1、生物化学与分子生物学系生物化学与分子生物学系陈园园陈园园yuanyuan-课件课件: (shenghua2009)（1）RNA生物合成的概念生物合成的概念（2）转录体系的组成及转录过程）转录体系的组成及转录过程（3）转录后加工过程）转录后加工过程DNA指导的指导的RNA合成，也叫合成，也叫转录转录。由由RNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)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的病毒在宿主细胞以病毒的单链单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。RNA指导的指导的RN
2、A合成，也叫合成，也叫RNA复制复制。 转录转录过程是过程是RNA生物大分子的合成，促进生物大分子的合成，促进RNA合成的合成的酶称为酶称为RNA聚合酶聚合酶转录过程是从特定转录过程是从特定一段一段DNA取出信息，合成一段取出信息，合成一段RNA的过程，不象的过程，不象DNA复制是全部复制是全部DNA信息的复制。被取信息的复制。被取出信息的出信息的DNA序列称为序列称为模板模板DNA哪一段哪一段DNA信息被取出用于转录信息被取出用于转录RNA，取决于被转录，取决于被转录DNA片段片段前前的的DNA序列结构及其与蛋白质的相互作用序列结构及其与蛋白质的相互作用 1. 模板均为模板均为DNA2. 延
3、长机理都是形成磷酸二酯键延长机理都是形成磷酸二酯键3. 方向均为方向均为5 3 模板模板原料原料酶酶产物产物配对配对复制复制两股链均复制两股链均复制dNTPDNA聚合酶聚合酶子代双链子代双链DNA（半保留复制）（半保留复制）AT，GC转录转录模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）NTPRNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）mRNA，tRNA，rRNAAU，TA，GC原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: DNA酶酶 : （依赖（依赖DNA）RNA聚合酶聚合酶(RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子掌握掌握RNA合成主要方式与特点合成主要方式与特
4、点熟记原核生物熟记原核生物RNA聚合酶全酶的结构聚合酶全酶的结构描述原核生物描述原核生物RNA合成的过程合成的过程熟悉真核和原核生物在转录中熟悉真核和原核生物在转录中DNA模板结构特点模板结构特点掌握真核生物掌握真核生物mRNA, tRNA, rRNA转录后加工过程转录后加工过程转录、模板链与编码链、不对称转录、转录、模板链与编码链、不对称转录、启动子、顺式作用元件、启动子、顺式作用元件、核心酶与全酶、转录因子、核心酶与全酶、转录因子、转录起始前复合体、加帽加尾、转录起始前复合体、加帽加尾、基因与断裂基因、外显子与内含子、基因与断裂基因、外显子与内含子、剪接与剪切、核酶剪接与剪切、核酶第一节第
5、一节 原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶第二节第二节 原核生物的转录过程原核生物的转录过程第三节第三节 真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成第四节第四节 真核生物真核生物RNA的加工的加工一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录的启动子上启动转录编码蛋白质或其他编码蛋白质或其他RNA的的DNA序列，称为序列，称为结构基因结构基因 (s
6、tructural gene)DNA双链中能够按照碱基互补规律指引转录生成双链中能够按照碱基互补规律指引转录生成RNA的一股的一股单链，称为单链，称为模板链模板链(template strand)；另一股单链称为另一股单链称为编码链编码链(coding strand) 。转录具有选择性，称为转录具有选择性，称为不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) 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gDNAG C A G T A C ACTGTc g t c a t g tgacaAla Val His Val5 3 G C A G U A C AC
7、UGU 因此转录是以模板链因此转录是以模板链DNA序列为基础合成序列为基础合成RNA的过程，的过程，而产物而产物RNA序列与编码链序列与编码链DNA序列更相似序列更相似RNA产物最终可以是蛋白质，也可以是其他产物最终可以是蛋白质，也可以是其他RNA5 5 N3 3 C结构基因结构基因 在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。5335编码链编码链(coding strand)编码链编码链模板链模板链模板链模板链(template strand)（
8、一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成 ( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶合成合成RNA合成合成DNA ( dNMP )n + dNTP ( dNMP ) n+1 + PPi不需要引物不需要引物需要引物需要引物亚基亚基 分子量分子量3651215061815561370263功能功能决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录催化功能催化功能结合结合DNA模板模板辨认起始点辨认起始点 二、二、RNA聚合酶聚合酶(DDRP)1. 原核生
