1、目录目录目录目录第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )目录目录n在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式合成有两种方式 一是一是DNA指导的指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内的合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。 另一种是另一种是RNA指导的指导的RNA合成合成(RNA-dependentRNAsynthesis)，也叫，也叫RNA复制复制(RNAreplication),由由RNA依赖依赖的的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependentRN
2、Apolymerase)催化，催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒在宿主细胞以病毒的单链病毒的单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。目录目录转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 转录产物转录产物除除mRNAmRNA、rRNA rRNA 和和tRNAtRNA外，在真核细胞内还外，在真核细胞内还有有snRNAsnRNA、miRNAmiRNA等非编码等非编码RNARNA。目录目录转录的知识是理解许多生物学现象和医学问题所转录的知识是理解许
3、多生物学现象和医学问题所必需的。必需的。对于对于RNA生物过程的调节可以导致蛋白质合成速生物过程的调节可以导致蛋白质合成速率的改变，以及由此而引发的一系列代谢变化，率的改变，以及由此而引发的一系列代谢变化，因此，了解因此，了解RNA代谢的基本原理就甚为重要。这代谢的基本原理就甚为重要。这些原理既关系到所有生物是如何适应环境变化的，些原理既关系到所有生物是如何适应环境变化的，也关系到细胞结构和功能的分化机制。也关系到细胞结构和功能的分化机制。复制和转录的区别复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物
4、产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制目录目录原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates & Enzymes in prokary
5、otic transcription第一节第一节目录目录n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料: : NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板: : DNA酶酶 : : RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子及其他蛋白质因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3 ，核苷酸间的连接方式为核苷酸间的连接方式为3 ，5 -磷酸二酯键。磷酸二酯键。目录目录一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因结构基因(structuralgene)。 转录的这种选择
6、性称为转录的这种选择性称为不对称转录不对称转录(asymmetrictranscription)，它有两方面含义：在，它有两方面含义：在DNA分子分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。目录目录5GCAGTACATGTC33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为的一股单
7、链，称为模板链模板链(templatestrand)，也称，也称作作有意义链有意义链或或Watson链链。相对的另一股单链是。相对的另一股单链是编编码链码链(codingstrand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。目录目录5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录目录目录二、二、RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成合成（一）（一）RNA聚合酶能从头启动聚合酶能从头启动RNA链的合成链的合成 DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化学机
8、制与合成的化学机制与DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNA目录目录DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成的机制合成的机制目录目录 DNA聚合酶在启动聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接启动就能直接启动RNA链的延长。链的延长。 RNA聚合酶和双链聚合酶和双链DNA结合时活性最高，但是只以双结合时活性最高，但是只以双链链DNA中的一股中的一股DNA链为模板。链为模板。 RNA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列
9、的特殊序列启动子启动子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。目录目录（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成 36512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618催化功能催化功能 155613结合结合DNA模板模板 70263辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能目录目录核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme) 转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段目录目录nRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合目录目录大肠杆菌内有一些不同的大肠杆菌内有一些不同的RNApo
10、l全酶，其全酶，其差异是差异是亚基的不同。目前已发现多种亚基的不同。目前已发现多种亚基，亚基，并用其分子量命名区别，最常见的是并用其分子量命名区别，最常见的是70（分子（分子量量70kDa）。）。70是辨认典型转录起始点的蛋白是辨认典型转录起始点的蛋白质，大肠杆菌中的绝大多数启动子可被含有质，大肠杆菌中的绝大多数启动子可被含有70因子的全酶所识别并激活。因子的全酶所识别并激活。但有些基因的启动子，如热激蛋白（但有些基因的启动子，如热激蛋白（heatshockproteins,Hsp）也为另外的）也为另外的亚基（亚基（32）识别。识别。目录目录三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子
