第三十六章RNA的生物合成和加工

第三十六章RNA的生物合成和加工1轉(zhuǎn)錄(transcription)：以DNA單鏈為模板，NTP為原料，在DNA依賴的RNA聚合酶催化下合成RNA鏈的過程。轉(zhuǎn)錄的條件：模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)方向引物DNA(不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要轉(zhuǎn)錄(transcription)：模板DNA(不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄2DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較相同點(diǎn)模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄合成方式半保留復(fù)制不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶堿基配對(duì)A-T，G-CA-U，T-A，G-C產(chǎn)物半保留的雙鏈DNA單鏈RNA不同點(diǎn)以DNA為模板遵循堿基配對(duì)原則都需依賴DNA的聚合酶聚合過程都是生成磷酸二酯鍵新鏈合成方向?yàn)?’→3’3/50復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較相同點(diǎn)模板兩股鏈均復(fù)3◆幾個(gè)基本概念結(jié)構(gòu)基因(structuregene)模板鏈(templatestrand)Watson(W)鏈、負(fù)(-)鏈(minusstrand)、反意義鏈(antisensestrand)編碼鏈(codingstrand)Crick(C)鏈、正(+)鏈(plusstrand)、有意義鏈(sensestrand)不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)◆幾個(gè)基本概念結(jié)構(gòu)基因(structuregene)4結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：DNA分子中能轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段。結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：5模板鏈：

反意義鏈（antisensestrand，(-)鏈）

——以該鏈中的DNA堿基順序指導(dǎo)RNA的合成即被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈。

編碼鏈：有意義鏈（sensestrand，（+）鏈）

——不被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈，但其堿基順序除T代替U外，其余與mRNA相同。

模板鏈：

反意義鏈（antisensestrand，(-65’-----GCAGTACATGTC-----3’編碼鏈DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板鏈5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白質(zhì)5’-----GCAGTACATGTC-----3’編碼鏈7不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄

.DNA雙鏈上，僅一股鏈轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。

.有意義鏈與反意義鏈并非固定不變。

.轉(zhuǎn)錄方向都是5’3’轉(zhuǎn)錄方向5’3’模板鏈圖13-1不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄

.DNA雙鏈上，僅一股鏈轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。8

（一）RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）

以DNA為模板，催化2個(gè)游離的NTP形成3’，5’-磷酸二酯鍵

（一）RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

（DNA91、大腸桿菌RNA聚合酶的組成（1）全酶(holoenzyme)由4種(5個(gè))亞基α2ββ’σ組成（2）核心酶(coreenzyme)

α2ββ’，參與轉(zhuǎn)錄的全過程（3）σ亞基（起始亞基）亦稱σ因子（σfactor)—轉(zhuǎn)錄輔助因子

識(shí)別啟動(dòng)子

ω亞基功能未知1、大腸桿菌RNA聚合酶的組成10大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——酶的裝配、結(jié)合啟動(dòng)子等全酶(α2ββ

)大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ11全酶核心酶亞基α2ββ’σ決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)合底物，形成磷酸二酯鍵（催化）結(jié)合模板（開鏈）（核心酶參與轉(zhuǎn)錄全過程）識(shí)別起始點(diǎn)啟動(dòng)子（延長時(shí)脫落）功能全亞基功能12全酶=α2ββ’(ω)σ

核心酶=α2ββ’

σ—開始合成RNA鏈時(shí)必需有σ因子，

一旦合成開始即釋放出來

β’—參與酶與底物的結(jié)合，

以及與σ因子和核心酶的結(jié)合

β—參與σ因子和核心酶的結(jié)合，并參與RNA合成的引發(fā)、延伸

α

—與結(jié)合模板、酶的滑動(dòng)及堿基識(shí)別有關(guān)全酶=α2ββ’(ω)σ核心酶=α2ββ’13王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工14起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長階段53RNA啟動(dòng)子Promoter

終止子terminator5RNA聚合酶5353553離開起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終15王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工16轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡17王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工182.真核細(xì)胞RNA聚合酶在DEAE-Sephadex柱上的洗脫次序稱為酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

沒有對(duì)應(yīng)于σ因子的成分，需要轉(zhuǎn)錄因子參與2.真核細(xì)胞RNA聚合酶沒有對(duì)應(yīng)于σ因子的成分，需要轉(zhuǎn)錄因19類型ⅠⅡⅢ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAsnRNAtRNA,5srRNA,scRNAU6snRNA對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感高度敏感不同物種敏感性不同類型轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)鵝膏蕈堿20王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工21酵母RNA聚合酶ⅠSeeMovieofTranscription酵母RNA聚合酶ⅠSeeMovieofTranscri22（二）啟動(dòng)子（promoter）和轉(zhuǎn)錄因子

1、啟動(dòng)子

RNA聚合酶全酶識(shí)別、結(jié)合、開始轉(zhuǎn)錄的DNA序列（雙鏈）

2、轉(zhuǎn)錄因子

RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）

（二）啟動(dòng)子（promoter）和轉(zhuǎn)錄因子

1、啟動(dòng)子

23足跡法（Footprinting）足跡法技術(shù)用于測定與特殊蛋白質(zhì)結(jié)合的核酸順序。如該技術(shù)提供了RNA聚合酶與啟動(dòng)子之間相互作用的信息并確定了作用位點(diǎn)（啟動(dòng)子）的核苷酸順序。足跡法（Footprinting）24通過核酸酶消化分離Pr結(jié)合的DNA片段通過核酸酶消化分離Pr結(jié)合的DNA片段25王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工26王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工27足跡法確定啟動(dòng)子序列

足跡法確定啟動(dòng)子序列

283、原核生物啟動(dòng)子的特點(diǎn):

(1)DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5’端區(qū)(上游區(qū))

(2)-10bp處-TATAAT-(Pribnowbox)

(3)-35bp處-TTGACA-

3、原核生物啟動(dòng)子的特點(diǎn):

(1)DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的529原核生物的轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)RNApol全酶移向-10區(qū)合成第一個(gè)磷酸二酯鍵5’-pppGpN-OH-3’轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亞基脫落（結(jié)合松弛）（結(jié)合緊密）轉(zhuǎn)錄起始不需引物！16/50原核生物的轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)RNApol全酶移向30RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點(diǎn)10-10TTGACATATAAT轉(zhuǎn)錄開始+1翻譯開始Purine-35（Pribnowbox）辨認(rèn)結(jié)合區(qū)轉(zhuǎn)錄起始區(qū)12/50RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點(diǎn)10-10TTGACATAT31大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××××××××××××××××AAT××××××××××××××TTAAAT××××××AACTGT××××AAT××××××××××××××××Pribnow框-10-35識(shí)別區(qū)16-19bp5-9bp起點(diǎn)