9、物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶E. coli的的RNA聚合酶是由四种亚基组聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（成的五聚体（ 2 ）核心酶（core enzyme）全酶（holoenzyme）识别识别DNA分子中分子中转录的起始部位。转录的起始部位。 识别转录终止信号，停止聚合反应。识别转录终止信号，停止聚合反应。参与转录水平的调控。参与转录水平的调控。催化催化NTP的聚合，完成一条的聚合，完成一条RNA链的链的聚合反应。聚合反应。促进与模板链结合，并使促进与模板链结合，并使DNA双链打开双链打开17bp。缺乏外切酶活性缺乏外切酶活性, 无校对功能，错误率无校对功能，错误率10-6。不同的不同的
10、识别不同的启动子。识别不同的启动子。聚合速率慢，聚合速率慢，3085 NTP/秒秒。可被药物抑制（利福平）。人的可被药物抑制（利福平）。人的RNA聚合酶聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。全酶仅在起始阶段存在，延长阶段只有核心酶全酶仅在起始阶段存在，延长阶段只有核心酶 热休克蛋白热休克蛋白在体内有着广在体内有着广泛的功能、涉及了应激、免疫、泛的功能、涉及了应激、免疫、蛋白质折叠等多方面。蛋白质折叠等多方面。 热休克蛋白热休克蛋白（heat shock proteins, HSPs）是指细胞在高温（热）是指细胞在高温（热休克）或其他应激原作用
11、下所诱导生成或合成增加的一组蛋白质。休克）或其他应激原作用下所诱导生成或合成增加的一组蛋白质。 当温度升高到一定程度时，大部分蛋白质已经停止合成，而当温度升高到一定程度时，大部分蛋白质已经停止合成，而HSPs仍能继续合成，原因就在于仍能继续合成，原因就在于HSPs使用与一般蛋白质不同的使用与一般蛋白质不同的亚基（亚基（ 32，本身也是一种，本身也是一种HSPs）启动子启动子(promoter) 指指RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位。的部位。是调控转录的关键部位。是调控转录的关键部位。原核生物启动子序列按功能的不原核生物启动子序列按功能的不同可分为同可分为三个部位，即三个部位，即识
12、别部位、结合部位、起始部位识别部位、结合部位、起始部位。RNA聚合酶聚合酶和和启动子启动子结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。 结构基因之前一段结构基因之前一段DNA为调节序列，结构基因为调节序列，结构基因DNA与调节与调节序列序列DNA共同组成一个转录单位，称为共同组成一个转录单位，称为操纵子操纵子（operon）5 3 3 5 启动子调控序列调控序列结构基因结构基因RNA-pol 原核生物以原核生物以RNA聚合酶全酶结合到聚合酶全酶结合到DNA的的启动子上而启动转录，其中由启动子上而启动转录，其中由亚基辨认启亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。动子，其他亚基相互配合。 对启动子
13、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。RNA聚合聚合酶保护法酶保护法开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列5 5 结构基因结构基因3 3 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site) 起始部位起始部位：指指DNA分子上开始转录的部位，该部位含分子上开始转录的部位，该部位含有与转录生成新生有
14、与转录生成新生RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，链的第一个核苷酸互补的碱基，将该碱基的序号定为将该碱基的序号定为+1。识别部位识别部位：RNA 聚合酶聚合酶因子因子的识别部位。的识别部位。 中心部位中心部位在在35bp处处,碱基序列具有高度保守性，该序列的一致性碱基序列具有高度保守性，该序列的一致性序列为序列为TTGACA。结合部位结合部位：RNA聚合酶的结合的部位，其长度为聚合酶的结合的部位，其长度为7bp，中心部位在中心部位在10bp处，一致性序列为处，一致性序列为TATAAT序列，故称序列，故称之为之为 TATA box (Pribnow box)。识别部位和结合部位都富含识别部位和结合
15、部位都富含AT碱基，因此双链碱基，因此双链DNA易发易发生解链，有利于生解链，有利于RNA聚合酶的结合。聚合酶的结合。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二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行三、原核生物转录终止分为依赖三、原核生物转录终止分为依赖（Rho）因子与）因子与 非依赖非依赖因子两大类因子两大类（一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止（二）非依赖（二）非依赖因子的转录终止因子的转录终止需解决两个问题：需解决两个问题：1. RNA聚合酶必须聚合酶必须准确地结合准确地结合在转录模板的在转录模板的起始区域起
16、始区域2. DNA双链解开，使其中的双链解开，使其中的一条链一条链作为转录的模板。作为转录的模板。nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长 2. DNA双链解开双链解开 (20bp以下，以下，17bp左右左右)1. RNA聚合酶聚合酶全酶全酶( 2)与模板与模板结合结合 3. 在转录的在转录的起始位点起始位点，RNA聚合酶催化发生第一次聚合酶催化发生第一次聚合反应，形成聚合反应，形成四磷酸二核苷酸四磷酸二核苷酸，与，与全酶全酶、DNA模板模板共同组成共同组成转录起始复合物转录起始复合物。RNApol ( 2) - DNA - pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物5 -pp
17、pG -OH (GTP) + NTP 5 -pppGpN -OH 3 +PPi4. 亚基亚基从转录起始复合物上从转录起始复合物上脱落脱落，核心酶连同，核心酶连同 四磷酸二核苷酸，沿四磷酸二核苷酸，沿DNA链前移，进入延长阶段。链前移，进入延长阶段。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. 在核心酶作用下，在核心酶作用下，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 + PPi3. 原核生物转录延长时蛋白质的翻译也原核生物转录延长时蛋白
