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第 14 章 RNA 的生物合成 ---- 转录 RNA Biosynthesis----Transcription.

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1 第 14 章 RNA 的生物合成 ---- 转录 RNA Biosynthesis----Transcription

2 本章主要内容 转录是基因表达的中心环节 转录涉及的酶与过程 转录后的加工

3 转录( transcription ) 以 DNA 为模板,在 RNA 聚合酶( RNA polymerase )的作用下合成 mRNA ,将遗传信息从 DNA 分子上转移到 mRNA 分子上,这一过程称为转录。

4 1 转录是基因表达的中心环节 转录是以 DNA 为模板合成 RNA, 并且只是以单股 DNA 为模板, 因此具有不对称性; 用以转录的单链 DNA, 称为模板链, 与复制不同,转录是局部的, 从启动子开始到终止子结束, 为一个转录单位 ; 转录不需要引物; 转录的忠实性相对弱; 转录首先得到 RNA 前体,然后再进行加工转变为成熟的 RNA.

5 被转录成单个 RNA 分子的一段 DNA 称为一个转录单位 (transcript)

6 分子量 48 万, 5 种亚基: 全酶 = 核心酶( α 2 ββ’ ) + σ 因子 α 亚基决定转录的基因 β 亚基在 5’——3’ 方向上延长多核苷酸链,其方式与 DNA 聚合酶 相同,原料为 NTP ,没有纠错的功能。 β’ 亚基结合 DNA 模板 σ 因子识别 “ 启动子 ” 并与之结合 2 RNA 聚合酶 ( RNA polymerase ) 2.1 原核的 RNA 聚合酶

7 聚合酶 I :转录 45S rRNA 聚合酶 II :转录 mRNA 的前体 ( 核不均 RNA, hnRNA ) 聚合酶 III :转录 tRNA 和 5S rRNA 等 (注意: S ) 2.2 真核的 RNA 聚合酶

8 沉降系数 S 生物大分子在离心场中沉降,受到三种力的影响,它们是离 心力,浮力和摩擦力。物质在单位离心力场下的沉降速度是个定 值,称为沉降系数( sedimentation coefficient ) 。 蛋白质、核酸等的沉降系数在 1 X 到 200 X 秒 之间。 为方便将 秒作为一个单位,称 Svedberg 单位,用 S 表示。 其数值不仅与物质分子的质量有关,也与分子的形状有关。

9 DNA 上的转录起始序列,称为启动子,有序列保守性, 不仅是转录起始的位置,而且影响转录的活性。 RNA 聚合酶结合在启动子 上 上游 下游 3 启动子 ( promoter )

10 注意原核启动子在 -35 和 -10 区域的保守序列 Pribnow box

11 真核转录启动子的保守序列 ( TATA box , TATA 盒) 并非所有的真核基因都有典型的 TATA box ,不同生物的 基因有不同的上游 DNA 序列

12 4.1 转录开始 由 σ 因子辨认并且结合到启动子上,局部解链( 10-20bp ),拓 朴异构酶等也参与。 4.2 RNA 链的延伸 由核心酶催化,以其中的一股 DNA 单链作为模板链,以 NTP 为 原料,按照碱基互补配对的原则,通常是由 5’ppp 嘌呤核苷( G 或 A )开头向着 3’ 方向延长多核苷酸链,合成开始后, σ 因子从模板 上脱离下来(可以重复利用)。 核心酶覆盖双链 DNA 和 RNA 复合物,向前推进,一边解开螺旋, 一边释放出新合成的 RNA 链,后面已经转录的区域中分开的 DNA 链又重新形成双螺旋。 4 转录过程及其特点

13 “ 转录泡( transcription bubble ) ”

14

15 A. 依赖 ρ 因子的终止 新生 RNA 上有 ρ 因子的识别位点。它与聚合酶 -DNA-RNA 复合物结 合,向 3’ 端移动,并解开 DNA-RNA 杂交体,需 ATP 。 B. 依赖于特定序列的终止 转录终止区有特殊结构。终止区的上游有 GC 二重对称区,转录的 RNA 容易形成多个 “ 发卡 ” 结构, 转录产物的 3’ 端有 polyU 序列。这种 特殊的二级结构阻止了转录向下游继续推进。 4.3 转录的终止

16 A B 转录终止的两种方式

17 转录得到的只是 RNA 的初级产物,通常要经过加工,才能 转变为成熟的 RNA 。 tRNA 和 rRNA 的转录后加工比较简单. 5 RNA 后的加工( post-transcriptional processing ) 原核前体 RNA 的加工

18 tRNA 转录后的加工与修饰 注意 tRNA 上的修饰和稀有碱基

19 mRNA 转录后的加工 原核生物的结构基因(编码的)是多顺反子( poly-cistron ),通 常是将几个相关的结构基因一起转录得到多个 mRNA 。 (顺反子 cistron 一词可以视作基因的同义词)。 而真核基因是单顺反子( mono-cistron ),其 mRNA 的转录比较复 杂, 因为真核通常只转录出一个结构基因, 而且其结构基因通常又是断裂 基因, 即是由编码的外显子( exon )和不编码的内含子( intron )间隔 排开组成的。因此, 转录得到的仅仅是 mRNA 的 “ 毛坯 ” ,称为核不均 RNA ( hnRNA ),要进行转录后的加工 在其 5’ 端加上鸟嘌呤 “ 帽子 ” , 3’ 端加上 polyA 的 “ 尾巴 ” ,再切除内含子,将外显子拼接,才能 成为一个成熟的 mRNA 。

20 真核 mRNA 前体转录后加工 ( 以卵清蛋白 mRNA 的转录为例 ) 外显子 内含子 5’ 3’

21 真核生物 mRNA 的转录后加 工,包括: 1. 在 5’ 端加鸟嘌呤 “ 帽 ” 结构 2. 在 3’ 端加 polyA 的 “ 尾 ” 3. 切除内含子; 4. 拼接外显子。 5’ 帽结构

22 在原生动物四膜虫( tetrahymena )中, 26S rRNA 分子是 有一个 6.4kb 的前体经切除 1 个 414nt 的内含子后形成的, 在此 过程中, RNA 进行了自我剪接( self-splicing ),但是要有鸟 嘌呤存在的条件下通过转酯反应实现. RNA 催化作用的发现提示了生命的最初形式可能是兼遗传 信息载体和催化功能于一身的 RNA. 6 核酶的发现

23 本章结束


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