酶與啟動(dòng)子的結(jié)合速度解鏈速度大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××32RNA聚合酶σ因子識(shí)別及結(jié)合啟動(dòng)子，延長時(shí)脫落不參與轉(zhuǎn)錄過程，是轉(zhuǎn)錄輔助因子識(shí)別位點(diǎn)：啟動(dòng)子-35區(qū)、-10區(qū)王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工33原核生物有多種σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子一般情況下起作用的是---σ70σ70有四個(gè)保守區(qū)域：第2區(qū)域、第4區(qū)域和-35區(qū)和-10區(qū)結(jié)合原核生物有多種σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子34由含70RNA聚合酶全酶識(shí)別的典型大腸桿菌啟動(dòng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄由含70RNA聚合酶全酶識(shí)別的典型大腸桿菌啟動(dòng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄35ααββ’TTGACATATAAT-35原核生物RNA聚合酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合σ-109/50σ70σ32Heatshockprotein(HSP)熱休克蛋白應(yīng)激ααββ’TTGACATATAAT-35原核生物RNA聚合酶36結(jié)合過程：閉和的啟動(dòng)子復(fù)合體RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA雙鏈上迅速、隨機(jī)滑動(dòng)，尋找到啟動(dòng)子-35區(qū)，形成疏松的復(fù)合物，DNA雙鏈未解開。開放的啟動(dòng)子復(fù)合體RNA聚合酶（全酶）移向-10區(qū)和轉(zhuǎn)錄起始結(jié)合過程：37延長----轉(zhuǎn)錄泡

RNA聚合酶（核心酶）

◆與DNA模板緊密結(jié)合，沿3’5’方向移動(dòng)

◆解旋作用：DNA解開

◆聚合功能（不具外切酶功能）

雜交螺旋

◆RNA-DNA形成雜交螺旋

◆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA沿5’3’方向延長

延長----轉(zhuǎn)錄泡

RNA聚合酶（核心酶）

◆與DN38王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工39王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工40SeeMovieSeeMovie41核心酶圖13-7核心酶圖13-7424、真核生物的起始——較原核生物復(fù)雜

◆順式作用元件

(啟動(dòng)子/增強(qiáng)子)

◆轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor,TF)

RNA聚合酶Ⅱ所需的轉(zhuǎn)錄因子

---轉(zhuǎn)錄因子Ⅱ（TFⅡ）

4、真核生物的起始——較原核生物復(fù)雜

◆順式作用元件

43啟動(dòng)子

上游啟動(dòng)子元件(upstreampromotorelements,UPE)增強(qiáng)子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（1~30kb）增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性DNA序列作用與方向、距離無關(guān)沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用

與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的DNA非編碼序列——順式作用元件(cis-actingelement)啟動(dòng)子與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的DNA非編碼序列44順式作用元件順式作用元件45增強(qiáng)子增強(qiáng)子46反式作用因子(trans-actingfactor)概念：為DNA結(jié)合蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）特點(diǎn)：三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNA識(shí)別結(jié)合域轉(zhuǎn)錄活性域結(jié)合其他蛋白的結(jié)合域能識(shí)別并結(jié)合順式作用元件(cis-actingelement)正調(diào)控與負(fù)調(diào)控反式作用因子(trans-actingfactor)概念：47功

能

結(jié)

構(gòu)

域功

能

結(jié)

構(gòu)

域48反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域(DNA-bindingdomain)鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)同源結(jié)構(gòu)域(homodomain,HD)：

螺旋-回折-螺旋(helix-turn-helix)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(leucinezipper)螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,HLH)堿性α螺旋(alkalineα-helix)反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域(DNA-bindin49A類別Ⅰ啟動(dòng)子（有種屬特異性）

——控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄近啟動(dòng)子-40～+20：決定轉(zhuǎn)錄起始的精確位置遠(yuǎn)啟動(dòng)子-180～-107：影響轉(zhuǎn)錄的頻率（核心啟動(dòng)子和上游控制元件）需要兩種轉(zhuǎn)錄因子的參與王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工50upstreamcontrolelement結(jié)合于富含CG的區(qū)域四聚體蛋白σupstreamcontrolelement結(jié)合于富含51王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工52B類別Ⅱ啟動(dòng)子基本啟動(dòng)子（basalpromoter）起始子（initiator）上游元件（upstreamelement）應(yīng)答元件（responseelement）需要多種轉(zhuǎn)錄因子的參與B類別Ⅱ啟動(dòng)子53TATA框（Hognessbox，–25至-30bp

）與RNA聚合酶的定位有關(guān)

DNA雙鏈解開的部位輔助因子為通用轉(zhuǎn)錄因子（generaltranscriptionfactor，GTF）①基本啟動(dòng)子TATA框（Hognessbox，–25至-54Y為嘧啶堿②起始子（initiator，Inr）RNA聚合酶Ⅱ與轉(zhuǎn)錄因子的裝配Y為嘧啶堿②起始子（initiator，Inr）RNA聚合酶55TATA-bindingprotein，TBP形成復(fù)合物ATP酶、解旋酶和激酶活性TATA-bindingprotein，TBP形成復(fù)合物A56王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工57

GCCAAT-90-70③上游元件CCAAT框（被CP1、CP2和核因子NF-1識(shí)別）GC框（被Sp1識(shí)別）八八聚體框（octamer，被Oct-1和Oct-2識(shí)別）

GCCAAT-90-70③上游元件CCAAT框（被CP158轉(zhuǎn)錄激活因子的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)磷酸/去磷酸化④應(yīng)答元件細(xì)胞因子酪氨酸激酶JAK-STAT途徑信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子轉(zhuǎn)錄激活因子④應(yīng)答元件細(xì)胞因子酪氨酸激酶JAK-STAT途徑59類別Ⅲ啟動(dòng)子下游啟動(dòng)子/內(nèi)部啟動(dòng)子

tRNA基因：兩個(gè)分隔的部分（A、B區(qū)）5SrRNA基因：+50～+83需要3種轉(zhuǎn)錄因子的參與類別Ⅲ啟動(dòng)子60王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工61定位因子定位因子62通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子63RNA聚合酶Ⅱ催化的轉(zhuǎn)錄過程RNA聚合酶Ⅱ催化各種前體mRNA的合成需要多種TF參與：TFⅡ①起始RNA聚合酶Ⅱ催化的轉(zhuǎn)錄過程RNA聚合酶Ⅱ催化各種前體mRN64真核細(xì)胞RNA聚合酶Ⅱ所需的轉(zhuǎn)錄因子

