1、第五章第五章 RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (RNA transcription) 第一節(jié)：基本概念第一節(jié)：基本概念 第二節(jié)：原核生物第二節(jié)：原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄 第三節(jié)：真核生物第三節(jié)：真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄 第四節(jié)：原核生物第四節(jié)：原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 第五節(jié)：真核生物第五節(jié)：真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 第六節(jié)：真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中內(nèi)含子的去除第六節(jié)：真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中內(nèi)含子的去除第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(transcription) 有義鏈有義鏈 (sense strand) 、編碼鏈、編碼鏈 （coding strand）、非模板鏈）、非模板鏈反義鏈反義

2、鏈 (antisense strand)、模板鏈、模板鏈 （template strand） 信使信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白）：在蛋白質(zhì)合成中起模板作用；質(zhì)合成中起模板作用； 核糖體核糖體RNA（ribosoal RNA，rRNA）：與蛋白）：與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體（質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體（ribosome），核糖體是蛋白質(zhì)合），核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；成的場所； 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白質(zhì)）：在蛋白質(zhì)合成時起著攜帶活化氨基酸的作用。合成時起著攜帶活化氨基酸的作用。RNA合成特征：合成特征： 前體是前體是ATP、UTP、CTP、G

3、TP 合成方向合成方向53 一個轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，一般只有一條一個轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，一般只有一條DNA鏈可以鏈可以被轉(zhuǎn)錄被轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶與聚合酶與DNA聚合酶不同聚合酶不同 轉(zhuǎn)錄的基本過程（轉(zhuǎn)錄的基本過程（P66）：）：模板識別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延伸和終止模板識別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延伸和終止真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中模板的識別有什么真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中模板的識別有什么不同？不同？ 一、一、RNA聚合酶（全酶、核心酶）聚合酶（全酶、核心酶）二、啟動子二、啟動子三、轉(zhuǎn)錄起始三、轉(zhuǎn)錄起始四、轉(zhuǎn)錄延伸四、轉(zhuǎn)錄延伸負(fù)責(zé)起始和延伸負(fù)責(zé)起始和延伸負(fù)責(zé)起始負(fù)責(zé)起始36.5 KD36.5 KD151 KD155 KD11 KD70

4、KD 全酶和啟動子的牢固結(jié)合（全酶和啟動子的牢固結(jié)合（ 亞基）亞基） 未知（未知（ 亞基）亞基） 催化磷酸二酯鍵形成（催化磷酸二酯鍵形成（ 亞基）亞基） 識別啟動子，從正確位置啟動轉(zhuǎn)錄（識別啟動子，從正確位置啟動轉(zhuǎn)錄（因子作用位點）因子作用位點）由于各亞基的功能，使全酶本身含有五個功能位點由于各亞基的功能，使全酶本身含有五個功能位點 有義有義DNA鏈結(jié)合位點（鏈結(jié)合位點（ 亞基提供）亞基提供） DNA/RNA雜交鏈結(jié)合位點（雜交鏈結(jié)合位點（亞基提供亞基提供） 雙鏈雙鏈DNA解鏈位點（前端解鏈位點（前端 亞基提供亞基提供） 單鏈單鏈DNA重旋位點（后端重旋位點（后端亞基提供亞基提供） 識別啟動子

5、，從正確位置啟動轉(zhuǎn)錄（識別啟動子，從正確位置啟動轉(zhuǎn)錄（因子作用位點）因子作用位點） 轉(zhuǎn)錄的真實性取決于特異的轉(zhuǎn)錄起始位點轉(zhuǎn)錄的真實性取決于特異的轉(zhuǎn)錄起始位點 （P70） 只有帶只有帶因子的全酶才能專一結(jié)合于因子的全酶才能專一結(jié)合于DNA上上的啟動子位點的啟動子位點 因子的作用只是起始轉(zhuǎn)錄，一旦轉(zhuǎn)錄開始，因子的作用只是起始轉(zhuǎn)錄，一旦轉(zhuǎn)錄開始，它就脫離了起始復(fù)合物，而由核心酶負(fù)責(zé)它就脫離了起始復(fù)合物，而由核心酶負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸 啟動子、轉(zhuǎn)錄單元、轉(zhuǎn)錄起點（啟動子、轉(zhuǎn)錄單元、轉(zhuǎn)錄起點（P71） RNA聚合酶與啟動子區(qū)的識別方式：氫鍵聚合酶與啟動子區(qū)的識別方式：氫鍵互補(bǔ)（互補(bǔ)（P72） Pribn

