RNA的生物合成中藥第1頁/共61頁第14章RNA的生物合成RNABiosynthesis(Transcription)第2頁/共61頁轉錄(transcription)是生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉錄RNADNA

第3頁/共61頁參與轉錄的物質：原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子第4頁/共61頁復制和轉錄的區別第5頁/共61頁轉錄的基本特征第一節第6頁/共61頁一、選擇性轉錄DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(structuralgene)。第7頁/共61頁對結構基因的具體轉錄方式是不對稱轉錄(asymmetrictranscription)，它有兩方面含義：在DNA分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；其二是模板鏈并非總是在同一單鏈上。二、不對稱轉錄第8頁/共61頁5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作反義鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(codingstrand)，也稱為有義鏈。第9頁/共61頁5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向不對稱轉錄三、轉錄后加工第10頁/共61頁RNA聚合酶第二節第11頁/共61頁一、RNA聚合酶的特點DNA依賴的RNA聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化學機制與DNA依賴的DNA聚合酶催化DNA合成相似。合成方向5’-3’。(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPiRNA延長的RNA第12頁/共61頁DNA聚合酶在啟動DNA鏈延長時需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接啟動RNA鏈的延長。RNA聚合酶和DNA的特殊序列——啟動子(promoter)結合后，就能啟動RNA合成。第13頁/共61頁二、原核生物RNA聚合酶還有ω亞基,分子量10100,促RNA聚合酶裝配第14頁/共61頁RogerKornbergwinsthe2006NobelPrizeinChemistry

HeandhisfatherarethesixthfatherandsontowinNobelPrizes第15頁/共61頁核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)轉錄起始階段轉錄延長階段ωω第16頁/共61頁三、真核生物RNA聚合酶真核生物具有3種不同的RNA聚合酶:RNA聚合酶Ⅰ（RNAPolⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNAPolⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNAPolⅢ）第17頁/共61頁真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶Ⅱ由12個亞基組成第18頁/共61頁間隔序列間隔序列28S5.8S18S45SrRNA間隔序列間隔序列28S5.8S18SDNA第19頁/共61頁destroyingangel第20頁/共61頁第21頁/共61頁RNA聚合酶Ⅱ最大亞基的羧基末端有一段共有序列(consensussequence)為Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重復序列片段，稱為羧基末端結構域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD對于維持真核細胞中的轉錄是必需的。第22頁/共61頁大腸桿菌RNA的轉錄合成第三節第23頁/共61頁一、轉錄起始每一個轉錄區段可視為一個轉錄單位，在原核生物中被稱為操縱子(operon)。操縱子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第24頁/共61頁1、啟動子調控序列中的啟動子是RNA聚合酶結合模板DNA的部位，也是控制轉錄的關鍵部位。原核生物以RNA聚合酶全酶結合到DNA的啟動子上而起動轉錄，其中由σ亞基辨認啟動子，其他亞基相互配合。第25頁/共61頁開始轉錄TTGACAAACTGT-35區RNA-pol結合位點(Pribnow框)TATAATPuATATTAPy-10區1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨認位點(Sextama框)55

啟動子結構基因33第26頁/共61頁第27頁/共61頁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。2、起始過程轉錄起始需解決兩個問題：第28頁/共61頁E.coli的轉錄起始和延長第29頁/共61頁2.DNA雙鏈局部解開，形成開放轉錄復合體(opentranscriptioncomplex)

；1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結合，形成閉合轉錄復合體(closedtranscriptioncomplex)

；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：第30頁/共61頁第一個磷酸二酯鍵生成后，σ亞基即從轉錄起始復合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續結合于DNA模板上，酶沿DNA鏈前移，進入延長階段。第31頁/共61頁二、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第32頁/共61頁轉錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA第33頁/共61頁53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多個轉錄同時在進行；轉錄尚未完成，翻譯已在進行。這種形狀說明：第34頁/共61頁原核生物轉錄與翻譯同步進行的現象第35頁/共61頁Electronmicrographdemonstratingthattranslationoccursconcomitantlywithtranscription

第36頁/共61頁依賴Rho因子的轉錄終止不依賴Rho因子的轉錄終止三、轉錄終止轉錄終止指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。依據是否需要蛋白質因子的參與，原核生物轉錄終止分為：第37頁/共61頁ρ因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質，亞基分子量46kD。ρ因子能結合RNA，又以對polyC的結合力最強。ρ因子還有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。1、依賴ρ因子的轉錄終止ρ因子：第38頁/共61頁ρ因子的作用原理：序列中有富含CA的rut元件第39頁/共61頁目前認為，ρ因子終止轉錄的作用是：與RNA轉錄產物結合，結合后ρ因子和RNA聚合酶都可發生構象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產物從轉錄復合物中釋放。第40頁/共61頁2、不依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列(使轉錄產物富含G/C的回文序列和一連串的U序列)，轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。第41頁/共61頁5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`近終止區的轉錄產物形成發夾(hairpin)結構是非依賴ρ因子終止的普遍現象。第42頁/共61頁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第43頁/共61頁真核生物RNA的轉錄后加工第四節第44頁/共61頁真核生物轉錄生成的mRNA分子是初級RNA轉錄物(primaryRNAtranscript，hnRNA)經過加工而來。加工主要在細胞核中進行。一、mRNA前體第45頁/共61頁第46頁/共61頁真核生物結構基因，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，去除非編碼區再連接后，可翻譯出由連續氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區A、B、C、D非編碼區第47頁/共61頁外顯子(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。第48頁/共61頁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)第49頁/共61頁1、加帽大多數真核mRNA的5’-末端有7-甲基鳥嘌呤的帽結構。這個真核mRNA加工過程的起始步驟由兩種酶，加帽酶(cappingenzyme)和甲基轉移酶(methyltransferase)催化完成。

第50頁/共61頁帽子結構：第51頁/共61頁帽子結構的意義：可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；也能與帽結合蛋白質復合體(cap-bindingcomplexofprotein)結合，并參與mRNA和核糖體的結合，啟動蛋白質的生物合成。第52頁/共61頁尾部修飾是和轉錄終止同時進行的過程。polyA的有無與長短，是維持mRNA作為翻譯模