真核細(xì)胞RNA聚合酶Ⅱ所需的轉(zhuǎn)錄因子65參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ轉(zhuǎn)錄因子功能TFⅡA穩(wěn)定TBP及TFⅡB與啟動(dòng)子的結(jié)合TFⅡB與TPB結(jié)合引進(jìn)polⅡ-TFⅡF復(fù)合物TBP辨認(rèn)TATA盒TFⅡHATPase、激酶、解旋酶TFⅡF解旋酶，與polⅡ緊密結(jié)合20/50參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ轉(zhuǎn)錄因子功能T66王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工67TBP與DNA的結(jié)合TBP與DNA的結(jié)合68真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝啟動(dòng)子TATA盒+TFⅡD+D-A復(fù)合物(TFⅡD+TFⅡA)+TFⅡB+(RNA聚合酶+TFⅡF)復(fù)合物+TFⅡE、TFⅡJ+TFⅡH（解旋酶、蛋白激酶）DNA解旋、RNA聚合酶C-端Ser磷酸化

從起始點(diǎn)向下游移動(dòng)真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝69TBP---TATAbindingproteinTAF---TBP-associatedfactorsTBP---TATAbindingprotein70TFⅡDTFⅡA

TFⅡBRNApolyⅡ/TFⅡFTFⅡEPICDTATABFEDNA起始前復(fù)合物

（Pre-InitiationComplex，PIC）ARNApolyⅡTATA起始前復(fù)合物（PIC）的生成②延伸時(shí)形成轉(zhuǎn)錄泡TFⅡDTFⅡATFⅡBRNApolyⅡ/TFⅡFTF71（三）終止：終止子和終止因子

轉(zhuǎn)錄至模板某一位置

停止形成磷酸二酯鍵

RNA—DNA雜交鏈解開

DNA解鏈的部分重新形成雙螺旋

RNA聚合酶離開DNA

（三）終止：終止子和終止因子

72終止子（terminator）——提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列終止因子（terminationfactor）——協(xié)助RNAPol識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子抗終止因子（antiterminationfactor）——阻礙終止子作用的蛋白造成通讀（readthrough）如：噬菌體早、中、晚期基因的時(shí)序表達(dá)終止子（terminator）73王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工74

1、轉(zhuǎn)錄終止的兩種方式（原核）

第一類：依賴ρ-因子的終止ρ-因子的結(jié)構(gòu)六聚體依賴RNA的NTP酶活性RNA-DNA解旋酶活性與單鏈RNA結(jié)合

1、轉(zhuǎn)錄終止的兩種方式（原核）

75ρ-因子的作用與新生RNA結(jié)合ATP供能ρ因子沿新生的RNA單鏈推進(jìn)新生的RNA單鏈從DNA模板上分離下來與新生RNA結(jié)合76新生RNA圖13-8新生RNA圖13-877ρ因子1.識(shí)別結(jié)合富含C的RNA鏈功能2.ATPase活性3.解螺旋酶活性ρ因子1.識(shí)別結(jié)合富含C的RNA鏈功能2.ATPase活78ρ因子+ATP5′3′Polymerase富含Cρ因子+ATP5′3′Polymerase富含C79王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工80

DNA模板上有終止信號(hào)

轉(zhuǎn)錄出來的RNAPol遇此結(jié)構(gòu)停止工作DNA和RNA（dA：rU）穩(wěn)定性下降富含GC/AT的回文結(jié)構(gòu)自身互補(bǔ)形成發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)（hairpin）3’尾端有≥4個(gè)UDNA恢復(fù)雙鏈，釋放轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物第二類：不依賴ρ-因子的終止第二類：不依賴ρ-因子的終止81UUGCAGCCUGAGAAAUCAGGCUGAUGG…5’3’…5’3’自發(fā)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3’末端）例如：UUGCAGCCUGAGAAAUCAGGCUGAUGG…5’82AUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU5’3’UUUU……5’3’自發(fā)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)AUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU83UUUU………..5’3’莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變RNApol的結(jié)構(gòu)，使其失活莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體，PolyU加速這一過程UUUU………..5’3’莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變RNApol的結(jié)構(gòu)，84發(fā)夾結(jié)構(gòu)環(huán)莖多個(gè)U

DNA模板3’5’發(fā)夾結(jié)構(gòu)環(huán)莖多個(gè)UDNA模板5’85王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工86王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工87NusA蛋白置換σ因子并識(shí)別終止子結(jié)構(gòu)，完成起始復(fù)合物與終止復(fù)合物的循環(huán)N蛋白具有抗終止作用不依賴于ρ的終止子依賴于ρ的終止子抗終止作用NusA蛋白置換σ因子N蛋白具有抗終止作用不依賴于ρ的終88（四）轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制遺傳信息表達(dá)有時(shí)間特異性(temporalspecificity)（時(shí)序性）和適應(yīng)性（adaptivespecificity）時(shí)序性:某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生Hb(hemoglobin)α珠蛋白基因簇：ζ（胚胎型）、αβ珠蛋白基因簇：ε（胚胎型）、γ（胎兒型）、β、δζ2ε2→α2γ2→α2β2（四）轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制遺傳信息表達(dá)有時(shí)間特異性(tempo89王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工90王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工91王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工92適應(yīng)性：

適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖維持個(gè)體發(fā)育與分化基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)：基因活化、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯、翻譯后加工適應(yīng)性：93原核生物基因表達(dá)的調(diào)控

(ControlofProkaryoticGeneExepression)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控(controloftranscription)操縱子(operon)細(xì)菌基因表達(dá)和調(diào)控的單位由信息區(qū)與調(diào)控區(qū)組成（正調(diào)控與負(fù)調(diào)控）原核生物基因表達(dá)的調(diào)控

(ControlofProkar94王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工95王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工96王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工97操縱子模型的提出

—莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)

獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)操縱子模型的提出

—莫洛(Monod)和雅各布(Jaco98PS1S2S3啟動(dòng)子OPromoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因操縱子（operon）

結(jié)合RNA聚合酶表達(dá)功能蛋白?11/50操縱子（operon）:原核生物的轉(zhuǎn)錄單位操縱基因OperatorPS1S2S3啟動(dòng)子OPromoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因操縱99DiscoveryofOperon1940年，Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長會(huì)出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長曲線”。存在兩種酶：組成酶與適應(yīng)酶（誘導(dǎo)酶）。