6、ow框：框：10，RNA聚合酶牢固結(jié)合位點聚合酶牢固結(jié)合位點 Sextama框：框：35，RNA聚合酶初始結(jié)合位點聚合酶初始結(jié)合位點 依靠依靠因子識別該位點因子識別該位點RNApol 在在DNA上結(jié)合區(qū)域的鑒定上結(jié)合區(qū)域的鑒定 DNase 法法-40bp 足跡法（足跡法（footprinting）結(jié)果相對準(zhǔn)確）結(jié)果相對準(zhǔn)確+20 50（40），大約），大約 60 70 bp 轉(zhuǎn)錄的起始過程轉(zhuǎn)錄的起始過程核心酶核心酶1217bp（亞基）亞基）第三節(jié)第三節(jié) 真核生物真核生物RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNA Transcription in Eukaryots一、真核生物一、真核生物 RNA pol二、真核生物

7、啟動子二、真核生物啟動子三、轉(zhuǎn)錄終止三、轉(zhuǎn)錄終止四、抗轉(zhuǎn)錄終止四、抗轉(zhuǎn)錄終止RNApolRNApol RNApol 對對 - 鵝膏蕈鵝膏蕈堿的敏感性堿的敏感性最不敏感最不敏感 （動、植、昆）（動、植、昆）最敏感最敏感不同種類的敏不同種類的敏感性不同感性不同位置位置核仁核仁 所占比例最大所占比例最大核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA（5.8S、18S、 28S）hnRNA、snRNAtRNA、5S rRNA、Alu序序列，部分列，部分 snRNA 一、真核生物的三種一、真核生物的三種RNApol（P69）二、真核生物啟動子區(qū)的結(jié)構(gòu)（二、真核生物啟動子區(qū)的結(jié)構(gòu)（P75）：）： -25至至-3

8、5bp的的Hogness區(qū)（區(qū)（TATA box） -70至至-80bp的的CCAAT（CAAT box） -80至至-110bp的的GCCACACCC/GGGCGCG（GC box） 上游啟動子元件上游啟動子元件UPE 下降突變、上升突變下降突變、上升突變 （P75） 增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer） TATA區(qū)控制轉(zhuǎn)錄精確起始區(qū)控制轉(zhuǎn)錄精確起始 CAAT區(qū)和區(qū)和GC區(qū)控制轉(zhuǎn)錄起始頻率區(qū)控制轉(zhuǎn)錄起始頻率 原核生物原核生物mRNA半衰期短半衰期短 原核生物原核生物多順反子；真核生物多順反子；真核生物單順反子單順反子 原核生物原核生物mRNA無無5端帽子結(jié)構(gòu)，端帽子結(jié)構(gòu)，3端沒有或只有很端沒有

9、或只有很短的短的poly(A)尾；真核生物尾；真核生物mRNA有有5端鳥苷帽（鳥苷端鳥苷帽（鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶），絕大多數(shù)真核生物酸轉(zhuǎn)移酶），絕大多數(shù)真核生物3端有端有poly(A)尾尾【 poly(A) 合成酶合成酶】 帽子結(jié)構(gòu)使帽子結(jié)構(gòu)使mRNA免遭核酸酶破壞；免遭核酸酶破壞； poly(A)尾是尾是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需形式由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需形式原核生物原核生物mRNA特征特征：先導(dǎo)區(qū)先導(dǎo)區(qū)+翻譯區(qū)（多順反翻譯區(qū)（多順反子）子）+末端序列末端序列真核生物真核生物mRNA特征特征：“帽子帽子”（m7G-5 ppp5 -N-3 p）+單順反子單順反子+“尾巴尾巴”（Poly A）5