18、质的翻译也同时进行同时进行535533转录空泡转录空泡（transcription bubble）：也称转录复合物，是由）：也称转录复合物，是由RNA聚合酶的核心酶、聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物模板和转录产物RNA三者结合在三者结合在一起的复合体。一起的复合体。 第一个磷酸二酯第一个磷酸二酯键生成后键生成后, 亚基亚基从转录起始复合从转录起始复合物上脱落，形成物上脱落，形成转录空泡。核心转录空泡。核心酶沿模板酶沿模板DNA前前移，转录进入延移，转录进入延长阶段。长阶段。RNA-pol （核心酶）核心酶）-DNA -RNA5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DN
19、A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；原核生物的原核生物的mRNA无需加工；无需加工；转录尚未完成，翻译已在进行。转录与翻译偶联转录尚未完成，翻译已在进行。转录与翻译偶联 。 依赖Rho 因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止转录终止指转录终止指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来模板上停顿下来不再前进，转录产物不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下链从转录复合物上脱落下来。来。 依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：录终止分为： Rho因子因子是是rho基因的产物，广泛存在于原核和基因的产物，广泛
20、存在于原核和真核细胞中，由真核细胞中，由6个亚基组成，分子量个亚基组成，分子量300KD。Rho因子结合在新生的因子结合在新生的RNA链上，由链上，由5端向端向3端利用端利用ATP水解供能水解供能快速移动快速移动。 Rho因子有因子有ATP酶的活性和酶的活性和解螺旋酶解螺旋酶的活性的活性因子因子 DNARNARNA聚合酶聚合酶DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列（终止子终止子），转录出），转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的产物形成特殊的结构来终止转录。结构来终止转录。 DNA模板上的终止子序列，转录出模板上的终止子序列，转录出RNA后，后， RN
21、A形成稳定的茎环结构（形成稳定的茎环结构（stem-loop），）， 阻碍阻碍RNA聚合酶前移。聚合酶前移。 转录产物茎环结构之后有一串寡聚转录产物茎环结构之后有一串寡聚U。 rU:dA最不稳定，最不稳定，RNA-DNA杂交双链解开，杂交双链解开， RNA脱离，转录终止。脱离，转录终止。终止子终止子（terminator）：）：DNA模板上能够在转录即将结束时，模板上能够在转录即将结束时，提供终止信号的序列。通常为一段被间隔开的回文序列，存在提供终止信号的序列。通常为一段被间隔开的回文序列，存在于于RNA pol已经转录过的序列中。已经转录过的序列中。5533 回文序列回文序列5UUGCAGC
22、CUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 近终止区的转录产物形成发夹近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构结构（茎环结构
23、），是非依赖（茎环结构），是非依赖因子终止的普遍现象。因子终止的普遍现象。 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol1、不对称性、不对称性2、连续性、连续性3、单向性、单向性4、有特定的起始和终止位点、有特定的起始和终止位点一、真核生物有三种一、真核生物有三种DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶二、二、转录起始转录起始需要启动子、需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与聚合酶和转录因子的参与（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列（一）转录起始前的上游区段具有启动
24、子核心序列（二）转录因子（二）转录因子（三）转录起始前复合物（三）转录起始前复合物（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录三、真核生物三、真核生物转录延长转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象过程中没有转录与翻译同步的现象四、真核生物的四、真核生物的转录终止转录终止和加尾修饰同时进行和加尾修饰同时进行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（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol ）种类种类转录产物转录产物对鹅膏蕈对鹅膏蕈碱的反应碱的反应I45
25、SrRNA不敏感不敏感IIhnRNA极敏感极敏感III5SrRNAtRNA, snRNA中度敏感中度敏感 RNA pol、都由都由多个亚基多个亚基组成。有些亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。是三种酶所共有。 mRNA是各种是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因此经常重新合成。因此RNA pol是三种酶中最活跃是三种酶中最活跃的。的。 RNA pol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共有序列(consensus sequence)为为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的 重 复 序 列 片 段 ， 称 为的 重