“酶的適應(yīng)現(xiàn)象及其在細(xì)胞分化中的意義”1947DiscoveryofOperon1940年，Mono100操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱子(operon):結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)、啟動(dòng)子(promoter,P)和操縱基因(operator,O)阻遏物基因(inhibitor,I),產(chǎn)生阻遏物(repressor)

SeeMovieoflacOperon操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱子(operon):SeeMovi101CAP的正性調(diào)節(jié)

（PositiveControlofCAP）CAP(catabolitegeneactivatorprotein)—降解代謝基因激活蛋白或CRP（cyclicAMPreceptorprotein）—環(huán)腺苷酸受體蛋白兩個(gè)相同的亞基組成，均含有DNA結(jié)合區(qū)cAMP(cyclicAMP)結(jié)合位點(diǎn)CAP的正性調(diào)節(jié)

（PositiveControlof102cAMP能促進(jìn)許多原核生物的基因表達(dá)cAMP活化CRP（cAMPreceptorprotein）↓改變其構(gòu)象，提高對(duì)啟動(dòng)子親和力，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄CRP是廣譜的正調(diào)節(jié)物，促進(jìn)RNAPol與啟動(dòng)子的結(jié)合葡萄糖效應(yīng)：細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，阻遏利用其它底物的酶類的合成。原因：葡萄糖的降解物可以抑制AC的活力，激活磷酸二酯酶——降低cAMP的水平cAMP能促進(jìn)許多原核生物的基因表達(dá)103CAP-cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)節(jié)CAP-cAMP對(duì)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)節(jié)104王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工105王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工106（五）與DNA結(jié)合蛋白的基序結(jié)構(gòu)1、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋Lacrepressor（五）與DNA結(jié)合蛋白的基序結(jié)構(gòu)1、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋Lac1072、鋅指結(jié)構(gòu)——保守AA的基團(tuán)鋅離子形成相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域有兩種：Cys2/His2（典型的鋅指蛋白，串聯(lián)重復(fù)）Cys2/Cys2（類固醇受體中）結(jié)合DNA及二聚化2、鋅指結(jié)構(gòu)108王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工109Cys2/His2鋅指結(jié)構(gòu)12AA特異結(jié)合位點(diǎn)Cys2/His2鋅指結(jié)構(gòu)12AA特異結(jié)合位點(diǎn)110王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工111王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工112（類固醇與類固醇受體）糖皮質(zhì)激素效應(yīng)元件（類固醇與類固醇受體）糖皮質(zhì)激素效應(yīng)元件113王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工1143、借疏水作用形成的——亮氨酸拉鏈bZIP3、借疏水作用形成的bZIP115王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工1164、HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）

——兩個(gè)兩親性α螺旋

以疏水側(cè)形成二聚體

堿性區(qū)結(jié)合DNA（bHLH）4、HLH（螺旋-環(huán)-螺旋）

——兩個(gè)兩親性α螺旋

117王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工118王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工119王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工120一、嘌呤和嘧啶類似物核酸代謝的拮抗物：抑制核酸合成有關(guān)的酶摻入核酸分子形成異常核酸如：6-巰基嘌呤、硫鳥嘌呤、2.6—二氨基嘌呤、8-氮鳥嘌呤、5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶進(jìn)入體內(nèi)變成相應(yīng)的核苷酸表現(xiàn)抑制作用（六）RNA生物合成的抑制作用

一、嘌呤和嘧啶類似物（六）RNA生物合成的抑制作用

1212、DNA模板功能的抑制物（1）放線菌素D（actinomycinD）與DNA形成非共價(jià)復(fù)合物其作用如同阻遏蛋白抑制DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。

色霉素A3、橄欖霉素、光神霉素（2）嵌入染料使DNA在復(fù)制時(shí)缺失或增添一個(gè)核苷酸，導(dǎo)致移碼突變，并能抑制RNA鏈的起始。（3）烷化劑2、DNA模板功能的抑制物122王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工123放線菌素D--插入dG*dC間低濃度--(-)RNA延長高濃度--(-)RNA起始

(-)DNA復(fù)制與DNA模板作用放線菌素D--插入dG*dC間與DNA模板作用1243、RNA聚合酶的抑制劑利福平抑制細(xì)菌RNA聚合酶活性3、RNA聚合酶的抑制劑利福平抑制細(xì)菌RNA聚合酶活性125原核生物真核生物利福平/利福霉素利鏈霉素與RNA聚合酶β亞基結(jié)合α鵝膏蕈堿——(-)RNA聚合酶Ⅱ與RNA聚合酶作用與RNA聚合酶作用126某些常用的轉(zhuǎn)錄抑制劑抑制劑靶酶抑制作用利福霉素細(xì)菌的全酶與β亞基結(jié)合阻止起始利鏈霉素細(xì)菌的核心酶與β亞基結(jié)合阻止延長放線菌素D真核RNAPolⅠ與DNA結(jié)合并阻止延長α-鵝膏蕈堿真核RNAPolⅡ與RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合某些常用的轉(zhuǎn)錄抑制劑127二、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工/成熟（post-transcriptionalprocessing）

二、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工/成熟128MmRNA可直接作為翻譯的模板rrRNAttRNA（一）原核生物RNA的成熟原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要加工、修飾MmRNA可直接作為翻譯的模板（一）原核生物RNA的成熟原1291、rRNA的加工原核生物rRNA轉(zhuǎn)錄初始物:rRNA基因和tRNA基因組成混合操縱子：

16SrDNA

tDNA

23SrDNA

5SrDNA

tDNArRNA轉(zhuǎn)錄初始物:

16SrRNA

tRNA

23SrRNA

5SrRNA

tRNA加工RNA酶Ⅲ對(duì)轉(zhuǎn)錄初始物切割再加工成熟1、rRNA的加工原核生物rRNA轉(zhuǎn)錄初始物:130RNaseⅢRNaseⅢRNaseE甲基化堿基甲基化核糖RNaseⅢRNaseⅢRNaseE甲基化堿基1312、tRNA的加工原核生物tRNA轉(zhuǎn)錄初始物:tRNA基因:◆Ⅰ型---tRNA有3’-CCA-OH◆Ⅱ型---tRNA無3’-CCA-OHtRNA轉(zhuǎn)錄初始物:◆與rRNA相連◆幾個(gè)相同(不同)tRNA連在一起2、tRNA的加工原核生物tRNA轉(zhuǎn)錄初始物:132●加工RNA酶ⅢRNA酶FRNA酶DRNA酶PtRNA核苷轉(zhuǎn)移酶切開rDNA、tDNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

