依赖Rho (ρ) 因子的转录终止非依赖Rho 因子的转录终止帽子结构核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。附录5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`  RNA  5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3 DNA UUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 茎环(stem-loop)/ 发夹(hairpin) 结构茎环结构使转录终止的机理使RNA 聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA 产物释放。5′pppG 5  3  3 5  RNA-pol 二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol 不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。转录起始点TATA 盒CAAT 盒GC 盒增强子顺式作用元件(cis-acting element) 1. 转录起始前的上游区段AATAAA 切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1 OCT-1 ：ATTTGCAT 八聚体2. 转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA 的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors) 。反式作用因子中，直接或间接结合RNA 聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF) 。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ3. 转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)  真核生物RNA-pol 不与DNA 分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。POL-ⅡTFⅡF ⅡA ⅡB 由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC POL-ⅡTFⅡF ⅡH ⅡE TBP TAF TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA 复合物TATA ⅡA ⅡB TBP TAF TATA ⅡH ⅡE CTD- P PIC 组装完成，TFⅡH 使CTD 磷酸化4. 模板理论(piecing theory)  一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA 聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。（二）转录延长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，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol 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位和解聚现象。RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小体转录延长中的核小体移位转录方向5 ------AAUAAA- 5  ------AAUAAA-- 核酸酶-GUGUGUG RNA-pol AATAAA  GTGTGTG 转录终止的修饰点5 5 3 3 3 加尾AAAAAAA······ 3 mRNA （三）转录终止——和转录后修饰密切相关。真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification 第三节几种主要的修饰方式1. 剪接(splicing) 2. 剪切(cleavage) 3. 修饰(modification) 4. 添加(addition) 一、真核生物mRNA 的转录后加工（一）首、尾的修饰5 端形成帽子结构(m7GpppGp —)  3 端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 产生初级转录产物(hnRNA) 5  pppGp…5  GpppGp…pppG ppi 鸟苷酸转移酶5  m7GpppGp…甲基转移酶SAM 帽子结构的生成5  ppGp…磷酸酶Pi 尾巴多聚A的添加CPSF 识别并结合加尾信号序列多聚A聚合酶PABF: 多聚A结合蛋白（二）mRNA 的剪接1. hnRNA 和snRNA  核内的初级mRNA 称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA) 核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体, splicesome ）snRNA 真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splite gene) C A B D 编码区A 、B、C、D 非编码区2. 外显子(exon) 和内含子(intron)  外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA 的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。鸡卵清蛋白基因hnRNA 首、尾修饰hnRNA 剪接成熟的mRNA 鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰目录鸡卵清蛋白成熟mRNA 与DNA 杂交电镜图DNA mRNA 目录3. hnRNA 内含子的剪接过程GT-AG 规则(DNA) 脊椎动物:AGGUAAGU  UNCUAAC  (Py)10-15  NCAGG  酵母: GUAAGU  UNCUAAC PyAG  植物:AGGUAAGU  富含UA 的序列UGCAGG snRNA 大小100 －300 ，与蛋白质结合形成snRNP ，相当于酶的作用4. mRNA 的剪接——除去hnRNA 中的内含子，将外显子连接。snRNP 与hnRNA 结合成为并接体①目录②③UACUACA - AG UG U4 U5 U6 E1 E2 U1 U2 UACUACA - AG UG U6 E1 E2 U1 、U4 、U5 pG-OH (ppG-OH, pppG-OH) U-OH GpU pGpA 第一次转酯反应第二次转酯反应UpA GpU 外显子1 内含子外显子2 G-OH UpU pGpA 剪接过程的二次转酯反应(twice transesterification) 为什么存在内含子？1、生成具多个结构域的不同蛋白质，适应进化2 、遗传信息的精确调控（三）mRNA 的编辑(mRNA editing)  人类apo B 基因mRNA （14500 个核苷酸）肝脏apo B100 （分子量为500 000 ）肠道细胞apo B48 （分子量为240 000 ）mRNA 编辑apo B 的mRNA 第2153 位密码子CAA→UAA * 目录* 目录第十一章RNA 的生物合成（转录）RNA Biosynthesis, Transcription 转录(transcription)  生物体以DNA 为模板合成RNA 的过程。转录RNA DNA  复制和转录的区别参与转录的物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA  酶: RNA 聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)  其他蛋白质因子模板和酶Templates and Enzymes 第一节一、转录模板DNA 分子上转录出RNA 的区段，称为结构基因(structural gene) 。DNA 双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA 的一股单链，称为模板链(template strand) 。相对的另一股单链是编码链(coding strand) 。5′···GCAGTACATGTC ···3′3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′5′···GCAGUACAUGUC ···3′N······Ala · Val · His · Val ······C 编码链模板链mRNA 蛋白质转录翻译一般编码链大写，模板链小写为方便，一般文献只写编码链5  3  3  5  模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对称转录(asymmetric transcription)  在DNA 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；模板链并非永远在同一条单链上。二、RNA 聚合酶Severo Ochoa ：第一个发现可以聚合RNA 的酶Weiss Hurwitz 二、RNA 聚合酶（一）原核生物的RNA 聚合酶原核生物RNA 聚合酶全酶σ：识别启动子ω：稳定β和β′核心酶无σ亚基RNA 聚合酶全酶在转录起始区的结合（二）真核生物的RNA 聚合酶真核生物RNA 聚合酶与原核生物的对比真核生物没有识别启动子的σ亚基RNA-polⅡ亚基1末端有CTD( 羧基末端结构域) 三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon) ，包括若干个结构基因及其上游(upstream) 的调控序列。5 3 3 5 结构基因调控序列RNA-pol RNA 聚合酶结合模板DNA 的部位，称为启动子(promoter) 。RNA 聚合酶保护法目录开始转录T T G A C A A A C T G T -35 区(Pribnow box) T A T A A T Pu A T A T T A Py -10 区1 -30 -50 10 -10 -40 -20 5 3 3 5 原核生物启动子保守序列RNA-pol 辨认位点(recognition site)  5 5  RNA 聚合酶保护区结构基因3 3 TATA 盒CAAT 盒GC 盒增强子顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA 转录起始真核生物启动子保守序列基本启动子上游元件转录过程The Process of Transcription  第二节（一）转录起始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板的起始区域。DNA 双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、原核生物的转录过程2. DNA 双链解开1. RNA 聚合酶全酶( 2 )与模板结合3. 在RNA 聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol ( 2 ) - DNA - pppGpN- OH 3  转录起始复合物: 5 -pppG -OH + NTP  5  -pppGpN - OH 3 + ppi 转录起始过程转录起始（二）转录延长1.  亚基脱落，RNA–pol 聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA 模板前移；2. 在核心酶作用下，NTP 不断聚合，RNA 链不断延长。(NMP) n +  NTP  (NMP) n+1 + PPi 转录空泡(transcription bubble) ：RNA-pol （核心酶）···· DNA ···· RNA 目录5 3  DNA 原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNA RNA 聚合酶（三）转录终止指RNA 聚合酶在DNA 模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA 链从转录复合物上脱落下来。分类A T P 1. 依赖Rho 因子的转录终止2. 非依赖Rho 因子的转录终止DNA 模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA 后，RNA 产物形成特殊的结构来终止转录。* * * *