26、复 序 列 片 段 ， 称 为 羧 基 末 端 结 构 域羧 基 末 端 结 构 域(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD是是RNA pol 所独有的，对于维持细胞的活性是必需的。所独有的，对于维持细胞的活性是必需的。需要启动子需要启动子 、RNA pol和和转录因子转录因子的参与的参与真核生物和原核生物的真核生物和原核生物的RNA pol种类不同，结种类不同，结合模板的特性不一样。转录起始时，原核生物合模板的特性不一样。转录起始时，原核生物RNA pol可直接结合模板，而真核生物的可直接结合模板，而真核生物的RNA pol需与需与多多种蛋白因子种蛋白因子的相
27、互作用才能结合模板。的相互作用才能结合模板。 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，转录起始点上游可以有不同的点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统序列，但这些序列都可统称为称为顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)。启动子启动子（核心序列）（核心序列）启动子上游元件启动子上游元件（upstream promoter elements）增强子增强子（enhancer）远隔序列远隔序列起始子起始子(intiator，Inr)：与转录起始点重叠：与转录起始点重叠能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近
28、或远隔特定基因表达的远隔特定基因表达的DNA序列。序列。（100050000nt）GC盒和盒和CAAT盒（盒（-40-100nt）Hognest盒或盒或TATA盒盒(TATA box)近端近端调控调控元件元件 结构基因GCGCCAATTATA内含子外显子外显子转录起始CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件TATA盒 (Hogness box)起始子起始子 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的蛋白质。的蛋白质。 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聚合聚合酶的，则称为酶的，则称为转录因子转录因子(transcriptional f
29、actors, TF)。蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合
30、及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子TBP: TATA结合蛋白结合蛋白, TAF: TBP辅因子辅因子CTD: RNA聚合酶大亚基羧基末端的结构域聚合酶大亚基羧基末端的结构域真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起转录起始前复合物始前复合物(pre-initiation complex,
31、PIC) 。 POL-TFFABRNA polTFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化真核生物转录延长过程与原核生物大致相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似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。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转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。和解聚现象。5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-po
32、lAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA转录终止和加尾修饰同时进行。转录终止和加尾修饰同时进行。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(poly A)尾巴结构，转录后加上。尾巴结构，转录后加上。转录不是在转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数百个乃至上千的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。个核苷酸后才停顿。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点
33、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 一、真核生物一、真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接的加工包括首、尾修饰和剪接（一）前体（一）前体mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”结构结构（二）前体（二）前体mRNA在在3 端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾（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 1. hnRNA和断裂基因和断裂基因 2. 外显子和内含子外显子和内含子 3. mRNA的剪接的剪接 4. 真核生物前体真核生物前体mRNA分子经剪切和剪接两种模式分子经剪切和剪接两种模式 可加工成不同的可加工