間隔序列從3’端切斷前體分子核酸外切酶,切除Ⅰ型tRNA3’-CCA-OH下游序列（核酸+蛋白）（M1RNA）內(nèi)切酶，tRNA5’端成熟酶

催化Ⅱ型tRNA形成穩(wěn)定的3’-CCA-OH●加工RNA酶Ⅲ切開rDNA、tDNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物133王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工134●稀有堿基●稀有堿基135（二）真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工

1、rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工rRNA的基因(rDNA)

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成簇排列高度重復(fù)序列DNA核質(zhì):(Ⅲ)--不需加工5srRNA核仁:(Ⅰ)--加工

5.8srRNA

28srRNA

18srRNA（二）真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工

1、rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工136rDNA內(nèi)含子基因間隔18s5.8s28s每個(gè)重復(fù)單位45s轉(zhuǎn)錄物3種rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNArDNA內(nèi)含子基因間隔18s5.8s28s每個(gè)重復(fù)單位45s137王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工138RNaseⅢ核酸內(nèi)切酶核糖2-OHRNaseⅢ核糖2-OH139轉(zhuǎn)錄后的加工和與核糖體的裝配同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后的加工和與核糖體的裝配同時(shí)進(jìn)行140前rRNA的切割特點(diǎn)：在特殊序列位點(diǎn)由核仁小RNA(snoRNA)催化，snoRNA+蛋白質(zhì)核仁小核蛋白(sno-RNP)前rRNA的切割特點(diǎn)：1412、tRNA的加工堿基修飾3’端5’端切除反密碼環(huán)的內(nèi)含子稀有堿基---Tψ脫氨---AMPIMP還原---DHU甲基化---mAmG添加CCA-OHRNaseP切除多余的核苷酸RNaseP在前tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上2、tRNA的加工堿基修飾稀有堿基---Tψ142王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工1433、真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：hnRNA+蛋白質(zhì)不均一核糖核蛋白（hnRNP）3、真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：hnRNA144●原核與真核生物mRNA的區(qū)別原核生物mRNA多順反子轉(zhuǎn)錄與翻譯同步mRNA不需加工

壽命短真核生物mRNA單順反子轉(zhuǎn)錄后需加工運(yùn)至胞漿再翻譯mRNA需加工壽命較長●原核與真核生物mRNA的區(qū)別原核生物mRNA真核生物mRN145加帽加尾mRNA前體的剪接5’端：m7GpppGpN作用:穩(wěn)定mRNA5’端和翻譯的起始有關(guān)3’端:polyA尾巴作用：穩(wěn)定mRNA和翻譯模板活性有關(guān)剪除內(nèi)含子，連接外顯子加工過程主要包括：加帽5’端：m7GpppGpN加工過程主要包括：1465pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶5m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi（1）真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后加工--“加帽”以5’-5’三磷酸相連5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酰147帽0帽Ⅰ帽Ⅱm7GpppGpNm7GpppGmpNm7GpppGmpNm●三種5’帽結(jié)構(gòu)形式帽0m7GpppGpN●三種5’帽結(jié)構(gòu)形式148王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工149CapBindingComplexCapBindingComplex150步驟1步驟2作用位置200~250（2）真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后加工--加polyA尾步驟1步驟2作用位置200~250（2）真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄151王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工152外顯子內(nèi)含子DNA

hnRNA（3）真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后加工—剪接外顯子內(nèi)含子DNAhnRNA（3）真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后加153王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工154王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工155王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工156mRNA-DNAhybridsforthechickenovalbumingene(theR-loopingtechnique)mRNA-DNAhybridsforthechick157①類型Ⅰ自我拼接磷酸酯的轉(zhuǎn)移反應(yīng)①類型Ⅰ自我拼接磷酸酯的轉(zhuǎn)移反應(yīng)158王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工159②類型Ⅱ自我拼接②類型Ⅱ自我拼接160③hnRNA的拼接核內(nèi)小RNA(snRNA)拼接體(spliceosome)的形成③hnRNA的拼接核內(nèi)小RNA(snRNA)拼接體(spli161●剪接所需條件

snRNA（U1-U6）

+多肽/蛋白質(zhì)

多種snRNP

（核內(nèi)小核糖核蛋白顆粒）

多種snRNPs裝配成

拼接體

（參與剪接過程）3●剪接所需條件

snRNA（U1-U6）162與內(nèi)含子5’互補(bǔ)需要U2輔助因子和U1snRNP片段互補(bǔ)結(jié)合在一個(gè)核糖核蛋白顆粒分支點(diǎn)與內(nèi)含子5’互補(bǔ)需要U2輔助因子和U1snRNP片段互補(bǔ)結(jié)163供能促使U4和U6分離U2和U6互補(bǔ)U5識(shí)別外顯子拼接點(diǎn)供能促使U4和U6分離U2和U6互補(bǔ)U5識(shí)別外顯子拼接點(diǎn)164王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工1655’羥基④tRNA前體的酶促拼接2’3’環(huán)磷酸基環(huán)磷酸二酯酶2’磷酸基3’羥基5’羥基5’磷酸基5’-5’酵母5’羥基④tRNA前體的酶促拼接2’3’環(huán)磷酸基環(huán)磷酸二酯166⑤反式拼接與選擇性拼接⑤反式拼接與選擇性拼接167降鈣素降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素降鈣素基因相關(guān)肽168RNA編輯（RNAediting）介紹

（1）一種與RNA加帽、加尾、剪接不同的RNA

加工形式。

（2）轉(zhuǎn)錄后改變RNA的序列，使成熟RNA的序

列與基因組DNA序列不同。

（3）生物學(xué)中心法則的補(bǔ)充，擴(kuò)大了mRNA

遺傳信息容量。

RNA編輯（RNAediting）介紹

（1）一種與RN169SeveraltypesofmRNAeditinginvolvingbasesubstitutionscansignificantlyalterthepolypeptideproductsencodedbytheRNAsequences起始密碼氨基酸的變化終止密碼沉默編輯mRNA編輯的幾種類型SeveraltypesofmRNAediting170錐蟲線粒體RNA編輯——