11、的启动子上启动转录上启动转录 转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵操纵子子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上。操纵子包括若干个结构基因及其上游游(upstream)的调控序列。的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol目录目录调控序列中的启动子是调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转的启
12、动子上而起动转录，其中由录，其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法聚合酶保护法。目录目录nRNA聚合聚合酶保护法酶保护法目录目录开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 nRNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研
13、究转录起始区目录目录目录目录原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节目录目录原核生物的转录过程可分为转录起始、原核生物的转录过程可分为转录起始、转录延长和转录终止三个阶段。转录延长和转录终止三个阶段。 目录目录 RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。 DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：2 . D
14、 N A 双 链 打 开 ， 形 成双 链 打 开 ， 形 成 开 放 转 录 复 合 体开 放 转 录 复 合 体 ( o p e ntranscriptioncomplex)；DNA分子接近分子接近-10区域的部分区域的部分双螺旋解开后转录开始。双螺旋解开后转录开始。 DNA双链解开的范围只在双链解开的范围只在17bp左右，这比复制中形成的复制叉小得多。左右，这比复制中形成的复制叉小得多。1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)识别并结合启动子，形成识别并结合启动子，形成闭合闭合转录复合体（转录复合体（closedtranscriptioncomple）；3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次
15、聚合反应，形成第一聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成第一个磷酸二酯键：个磷酸二酯键：RNApol( 2)-DNA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物: :5 -pppG-OH+NTP5 -pppGpN-OH3 +ppin转录起始过程：转录起始过程：目录目录nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长目录目录第一个磷酸二酯键生成后，第一个磷酸二酯键生成后，转录复合体的构转录复合体的构象发生改变，象发生改变， 亚基即从转录起始复合物上脱亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于于DNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNA链
16、前移，进入延长链前移，进入延长阶段。阶段。目录目录二、二、RNApol核心酶独立延长核心酶独立延长RNA链链1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP(NMP)n+1 + PPi目录目录大肠杆菌的转录泡局部结构示意大肠杆菌的转录泡局部结构示意转录空泡转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA目录目录转录延长以下特点转录延长以下特点
17、 核心酶负责核心酶负责RNA链延长反应；链延长反应； RNA链从链从5 -端向端向3 -端延长，新的核苷酸都是加到端延长，新的核苷酸都是加到3 -OH上；上；对对DNA模板链的阅读方向是模板链的阅读方向是3 -端向端向5 -端，合成的端，合成的RNA链链与之呈反向互补，即酶是沿着模板链的与之呈反向互补，即酶是沿着模板链的3 向向5 方向或沿着方向或沿着编码链的编码链的5 向向3 方向前进的；方向前进的； 合成区域存在着动态变化的合成区域存在着动态变化的8 bp 的的RNA-DNA杂合双链；杂合双链； 模板模板DNA的双螺旋结构随着核心酶的移动发生解链和再的双螺旋结构随着核心酶的移动发生解链和再
18、复合的动态变化。复合的动态变化。 目录目录转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化转录过程中DNA的超螺旋结构变化目录目录三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行时进行5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。目录目录目录目录依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止四、原核生物转录终止分为依赖四、原核生物转录终止分为依赖 因子与因子与非依赖非依赖 因子两大类因
19、子两大类n依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：转录终止分为：目录目录 因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量基分子量46kD。 因子能结合因子能结合RNA，又以对，又以对polyC的结合力最的结合力最强，但对强，但对polydC/dG组成的组成的DNA的结合能力就的结合能力就低得多。低得多。 因子还有因子还有ATP酶活性和解螺旋酶酶活性和解螺旋酶(helicase)的的活性。活性。（一）依赖（一）依赖 因子的转录终止因子的转录终止n 因子：因子：目录目录n 因子的作用原理：因子的作用原理：目录目
20、录目录目录（二）（二） 非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的结构来产物形成特殊的结构来终止转录。终止转录。n茎环结构使转录终止的机制茎环结构使转录终止的机制 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 局部局部RNA/DNA杂化短链的碱基配对是最不稳定的。杂化短链的碱基配对是最不稳定的。RNA链上的多聚链上的多聚U也是促使也是促使RNA链从模板上脱落的重链从模板上脱落的重要因素。要因素。目录目录目录目录真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成The