34、成不同的mRNA（四）（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行转录后加工编辑是对基因的编码序列进行转录后加工二、真核前体二、真核前体rRNA的加工的加工三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加工包括把核苷酸的碱基修饰为稀有碱基的加工包括把核苷酸的碱基修饰为稀有碱基四、四、RNA催化一些真核和原核基因内含子的自剪接催化一些真核和原核基因内含子的自剪接 真核生物真核生物转录生成的转录生成的RNA分子是初级分子是初级RNA转录物转录物(primary RNA transcript)，几乎所有的初级几乎所有的初级RNA转录物都要经过转录物都要经过加加工工，才能成为具有功能的成熟的，才能成为具有功能
35、的成熟的RNA。 加工主要在加工主要在细胞核细胞核中进行。中进行。如如5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp )如如3 端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)（1）剪接）剪接(splicing)（2）剪切）剪切(cleavage)（3）修饰）修饰(modification) （4）添加）添加(addition)转录生成：转录生成： hnRNA（非均一核（非均一核RNA，前体，前体mRNA，初级，初级mRNA转录物）转录物）翻译需要：成熟翻译需要：成熟mRNAE 1I 1E 4E 2E 3I 3I 2m7GpppAAAAAAnE 1E 4E 2E 3E
36、1I 1E 4E 2E 3I 3I 2 3 5 3 5 5 3 真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区真核生物结构基因，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。基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 的结构特征的结构特征 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
37、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。 目目 录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DNA成熟成熟mRNA1. 断裂基因中外显子与内含子断裂基因中外显子与内含子一、各种成熟一、各种成熟RNA的结构特征的结构特征Capping 5end of the mature mRNAm7G1、前体、前体mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”结构结构2、前体、前体mRNA在在3 端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾端特异位点
38、断裂并加上多聚腺苷酸尾3、前体、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4、mRNA编辑是对基因的编码序列进行转录后加工编辑是对基因的编码序列进行转录后加工大多数真核大多数真核mRNA的的5 -末端有末端有7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤的帽结构。的帽结构。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，加帽酶酶，加帽酶(capping enzyme)和甲基转移酶和甲基转移酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。 5 5 m7GpppNppolyA75 pppGpN5 GpppGpNpppG PPi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7Gppp
39、GpN甲基转移酶甲基转移酶SAM5 ppGpN磷酸酶磷酸酶 Pi 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-binding complex of protein)结合，并参与结合，并参与mRNA和核糖和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。体的结合，启动蛋白质的生物合成。 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-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA)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
40、酸蛋白体（并接体（并接体, splicesome）snRNA 尾部修饰是和转录终止尾部修饰是和转录终止同时进行同时进行的过程。的过程。 poly A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poly A长度为长度为100至至200个核苷酸之间，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。 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子
41、连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为剪接体结合成为剪接体鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可以有多种用途的，因此也称为分化加加工，是可以有多种用途的，因此也称为分化加工工(differential RNA processing)。人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 0