10、 3 順反子順反子順反子順反子順反子順反子插入順序插入順序插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)先導(dǎo)區(qū)末端序列末端序列由先導(dǎo)序列，編碼區(qū)和末端序列等組成，為多順反子結(jié)構(gòu)由先導(dǎo)序列，編碼區(qū)和末端序列等組成，為多順反子結(jié)構(gòu)DNADNAIPO abc轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 翻譯翻譯 重疊基因重疊基因 (overlapping gene)蛋白蛋白A蛋白蛋白B蛋白蛋白CAAAAAAA-OH5 “帽子帽子”PolyA 3 順反子順反子m7G-5 ppp-N-3 p種類多，拷貝少，序列短，修飾堿基少；由種類多，拷貝少，序列短，修飾堿基少；由5帽子結(jié)構(gòu)，非編碼區(qū)，帽子結(jié)構(gòu)，非編碼區(qū)，編碼區(qū)，非編碼區(qū)和編碼區(qū)，非編碼區(qū)和3polyA結(jié)構(gòu)等組

11、成，為單順反子結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)等組成，為單順反子結(jié)構(gòu)；5帽子結(jié)帽子結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)，可對抗核酸外切酶，構(gòu)與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)，可對抗核酸外切酶，3polyA真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)三、轉(zhuǎn)錄終止方式（三、轉(zhuǎn)錄終止方式（P85）：）： 不依賴于不依賴于因子的終止（莖環(huán)結(jié)構(gòu)）因子的終止（莖環(huán)結(jié)構(gòu)） 依賴于依賴于因子的終止（因子的終止（ 因子是否有機(jī)會進(jìn)因子是否有機(jī)會進(jìn)入入RNA鏈的鏈的5末端并沿末端并沿RNA鏈向鏈向3端移動）端移動）RNApol核糖體核糖體因子因子無義突無義突變位點變位點四、抗轉(zhuǎn)錄終止方式：四、抗轉(zhuǎn)錄終止方式： 破壞終止位點破壞終止位點RNA的莖環(huán)結(jié)構(gòu)的莖環(huán)結(jié)構(gòu) 依賴于

12、蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄抗終止（依賴于蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄抗終止（P88）第四節(jié)第四節(jié) 原核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工原核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工Pre-RNA processing in Prokaryotes雙鏈區(qū)雙鏈區(qū)域域rRNA加工三磷酸三磷酸 有兩個基因拷貝有兩個基因拷貝 間隔子間隔子（各長（各長350base）E.coli 的的 tRNATyr1分子的修飾過程分子的修飾過程 編碼基因的原始轉(zhuǎn)錄物編碼基因的原始轉(zhuǎn)錄物有一個有一個tRNATyr1的轉(zhuǎn)錄單元的原始轉(zhuǎn)錄物的修飾過程的轉(zhuǎn)錄單元的原始轉(zhuǎn)錄物的修飾過程RNA中的甲基化及常見的修飾核苷酸中的甲基化及常見的修飾核苷酸 m5C m6A HNHHNHOHN

13、CH3H3C Prok.中主要是堿基的修飾中主要是堿基的修飾 Euk.核糖、堿基核糖、堿基O HNH H3C常見常見tRNA中的修飾核苷酸中的修飾核苷酸 Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U （5-甲氧基羰甲基尿苷）甲氧基羰甲基尿苷）Xm5s2U （5-甲基甲基-2硫代尿苷）硫代尿苷）K2C （2-賴氨酸胞苷）賴氨酸胞苷）Com5U （5(2)-羥羧甲基尿苷）羥羧甲基尿苷）I （Inosine次黃嘌呤）次黃嘌呤）m7G (7-甲基尿苷甲基尿苷)m5C （5-甲基胞苷）甲基胞苷）m6A （6-甲基腺苷）甲基腺苷）s2C （2-硫代胞苷）硫代胞苷） (假尿苷）假尿苷）U