21、BiosynthesisofEukaryoteRNA第三节第三节目录目录真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。起始过程有较大区别，转录终止也不相同。目录目录一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶n 真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同的RNA聚合酶聚合酶: RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）目录目录真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的前体的前体45SrRNAmRNA前体前
22、体hnRNA,lncRNA,piRNA,miRNAtRNA,5SrRNAsnRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内目录目录 真核生物真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基基. RNApol在核内转录生成核不均一在核内转录生成核不均一RNA（hnRNA），），然后加工成然后加工成mRNA并输送给胞质的蛋白质合成体系。并输送给胞质的蛋白质合成体系。mRNA是各种是各种RNA
23、中寿命最短、最不稳定的，需经常重中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。新合成。RNApol还催化合成一些具有重要的基因表还催化合成一些具有重要的基因表达 调 节 作 用 的 非 编 码达 调 节 作 用 的 非 编 码 R N A ， 如 长 链 非 编 码， 如 长 链 非 编 码 R N A（lncRNA）、微）、微RNA（miRNA）和）和piRNA（与（与Piwi蛋蛋白相作用的白相作用的RNA）的合成。）的合成。目录目录RNA聚合酶聚合酶由由12个亚基组成，其最大的亚基称为个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。RNA聚合酶聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有序列最大亚基的羧基末端有一段
24、共有序列(consensussequence)为为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重的重复序列片段，称为羧基末端结构域复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD对于维持细胞的活性是必需的。对于维持细胞的活性是必需的。RNApol是真核生物中最活跃、最重要的酶，故本章叙是真核生物中最活跃、最重要的酶，故本章叙述的真核生物的转录主要以述的真核生物的转录主要以RNApol所催化的转录反应所催化的转录反应为例。为例。目录目录二、转录因子在真核生物转录起始中具二、转录因子在真核生物转录起始中具有重要作用有重要作用 真核生物的基
25、因转录过程，同样可以分为真核生物的基因转录过程，同样可以分为3个个阶段：起始阶段：起始阶段（阶段（RNApol和通用转录因子形成转录起始复合体）、和通用转录因子形成转录起始复合体）、延长阶段和转录终止。延长阶段和转录终止。 与原核生物的显著不同是，起始和延长过程都需要众多与原核生物的显著不同是，起始和延长过程都需要众多相关的蛋白质因子参与，这些因子被称为相关的蛋白质因子参与，这些因子被称为转录因子转录因子（transcriptionalfactors,TF）或）或反式作用因子反式作用因子（trans-actingfactors）。）。目录目录（一）转录前起始复合体的形成（一）转录前起始复合体的
26、形成不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游都有不同的特异点上游都有不同的特异DNA序列，包括启动子、序列，包括启动子、增强子等，统称为增强子等，统称为顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)。目录目录转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体目录目录真核生物转录起始也需要真核生物转录起始
27、也需要RNApol对起始点上对起始点上游游DNA序列进行辨认和结合，生成序列进行辨认和结合，生成转录前起始转录前起始复合体复合体（preinitiationcomplex,PIC）。）。转录起始时，真核生物的转录起始时，真核生物的RNApol不直接识别不直接识别和结合模板的起始区，而是依靠转录因子识别和结合模板的起始区，而是依靠转录因子识别并结合起始序列，故其起始复合体的装配过程并结合起始序列，故其起始复合体的装配过程比原核生物复杂的多。比原核生物复杂的多。目录目录能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的的蛋白质，现已发现数百种，统称为蛋白质，现已发现数百种
28、，统称为反式作用因反式作用因子子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶聚合酶的 ， 则 称 为 通 用 转 录 因 子 （的 ， 则 称 为 通 用 转 录 因 子 （ g e n e r a ltranscriptionfactor）或基本转录因子（）或基本转录因子（basaltranscriptionfactor） 目录目录 真核生物中不同的真核生物中不同的RNApol需要不同的基本需要不同的基本转录因子（转录因子（TF）配合完成转录的起始和延）配合完成转录的起始和延长。相对应于长。相对应于RNApolI、RNA
29、polII、RNApolIII，这些，这些TF分别称为分别称为TFI、TFII、TFIII。参与参与RNA-pol转录的转录的TF的作用的作用转录因子转录因子功能功能TFDTBP亚基结合亚基结合TATA盒盒TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TFB稳定稳定TFD-DNA复合物，结合复合物，结合RNApolTFE解螺旋酶解螺旋酶,结合结合TFHTFF促进促进RNApol结合及作为其他因子结结合及作为其他因子结合的桥梁合的桥梁TFH解旋酶、作为蛋白激酶催化解旋酶、作为蛋白激酶催化CTD磷酸化磷酸化目录目录真核真核RNA聚合酶聚合酶与通用转录因子的作用过程与通用转录因子的作用过程 目录目录 由由TF
30、IID中的中的TBP识别识别TATA盒，并在盒，并在TAFs的协助下结合的协助下结合到启动子区，然后到启动子区，然后TFIIB与与TBP结合，同时结合，同时TFIIB也能与也能与DNA结合，结合，TFIIA可以稳定与可以稳定与DNA结合的结合的TFIIB-TBP复复合体；合体；TFIIB-TBP复合体与复合体与RNApolII-TFIIF复合体结合，此举复合体结合，此举可降低可降低RNApolII与与DNA的非特异部位的结合，协助的非特异部位的结合，协助RNApolII靶向结合启动子；靶向结合启动子；TFIIE和和TFIIH加入，形成闭合复合体，装配完成。加入，形成闭合复合体，装配完成。目录目