泛（全）編輯（panediting）：插入U(xiǎn)錨定順序核酸內(nèi)切酶末端尿苷酸轉(zhuǎn)移酶RNA連接酶錐蟲線粒體RNA編輯——錨定順序核酸內(nèi)切酶171王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工172RNAeditinginprotein-codingregionsofmitochondrialtranscriptfromtheprotozanTrypanosomabrucei四膜蟲線粒體COIII基因轉(zhuǎn)錄區(qū)mRNA的泛編輯RNAeditinginprotein-coding173人載脂蛋白mRNA（apolipoproteinB）基因編碼4563個(gè)AA多肽→ApoBl00——肝細(xì)胞中合成后分泌到血液中編碼2153個(gè)AA多肽→ApoB48——在腸細(xì)胞中合成

同源載脂蛋白是載脂蛋白mRNA編輯后的產(chǎn)物

人載脂蛋白mRNA（apolipoproteinB）基因編174人類載脂蛋白B（ApoB）mRNA的編輯出現(xiàn)一個(gè)終止密碼人類載脂蛋白B（ApoB）mRNA的編輯出現(xiàn)一個(gè)終止密175載脂蛋白apo-BmRNA的修飾載脂蛋白apo-BmRNA的修飾176超編輯：一種修飾的mRNA加工，涉及靶分子廣泛的脫氨基，使RNA的50%腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇吸S嘌呤，稱為超編輯。

雙鏈RNA腺嘌呤脫氨酶（dsRADs）mRNA分子中的區(qū)段鄰近的內(nèi)含子順序——產(chǎn)生雙鏈構(gòu)型指定修飾的位點(diǎn)

形成特別的配對(duì)超編輯：形成特別的配對(duì)177

腺嘌呤脫氨基腺嘌呤脫氨基178插入編輯（insertionalediting）在某些病毒RNA及原生生物線粒體mRNA中出現(xiàn)，涉及面不廣。例如副粘病毒P基因在mRNA的特別位置插入鳥苷酸（G）產(chǎn)生至少2個(gè)不同的蛋白質(zhì)。

這些插入事件與引導(dǎo)RNA無關(guān)，它們是由RNA多聚酶在合成mRNA時(shí)加入的。插入編輯（insertionalediting）179多聚腺苷酸化（polyadenylation）編輯這類加工事件多見于動(dòng)物線粒體mRNA。從人線粒體基因組轉(zhuǎn)錄的5個(gè)mRNA均以U或UA結(jié)尾，而非終止密碼UAA或UAG。多聚腺苷酸化可將未端的U或UA轉(zhuǎn)變?yōu)閁AAA……，產(chǎn)生終止密碼，這是脊椎動(dòng)物線粒體為保持足夠緊湊的結(jié)構(gòu)而具有的幾個(gè)特征之一。多聚腺苷酸化（polyadenylation）編輯180核酶（介紹）核酶（介紹）181王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工182王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工183王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工184王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工185王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工186三、在RNA指導(dǎo)下RNA和DNA的合成（一）在RNA指導(dǎo)下RNA合成三、在RNA指導(dǎo)下RNA和DNA的合成（一）在RNA187AmodeltoexplaintheRNA-dependentsynthesisofanRNApolymerfromoligonucleotideprecursors.Amodeltoexplainthe188AnATP-bindingRNAwasgeneratedandisolatedusingSELEX.AnATP-binding189（二）逆轉(zhuǎn)錄以RNA為模板，有逆轉(zhuǎn)錄酶的參與，在4種dNTP存在及適合的條件下，按堿基配對(duì)的原則，合成cDNA（complementaryDNA,cDNA）的過程。（二）逆轉(zhuǎn)錄1901、逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase)

RNA依賴的DNA聚合酶（RDDP）這種酶以RNA為模板，在4種dNTP存在及適合的條件下，按堿基配對(duì)的原則，合成cDNA(cDNA中無內(nèi)含子）。催化三種反應(yīng)：RNA指導(dǎo)的DNA合成RNA水解DNA指導(dǎo)的DNA合成1、逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase)191ASVRNARNA

DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA(+)1.RNA指導(dǎo)DNA合成2.RNA水解3.DNA指導(dǎo)DNA合成逆轉(zhuǎn)錄酶的作用ASVRNARNADNA(-)DNA(-)1.RNA指導(dǎo)192

2、逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA病毒）的基因組1、逆轉(zhuǎn)錄病毒：雞肉瘤病毒（ASV）Rouse肉瘤病毒（RSV）小鼠白血病病毒（MuLV)人類T細(xì)胞白血病病毒（HTLV-IⅡ）愛滋病病毒（HIV）SARS

2、逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA病毒）的基因組1、逆轉(zhuǎn)錄病毒：193基因組：兩個(gè)完全相同的單鏈RNA分子含有逆轉(zhuǎn)錄酶含來自宿主的tRNA（合成時(shí)的引物）基因組：194

ASV（雞肉瘤病毒）的基因組結(jié)構(gòu)--RNA

LTRgagpolenvsrcLTR長末端重復(fù)序列正常病毒基因癌基因調(diào)節(jié)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生病毒核心蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶產(chǎn)生病毒外膜蛋白產(chǎn)生酪氨酸激酶

ASV（雞肉瘤病毒）的基因組結(jié)構(gòu)--RNA

LTRgagp1953、逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期進(jìn)入宿主細(xì)胞

雙鏈RNA

逆轉(zhuǎn)錄酶

雙鏈DNA前病毒

整合到宿主細(xì)胞基因組DNA中宿主細(xì)胞RNA聚合酶IImRNA病毒RNA基因組作為合成相應(yīng)

病毒蛋白質(zhì)的模板包裝成新的病毒顆粒，離開宿主3、逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期196二.癌基因(oncogene)和抑癌基因癌基因病毒癌基因(v-onc)細(xì)胞癌基因（原癌基因）(c-onc)DNA腫瘤病毒的轉(zhuǎn)化基因RNA病毒的癌基因（ASVsrc)源自細(xì)胞癌基因使宿主細(xì)胞發(fā)生惡化，形成腫瘤正常原癌基因?yàn)樯顒?dòng)必需調(diào)節(jié)細(xì)胞的正常生長和分化原癌基因激活

基因結(jié)構(gòu)異常/表達(dá)失控導(dǎo)致細(xì)胞惡變二.癌基因(oncogene)和抑癌基因癌基因197逆轉(zhuǎn)錄病毒與宿主細(xì)胞基因整合過程示意圖RNA病毒粒子病毒RNARNA

