分子生物学原理--RNA的生物合成课件
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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
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
2019/10/7
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
分子生物学原理
转录起始中的事件
• 解链
核小体
RNA-Pol
分子生物学原理
RNA-Pol
（三）转录终止
—— 和转录后修饰密切相关。
AAAAAAA······3
3加尾
核酸酶
mRNA
3
5
5
AATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
RNA-pol
3
2019/10/7
分子生物学原理
真核生物转录终止的特点
• 真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结 构，这是转录之后加上的。
• 编码链：coding strand
相对于模板链的另一股链。也称为反 义链或Crick链。
2019/10/7
分子生物学原理
模板: 转录、翻译的序列比较
5’ GCATTAGCTAGCTACTAGC 3’ DNA 3’ cgtaatcgatcgatgatcg 5’ 双链
转录 5’ GCAUUAGCUAGCUACUAGC 3’ mRNA
RNA
复制与转录的异同点
相同点：
不同点:
复制
转录
以DNA作模板
双链复制
模板链
需4种NTP
dNTP
NTP
碱基配对
A=T
A=U,T=A
合成方向5’3’
依赖DNA的聚合酶 DDDP
DDRP
多聚核苷酸大分子 半保留式子代 mRNA、
tRNA、rRNA
2019/10/7
分子生物学原理
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
5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`
RNA
UUUU...…
UUUU...…
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
2019/10/7
分子生物学原理
RNA-pol
5
3
3
5
5´pppG
茎环结构使转录终止的机理
第十一章
RNA的生物合成 （转录）
RNA Biosynthesis, Transcription
2019/10/7
分子生物学原理
转录 (transcription)
• 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 也就是把DNA的碱基序列抄录成RNA的 碱基序列。
DNA
2019/10/7
转 录
分子生物学原理
原核201生9/10物/7 启动子保守序列分子生物学原理
顺式作用元件
-GCGC---CAAT---TATA
结构基因
增强子
转录起始 TATA盒
CAAT盒
GC盒
真核2019生/10/物7 启动子保守序列分子生物学原理
第二节
转录过程
The Process of Transcription
2019/10/7
三、模板与酶的辨认结合
•启动区的保守序列 •原核生物有两个元件 -35bp的辨认位点：5’-TTGACA-10bp的Pribnow盒: 5’-TATAATPu •真核生物有多个元件(如-30的 Hogness或TATA盒)。
2019/10/7
分子生物学原理
RNA聚合 酶保护法
2019/10/7
分子生物学原理
AATAAA
增强子 OCT-1
翻译起始点
外显子
转录起始点
内
含
TATA盒
子
转录终止点
CAAT盒
GC盒
2019/10/7
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
分子生物学原理
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)。
TFⅡF TFⅡE TFⅡH
30，74 57（） 34（）
功能 结合TATA盒 辅助TBP-DNA结合 稳定TFⅡD-DNA复合物 促进RNA-polⅡ结合及作 为其他因子结合的桥梁 解螺旋酶
ATPase 蛋白激酶活性，使CTD磷 酸化
2019/10/7
分子生物学原理
3. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC)
编码链
3
模板链
转录方向
转录方向
模板链
3
编码链
5
2019/10/7
分子生物学原理
二、 RNA聚合酶
• 转录酶：依赖DNA的RNA聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP
2019/10/7
分子生物学原理
原核生物的RNA聚合酶
• 大肠杆菌的RNA聚合酶：2’ • 其中2’称为核心酶：只有转录功能 • 亚基：辨别转录起始点 • +2’=全酶 • 受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特
• 在模板链读码框架的3’端之后，常有一 组共同序列AATAAA，再下游还有相当 多的GT序列，这些序列称为转录终止的 修饰点。
2019/10/7
分子生物学原理
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。
2019/10/7
分子生物学原理
1. 转录起始前的上游区段
顺式作用元件(cis-acting element)
修饰点 切离加尾
ATP
2019/10/7
分子生物学原理
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。
2019/10/7
分子生物学原理
2、非依赖Rho因子的转录终止
2019/10/7
分子生物学原理
DNA
5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3
（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。
2019/10/7
分子生物学原理
转 录 延 长 转录方向 中 的 核 小 体 移 位
2019/10/7
RNA-Pol
2019/10/7
分子生物学原理
第一节
模板和酶
Templates and Enzymes
2019/10/7
