第五章RNA的转录图
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足迹法（footprinting）结果相对准确+20 ~ －50（－
40），大约 60 ~ 70 bp
转录的起始过程
σ
核心酶
12～17bp
（β亚基）
第三节 真核生物RNA转录 RNA Transcription in Eukaryots
一、真核生物 RNA pol 二、真核生物启动子 三、转录终止 四、抗转录终止
负责起始
负责起始和延伸
全酶和启动子的牢固结合（ α 亚基） 未知（ β’亚基）
催化磷酸二酯键形成（ β亚基）
识别启动子，从正确位置启动转录（σ因子作用位点）
由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点
有义DNA链结合位点（ β’亚基提供） DNA/RNA杂交链结合位点（β亚基提供）
OH OH NH
CH2
H2 N
R
第五节 真核生物转录产物的后加工 Pre-RNA processing in Eukaryotes
HN—CH3
m7G
帽子0
• 用DNA-RNA杂交方法证明鸡卵清蛋白基因中存在内含子（P89）
RNA的成熟加工（P90）
hnRNA到成熟mRNA： • 5’端加帽3’端加多聚腺苷酸尾，切除内含子 连接外显子
I 类内含子的剪接（P94图）
☻ 两次转酯反应是紧密偶联的
☻ 释放出的内元可继续进行转酯反应 而形成环状
科罗拉多大学Cech等人完成（美）
活性位点
• 这种自身催化（或剪切）是将一处已有的 磷酸二酯键转变成另一处新的磷酸二酯键， 而不需要以高能前体（NTP）的分解为代 价合成新的磷酸二酯键。
二、真核生物启动子区的结构（P75）： • -25至-35bp的Hogness区（TATA box） • -70至-80bp的CCAAT（CAAT box） • -80至-110bp的GCCACACCC/GGGCGCG （GC box） • 上游启动子元件UPE
• • • •
下降突变、上升突变 （P75） 增强子（enhancer） TATA区控制转录精确起始 CAAT区和GC区控制转录起始频率
5´
插入顺序 插入顺序
3´
先导区
末端序列
原核细胞mRNA的结构特点
重叠基因 (overlapping gene)
DNA
I
P
O
a
b
转录
c
DNA
翻译
蛋白A
蛋白B
蛋白C
真核细胞mRNA的结构特点
种类多，拷贝少，序列短，修饰碱基少；由5’帽子结构，非编码区， 编码区，非编码区和3’polyA结构等组成，为单顺反子结构；5’帽子结 构与蛋白质合成的正确起始有关，可对抗核酸外切酶，3’polyA
双链DNA解链位点（前端 α亚基提供）
单链DNA重旋位点（后端α亚基提供）
识别启动子，从正确位置启动转录（σ因子作用位点）
• 转录的真实性取决于特异的转录起始位点 （P70） • 只有带σ因子的全酶才能专一结合于DNA上 的启动子位点 • σ因子的作用只是起始转录，一旦转录开始， 它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责 转录延伸
无义突 变位点
ρ因子
四、抗转录终止方式： • 破坏终止位点RNA的茎－环结构 • 依赖于蛋白质因子的转录抗终止（P88）
第四节 原核生物转录产物的后加工
Pre-RNA processing in Prokaryotes
rRNA加工
双链区 域
E.coli 的 tRNATyr1分子的修饰过程 编码基因的原始转录物
第五章 RNA转录 (RNA transcription)
• • • • • •
第一节：基本概念 第二节：原核生物RNA的转录 第三节：真核生物RNA的转录 第四节：原核生物RNA转录后加工 第五节：真核生物RNA转录后加工 第六节：真核生物转录产物中内含子的去除
第一节 基本概念
转录(transcription) 有义链 (sense strand) 、编码链 （coding strand）、非模板链 反义链 (antisense strand)、模板链 （template strand）
原核生物和真核生物mRNA比较（P78）
• 原核生物mRNA半衰期短 • 原核生物——多顺反子；真核生物——单顺反子 • 原核生物mRNA无5’端帽子结构，3’端没有或只有很 短的poly(A)尾；真核生物mRNA有5’端鸟苷帽（鸟苷 酸转移酶），绝大多数真核生物3’端有poly(A)尾 【 poly(A) 合成酶】 • 帽子结构使mRNA免遭核酸酶破坏； poly(A)尾是 mRNA由细胞核进入细胞质所必需形式
指导RNA（guide RNA） • 55-70nt • 5’端与RNA转录产物互补 • 3‘端有5-25个U
插入U 的两步转酯反应
gRNA的3’-OH攻击mRNA
5’端的3’-OH攻击gRNA的U-U
生成RNA编辑产物(插入一个U) gRNA（少一个U）
Y430
