RNA的生物合成和加工教程教案

转录与基因表达调控
Transcription of DNA
2020/4/17
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一、转录——DNA指导下RNA的 合成
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DNA复制：以DNA为模板合成DNA，遗传信息自上一代细胞
向下
转录：一以代D细NA胞为传模递板合成RNA，遗传信息自DNA转录至RNA
分翻子译：以mRNA为模板合成蛋白质，遗传信息表达至蛋白质
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1、原核生物的RNA聚合酶（大肠杆菌）
Mw：465～480kD 亚基组成：α2ββ′σ (全酶)
α2ββ′（核心酶）
σ：起始因子，识别DNA模板上的转录起始位点前的特异碱基
序列,引导RNA聚合酶结合到DNA的启动子，开始转录
不同菌种σ因子大小差别很大
转录开始后，σ脱离聚合酶，核心酶催化RNA的延长
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转录单位： RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点, 其上游有特异的碱基序列,为启动子(promoter） 并在另一位点处终止（终止子terminator） 此转录区域称为转录单位（DNA）
转录起
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始点
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大肠杆菌的RNA聚合酶
全酶由5种亚基α2ββ’σ 组成，σ因子与其它部分的结 合不是十分紧密，它易于与β’βα2分离，没有σ亚基 的酶称为核心酶——只催化链的延长，对起始无作用。
TTGACA
5’
3’
AACTGT
－35序列
Sextama 框
TATAAT
ATATTA
－10序列 Pribnow框
5’ 3’ +1
转录起始点
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单独的核心酶 与DNA随机疏松结合（低亲和力），不能区分启动子和一般序 列 全酶：与启动子结合牢固（高亲和力），并开始转录
全酶通过扩散作用与DNA随机结合 与酶结合的DNA迅速被置换 全酶不断改变与DNA的结合部位，直到启动子，转变为紧 密结合
在模板链上通过碱基配对合成最初的RNA链 加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。 所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合 物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷 酸一旦掺入到转录起始点， σ亚基就会被 释放脱离核心酶。
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3、转录的延伸
σ因子脱离，核心酶向前移动，RNA链延长
原核、真核生物基本相同，不需要引物 σ因子脱落，核心酶构象变松弛 RNA的5′端伸展在转录空泡之外 模板为A，转录产物相应为U
启动子：与基因表达相关的特定的DNA序列（顺式作用元件）
RNA聚合酶与之特异结合，基因转录的开始部位 强启动子2秒钟启动依次一次转录 弱启动子10分钟一次 转录因子：RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）
与顺式作用元件结合（反式作用因子）
识别启动子
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2、转录的起始
1、模板的识别：
σ因子辨认启动子 RNA聚合酶结合到DNA的启动子，开始转录 启动子具有共有的序列——保守序列或一致性序列：在10bp处有-TATAAT-，Pribnow盒；-35bp处有TTGACA-，辨认点
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σ识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组成：
-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶 的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部 分是RNA合成的起始点。
1）原核生物转录终止：
四种亚基的功能分别为：
α亚基：与启动子结合功能。
β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。
β’亚基：与DNA模板结合功能。
σ亚基：识别起始位点。
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2、真核生物的RNA聚合 酶
RNA聚合酶：Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 专一地转录不同的基因 转录过程、产物不同 对鹅膏蕈碱的敏感性不同
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5 ′ 3 ′
3 ′ 5 ′
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复制和转录的异同点
相同点：
1.模板：DNA 2.合成方向：5′→ 3′ 3.酶：均依赖DNA 4.碱基互补配对原则 5.产物：多聚核苷酸链
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不同点：
复制
转录
模板 两股链均作为模板 模板链作为模板
原料 dNTP
NTP
聚合酶 DNA聚合酶
加工产生5.8S rRNA，18S rRNA 、28S
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➢ 8～14个亚基，Mw 500KD左右 ➢ 无σ识别亚基 ➢ 转录：起始复合体（转录因子、启动子、RNA聚合酶） ➢ 线粒体、叶绿体RNA聚合酶类似于原核生物 ➢mRNA不稳定，寿命短，RNA聚合酶Ⅱ最重要
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（三）转录过程：起始、延长、终止
原核生物：转录、翻译同时进行
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第一个碱基总是G或A
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4、转录的终止 RNA聚合酶到达基因转录终点 RNA、RNA聚合酶自DNA脱
终止子：能够使离转录终止的DNA序列 终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助蛋白质因子 抗终止因子：能够使转录酶越过终止子继续转录蛋白质因子
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真核生物：转录因子识别启动子
RNA聚合酶在起点处形成起始复合体
CAAT
－25bp（Hogness盒） GC TATA
增强子，增强启动子 活性，
mRNA转录起始点
增强子序列可以远离启动子几千bp，位于上游或者下游，
位于模板链或编码链，均能发挥作用
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启动子和转录因子
反转录：以RNA为模板合成DNA（RNA病毒、真核细胞的端
粒R20N2酶0/A4/）1复7 制：以RNA为模板合成RNA（RNA病毒）
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（一）模板 1、转录模板
两股DNA单链中只有一股可转录 可作为模板转录成RNA的一股DNA链——模板链 对应的一股DNA链——编码链 能转录出mRNA，指导蛋白质合成的部分——结构基因 其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA)，也可能不转录
RNA聚合酶
产物 子代DNA双链
mRNA;tRNA;rRNA
配对 A-T；G-C
A-U；T-A;G-C
引物 RNA引物
不需要引物
方式(特点) 半保留复制
不对称转录
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（二）参与转录的酶
1.原核细胞的RNA聚合酶 σ因子为起始因子
2.真核细胞的RNA聚合酶Ⅰ（核仁）：催化rRNA前 体的合成；Ⅱ：催化mＲＮＡ的合成；Ⅲ：催化小分 子ＲＮＡ的合成