分子生物学原理
一、转录模板
• 结构基因：strucural gene
能转录出mRNA然后指导蛋白质生成 的部分。
• 模板链：template strand
可作为模板转录成RNA的一股链。也 称作有意义链或Watson链。
目录
RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
TTGACA AA C T G T
RNA-pol辨认位点 (recognition site)
开始转录 -10 区
T A T A A T Pu A T A T T Py
(Pribnow box)
• 分为依赖Rho因子的转录终止和不依赖 Rho因子的转录终止。
2019/10/7
分子生物学原理
1、依赖Rho因子的转录终止
• Rho因子的 左右是使
RNA-DNA 杂化双链的 短链变性， 从而有利于 转录产物从 转录复合物 中释放出来。
2019/10/7
分子生物学原理
1. 依赖 Rho因子的转录终止
翻译 N AlaLeuAlaSerTry C 肽链
2019/10/7
分子生物学原理
转录的不对称性
• 不对称转录：asymmetric transcription • DNA双链对一个基因而言，一股可转录，
另一股不转录。 • 模板链与编码链相对而言
2019/10/7
分子生物学原理
结构基因
5
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)。
2019/10/7
分子生物学原理
参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ
转录因子 亚基组成，分子量(kD) TFⅡD TBP* 38
TAF** TFⅡA 12，19，35 TFⅡB 33
分子生物学原理
转录的过程
2019/10/7
分子生物学原理
转录的延长
2019/10/7
分子生物学原理
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
2019/1原0/7 核生物转录过程分中子生的物学羽原理毛状现象
（三）转录的终止
• 转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某 一位置停顿，RNA链从转录复合物上脱 离出来。
• 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。
2019/10/7
分子生物学原理
不依赖Rho因子的转录终止模式
RNA 聚 合 酶 DNA
转录产物
RNA链出现茎-环结构，促进 转录的终止。 1.这样的结构改变RNA聚合酶 的构象，使酶不再向下移动。 2.DNA和RNA各自形成自己的 局部双链，使杂化链更加不稳 定，以致转录复合物趋于解 体。 接着的一串寡聚U，则更是促 进RNA新链从模板上脱落的 促进因素。
分子生物学原理
三、模板与酶的辨认结合
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。
调控序列
结构基因
5
3
3
RNA-pol
5
RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启
动子(promoter)。
2019/10/7
分子生物学原理
异性抑制。
2019/10/7
分子生物学原理
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
2019/10/7
分子生物学原理
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
2019/10/7
分子生物学原理
原核生物的RNA聚合酶
亚基
功能
决定转录的特异性
在转录的全过程起作用
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。
2019/10/7
分子生物学原理
由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC
TBP TAF TATA ⅡB
ⅡA
TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物
POL-Ⅱ
TFⅡF
ⅡH ⅡE
2019/10/7
ⅡE
ⅡH
TFTⅡPBFOPTALT-TAⅡAFⅡB
’
酶与 DNA 模板结合的主要成分
辨别转录起始点
2019/10/7
分子生物学原理
真核生物的RNA聚合酶
I
II
III
转录产物 45s- hnRNA rRNA
对鹅膏蕈 耐受 极敏感 碱的反应
5s-rRNA, tRNA,snRNA
中度敏感
RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶
2019/10/7
• 转录的延长是以5’到3’的方向进行的。
• (NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi • 以G=C、A=U、T=A碱基配对。 • 转录完成部分的DNA重新形成双链。 • 较长的RNA链上有核糖体结合，说明在
某些情况下，转录的同时，翻译已经开 始进行了。
2019/10/7
分子生物学原理
2019/10/7
ⅡA
CTD- P
PIC组装完成，分T子F生Ⅱ物学H原使理 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。
2019/10/7
分子生物学原理
分子生物学原理
一、原核生物的转录过程
（一）转录起始
转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的
起始区域。 2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录
的模板。
2019/10/7
分子生物学原理
转录起始过程
1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合
2. DNA双链解开
2019/10/7
分子生物学原理
（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
2019/10/7
分子生物学原理
转录的延长
• 形成转录空泡
• 为首的为三磷酸GTP或ATP
• 转录起始复合物(RNA-聚合酶全酶-DNA-
pppGpN’-OH)
• 第一个磷酯键形成后， 亚基从转录起
始复合物中脱落下来。RNA聚合酶沿
DNA链向前移动。