RNA编辑的类型
• RNA编辑相继在真核生物和病毒中发现 如小鼠脑中的谷氨酸受体， 哺乳动物载脂蛋白B， 植物线粒体中的细胞色素氧化酶亚基 生物学意义 生物适应的保护措施之一 中心法则的发展：改变DNA的信息
RNA合成特征： • 前体是ATP、UTP、CTP、GTP • 合成方向5’－3’ • 一个转录区内，一般只有一条DNA链可以 被转录 • RNA聚合酶与DNA聚合酶不同
DNA和RNA合成的比较
＊ 转录的基本过程（P66）： 模板识别、转录起始、转录延伸和终止 真核细胞和原核细胞中模板的识别有什么 不同？
名词解释பைடு நூலகம்
转录 启动子 可变剪接 单顺反子与多顺反子 RNA编辑
简答题 1、以Prok.为例说明转录起始过程。 2、简述转录终止机制。 3、RNA自我剪接的两种机制。
一、真核生物的三种RNApol（P69）
RNApolⅠ
对 α - 鹅膏蕈 碱的敏感性
位置
RNApol Ⅱ
RNApol Ⅲ
不同种类的敏 感性不同
核质
最不敏感 最敏感 （动、植、昆）
核仁 所占比例最大 核质
转录产物
rRNA（5.8S、 hnRNA、 18S、 28S） snRNA
tRNA、5S rRNA、Alu序 列，部分 snRNA
Xo5U (5-羟基尿苷) Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷) mCm5U （5-甲氧基羰甲基尿苷） Xm5s2U （5-甲基-2硫代尿苷） K2C （2-赖氨酸胞苷） Com5U （5(2)-羟羧甲基尿苷） I （Inosine次黄嘌呤） m7G (7-甲基尿苷) m5C （5-甲基胞苷） m6 A （6-甲基腺苷） s2 C （2-硫代胞苷） ψ (假尿苷） Um (2’-O-甲基尿苷) Q （Queuosine）
RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：与蛋白
质结合构成核糖体（ribosome），核糖体是蛋白质合
成的场所；
转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白质
合成时起着携带活化氨基酸的作用。
三磷酸 间隔子
有两个基因拷贝（各长350base）
有一个tRNATyr1的转录单元的原始转录物的修饰过程
④
①
③
⑤
②
⑤ ⑤
⑤
RNA中的甲基化及常见的修饰核苷酸
m5C
HNH
HNH
H3 C H 3C
O O HN— CH3
m6A
HNH
★
Prok.中主要是碱基的修饰 Euk.－－核糖、碱基
常见tRNA中的修饰核苷酸
• 启动子、转录单元、转录起点（P71）
• RNA聚合酶与启动子区的识别方式：氢键 互补（P72）
• Pribnow框：－10，RNA聚合酶牢固结合位点 • Sextama框：－35，RNA聚合酶初始结合位点 依靠σ因子识别该位点
RNApol 在DNA上结合区域的鉴定
DNase 法----------40bp
AAAAAAA-OH
顺反子
5´ “帽子”
PolyA 3´
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
真核生物mRNA的结构
三、转录终止方式（P85）： • 不依赖于ρ因子的终止（茎环结构） • 依赖于ρ因子的终止（ ρ因子是否有机会进 入RNA链的5’末端并沿RNA链向3’端移动）
RNApol
核糖体
第六节 真核生物转录产物中内含子的去除
Intron removing in Eukaryote
•Ⅰ型内含子剪接——自我剪接 •Ⅱ型内含子剪接——自我剪接
可变剪接（变位剪接）
顺式剪接与反式剪接
四种内含子的边界序列各有一定共同的特征
tRNA剪接
RNA剪接（P91）
• snRNP（P92图） • 可变剪接（P93图）
I I 类内含子的剪接（P95图）
lariat
• 这两种独立的基因产物，不产生共线性的 中间产物，而是直接将两个外显子拼接在 一起。 • 拼接产物是Y型结构，而不是套索结构。 • 反式拼接的机制与顺式拼接的机制无本质 不同，仍是一连串的磷酸酯转移反应。
RNA编辑（P94）：
mRNA的一种加工方式，导致了DNA 编码遗传信息的改变，经过编辑后的 mRNA序列发生了不同于模板DNA的 变化。
第二节 原核生物RNA的转录
(RNA Transcription in prokaryots)
一、RNA聚合酶（全酶、核心酶） 二、启动子 三、转录起始 四、转录延伸
E. coli RNA polymerase（P67）
155 KD 36.5 KD 11 KD 36.5 KD 151 KD 70 KD
mRNA的分子结构
原核生物mRNA特征：先导区+翻译区（多顺反
子）+末端序列
真 核 生 物 mRNA 特 征 ： “ 帽 子 ” （ m7G5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）