DNA逆轉(zhuǎn)錄酶DNA（前病毒）和宿主細(xì)胞DNA整合c-src整合后的DNA進(jìn)行復(fù)制v-src逆轉(zhuǎn)錄病毒與宿主細(xì)胞基因整合過程示意圖RNA病毒RNARNA198原癌基因被激活的方式獲得啟動(dòng)子/增強(qiáng)子基因易位基因擴(kuò)增點(diǎn)突變?cè)┗颢@得啟動(dòng)子/增強(qiáng)子199原癌基因siserbBsrc家族ras家族myc家族myb家族原癌基因的表達(dá)產(chǎn)物生長因子(PDGF)生長因子受體（酪氨酸激酶）胞內(nèi)信號(hào)傳遞體（G蛋白/蛋白激酶）核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子原癌基因的表達(dá)產(chǎn)物200抑癌基因控制細(xì)胞生長的負(fù)調(diào)節(jié)基因與負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)生長的原癌基因協(xié)調(diào)表達(dá)維持細(xì)胞的正常生長、增殖與分化抑癌基因缺失/突變喪失抑癌作用，具備促癌效應(yīng)Rb基因P53基因控制細(xì)胞生長的負(fù)調(diào)節(jié)基因201●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜蟲26SrRNA核酶（ribozyme）應(yīng)用

前體6.4kb414bp內(nèi)含子

5.986kb

無酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA切割特異性RNA序列具特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)---槌頭結(jié)構(gòu)人工合成核酶的槌頭結(jié)構(gòu)破壞HIV病毒

●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

前體6.4kb202底物催化部分圖13-11底物催化部分圖13-11203酶底物圖13-12酶底物圖13-12204第2153位谷氨酰胺終止子圖13-18第2153位谷氨酰胺終止子圖13-18205第三十六章RNA的生物合成和加工

第三十六章RNA的生物合成和加工206轉(zhuǎn)錄(transcription)：以DNA單鏈為模板，NTP為原料，在DNA依賴的RNA聚合酶催化下合成RNA鏈的過程。轉(zhuǎn)錄的條件：模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)方向引物DNA(不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要轉(zhuǎn)錄(transcription)：模板DNA(不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄207DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較相同點(diǎn)模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄合成方式半保留復(fù)制不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶堿基配對(duì)A-T，G-CA-U，T-A，G-C產(chǎn)物半保留的雙鏈DNA單鏈RNA不同點(diǎn)以DNA為模板遵循堿基配對(duì)原則都需依賴DNA的聚合酶聚合過程都是生成磷酸二酯鍵新鏈合成方向?yàn)?’→3’3/50復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較相同點(diǎn)模板兩股鏈均復(fù)208◆幾個(gè)基本概念結(jié)構(gòu)基因(structuregene)模板鏈(templatestrand)Watson(W)鏈、負(fù)(-)鏈(minusstrand)、反意義鏈(antisensestrand)編碼鏈(codingstrand)Crick(C)鏈、正(+)鏈(plusstrand)、有意義鏈(sensestrand)不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)◆幾個(gè)基本概念結(jié)構(gòu)基因(structuregene)209結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：DNA分子中能轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段。結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：210模板鏈：

反意義鏈（antisensestrand，(-)鏈）

——以該鏈中的DNA堿基順序指導(dǎo)RNA的合成即被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈。

編碼鏈：有意義鏈（sensestrand，（+）鏈）

——不被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈，但其堿基順序除T代替U外，其余與mRNA相同。

模板鏈：

反意義鏈（antisensestrand，(-2115’-----GCAGTACATGTC-----3’編碼鏈DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板鏈5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白質(zhì)5’-----GCAGTACATGTC-----3’編碼鏈212不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄

.DNA雙鏈上，僅一股鏈轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。

.有意義鏈與反意義鏈并非固定不變。

.轉(zhuǎn)錄方向都是5’3’轉(zhuǎn)錄方向5’3’模板鏈圖13-1不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄

.DNA雙鏈上，僅一股鏈轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。213

（一）RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）

以DNA為模板，催化2個(gè)游離的NTP形成3’，5’-磷酸二酯鍵

（一）RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

（DNA2141、大腸桿菌RNA聚合酶的組成（1）全酶(holoenzyme)由4種(5個(gè))亞基α2ββ’σ組成（2）核心酶(coreenzyme)

α2ββ’，參與轉(zhuǎn)錄的全過程（3）σ亞基（起始亞基）亦稱σ因子（σfactor)—轉(zhuǎn)錄輔助因子

識(shí)別啟動(dòng)子

ω亞基功能未知1、大腸桿菌RNA聚合酶的組成215大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——酶的裝配、結(jié)合啟動(dòng)子等全酶(α2ββ

)大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ216全酶核心酶亞基α2ββ’σ決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)合底物，形成磷酸二酯鍵（催化）結(jié)合模板（開鏈）（核心酶參與轉(zhuǎn)錄全過程）識(shí)別起始點(diǎn)啟動(dòng)子（延長時(shí)脫落）功能全亞基功能217全酶=α2ββ’(ω)σ

核心酶=α2ββ’

σ—開始合成RNA鏈時(shí)必需有σ因子，

一旦合成開始即釋放出來

β’—參與酶與底物的結(jié)合，

以及與σ因子和核心酶的結(jié)合

β—參與σ因子和核心酶的結(jié)合，并參與RNA合成的引發(fā)、延伸

α

—與結(jié)合模板、酶的滑動(dòng)及堿基識(shí)別有關(guān)全酶=α2ββ’(ω)σ核心酶=α2ββ’218王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工219起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長階段53RNA啟動(dòng)子Promoter

終止子terminator5RNA聚合酶5353553離開起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終220王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工221轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡222王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工2232.真核細(xì)胞RNA聚合酶在DEAE-Sephadex柱上的洗脫次序稱為酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

沒有對(duì)應(yīng)于σ因子的成分，需要轉(zhuǎn)錄因子參與2.真核細(xì)胞RNA聚合酶沒有對(duì)應(yīng)于σ因子的成分，需要轉(zhuǎn)錄因224類型ⅠⅡⅢ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAsnRNAtRNA,5srRNA,scRNAU6snRNA對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感高度敏感不同物種敏感性不同類型轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)鵝膏蕈堿225王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工226酵母RNA聚合酶ⅠSeeMovieofTranscription酵母RNA聚合酶ⅠSeeMovieofTranscri227（二）啟動(dòng)子（promoter）和轉(zhuǎn)錄因子