2019/10/7
分子生物学原理
转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶） ····DNA ····RNA
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
2019/10/7
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
分子生物学原理
转录起始中的事件
• 解链
核小体
RNA-Pol
分子生物学原理
RNA-Pol
（三）转录终止
—— 和转录后修饰密切相关。
AAAAAAA······3
3加尾
核酸酶
mRNA
3
5
5
AATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
RNA-pol
3
2019/10/7
分子生物学原理
真核生物转录终止的特点
• 真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结 构，这是转录之后加上的。
• 编码链：coding strand
相对于模板链的另一股链。也称为反 义链或Crick链。
2019/10/7
分子生物学原理
模板: 转录、翻译的序列比较
5’ GCATTAGCTAGCTACTAGC 3’ DNA 3’ cgtaatcgatcgatgatcg 5’ 双链
转录 5’ GCAUUAGCUAGCUACUAGC 3’ mRNA
RNA
复制与转录的异同点
相同点：
不同点:
复制
转录
以DNA作模板
双链复制
模板链
需4种NTP
dNTP
NTP
碱基配对
A=T
A=U,T=A
合成方向5’3’
依赖DNA的聚合酶 DDDP
DDRP
多聚核苷酸大分子 半保留式子代 mRNA、
tRNA、rRNA
2019/10/7
分子生物学原理
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
5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`
RNA
UUUU...…
UUUU...…
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
2019/10/7
分子生物学原理
RNA-pol
5
3
3
5
5´pppG
茎环结构使转录终止的机理
第十一章
RNA的生物合成 （转录）
RNA Biosynthesis, Transcription
2019/10/7
分子生物学原理
转录 (transcription)
• 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 也就是把DNA的碱基序列抄录成RNA的 碱基序列。
DNA
2019/10/7
转 录
分子生物学原理
原核201生9/10物/7 启动子保守序列分子生物学原理
顺式作用元件
-GCGC---CAAT---TATA
结构基因
增强子
转录起始 TATA盒
CAAT盒
GC盒
真核2019生/10/物7 启动子保守序列分子生物学原理
第二节
转录过程
The Process of Transcription
2019/10/7
三、模板与酶的辨认结合
•启动区的保守序列 •原核生物有两个元件 -35bp的辨认位点：5’-TTGACA-10bp的Pribnow盒: 5’-TATAATPu •真核生物有多个元件(如-30的 Hogness或TATA盒)。
2019/10/7
分子生物学原理
RNA聚合 酶保护法
2019/10/7
分子生物学原理
AATAAA
增强子 OCT-1
翻译起始点
外显子
转录起始点
内
含
TATA盒
子
转录终止点
CAAT盒
GC盒
2019/10/7
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
分子生物学原理
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)。
TFⅡF TFⅡE TFⅡH
30，74 57（） 34（）
功能 结合TATA盒 辅助TBP-DNA结合 稳定TFⅡD-DNA复合物 促进RNA-polⅡ结合及作 为其他因子结合的桥梁 解螺旋酶
ATPase 蛋白激酶活性，使CTD磷 酸化
2019/10/7
分子生物学原理
3. 转录起始前复合物 (pre-initiation complex, PIC)
编码链
3
模板链
转录方向
转录方向
模板链
3
编码链
5
2019/10/7
分子生物学原理
二、 RNA聚合酶
• 转录酶：依赖DNA的RNA聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP
2019/10/7
分子生物学原理
原核生物的RNA聚合酶
• 大肠杆菌的RNA聚合酶：2’ • 其中2’称为核心酶：只有转录功能 • 亚基：辨别转录起始点 • +2’=全酶 • 受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特
• 在模板链读码框架的3’端之后，常有一 组共同序列AATAAA，再下游还有相当 多的GT序列，这些序列称为转录终止的 修饰点。
2019/10/7
分子生物学原理
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。
2019/10/7
分子生物学原理
1. 转录起始前的上游区段
顺式作用元件(cis-acting element)
修饰点 切离加尾
ATP
2019/10/7
分子生物学原理
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。
2019/10/7
分子生物学原理
2、非依赖Rho因子的转录终止
2019/10/7
分子生物学原理
DNA
5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3
（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。
2019/10/7
分子生物学原理
转 录 延 长 转录方向 中 的 核 小 体 移 位
2019/10/7
RNA-Pol
2019/10/7
分子生物学原理
第一节
模板和酶
Templates and Enzymes
2019/10/7
分子生物学原理
一、转录模板
• 结构基因：strucural gene
能转录出mRNA然后指导蛋白质生成 的部分。
