5-RNA的转录分子生物学

(1) 真核生物RNA聚合酶II的结构及组成
RPB1/2与ββ‘, RBP3/11与α, RBP6与ω同源 不同生物3类聚合酶有相似性 。 都存在两个大亚基。 有共享小亚基的倾向。 线粒体的聚合酶是最小的聚合酶之一。
All three RNA polymerase are multi-subunits
转录的抑制剂抑制剂抑制作用利福霉素细菌全酶和亚基结合抑制起始链霉溶菌素细菌核心酶和亚基结合抑制起始放线菌素d真核pol和dna结合阻止延伸真核pol和rnapol结合rna聚合酶抑制剂与rna聚合酶结合而抑制其活力35终止与抗终止到目前为止尚未发现某个单一位点具有特异的转录终止功能
3 生物信息的 传递（上）
责转录的起始和延伸。
•
βˊ亚基是酶和DNA模板结合的主要部位 . A polyanion（多阴离子），heparin（肝素） 能与βˊ亚基结合。因此，它们能与DNA竞 争结合RNA聚合酶而抑制体外（in vitro） 转录。
• σ 亚基（σ factor ）的功能是帮助核心酶识别启动子， 它不是RNA链延伸必需的。
• •
延伸:聚合酶合成RNA 终止:RNA聚合酶和RNA释放
3.2.1 模板识别（template recognition)
• 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位是
RNA聚合酶全酶识别和结合的部位,称为启动子(即RNA
聚合酶全酶识别、结合和并起始转录的一段DNA序列)。
•
指RNA聚合酶与启动子（promoter）DNA双链相互
链。
• 转录的终止依赖于RNA产物，而不
是由特定DNA序列决定的。
原核生物终止子的两种类型：
① 不依赖ρ因子的终止子（ intrinsic terminators, Rho-Independent Terminator ） 可以在不依 赖其它辅助因子的情况下，终止细菌RNA聚合 酶的转录. 依赖ρ因子的终止子 Rho-dependent terminators are sequences that terminate transcription by bacterial RNA polymerase in the presence of the rho factor.
• σ能提高RNA聚合酶与特异启动子的亲和力，也能降低与非特异启动子 的亲和力。 • 新生RNA链达到6-9个核苷酸，形成稳定的酶-DNA-RNA复合物时，σ
因子释放。
σ factor 通过降低核心酶与非特异序列的亲和力,和增加其与启动子的亲 和力来帮助核心酶识别启动子。 无σ factor 的核心酶也能在DNA模板上合成RNA，但不能正确地起始 转录。
2. 真核生物RNA聚合酶
真核生物的三种RNA聚合酶的特点
RNA Pol Pol Ⅰ Pol Ⅱ Pol Ⅲ 位置 核仁 核质 核质 产物 28s,18s,5.8s rRNAs hnRNA,mRNA,某些SnRNAs tRNA,5srRNA,某些SnRNAs 相对活性 50～70% 20～40% ～10% 对α-鹅膏蕈的敏感性 不敏感 高度敏感 片段特异，中等敏感
1953年，人们已经普遍接受了一种假说：染色体 ＤＮＡ是ＲＮＡ分子的模板，合成的ＲＮＡ分子 转运到细胞质中，决定蛋白质中氨基酸的顺序（ 即指导蛋白质的合成）。
1956年，Crick提出了遗传信息的传递途径，称为 中心法则（central dogma）
复 制
DNA
转录
RNA
翻译
PROTEIN
转录（transcription）是指以ＤＮＡ的一条链为模板 合成互补的ＲＮＡ的过程； 翻译（translation）是依照ｍＲＮＡ的信息合成蛋白 质的过程。 ＤＮＡ的遗传信息通过ｍＲＮＡ表达为蛋白质中氨基 酸的信息。
中心法则The central dogma
基因的编码(正义)链和模板(反义)链
The coding
strand (Sense strand) of DNA has the same sequence as the mRNA
and is related by the genetic code to the protein sequence that it represents.
3.1.1 RNA的结构特点
RNA含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分
子
RNA链自身折叠形成局部双螺旋

RNA可折叠形成复杂的三级结构
3.1.2 RNA在细胞中的分布
各类RNA在组成、大小、分子结构、生物学功能以及亚细胞定位等方面不同。 P74
3.1.3 RNA的功能
信息分子：贮藏及转移遗传信息 功能分子：蛋白质生物合成的主要参与者； 核酶；基因表达的调控；遗传 物质。
• •
在活性位点，DNA链在Wall蛋白和Clamp蛋白的共 同作用下，改变了走向 Rudder蛋白控制RNA杂合链的长度，在杂合链的
5‘端在遇到rudder蛋白后，RNA链离开DNA链
（2） RNA聚合酶Ⅱ的通用转录因子
• 作用于核心启动子上的辅助因子称为通用转录因子或 基本转录因子。
3.2.2
转录起始（initiation)
• 转录时不需要引物，由RNA聚合酶催化以NTP为底物连续合成RNA。 • 在DNA上开始转录的第一个碱基规定为+1,与转录相反的方向称上游（ upstream），转录方向为下游(downstream); 在上游方向与转录起始位 点相邻的位置定位-1。
Transcription Initiation Involves Three Defined Steps
真核生物中已发现有4种RNA聚合酶： RNA聚合酶I、II、III（ RNA pol I、II、III ） 线粒体RNA聚合酶（类似于原核生物的RNA pol ）。
它们专一地转录不同的基因。
α-amanitin鹅膏蕈碱 inhibition
Amanita phalloides鬼笔鹅膏
α-amanitin
基因表达（ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ）
是指基因经过一系列的步骤表现出其生物学功能
的整个过程。
ＤＮＡ携带着决定蛋白质的氨基酸顺序的信息，但本 身不可能是蛋白质合成的模板；实验也表明在无ＤＮ Ａ存在的场所，可以进行蛋白质的合成；应该还有第 二种承载信息的分子，它负责从ＤＮＡ上获得特定遗
传信息，然后用于指导蛋白质的合成。
Closed complex-----open complex----ternary complex
•
•
转录起始就是RNA链上第一个
核苷酸键的产生。 转录起始后直到形成9个核苷酸 短链的过程是通过启动子阶段 。一旦成功合成9个以上核苷酸 并离开启动子区，就进入正常 的延伸阶段。
•
通过启动子的时间代表一个启



