. .第3頁/共23頁被轉(zhuǎn)錄成單個被轉(zhuǎn)錄成單個RNA分子的一段分子的一段DNA 稱為一個轉(zhuǎn)錄單位稱為一個轉(zhuǎn)錄單位(transcript)第4頁/共23頁 分子量分子量48萬，萬，5種亞基：種亞基：

3、 全酶全酶= 核心酶（核心酶（2）+ 因子因子 亞基決定轉(zhuǎn)錄的基因亞基決定轉(zhuǎn)錄的基因 亞基在亞基在53方向上延長多核苷酸鏈，其方式與方向上延長多核苷酸鏈，其方式與DNA 聚合酶相同，原料為聚合酶相同，原料為NTP，沒有糾錯的功能。，沒有糾錯的功能。 亞基結(jié)合亞基結(jié)合DNA模板模板 因子識別因子識別“啟動子啟動子”并與之結(jié)合并與之結(jié)合2 RNA聚合酶聚合酶（ RNA polymerase ）2.1 原核的原核的RNA聚合酶聚合酶第5頁/共23頁聚合酶聚合酶I ：轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄45S rRNA 聚合酶聚合酶II：轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄mRNA的前體的前體(核不均核不均RNA, hnRNA）聚合酶聚合酶III：轉(zhuǎn)錄

4、：轉(zhuǎn)錄tRNA 和和5S rRNA 等等 （注意：（注意： S）2.2 真核的真核的RNA聚合酶聚合酶第6頁/共23頁 沉降系數(shù)沉降系數(shù) S 生物大分子在離心場中沉降，受到三種力的影響，它們是離生物大分子在離心場中沉降，受到三種力的影響，它們是離心力，浮力和摩擦力。物質(zhì)在單位離心力場下的沉降速度是個定心力，浮力和摩擦力。物質(zhì)在單位離心力場下的沉降速度是個定值，稱為沉降系數(shù)（值，稱為沉降系數(shù)（sedimentation coefficient） 。 蛋白質(zhì)、核酸等的沉降系數(shù)在蛋白質(zhì)、核酸等的沉降系數(shù)在1 X 10-13到到 200 X 10-13秒秒 之間。之間。為方便將為方便將10-13秒作為

5、一個單位，稱秒作為一個單位，稱Svedberg單位，用單位，用S表示。表示。 其數(shù)值不僅與物質(zhì)分子的質(zhì)量有關(guān)，也與分子的形狀有關(guān)。其數(shù)值不僅與物質(zhì)分子的質(zhì)量有關(guān)，也與分子的形狀有關(guān)。 第7頁/共23頁 DNA上的轉(zhuǎn)錄起始序列，稱為啟動子，有序列上的轉(zhuǎn)錄起始序列，稱為啟動子，有序列保守性，不僅是轉(zhuǎn)錄起始的位置，而且影響轉(zhuǎn)錄的保守性，不僅是轉(zhuǎn)錄起始的位置，而且影響轉(zhuǎn)錄的活性。活性。RNA聚合酶結(jié)合在啟動子聚合酶結(jié)合在啟動子上上上游上游下游下游3 啟動子啟動子（ promoter ）第8頁/共23頁注意原核啟動子在注意原核啟動子在-35 和和-10區(qū)域的保守序列區(qū)域的保守序列Pribnow box第

6、9頁/共23頁 真核轉(zhuǎn)錄啟動子的保守序列真核轉(zhuǎn)錄啟動子的保守序列 （TATA box，TATA盒）盒） 并非所有的真核基因都有典型的并非所有的真核基因都有典型的TATA box，不同生物，不同生物的基因有不同的上游的基因有不同的上游DNA序列序列第10頁/共23頁 4.1 轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄開始 由由因子辨認并且結(jié)合到啟動子上因子辨認并且結(jié)合到啟動子上，局部解鏈（，局部解鏈（10-20bp），拓樸異構(gòu)酶等也參與。），拓樸異構(gòu)酶等也參與。 4.2 RNA鏈的延伸鏈的延伸 由核心酶催化，以其中的一股由核心酶催化，以其中的一股DNA 單鏈作為模板鏈，以單鏈作為模板鏈，以NTP為原料，按照堿基互補配對的原則

7、，為原料，按照堿基互補配對的原則，通常是由通常是由5ppp嘌呤嘌呤核苷（核苷（G 或或A ）開頭向著）開頭向著3方向延長多核苷酸鏈方向延長多核苷酸鏈，合成開始后，合成開始后，因子從模板上脫離下來（可以重復(fù)利用）。因子從模板上脫離下來（可以重復(fù)利用）。 核心酶覆蓋雙鏈核心酶覆蓋雙鏈DNA和和RNA復(fù)合物，向前推進，一邊解復(fù)合物，向前推進，一邊解開螺旋，一邊釋放出新合成的開螺旋，一邊釋放出新合成的RNA鏈，后面已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的區(qū)域中鏈，后面已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的區(qū)域中分開的分開的DNA鏈又重新形成雙螺旋。鏈又重新形成雙螺旋。4 轉(zhuǎn)錄過程及其特點轉(zhuǎn)錄過程及其特點第11頁/共23頁“轉(zhuǎn)錄泡（轉(zhuǎn)錄泡（transcript