• 模板链：template strand
可作为模板转录成RNA的一股链。也 称作有意义链或Watson链。
目录
RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
TTGACA AA C T G T
RNA-pol辨认位点 (recognition site)
开始转录 -10 区
T A T A A T Pu A T A T T Py
(Pribnow box)
• 分为依赖Rho因子的转录终止和不依赖 Rho因子的转录终止。
2019/10/7
分子生物学原理
1、依赖Rho因子的转录终止
• Rho因子的 左右是使
RNA-DNA 杂化双链的 短链变性， 从而有利于 转录产物从 转录复合物 中释放出来。
2019/10/7
分子生物学原理
1. 依赖 Rho因子的转录终止
翻译 N AlaLeuAlaSerTry C 肽链
2019/10/7
分子生物学原理
转录的不对称性
• 不对称转录：asymmetric transcription • DNA双链对一个基因而言，一股可转录，
另一股不转录。 • 模板链与编码链相对而言
2019/10/7
分子生物学原理
结构基因
5
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)。
2019/10/7
分子生物学原理
参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ
转录因子 亚基组成，分子量(kD) TFⅡD TBP* 38
TAF** TFⅡA 12，19，35 TFⅡB 33
分子生物学原理
转录的过程
2019/10/7
分子生物学原理
转录的延长
2019/10/7
分子生物学原理
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
2019/1原0/7 核生物转录过程分中子生的物学羽原理毛状现象
（三）转录的终止
• 转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某 一位置停顿，RNA链从转录复合物上脱 离出来。
• 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。
2019/10/7
分子生物学原理
不依赖Rho因子的转录终止模式
RNA 聚 合 酶 DNA
转录产物
RNA链出现茎-环结构，促进 转录的终止。 1.这样的结构改变RNA聚合酶 的构象，使酶不再向下移动。 2.DNA和RNA各自形成自己的 局部双链，使杂化链更加不稳 定，以致转录复合物趋于解 体。 接着的一串寡聚U，则更是促 进RNA新链从模板上脱落的 促进因素。
分子生物学原理
三、模板与酶的辨认结合
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。
调控序列
结构基因
5
3
3
RNA-pol
5
RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启
动子(promoter)。
2019/10/7
分子生物学原理
异性抑制。
2019/10/7
分子生物学原理
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
2019/10/7
分子生物学原理
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
2019/10/7
分子生物学原理
原核生物的RNA聚合酶
亚基
功能
决定转录的特异性
在转录的全过程起作用
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。
2019/10/7
分子生物学原理
由RNA-Pol Ⅱ催化转录的PIC
TBP TAF TATA ⅡB
ⅡA
TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物
POL-Ⅱ
TFⅡF
ⅡH ⅡE
2019/10/7
ⅡE
ⅡH
TFTⅡPBFOPTALT-TAⅡAFⅡB
’
酶与 DNA 模板结合的主要成分
辨别转录起始点
2019/10/7
分子生物学原理
真核生物的RNA聚合酶
I
II
III
转录产物 45s- hnRNA rRNA
对鹅膏蕈 耐受 极敏感 碱的反应
5s-rRNA, tRNA,snRNA
中度敏感
RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶
2019/10/7
• 转录的延长是以5’到3’的方向进行的。
• (NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi • 以G=C、A=U、T=A碱基配对。 • 转录完成部分的DNA重新形成双链。 • 较长的RNA链上有核糖体结合，说明在
某些情况下，转录的同时，翻译已经开 始进行了。
2019/10/7
分子生物学原理
2019/10/7
ⅡA
CTD- P
PIC组装完成，分T子F生Ⅱ物学H原使理 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。
2019/10/7
分子生物学原理
分子生物学原理
一、原核生物的转录过程
（一）转录起始
转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的
起始区域。 2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录
的模板。
2019/10/7
分子生物学原理
转录起始过程
1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合
2. DNA双链解开
2019/10/7
分子生物学原理
（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
2019/10/7
分子生物学原理
转录的延长
• 形成转录空泡
• 为首的为三磷酸GTP或ATP
• 转录起始复合物(RNA-聚合酶全酶-DNA-
pppGpN’-OH)
• 第一个磷酯键形成后， 亚基从转录起
始复合物中脱落下来。RNA聚合酶沿
DNA链向前移动。
2019/10/7
分子生物学原理
转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶） ····DNA ····RNA