1、啟動(dòng)子

RNA聚合酶全酶識(shí)別、結(jié)合、開始轉(zhuǎn)錄的DNA序列（雙鏈）

2、轉(zhuǎn)錄因子

RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）

（二）啟動(dòng)子（promoter）和轉(zhuǎn)錄因子

1、啟動(dòng)子

228足跡法（Footprinting）足跡法技術(shù)用于測定與特殊蛋白質(zhì)結(jié)合的核酸順序。如該技術(shù)提供了RNA聚合酶與啟動(dòng)子之間相互作用的信息并確定了作用位點(diǎn)（啟動(dòng)子）的核苷酸順序。足跡法（Footprinting）229通過核酸酶消化分離Pr結(jié)合的DNA片段通過核酸酶消化分離Pr結(jié)合的DNA片段230王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工231王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工232足跡法確定啟動(dòng)子序列

足跡法確定啟動(dòng)子序列

2333、原核生物啟動(dòng)子的特點(diǎn):

(1)DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5’端區(qū)(上游區(qū))

(2)-10bp處-TATAAT-(Pribnowbox)

(3)-35bp處-TTGACA-

3、原核生物啟動(dòng)子的特點(diǎn):

(1)DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5234原核生物的轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)RNApol全酶移向-10區(qū)合成第一個(gè)磷酸二酯鍵5’-pppGpN-OH-3’轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亞基脫落（結(jié)合松弛）（結(jié)合緊密）轉(zhuǎn)錄起始不需引物！16/50原核生物的轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)RNApol全酶移向235RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點(diǎn)10-10TTGACATATAAT轉(zhuǎn)錄開始+1翻譯開始Purine-35（Pribnowbox）辨認(rèn)結(jié)合區(qū)轉(zhuǎn)錄起始區(qū)12/50RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點(diǎn)10-10TTGACATAT236大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××××××××××××××××AAT××××××××××××××TTAAAT××××××AACTGT××××AAT××××××××××××××××Pribnow框-10-35識(shí)別區(qū)16-19bp5-9bp起點(diǎn)

酶與啟動(dòng)子的結(jié)合速度解鏈速度大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××237RNA聚合酶σ因子識(shí)別及結(jié)合啟動(dòng)子，延長時(shí)脫落不參與轉(zhuǎn)錄過程，是轉(zhuǎn)錄輔助因子識(shí)別位點(diǎn)：啟動(dòng)子-35區(qū)、-10區(qū)王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工238原核生物有多種σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子一般情況下起作用的是---σ70σ70有四個(gè)保守區(qū)域：第2區(qū)域、第4區(qū)域和-35區(qū)和-10區(qū)結(jié)合原核生物有多種σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子239由含70RNA聚合酶全酶識(shí)別的典型大腸桿菌啟動(dòng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄由含70RNA聚合酶全酶識(shí)別的典型大腸桿菌啟動(dòng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄240ααββ’TTGACATATAAT-35原核生物RNA聚合酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合σ-109/50σ70σ32Heatshockprotein(HSP)熱休克蛋白應(yīng)激ααββ’TTGACATATAAT-35原核生物RNA聚合酶241結(jié)合過程：閉和的啟動(dòng)子復(fù)合體RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA雙鏈上迅速、隨機(jī)滑動(dòng)，尋找到啟動(dòng)子-35區(qū)，形成疏松的復(fù)合物，DNA雙鏈未解開。開放的啟動(dòng)子復(fù)合體RNA聚合酶（全酶）移向-10區(qū)和轉(zhuǎn)錄起始結(jié)合過程：242延長----轉(zhuǎn)錄泡

RNA聚合酶（核心酶）

◆與DNA模板緊密結(jié)合，沿3’5’方向移動(dòng)

◆解旋作用：DNA解開

◆聚合功能（不具外切酶功能）

雜交螺旋

◆RNA-DNA形成雜交螺旋

◆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA沿5’3’方向延長

延長----轉(zhuǎn)錄泡

RNA聚合酶（核心酶）

◆與DN243王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工244王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工245SeeMovieSeeMovie246核心酶圖13-7核心酶圖13-72474、真核生物的起始——較原核生物復(fù)雜

◆順式作用元件

(啟動(dòng)子/增強(qiáng)子)

◆轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor,TF)

RNA聚合酶Ⅱ所需的轉(zhuǎn)錄因子

---轉(zhuǎn)錄因子Ⅱ（TFⅡ）

4、真核生物的起始——較原核生物復(fù)雜

◆順式作用元件

248啟動(dòng)子

上游啟動(dòng)子元件(upstreampromotorelements,UPE)增強(qiáng)子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（1~30kb）增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性DNA序列作用與方向、距離無關(guān)沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用

與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的DNA非編碼序列——順式作用元件(cis-actingelement)啟動(dòng)子與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的DNA非編碼序列249順式作用元件順式作用元件250增強(qiáng)子增強(qiáng)子251反式作用因子(trans-actingfactor)概念：為DNA結(jié)合蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）特點(diǎn)：三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNA識(shí)別結(jié)合域轉(zhuǎn)錄活性域結(jié)合其他蛋白的結(jié)合域能識(shí)別并結(jié)合順式作用元件(cis-actingelement)正調(diào)控與負(fù)調(diào)控反式作用因子(trans-actingfactor)概念：252功

能

結(jié)

構(gòu)

域功

能

結(jié)

構(gòu)

域253反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域(DNA-bindingdomain)鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)同源結(jié)構(gòu)域(homodomain,HD)：

螺旋-回折-螺旋(helix-turn-helix)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(leucinezipper)螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,HLH)堿性α螺旋(alkalineα-helix)反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域(DNA-bindin254A類別Ⅰ啟動(dòng)子（有種屬特異性）

——控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄近啟動(dòng)子-40～+20：決定轉(zhuǎn)錄起始的精確位置遠(yuǎn)啟動(dòng)子-180～-107：影響轉(zhuǎn)錄的頻率（核心啟動(dòng)子和上游控制元件）需要兩種轉(zhuǎn)錄因子的參與王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工255upstreamcontrolelement結(jié)合于富含CG的區(qū)域四聚體蛋白σupstreamcontrolelement結(jié)合于富含256王鏡巖生化第三版考研課件第36章RNA的生物合成與加工257B類別Ⅱ啟動(dòng)子基本啟動(dòng)子（basalpromoter）起始子（initiator）上游元件（upstreamelement）應(yīng)答元件（responseelement）需要多種轉(zhuǎn)錄因子的參與B類別Ⅱ啟動(dòng)子258TATA框（Hognessbox，–25至-30bp

）與RNA聚合酶的定位有關(guān)

DNA雙鏈解開的部位輔助因子為通用轉(zhuǎn)錄因子（generaltranscriptionfactor，GTF）①基本啟動(dòng)子TATA框（H