原核细胞mRNA的结构特点
由先导序列，编码区和末端序列等组成，为多顺反子结构
顺反子
顺反子
顺反子
40），大约 60 ~ 70 bp
转录的起始过程
σ
核心酶
12～17bp
（β亚基）
第三节 真核生物RNA转录 RNA Transcription in Eukaryots
一、真核生物 RNA pol 二、真核生物启动子 三、转录终止 四、抗转录终止
负责起始
负责起始和延伸
全酶和启动子的牢固结合（ α 亚基） 未知（ β’亚基）
催化磷酸二酯键形成（ β亚基）
识别启动子，从正确位置启动转录（σ因子作用位点）
由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点
有义DNA链结合位点（ β’亚基提供） DNA/RNA杂交链结合位点（β亚基提供）
OH OH NH
CH2
H2 N
R
第五节 真核生物转录产物的后加工 Pre-RNA processing in Eukaryotes
HN—CH3
m7G
帽子0
• 用DNA-RNA杂交方法证明鸡卵清蛋白基因中存在内含子（P89）
RNA的成熟加工（P90）
hnRNA到成熟mRNA： • 5’端加帽3’端加多聚腺苷酸尾，切除内含子 连接外显子
I 类内含子的剪接（P94图）
☻ 两次转酯反应是紧密偶联的
☻ 释放出的内元可继续进行转酯反应 而形成环状
科罗拉多大学Cech等人完成（美）
活性位点
• 这种自身催化（或剪切）是将一处已有的 磷酸二酯键转变成另一处新的磷酸二酯键， 而不需要以高能前体（NTP）的分解为代 价合成新的磷酸二酯键。
二、真核生物启动子区的结构（P75）： • -25至-35bp的Hogness区（TATA box） • -70至-80bp的CCAAT（CAAT box） • -80至-110bp的GCCACACCC/GGGCGCG （GC box） • 上游启动子元件UPE
• • • •
下降突变、上升突变 （P75） 增强子（enhancer） TATA区控制转录精确起始 CAAT区和GC区控制转录起始频率
5´
插入顺序 插入顺序
3´
先导区
末端序列
原核细胞mRNA的结构特点
重叠基因 (overlapping gene)
DNA
I
P
O
a
b
转录
c
DNA
翻译
蛋白A
蛋白B
蛋白C
真核细胞mRNA的结构特点
种类多，拷贝少，序列短，修饰碱基少；由5’帽子结构，非编码区， 编码区，非编码区和3’polyA结构等组成，为单顺反子结构；5’帽子结 构与蛋白质合成的正确起始有关，可对抗核酸外切酶，3’polyA
双链DNA解链位点（前端 α亚基提供）
单链DNA重旋位点（后端α亚基提供）
识别启动子，从正确位置启动转录（σ因子作用位点）
• 转录的真实性取决于特异的转录起始位点 （P70） • 只有带σ因子的全酶才能专一结合于DNA上 的启动子位点 • σ因子的作用只是起始转录，一旦转录开始， 它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责 转录延伸
无义突 变位点
ρ因子
四、抗转录终止方式： • 破坏终止位点RNA的茎－环结构 • 依赖于蛋白质因子的转录抗终止（P88）
第四节 原核生物转录产物的后加工
Pre-RNA processing in Prokaryotes
rRNA加工
双链区 域
E.coli 的 tRNATyr1分子的修饰过程 编码基因的原始转录物
第五章 RNA转录 (RNA transcription)
• • • • • •
第一节：基本概念 第二节：原核生物RNA的转录 第三节：真核生物RNA的转录 第四节：原核生物RNA转录后加工 第五节：真核生物RNA转录后加工 第六节：真核生物转录产物中内含子的去除
第一节 基本概念
转录(transcription) 有义链 (sense strand) 、编码链 （coding strand）、非模板链 反义链 (antisense strand)、模板链 （template strand）
原核生物和真核生物mRNA比较（P78）
• 原核生物mRNA半衰期短 • 原核生物——多顺反子；真核生物——单顺反子 • 原核生物mRNA无5’端帽子结构，3’端没有或只有很 短的poly(A)尾；真核生物mRNA有5’端鸟苷帽（鸟苷 酸转移酶），绝大多数真核生物3’端有poly(A)尾 【 poly(A) 合成酶】 • 帽子结构使mRNA免遭核酸酶破坏； poly(A)尾是 mRNA由细胞核进入细胞质所必需形式
指导RNA（guide RNA） • 55-70nt • 5’端与RNA转录产物互补 • 3‘端有5-25个U
插入U 的两步转酯反应
gRNA的3’-OH攻击mRNA
5’端的3’-OH攻击gRNA的U-U
生成RNA编辑产物(插入一个U) gRNA（少一个U）
Y430
RNA编辑的类型
