第十一章RNA的生物合成（轉錄）RNABiosynthesis,Transcription第十一章RNA的生物合成1第一節模板和酶第二節轉錄過程第三節真核生物的轉錄后修飾第一節模板和酶2轉錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄(transcription)轉錄RNADNA3轉錄生成的產物：主要有rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和hnRNA。

轉錄生成的產物：4復制和轉錄的區別復制和轉錄的區別5參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP6第一節模板和酶一、轉錄模板二、RNA聚合酶三、酶與模板的辨認結合第一節模板和酶一、轉錄模板7一、轉錄模板DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(structuralgene)。模板鏈/有意義鏈/Watson鏈：DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股單鏈，稱~。編碼鏈/反義鏈/Crick鏈：與模板鏈互補的另一股單鏈。一、轉錄模板DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(85335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向95′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c10不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。轉錄的特點不對稱轉錄(asymmetrictranscription11轉錄的連續性轉錄的單向性有特定的起始和終止位點（轉錄單位：指特定起始點和特定終止點之間的DNA鏈；通常由轉錄區和有關的調節順序構成。）

轉錄的連續性轉錄的單向性有特定的起始和終止位點（轉錄單位：指12二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶13核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym14大腸桿菌中RNA聚合酶

（DNAdependentRNApolymerase）

′

全酶

核心酶大腸桿菌中RNA聚合酶全酶核15RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合

-35RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合-3516（二）真核生物的RNA聚合酶（二）真核生物的RNA聚合酶17酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意圖酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意圖18三、模板上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5335結構基因調控序列RNA-pol三、模板上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單19啟動子（promoter)啟動子（promoter)：位于基因上游，與RNA聚合酶識別、結合及起始轉錄有關的一些DNA順序稱為。

啟動子（promoter)20RNA聚合酶保護法目錄RNA聚合酶保護法目錄21開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點(recognitionsite)55RNA聚合酶保護區結構基因33開始轉錄TTGACA-35區(Pribnowb22原核生物中轉錄起始區的共同序列原核生物中轉錄起始區的共同序列23TTGACA???N17???TTTACA???N16???TTTACA???N17???TTGATA???N16???CTGACG???N18???被RNA聚合酶保護的DNA區段堿基序列分析1-5行舉出幾個具體操縱子的分析結果6,7行示對45個操縱子分析后得出的一致性序列TTGACA

TATAAT

X/4.5383629402530373728412944

trptRNAtrplacrecA

ara最大一致性TTAACT

?N7?A

???TATGAT?N7?A

???TATGAT?N6?A

???TATAAT?N7?A

???TACTGT?N6?A

???–35區–10區+1PribnowboxTTGACA???N17???TTTACA???N16???24TATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件

結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件結25第二節轉錄過程轉錄的起始轉錄的延伸轉錄的終止第二節轉錄過程轉錄的起始26（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。一、原核生物的轉錄過程（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：一、原核生物的轉錄過程27第十一章RNA的生物合成(93)課件282.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結合

3.在RNA聚合酶作用下發生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉錄起始復合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi轉錄起始過程2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與29RNA聚合酶OH轉錄方向模板鏈5′-pppGRNA由RNA聚合酶、DNA、轉錄產物RNA組成的轉錄復合物（轉錄空泡）DNAFRNA聚合酶OH轉錄方向模板鏈5′-pppG由RNA聚合酶、30（二）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n+NTP(NMP)n+1

+PPi（二）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變31TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶編碼鏈模板鏈RNAPPi5’5’3’3’5’GTPUTPCTPATPUTP轉錄的延長3’起終TCGAGTACAGCTCATG3253DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARNA聚合酶53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARN33依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止非依賴Rho因子的轉錄終止（三）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。分類依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止（三）轉錄終止指RNA聚合酶34ATP1.依賴Rho因子的轉錄終止1969，J.Roberts，ρ因子ATP1.依賴Rho因子的轉錄終止1969，J.R35rhorhoPolymerasePolymeraseRho因子的作用原理RNA鏈上帶條紋線的代表富含C的區段。Rho因子結合RNA（右），發揮其ATP酶及螺旋酶活性5′RNA+ATP5′3′3′rhorhoPolymerasePolymerase362.非依賴Rho因子的轉錄終止（自動終止）DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列（富含GC和AT的區域），轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。2.非依賴Rho因子的轉錄終止（自動終止）DNA模板上靠37TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU…..ABCA大腸桿菌核糖體蛋白L基因3'端堿基序列（上）及其轉錄產物可能形成的兩種二級結構形式（下）BTTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTG385`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNA

UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(stem-loop)/發夾(hairpin)結構5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC39莖環結構使轉錄終止的機理

使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產物釋放。5′pppG5335RNA-pol莖環結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；5′40啟動子結構基因終止區

1.5′5′σ核心酶2.3.4.Gppp5.6.5′pppGσρ7.5′pppG8.5′mRNA轉錄過程1,2.待轉錄的基因;3′至5′的單股為有意義鏈;3,4.起始:全酶結合于有啟動區;5.第一個pppG加入;6.σ因子釋出后開始延長;7.終止:ρ因子加入,核心酶釋出;8.轉錄完成

核心酶F啟動子結構基因終止區1.5′5′σ核心酶2.3.4.Gpp41二、真核生物的轉錄過程（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。二、真核生物的轉錄過程（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區42轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉錄起始前的上游區段

AATAAA切離加尾轉錄終止點

修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(43順式作用元件(cis-actingelement)：DNA分子上具有的可影響（調控）轉錄的各種組分。順式作用元件(cis-actingelement)：442.轉錄因子

能直接、間接辨認和結合轉錄上游區段DNA的蛋白質，統稱為反式作用因子(trans-actingfactors)，現已發現數百種。反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。TFI、TFII、TFIII2.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區段DNA的蛋45參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ463.轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。3.轉錄起始前復合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直47POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PI484.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉錄需要3至5個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合，生成有活性，有專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。4.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物49（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現象。（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有50RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的515------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）轉錄終止——和轉錄后修飾密切相關。F5------AAUAAA-5------AAUAAA52原核生物與真核生物轉錄的異、同點原核生物真核生物轉錄的起始由α2ββˊσ+DNA模板+pppGpN-OH3ˊ形成轉錄起始復合物形成轉錄起始復合物，需要轉錄因子的參與。轉錄起始點-35區及-10區-25~-30區轉錄的延長基本相似，只是催化的酶不同，都是轉錄空泡沿著模板鏈向前滑動，轉錄出相應的RNA，但真核生物需要許多轉錄因子參與，且轉錄與翻譯不同步。轉錄終止依賴ρ因子、和非依賴ρ因子識別特異的終止信號。依賴模板鏈末端特殊的轉錄終止修飾點原核生物與真核生物轉錄的異、同點原核生物真核生物轉錄的起始由53真核生物的轉錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節真核生物的轉錄后修飾第三節54轉錄生成的RNA是初級產物（primarytranscripts）；原核生物和真核生物的初級轉錄產物都需要經過一定程度的加工才具有活性；第十一章RNA的生物合成(93)課件55幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(56第十一章RNA的生物合成(93)課件57一、真核生物mRNA的轉錄后加工（一）首、尾的修飾5端形成帽子結構(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)一、真核生物mRNA的轉錄后加工（一）首、尾的修飾5端581、加帽(addingcap)：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的結構。此過程發生在細胞核內，即對ｈnRNA進行加帽。帽子結構功能：和翻譯過程有關。原核生物沒有帽子結構。

1、加帽(addingcap)：59帽子結構帽子結構605pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸612．加尾(addingtail)：這一過程也是在細胞核內完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些過剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA結構與mRNA的半壽期、活性及增加其穩定性有關。

2．加尾(addingtail)：這一過程也是在細胞核內完62第十一章RNA的生物合成(93)課件63（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA

核內的初級mRNA稱為雜化核RNA

(hetero-nuclearRNA,

hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核內的64核內的蛋白質小分子核糖核蛋白體（并接體,splicesome）snRNA真核生物ｈnRNA的剪接一般需snRNA（Ｕ1、Ｕ2、Ｕ4、Ｕ5、Ｕ6）參與構成的核蛋白體（剪接體）參加，通過形成套索狀結構而將內含子切除掉。核內的蛋白質小分子核糖核蛋白體snRNA真核生物ｈnRNA的65真核生物結構基因，由若干個編碼區和非編碼區互相間隔開但又連續鑲嵌而成，為一個連續氨基酸組成的完整蛋白質編碼，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區A、B、C、D非編碼區真核生物結構基因，由若干個編碼區和非編碼區互相間隔開但又連續662.外顯子(exon)和內含子(intron)