31、录目录目录 TFIIH具有解旋酶（具有解旋酶（helicase）活性，能使转录起点附）活性，能使转录起点附近的近的DNA双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开放转双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开放转录复合体，启动转录。录复合体，启动转录。 TFIIH还具有激酶活性，它的一个亚基能使还具有激酶活性，它的一个亚基能使RNApolII的的CTD磷酸化。磷酸化。 CTD磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转录。录。CTD磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相录后加工过程中转录
32、复合体和参与加工的酶之间的相互作用。互作用。 当合成一段含有当合成一段含有6070个核苷酸的个核苷酸的RNA时，时，TFIIE和和TFIIH释放，释放，RNApolII进入转录延长期。此后，大进入转录延长期。此后，大多数的多数的TF就会脱离转录前起始复合物。就会脱离转录前起始复合物。目录目录 除了基本转录因子外，真核基因的转录起始还有其他除了基本转录因子外，真核基因的转录起始还有其他转录因子的参与，如与启动子上游元件如转录因子的参与，如与启动子上游元件如GC盒、盒、CAAT盒等顺式作用元件结合的盒等顺式作用元件结合的上游因子上游因子（upstreamfactor），与远隔调控序列如增强子等结合
33、的反式作），与远隔调控序列如增强子等结合的反式作用因子，以及在某些特殊生理或病理情况下被诱导产用因子，以及在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的生的可诱导因子可诱导因子（induciblefactor）的参与。）的参与。目录目录（二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定（二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录基因的转录为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录因子。因子。拼板理论拼板理论(piecingtheory) ：少数几个反式作用少数几个反式作用因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互相作用，再与基本转
34、录因子、相作用，再与基本转录因子、RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、子与基本转录因子、RNA聚合酶结合，但有聚合酶结合，但有时也可直接与基本转录因子、时也可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结聚合酶结合。合。目录目录三三、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，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
35、。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。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转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向目录目录四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。关的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(polyA)尾巴结构，尾巴结构，是转录后才加进去的。是转录后才加进
36、去的。转录不是在转录不是在polyA的位置上终止，而是超出数的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为序列。这些序列称为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。目录目录5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA3 mRNA转录终止转录终止 和转录后修饰密切相关。和
37、转录后修饰密切相关。目录目录n真核生物的转录终止及加尾修饰真核生物的转录终止及加尾修饰目录目录真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA第四节第四节目录目录真核生物转录生成的真核生物转录生成的RNA分子是初级分子是初级RNA转转录物录物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初，几乎所有的初级级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。目录目录n几种主要的修饰方式：几种主
38、要的修饰方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)5. RNA RNA编辑编辑(RNAediting)目录目录一、核不均一一、核不均一RNA经首、尾修饰经首、尾修饰和剪接后成为和剪接后成为mRNA 真核生物真核生物mRNA转录后，需要进行转录后，需要进行5 -端和端和3 -端（首、尾部）的端（首、尾部）的修饰修饰以及对以及对hnRNA进行进行剪剪接接（splicing），才能成为成熟的），才能成为成熟的mRNA，被，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。转运到核糖体，指导蛋白质翻译。目录目录（一）
39、前体（一）前体mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”结构结构大多数真核大多数真核mRNA的的5 -末端有末端有7-甲基鸟嘌呤的甲基鸟嘌呤的帽结构。帽结构。这个真核这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种加工过程的起始步骤由两种酶，酶，加帽酶加帽酶(cappingenzyme)和和甲基转移酶甲基转移酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。 目录目录n帽结构帽结构目录目录n帽结构的生成过程帽结构的生成过程目录目录目录目录n帽结构的意义：帽结构的意义：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；也能与帽结合蛋白质复合体也能与帽结合蛋白质复合体(cap-bindin
40、gcomplexofprotein)结合，并参与结合，并参与mRNA和核和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。目录目录（二）前体（二）前体mRNA在在3 -端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。polyA的有无与长短，是维持的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模作为翻译模板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其，其polyA长度为长度为100至至200个核苷酸之