当酶分子离开这一区域向前移动时， DNA又重新形成双链，RNA作为游离的 多核苷酸链被取代出来。
延伸过程中聚合酶沿DNA移动，不断合成RNA链，随着聚合酶的迁移使 DNA解旋，逐渐暴露出新的单链模板。
转录泡(transcription bubble)的形成
The length of the bubble is ~12-14 bp, and the length of RNA-DNA hybrid within it is ~8-9 bp. RNA polymerase creates the transcription bubble when it binds to a promoter.
作用并与之结合的过程。
原核细胞：RNA聚合酶全酶能识别启动子区。
真核细胞：RNA聚合酶不能识别启动子区，需要转录调 控因子按顺序结合到启动子上，RNA聚合酶才 能与之结合形成转录起始前复合物PIC(preinitiation transcription complex ） 结合顺序：D-A-B-F-E-H TFII-D：首先与TATA区结合 TFII-A：稳定TFII-D与TATA区的结合 TFII-B：帮助RNA酶与启动子区结合 TFII-F：与RNA酶结合 TFII-E与TFII-H：促进转录开始
3.2
RNA转录的基本过程
特点： •RNA是按5'-3’方向合成的。 •以DNA双链中的反义链为模板。 •由RNA聚合酶催化。 •底物为四种三磷酸核苷（AUGC）。 •不需要引物。
过程： 模板识别
转录起始
转录延伸 转录终止
•
– –
模板识别:
Rห้องสมุดไป่ตู้A聚合酶结合到DNA双链上 DNA链的启动子区解链
There are various channels that allow DNA, RNA, and ribonucleotides into and out of the enzyme‗s active center cleft（活性中心裂隙）.

核心酶覆盖大约40bp的DNA区域，其中 解链部分只有~12-14bp。 当解旋成为模板时，每条链进入酶的不 同部位。 生长着的RNA链的底物NTP结合位点之 前的一段模板是游离的，在这结合位点 之后的模板是与新生RNA形成RNA-DNA 杂合链，RNA-DNA杂合链的长度约9bp ，比解旋的DNA稍短一些。
E.coli有不同的σ factor 分别转录不同类型的基因。 这在基因表达调控中起重要作用。
σ因子的取代（substitution）
• E. coli uses alternative sigma factors to respond to general environmental changes.
RNA聚合酶的全酶
（2）ＲＮＡ聚合酶各亚基的功能
2个α亚基的功能是识 别相应的启动子；
β和βˊ共同组成酶的 催化活性中心；
β亚基是酶和核苷酸底物结合的部位。
• 利福平（ rifampicin）和利福霉素（rifamycin）可
与β亚基结合，从而阻止转录的起始，但不影响RNA
链的延伸；这类抗生素不抑制真核生物RNA聚合酶 ，因而被用于治疗 G阳性菌的感染和结核。 • 另一类抗生素利迪链菌素 (streptolydigins) 抑制转 录的延伸。这表明β亚基可能含两个结构域，分别负
The template strand ( antisense strand) of DNA is
complementary to the sense strand, and is the one that acts as the template for synthesis of
mRNA.
3.1 RNA的结构、分类和功能
②
3.3 转录机器的主要成分
3.3.1 RNA聚合酶
（依赖DNA的RNA聚合酶 DDRP） • • • • • 以DNA为模板 5‘-3‘连续合成 需要Mg2+或Mn2+ 缺乏外切酶活性，没有校正功能 不需要引物
1. 原核生物RNA聚合酶
（1）RNA聚合酶的结构
α2ββ’ ω + σ
RNA聚合酶的核心酶 蟹爪结构
All have two large subunits
酵母RNA聚合酶II的模型
• •
酵母RNA聚合酶II包含12个亚基 在活性位点可看到有一个镁离子存在， DNA被亚基1、2和6夹住
Arthur Kornberg (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959，left) with his son Roger Kornberg, who was awarded the Nobel Prize in Chemistry 2006 Arthur用实验证明DNA的复制，并成功地从 大肠杆菌提取液中分离出DNA聚合酶。 Roger揭示了真核转录的分子基础。
•
起始:短核苷酸链合成并释放
(Abortive initiation describes a process in which RNA polymerase starts transcription but terminates before it has left the promoter. It then reinitiates. Several cycles may occur before the elongation stage begins )
动子的强弱。
3.2.3
转录延伸（elongation)
聚合酶释放σ因子离 开启动子后，核心酶 沿着模板链移动，解 开聚合反应位点前方
的DNA螺旋，新生
RNA链不断伸长，并 允许后面的DNA双链
重新闭合。
3.2.4
转录的终止
•
终止子(terminator)是转录终止的信 号序列。它引发延伸聚合酶从DNA 上脱落，并且释放出已合成的RNA