外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。2.外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子67第十一章RNA的生物合成(93)課件68雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾目錄雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN69雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄703.內含子的分類

根據基因的類型和剪接的方式，通常把內含子分為4類。I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發現于線粒體、葉綠體，轉錄產物是mRNA；III：是常見的形成套索結構后剪接，大多數mRNA基因有此類內含子；IV：是tRNA基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪接過程需酶及ATP。3.內含子的分類根據基因的類型和剪接的方式，通常把內含子714.mRNA的剪接——除去hnRNA中的內含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結合成為并接體①目錄4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的內含子，將外顯子72②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U273FF74pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉酯反應第二次轉酯反應UpAGpU外顯子1內含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉酯反應(twicetransesterification)

pG-OHU-OHGpUpGpA第一次轉酯反應第二次轉酯反應75?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經過轉錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的編輯(mRNAediting)

人類apoB基因

mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經過轉錄后加工，是可有76真核生物mRNA的轉錄后加工修飾示意圖真核生物mRNA的轉錄后加工修飾示意圖77二、tRNA的轉錄后加工真核生物的tRNA由RNA-polIII催化，然后加工成熟。主要有以下幾種加工方式：

剪接；

化學修飾；

包括甲基化（ｍＡ、ｍＧ）、還原反應（ＤＨＵ）、核苷酸內的轉位反應（ψ）、脫氨基反應（Ｉ）及3'末端加上CCA-OH末端；二、tRNA的轉錄后加工真核生物的tRNA由RNA-pol78tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTT79RNAaseP、內切酶目錄RNAaseP、內切酶目錄80tRNA核苷酸轉移酶、連接酶ATPADP目錄tRNA核苷酸轉移酶、連接酶ATPADP目錄81堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的轉位反應如：Uψ（4）脫氨反應如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目錄堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的82三、rRNA轉錄后的加工真核細胞的rRNA基因屬于豐富基因族的DNA序列；豐富基因族的DNA序列：即染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯基因（tandemgene）單位的重復（高度重復序列）。rRNA的剪接不需要任何蛋白質參與即可以發生，因此，有活性的RNA叫核酶。三、rRNA轉錄后的加工真核細胞的rRNA基因屬于豐富基因族83第十一章RNA的生物合成(93)課件84轉錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內含子內含子28S5.8S18S轉錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和285四、核酶具有酶促活性的RNA稱為核酶。核酶(ribozyme)四、核酶具有酶促活性的RNA稱為核酶。核酶(riboz86四膜蟲rRNA內含子的二級結構四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪接方式5′-端核苷酸序列四膜蟲rRNA內含子的二級結構四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪87四膜蟲前體rRNA的自身剪接示意圖四膜蟲前體rRNA的自身剪接示意圖88GOH3′G5′OH5′3′GOH414G3995′3′3955′3′E1E2I四膜蟲RNA的自我剪接5′3′L19RNA具有催化活性的片段GOH3′G5′OH5′3′GOH414G3995′3′389最簡單的核酶二級結構——槌頭狀結構(hammerheadstructure)底物部分通常為60個核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份組成錘頭結構除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。最簡單的核酶二級結構——槌頭狀結構底物部分通常為60個核苷酸90核酶研究的意義核酶的發現，對中心法則作了重要補充；核酶的發現是對傳統酶學的挑戰；利用核酶的結構設計合成人工核酶破壞病毒等病原微生物。核酶研究的意義核酶的發現，對中心法則作了重要補充；91人工設計的核酶粗線表示合成的核酸分子細線表示天然的核酸分子X表示一致性序列箭頭表示切斷點目錄人工設計的核酶粗線表示合成的核酸分子目錄92第十一章RNA的生物合成(93)課件93第十一章RNA的生物合成（轉錄）RNABiosynthesis,Transcription第十一章RNA的生物合成94第一節模板和酶第二節轉錄過程第三節真核生物的轉錄后修飾第一節模板和酶95轉錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄(transcription)轉錄RNADNA96轉錄生成的產物：主要有rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和hnRNA。