• RNA编辑相继在真核生物和病毒中发现 如小鼠脑中的谷氨酸受体， 哺乳动物载脂蛋白B， 植物线粒体中的细胞色素氧化酶亚基 生物学意义 生物适应的保护措施之一 中心法则的发展：改变DNA的信息
RNA合成特征： • 前体是ATP、UTP、CTP、GTP • 合成方向5’－3’ • 一个转录区内，一般只有一条DNA链可以 被转录 • RNA聚合酶与DNA聚合酶不同
DNA和RNA合成的比较
＊ 转录的基本过程（P66）： 模板识别、转录起始、转录延伸和终止 真核细胞和原核细胞中模板的识别有什么 不同？
名词解释பைடு நூலகம்
转录 启动子 可变剪接 单顺反子与多顺反子 RNA编辑
简答题 1、以Prok.为例说明转录起始过程。 2、简述转录终止机制。 3、RNA自我剪接的两种机制。
一、真核生物的三种RNApol（P69）
RNApolⅠ
对 α - 鹅膏蕈 碱的敏感性
位置
RNApol Ⅱ
RNApol Ⅲ
不同种类的敏 感性不同
核质
最不敏感 最敏感 （动、植、昆）
核仁 所占比例最大 核质
转录产物
rRNA（5.8S、 hnRNA、 18S、 28S） snRNA
tRNA、5S rRNA、Alu序 列，部分 snRNA
Xo5U (5-羟基尿苷) Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷) mCm5U （5-甲氧基羰甲基尿苷） Xm5s2U （5-甲基-2硫代尿苷） K2C （2-赖氨酸胞苷） Com5U （5(2)-羟羧甲基尿苷） I （Inosine次黄嘌呤） m7G (7-甲基尿苷) m5C （5-甲基胞苷） m6 A （6-甲基腺苷） s2 C （2-硫代胞苷） ψ (假尿苷） Um (2’-O-甲基尿苷) Q （Queuosine）
RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：与蛋白
质结合构成核糖体（ribosome），核糖体是蛋白质合
成的场所；
转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白质
合成时起着携带活化氨基酸的作用。
三磷酸 间隔子
有两个基因拷贝（各长350base）
有一个tRNATyr1的转录单元的原始转录物的修饰过程
④
①
③
⑤
②
⑤ ⑤
⑤
RNA中的甲基化及常见的修饰核苷酸
m5C
HNH
HNH
H3 C H 3C
O O HN— CH3
m6A
HNH
★
Prok.中主要是碱基的修饰 Euk.－－核糖、碱基
常见tRNA中的修饰核苷酸
• 启动子、转录单元、转录起点（P71）
• RNA聚合酶与启动子区的识别方式：氢键 互补（P72）
• Pribnow框：－10，RNA聚合酶牢固结合位点 • Sextama框：－35，RNA聚合酶初始结合位点 依靠σ因子识别该位点
RNApol 在DNA上结合区域的鉴定
DNase 法----------40bp
AAAAAAA-OH
顺反子
5´ “帽子”
PolyA 3´
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
真核生物mRNA的结构
三、转录终止方式（P85）： • 不依赖于ρ因子的终止（茎环结构） • 依赖于ρ因子的终止（ ρ因子是否有机会进 入RNA链的5’末端并沿RNA链向3’端移动）
RNApol
核糖体
第六节 真核生物转录产物中内含子的去除
Intron removing in Eukaryote
•Ⅰ型内含子剪接——自我剪接 •Ⅱ型内含子剪接——自我剪接
可变剪接（变位剪接）
顺式剪接与反式剪接
四种内含子的边界序列各有一定共同的特征
tRNA剪接
RNA剪接（P91）
• snRNP（P92图） • 可变剪接（P93图）
I I 类内含子的剪接（P95图）
lariat
• 这两种独立的基因产物，不产生共线性的 中间产物，而是直接将两个外显子拼接在 一起。 • 拼接产物是Y型结构，而不是套索结构。 • 反式拼接的机制与顺式拼接的机制无本质 不同，仍是一连串的磷酸酯转移反应。
RNA编辑（P94）：
mRNA的一种加工方式，导致了DNA 编码遗传信息的改变，经过编辑后的 mRNA序列发生了不同于模板DNA的 变化。
第二节 原核生物RNA的转录
(RNA Transcription in prokaryots)
一、RNA聚合酶（全酶、核心酶） 二、启动子 三、转录起始 四、转录延伸
E. coli RNA polymerase（P67）
155 KD 36.5 KD 11 KD 36.5 KD 151 KD 70 KD
mRNA的分子结构
原核生物mRNA特征：先导区+翻译区（多顺反
子）+末端序列
真 核 生 物 mRNA 特 征 ： “ 帽 子 ” （ m7G5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）
原核细胞mRNA的结构特点
由先导序列，编码区和末端序列等组成，为多顺反子结构
顺反子
顺反子
顺反子