42、00）mRNA编辑编辑mRNA 6666位位C脱氨基变为脱氨基变为U，三联体密码子三联体密码子CAA变为终止变为终止密码子密码子UAAtRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNaseP内切酶内切酶连接酶连接酶tRNA核苷酸转移酶核苷酸转移酶（2）还原反应）还原反应 如：如：U D （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：A I 如：如：G mG（1）甲基化）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）转录转录45SrRNA剪接剪接18SrRNA5.8S和和28SrRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.
43、8S18S真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA1、不对称转录，模板链和编码链、不对称转录，模板链和编码链2、原核生物、原核生物RNA聚合酶亚基组成及作用。聚合酶亚基组成及作用。3、原核生物、原核生物DNA转录的要点及主要过程；转录的要点及主要过程；4、启动子、操纵子概念；、启动子、操纵子概念；5、断裂基因、外显子和内含子、断裂基因、外显子和内含子 6、真核生物、真核生物DNA转录后的修饰转录后的修饰7、复制和转录的异同、复制和转录的异同8、核酶、核酶原核细胞启动子原核细胞启动子-10区的序
44、列通常被称为区的序列通常被称为_，其，其一致序列是一致序列是_。Pribonow boxTATAT大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶由聚合酶由_和和_因子组成，其中因子组成，其中前者由前者由_亚基、亚基、_亚基和亚基和_亚基组成，活性亚基组成，活性中心位于中心位于_亚基上。亚基上。核心酶核心酶大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNA由两条链组成，其中一条链充当模板链，另由两条链组成，其中一条链充当模板链，另外一条链充当编码链。外一条链充当编码链。错。不同的基因使用不同的链作为其编码链和模板链。错。不同的基因使用不同的链作为其编码链和模板链。所有的所有的RNA聚合酶都需要模板。聚合酶都需要模板。错。真核细胞
45、错。真核细胞mRNA加尾反应中的加尾反应中的Poly A聚合酶并不聚合酶并不需要模板。需要模板。在原核细胞基因转录的过程中，当第一个磷酸二酯键形成以后，在原核细胞基因转录的过程中，当第一个磷酸二酯键形成以后，因子即与核心酶解离。因子即与核心酶解离。错。原核基因的转录一般是形成错。原核基因的转录一般是形成5-6个磷酸二酯键以后，个磷酸二酯键以后，sigma因子才与核心酶解离。因子才与核心酶解离。由于由于RNA聚合酶缺乏校对能力，因此聚合酶缺乏校对能力，因此RNA生物合成的忠实性低于生物合成的忠实性低于DNA的生物合成。的生物合成。对。对。RNA聚合酶缺乏聚合酶缺乏3-5的外切酶的活性，因此不能的
46、外切酶的活性，因此不能够去除转录过程中错误参入的核苷酸。够去除转录过程中错误参入的核苷酸。原核细胞和真核细胞的原核细胞和真核细胞的RNA聚合酶都能够直接识别启动子。聚合酶都能够直接识别启动子。错。原核细胞的错。原核细胞的RNA聚合酶能够直接识别启动子聚合酶能够直接识别启动子,并与并与启动子结合启动子结合,但真核细胞的三种但真核细胞的三种RNA聚合酶并不能识别聚合酶并不能识别启动子启动子,它们与启动子的结合需要特殊的转录因子的帮助。它们与启动子的结合需要特殊的转录因子的帮助。RNA病毒因为不含有病毒因为不含有DNA基因组，所以根据分子生物学中心法则，基因组，所以根据分子生物学中心法则，它必须先进
47、行逆转录，然后才能复制和增殖。它必须先进行逆转录，然后才能复制和增殖。错。许多错。许多RNA病毒通过病毒通过RNA复制进行增殖。复制进行增殖。四种真核四种真核mRNA后加工的顺序是后加工的顺序是 A. 带帽带帽.运输出细胞核运输出细胞核.加尾加尾.剪接剪接 B. 带帽带帽.剪接剪接.加尾加尾.运输出细胞核运输出细胞核 C. 剪接剪接.带帽带帽.加尾加尾.运输出细胞核运输出细胞核 D. 带帽带帽.加尾加尾.剪接剪接.运输出细胞核运输出细胞核 E. 运输出细胞核运输出细胞核.带帽带帽.剪接剪接.加尾加尾D带帽是一个共转录的后加工方式，它首先发生，其带帽是一个共转录的后加工方式，它首先发生，其次是加
48、尾，然后是剪接，最后才是运输出细胞核。次是加尾，然后是剪接，最后才是运输出细胞核。你认为酵母细胞你认为酵母细胞TBP基因的突变为什么是致死型的？基因的突变为什么是致死型的？ A. TBP是转录终止所必需的蛋白质是转录终止所必需的蛋白质 B. 缺乏有功能的缺乏有功能的TBP的酵母细胞只能转录的酵母细胞只能转录rRNA基因基因 C. 与与TBP相关联的蛋白质因子结合抑制相关联的蛋白质因子结合抑制DNA聚合酶聚合酶的活性的活性 D. 缺乏缺乏TBP的酵母细胞对光敏感的酵母细胞对光敏感 E. TBP为为RNA聚合酶聚合酶.和和所负责的基因转录必需的转录所负责的基因转录必需的转录因子因子ETBP是三种是
49、三种RNA聚合酶都需要的转录因子，因此它聚合酶都需要的转录因子，因此它的失活可影响到三类基因的转录，当然最容易产生致死的失活可影响到三类基因的转录，当然最容易产生致死型突变。型突变。转录真核细胞转录真核细胞rRNA的酶是的酶是 A. RNA聚合酶聚合酶 B. RNA聚合酶聚合酶 C. RNA聚合酶聚合酶 D. RNA聚合酶聚合酶和和 E. RNA聚合酶聚合酶和和D真核细胞真核细胞28SrRNA、18SrRNA和和5.8SrRNA作为一个作为一个多顺反子由多顺反子由RNA聚合酶聚合酶I催化转录，催化转录，5SrRNA作为一种小作为一种小分子分子RNA由由RNA聚合酶聚合酶III负责催化。负责催化
50、。在在RNA聚合酶催化下，某一聚合酶催化下，某一DNA分子的一条链被完全转录成分子的一条链被完全转录成mRNA。假定。假定DNA编码链的碱基组成是：编码链的碱基组成是：G=24.1%,C=18.5%,A=24.6%,T=32.8%。那么，新合成的。那么，新合成的RNA分分子的碱基组成应该是子的碱基组成应该是 A. G=24.1%,C=18.5%,A=24.6%,U=32.8% B. G=24.6%,C=24.1%,A=18.5%,U=32.8% C. G=18.5%,C=24.1%,A=32.8%,U=24.6% D. G=32.8%,C=24.6%,A=18.5%,U=24.1% E. 不能