轉錄生成的產物：97復制和轉錄的區別復制和轉錄的區別98參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP99第一節模板和酶一、轉錄模板二、RNA聚合酶三、酶與模板的辨認結合第一節模板和酶一、轉錄模板100一、轉錄模板DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(structuralgene)。模板鏈/有意義鏈/Watson鏈：DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股單鏈，稱~。編碼鏈/反義鏈/Crick鏈：與模板鏈互補的另一股單鏈。一、轉錄模板DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(1015335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向1025′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c103不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。轉錄的特點不對稱轉錄(asymmetrictranscription104轉錄的連續性轉錄的單向性有特定的起始和終止位點（轉錄單位：指特定起始點和特定終止點之間的DNA鏈；通常由轉錄區和有關的調節順序構成。）

轉錄的連續性轉錄的單向性有特定的起始和終止位點（轉錄單位：指105二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶二、RNA聚合酶（DDRP）（一）原核生物的RNA聚合酶106核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym107大腸桿菌中RNA聚合酶

（DNAdependentRNApolymerase）

′

全酶

核心酶大腸桿菌中RNA聚合酶全酶核108RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合

-35RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合-35109（二）真核生物的RNA聚合酶（二）真核生物的RNA聚合酶110酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意圖酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ示意圖111三、模板上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5335結構基因調控序列RNA-pol三、模板上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單112啟動子（promoter)啟動子（promoter)：位于基因上游，與RNA聚合酶識別、結合及起始轉錄有關的一些DNA順序稱為。

啟動子（promoter)113RNA聚合酶保護法目錄RNA聚合酶保護法目錄114開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點(recognitionsite)55RNA聚合酶保護區結構基因33開始轉錄TTGACA-35區(Pribnowb115原核生物中轉錄起始區的共同序列原核生物中轉錄起始區的共同序列116TTGACA???N17???TTTACA???N16???TTTACA???N17???TTGATA???N16???CTGACG???N18???被RNA聚合酶保護的DNA區段堿基序列分析1-5行舉出幾個具體操縱子的分析結果6,7行示對45個操縱子分析后得出的一致性序列TTGACA

TATAAT

X/4.5383629402530373728412944

trptRNAtrplacrecA

ara最大一致性TTAACT

?N7?A

???TATGAT?N7?A

???TATGAT?N6?A

???TATAAT?N7?A

???TACTGT?N6?A

???–35區–10區+1PribnowboxTTGACA???N17???TTTACA???N16???117TATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件

結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件結118第二節轉錄過程轉錄的起始轉錄的延伸轉錄的終止第二節轉錄過程轉錄的起始119（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。一、原核生物的轉錄過程（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：一、原核生物的轉錄過程120第十一章RNA的生物合成(93)課件1212.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結合

3.在RNA聚合酶作用下發生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉錄起始復合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi轉錄起始過程2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與122RNA聚合酶OH轉錄方向模板鏈5′-pppGRNA由RNA聚合酶、DNA、轉錄產物RNA組成的轉錄復合物（轉錄空泡）DNAFRNA聚合酶OH轉錄方向模板鏈5′-pppG由RNA聚合酶、123（二）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n+NTP(NMP)n+1

+PPi（二）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變124TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶編碼鏈模板鏈RNAPPi5’5’3’3’5’GTPUTPCTPATPUTP轉錄的延長3’起終TCGAGTACAGCTCATG12553DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARNA聚合酶53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARN126依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止非依賴Rho因子的轉錄終止（三）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。分類依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止（三）轉錄終止指RNA聚合酶127ATP1.依賴Rho因子的轉錄終止1969，J.Roberts，ρ因子ATP1.依賴Rho因子的轉錄終止1969，J.R128rhorhoPolymerasePolymeraseRho因子的作用原理RNA鏈上帶條紋線的代表富含C的區段。Rho因子結合RNA（右），發揮其ATP酶及螺旋酶活性5′RNA+ATP5′3′3′rhorhoPolymerasePolymerase1292.非依賴Rho因子的轉錄終止（自動終止）DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列（富含GC和AT的區域），轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。2.非依賴Rho因子的轉錄終止（自動終止）DNA模板上靠130TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU…..ABCA大腸桿菌核糖體蛋白L基因3'端堿基序列（上）及其轉錄產物可能形成的兩種二級結構形式（下）BTTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTG1315`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNA

UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(stem-loop)/發夾(hairpin)結構5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC132莖環結構使轉錄終止的機理

使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產物釋放。5′pppG5335RNA-pol莖環結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；5′133啟動子結構基因終止區