14、m (2-O-甲基尿苷甲基尿苷)Q （Queuosine） Xo5U (5-羥基尿苷羥基尿苷) OH OH NH CH2 H2N R 第五節(jié)第五節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工 Pre-RNA processing in Eukaryotes HNCH3m7G帽子帽子0用用DNA-RNA雜交方法證明雞卵清蛋白基因中存在內(nèi)含子（雜交方法證明雞卵清蛋白基因中存在內(nèi)含子（P89）hnRNA到成熟到成熟mRNA： 5端加帽端加帽3端加多聚腺苷酸尾，切除內(nèi)含子端加多聚腺苷酸尾，切除內(nèi)含子連接外顯子連接外顯子 第第六六節(jié)節(jié) 真真核生物核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中物中內(nèi)內(nèi)含子含子的去除的去除I

15、ntron removing in Eukaryote型內(nèi)含子剪接型內(nèi)含子剪接自我剪接自我剪接型內(nèi)含子剪接型內(nèi)含子剪接自我剪接自我剪接可變剪接（變位剪接）可變剪接（變位剪接）順式剪接與反式剪接順式剪接與反式剪接四種內(nèi)含子的邊界序列各有一定共同的特征四種內(nèi)含子的邊界序列各有一定共同的特征tRNA剪接剪接 snRNP（P92圖）圖） 可變剪接（可變剪接（P93圖）圖）I 類內(nèi)含子的剪接（類內(nèi)含子的剪接（P94圖）圖） 兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)是緊密偶聯(lián)的兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)是緊密偶聯(lián)的 釋放出的內(nèi)元可繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)釋放出的內(nèi)元可繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 而形成環(huán)狀而形成環(huán)狀 科羅拉多大學(xué)科羅拉多大學(xué)Cech等人完成（美）等

16、人完成（美）活性位點活性位點 這種自身催化（或剪切）是將一處已有的這種自身催化（或剪切）是將一處已有的磷酸二酯鍵轉(zhuǎn)變成另一處新的磷酸二酯鍵，磷酸二酯鍵轉(zhuǎn)變成另一處新的磷酸二酯鍵，而不需要以高能前體（而不需要以高能前體（NTP）的分解為代）的分解為代價合成新的磷酸二酯鍵。價合成新的磷酸二酯鍵。I I 類內(nèi)含子的剪接（類內(nèi)含子的剪接（P95圖）圖）lariat 這兩種獨立的基因產(chǎn)物，不產(chǎn)生共線性的這兩種獨立的基因產(chǎn)物，不產(chǎn)生共線性的中間產(chǎn)物，而是直接將兩個外顯子拼接在中間產(chǎn)物，而是直接將兩個外顯子拼接在一起。一起。 拼接產(chǎn)物是拼接產(chǎn)物是Y型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)，而不是套索結(jié)構(gòu)。，而不是套索結(jié)構(gòu)。 反式拼接的

17、機(jī)制與順式拼接的機(jī)制無本質(zhì)反式拼接的機(jī)制與順式拼接的機(jī)制無本質(zhì)不同，仍是不同，仍是一連串的磷酸酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)一連串的磷酸酯轉(zhuǎn)移反應(yīng)。RNA編輯（編輯（P94）：）：mRNA的一種加工方式，導(dǎo)致了的一種加工方式，導(dǎo)致了DNA編碼遺傳信息的改變，經(jīng)過編輯后的編碼遺傳信息的改變，經(jīng)過編輯后的mRNA序列發(fā)生了不同于模板序列發(fā)生了不同于模板DNA的的變化。變化。 指導(dǎo)指導(dǎo)RNA（guide RNA）55-70nt5端與端與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物互補(bǔ)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物互補(bǔ)3端有端有5-25個個U gRNA的的3-OH攻擊攻擊mRNA5端的端的3-OH攻擊攻擊gRNA的的U-U生成生成RNA編輯產(chǎn)物編輯產(chǎn)物(插入一個插入一個U) gRNA（少一個（少一個U）Y430RNA編輯的類型編輯的類型 RNA編輯相繼在真核生物和病毒