41、间，也有少数例外。个核苷酸之间，也有少数例外。前体前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。步骤过程。AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAA
42、AAAAOHPAP目录目录（二）前体（二）前体mRNA在在3 -端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾1. hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA) snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体, , splicesome）snRNA目录目录（三）前体（三）前体mRNA的剪接主要是去除内含子的剪接主要是去除内含子在细胞核内出现的初级转录物的分子量往往比在在细胞核内出现的初级转录物的分子量往往比在胞
43、质内出现的成熟胞质内出现的成熟mRNA大几倍，甚至数十倍。核酸序大几倍，甚至数十倍。核酸序列分析证明，列分析证明，mRNA来自来自hnRNA，而，而hnRNA和和DNA模模板链可以完全配对板链可以完全配对去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟RNA的过程称为的过程称为mRNA剪接（剪接（mRNAsplicing）。目录目录真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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编码区再连接后，可翻译出由连续氨基
44、酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splitegene)CABD编码区编码区A、B、C、D非编码区非编码区目录目录外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。目录目录鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白
45、基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰目录目录1.内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪除 剪接首先涉及套索剪接首先涉及套索RNA（lariatRNA）的形成，即内含子）的形成，即内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。 此后，还发现内含子近此后，还发现内含子近3端的嘌呤甲基化，例如端的嘌呤甲基化，例如3mG是形是形成套索所必需的。成套索所必需的。1.内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口处剪除 大多数内含子都以大多数内含
46、子都以GU为为5 端的起始，而其末端则为端的起始，而其末端则为AG-OH-3 。 5 GUAG-OH-3 称为剪接接口（称为剪接接口（splicingjunction）或）或边界序列。边界序列。 剪接后，剪接后，GU或或AG不一定被剪除。不一定被剪除。 目录目录3.剪接过程需两次转酯反应剪接过程需两次转酯反应 目录目录4.剪接体是内含子剪接场所剪接体是内含子剪接场所目录目录5.前体前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式 前体前体mRNA分子的加工除上述剪接外，还有一分子的加工除上述剪接外，还有一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。 剪切剪切指的是剪去某些内含子
47、后，在上游的外显指的是剪去某些内含子后，在上游的外显子子3 -端直接进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外端直接进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外显子之间的连接反应。显子之间的连接反应。 剪接剪接是指剪切后又将相邻的外显子片段连接起是指剪切后又将相邻的外显子片段连接起来，然后进行多聚腺苷酸化。来，然后进行多聚腺苷酸化。目录目录6.前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子可发生可变剪接 许多前体许多前体mRNA分子经过加工只产生一种成分子经过加工只产生一种成熟的熟的mRNA，翻译成相应的一种多肽；有些则可，翻译成相应的一种多肽；有些则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的m
48、RNA，这一现象称为这一现象称为可变剪接可变剪接（alternativesplicing），），又称又称选择性剪接选择性剪接。目录目录真核细胞基因的前体真核细胞基因的前体mRNA交替加工的两种机制交替加工的两种机制目录目录大鼠降钙素基因转录本的可变剪接大鼠降钙素基因转录本的可变剪接 目录目录 有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因的有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因的初级转录物序列并不完全对应，初级转录物序列并不完全对应，mRNA上的一上的一些序列在转录后发生了改变，称为些序列在转录后发生了改变，称为RNA编辑编辑（RNAediting）。）。 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编
49、辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分分化加工化加工(differentialRNAprocessing)。（四）（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行编辑是对基因的编码序列进行转录后加工转录后加工目录目录APOB基因的基因的mRNA在肝和肠黏膜编码不同多肽链在肝和肠黏膜编码不同多肽链目录目录二、真核二、真核rRNA前体经过剪接形成不同前体经过剪接形成不同类别的类别的rRNA转录转录45S-rRNA剪切剪切18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S目录目录真核前体真
50、核前体rRNA转录后的剪切转录后的剪切目录目录三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的碱基修饰苷酸的碱基修饰tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应如：如：UDHU（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目录目录四、四、RNA催化一些真核和原核基因内催化一些真核和原核基