1.5′5′σ核心酶2.3.4.Gppp5.6.5′pppGσρ7.5′pppG8.5′mRNA轉錄過程1,2.待轉錄的基因;3′至5′的單股為有意義鏈;3,4.起始:全酶結合于有啟動區;5.第一個pppG加入;6.σ因子釋出后開始延長;7.終止:ρ因子加入,核心酶釋出;8.轉錄完成

核心酶F啟動子結構基因終止區1.5′5′σ核心酶2.3.4.Gpp134二、真核生物的轉錄過程（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。二、真核生物的轉錄過程（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區135轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉錄起始前的上游區段

AATAAA切離加尾轉錄終止點

修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(136順式作用元件(cis-actingelement)：DNA分子上具有的可影響（調控）轉錄的各種組分。順式作用元件(cis-actingelement)：1372.轉錄因子

能直接、間接辨認和結合轉錄上游區段DNA的蛋白質，統稱為反式作用因子(trans-actingfactors)，現已發現數百種。反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。TFI、TFII、TFIII2.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區段DNA的蛋138參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ1393.轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。3.轉錄起始前復合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直140POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PI1414.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉錄需要3至5個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合，生成有活性，有專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。4.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物142（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現象。（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有143RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的1445------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）轉錄終止——和轉錄后修飾密切相關。F5------AAUAAA-5------AAUAAA145原核生物與真核生物轉錄的異、同點原核生物真核生物轉錄的起始由α2ββˊσ+DNA模板+pppGpN-OH3ˊ形成轉錄起始復合物形成轉錄起始復合物，需要轉錄因子的參與。轉錄起始點-35區及-10區-25~-30區轉錄的延長基本相似，只是催化的酶不同，都是轉錄空泡沿著模板鏈向前滑動，轉錄出相應的RNA，但真核生物需要許多轉錄因子參與，且轉錄與翻譯不同步。轉錄終止依賴ρ因子、和非依賴ρ因子識別特異的終止信號。依賴模板鏈末端特殊的轉錄終止修飾點原核生物與真核生物轉錄的異、同點原核生物真核生物轉錄的起始由146真核生物的轉錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節真核生物的轉錄后修飾第三節147轉錄生成的RNA是初級產物（primarytranscripts）；原核生物和真核生物的初級轉錄產物都需要經過一定程度的加工才具有活性；第十一章RNA的生物合成(93)課件148幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(149第十一章RNA的生物合成(93)課件150一、真核生物mRNA的轉錄后加工（一）首、尾的修飾5端形成帽子結構(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)一、真核生物mRNA的轉錄后加工（一）首、尾的修飾5端1511、加帽(addingcap)：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的結構。此過程發生在細胞核內，即對ｈnRNA進行加帽。帽子結構功能：和翻譯過程有關。原核生物沒有帽子結構。

1、加帽(addingcap)：152帽子結構帽子結構1535pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸1542．加尾(addingtail)：這一過程也是在細胞核內完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些過剩的核苷酸，然后再加入polyA。polyA結構與mRNA的半壽期、活性及增加其穩定性有關。

2．加尾(addingtail)：這一過程也是在細胞核內完155第十一章RNA的生物合成(93)課件156（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA

核內的初級mRNA稱為雜化核RNA

(hetero-nuclearRNA,

hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA核內的157核內的蛋白質小分子核糖核蛋白體（并接體,splicesome）snRNA真核生物ｈnRNA的剪接一般需snRNA（Ｕ1、Ｕ2、Ｕ4、Ｕ5、Ｕ6）參與構成的核蛋白體（剪接體）參加，通過形成套索狀結構而將內含子切除掉。核內的蛋白質小分子核糖核蛋白體snRNA真核生物ｈnRNA的158真核生物結構基因，由若干個編碼區和非編碼區互相間隔開但又連續鑲嵌而成，為一個連續氨基酸組成的完整蛋白質編碼，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區A、B、C、D非編碼區真核生物結構基因，由若干個編碼區和非編碼區互相間隔開但又連續1592.外顯子(exon)和內含子(intron)

外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。2.外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子160第十一章RNA的生物合成(93)課件161雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾目錄雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN162雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄1633.內含子的分類

根據基因的類型和剪接的方式，通常把內含子分為4類。I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發現于線粒體、葉綠體，轉錄產物是mRNA；III：是常見的形成套索結構后剪接，大多數mRNA基因有此類內含子；IV：是tRNA基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪接過程需酶及ATP。3.內含子的分類根據基因