8、ion bubble）”第12頁/共23頁轉(zhuǎn)錄過程中的模板識別、起始和延伸轉(zhuǎn)錄過程中的模板識別、起始和延伸第13頁/共23頁 A. 依賴依賴因子的終止因子的終止 新生新生RNA上有上有因子的識別位點。它與聚合酶因子的識別位點。它與聚合酶-DNA-RNA復(fù)復(fù)合物結(jié)合，向合物結(jié)合，向3端移動，并解開端移動，并解開DNA-RNA雜交體，需雜交體，需ATP。 B. 依賴于特定序列的終止依賴于特定序列的終止 轉(zhuǎn)錄終止區(qū)有特殊結(jié)構(gòu)。終止區(qū)的上游有轉(zhuǎn)錄終止區(qū)有特殊結(jié)構(gòu)。終止區(qū)的上游有GC二重對稱區(qū)，轉(zhuǎn)二重對稱區(qū)，轉(zhuǎn)錄的錄的RNA容易形成多個容易形成多個“發(fā)卡發(fā)卡”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3端有端有p

9、olyU序列。這種特殊的二級結(jié)構(gòu)阻止了轉(zhuǎn)錄向下游繼續(xù)推進。序列。這種特殊的二級結(jié)構(gòu)阻止了轉(zhuǎn)錄向下游繼續(xù)推進。 4.3 轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄的終止第14頁/共23頁AB轉(zhuǎn)錄終止的兩種方式轉(zhuǎn)錄終止的兩種方式第15頁/共23頁 轉(zhuǎn)錄得到的只是轉(zhuǎn)錄得到的只是RNA的初級產(chǎn)物，通常要經(jīng)過加工，的初級產(chǎn)物，通常要經(jīng)過加工，才能轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓牟拍苻D(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA。tRNA 和和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工比較簡的轉(zhuǎn)錄后加工比較簡單單. 5 RNA后的加工（后的加工（ post-transcriptional processing）原核前體原核前體RNA的加工的加工第16頁/共23頁tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾轉(zhuǎn)錄后的加工與

10、修飾 注意注意tRNA上的修飾和稀有堿基上的修飾和稀有堿基第17頁/共23頁 mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工 原核生物的結(jié)構(gòu)基因（編碼的）是多順反子（原核生物的結(jié)構(gòu)基因（編碼的）是多順反子（poly-cistron），通常是將幾個相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因一起轉(zhuǎn)錄得到多個），通常是將幾個相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因一起轉(zhuǎn)錄得到多個mRNA。 （順反子（順反子cistron 一詞可以視作基因的同義詞）。一詞可以視作基因的同義詞）。 而真核基因是單順反子（而真核基因是單順反子（mono-cistron），其），其mRNA 的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錄比較復(fù)雜錄比較復(fù)雜, 因為真核通常只轉(zhuǎn)錄出一個結(jié)構(gòu)基因因為真核通常只轉(zhuǎn)錄出一個結(jié)構(gòu)基因,而

11、且其結(jié)構(gòu)基因而且其結(jié)構(gòu)基因通常又是斷裂基因通常又是斷裂基因, 即是由編碼的外顯子（即是由編碼的外顯子（exon）和不編碼的內(nèi)含）和不編碼的內(nèi)含子（子（intron）間隔排開組成的。因此）間隔排開組成的。因此, 轉(zhuǎn)錄得到的僅僅是轉(zhuǎn)錄得到的僅僅是mRNA的的“毛坯毛坯”，稱為核不均，稱為核不均RNA（hnRNA），要進行轉(zhuǎn)錄后的加工），要進行轉(zhuǎn)錄后的加工-在其在其5端加上鳥嘌呤端加上鳥嘌呤“帽子帽子”，3端加上端加上polyA的的“尾巴尾巴”，再切除內(nèi)含子，將外顯子拼接，才能成為一個成熟的再切除內(nèi)含子，將外顯子拼接，才能成為一個成熟的mRNA。第18頁/共23頁真核真核mRNA前體轉(zhuǎn)錄后加工前體轉(zhuǎn)

12、錄后加工(以卵清蛋白以卵清蛋白mRNA的轉(zhuǎn)錄為例的轉(zhuǎn)錄為例)外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子53第19頁/共23頁真核生物真核生物mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄后加工，的轉(zhuǎn)錄后加工，包括：包括：1.1.在在55端加鳥嘌呤端加鳥嘌呤“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2.在在33端加端加polyApolyA的的“尾尾”3.3.切除內(nèi)含子；切除內(nèi)含子；4.4.拼接外顯子。拼接外顯子。5 帽結(jié)構(gòu)帽結(jié)構(gòu)第20頁/共23頁 在原生動物四膜蟲（在原生動物四膜蟲（tetrahymena）中，）中，26S rRNA分子是分子是有一個的前體經(jīng)切除有一個的前體經(jīng)切除1個個414nt的內(nèi)含子后形成的的內(nèi)含子后形成的,在此在此過程中過程中, RNA進行了自我剪接（進行了自我剪接（s