第二节 RNA的生物合成
1,转录的反应
n1 ATP
n2 CTP
n3 GTP
n4 UTP
RNA聚合酶
DNA模板 RNA +( n1+n2+n3+n4)PPi
定义:从 DNA区段 (基因 )中的一条链为模板,在
RNA聚合酶的催化下,以四种核苷酸为原料,按照
A-U,G-C配对原则合成 RNA
一, 概论
特点:
1,不对称转录 --我们将用作 RNA合成的模板的链
叫做 反义链 ;另一条不做模板的链叫 有义链 。
RNA为全保留 转录
2,转录开始 不需要引物, 链的延长方向也是 5′→
3′
3,RNA聚合酶对利福平敏感
2,转录的方式一, 概论
2,转录的方式一, 概论
2,转录的方式
对于整个 DNA双链,每条链上有的区段用作有义
链,有的区段用作反义链。所以,具有相对意义。
一, 概论
1.转录的酶
亚基组成,a2bb'ws = a2bb'w + s
全酶 核心酶
—— RNA聚合酶
a亚基 —— 解开前方的 DNA双螺旋、恢复
后面的 DNA双螺旋
b亚基 —— 催化磷酸二酯键的形成
b'亚基 —— 与 DNA的非模板链结合
二, 原核生物转录
亚基组成,a2bb'ws = a2bb'w + s
全酶 核心酶
核心酶,解开前方的 DNA双螺旋,RNA链的延
伸、恢复后面的 DNA双螺旋
s亚基,识别 DNA上转录的起始部位,从而引
导全酶结合上去
此外,每个 RNA聚合酶还含有 2个 Zn离子。
1.转录的酶 二, 原核生物转录
DNA上存在着转录的起始信号,它是特殊的核
苷酸序列,称为 启动子( promoter) 。 转录是由
RNA聚合酶全酶结合于启动子而被启动的。
2.转录过程 -转录启动 二, 原核生物转录
The nucleotide sequences of representative E,coli
promoters
2.转录过程 -转录启动 二, 原核生物转录
聚合酶全酶上的 s因子能识别启动
子,并识别有义链,从而使全酶定位
到启动子部位。
二, 原核生物转录2.转录过程 -转录启动
如何确定
启动子部位

DNA Foot-
printing
由全酶在启动子附近将 DNA局部解链, 约解开
17个碱基对 。 ( 酶与启动子结合的部位是 AT富集
区, 有利于解链 )
第一个核苷三磷酸 (常常是 GTP或 ATP)结合到全
酶上, 形成, 启动子 -全酶 -核苷三磷酸, 三元起
始复合物 。
第二个核苷酸参入,连结到第一个核苷酸的 3'
羟基上,形成了第一个磷酸二酯键。
s因子从全酶上掉下,又去结合其它的核心酶。
二, 原核生物转录2.转录过程 -转录启动
当 s因子从核心酶上脱落后, 核心酶与
DNA链的结合变得疏松 (依靠其蛋白质的碱性
与酸性核酸之间的非特异性的静电引力 ),可
以在模板链上滑动, 方向为 DNA模板链的
3′→ 5′,同时将核苷酸逐个加到 RNA链的 3'-
OH端, 使 RNA链以 5′→ 3′方向延伸 。
二, 原核生物转录2.转录过程 -链的延伸
DNA上的解螺旋区:在 RNA链 延伸的同 时,
RNA聚合 酶继续 解 开 它前方的 DNA双螺旋,暴
露出新的模板 链,而后面被解 开 的两条 DNA单
链 又重新形成双螺旋,DNA上的解螺旋区保持
约 17个碱基 对 的 长 度 。
二, 原核生物转录2.转录过程 -链的延伸
RNA-DNA杂交区:刚合成出来的 RNA链与解开
的 DNA模板链之间可形成一小段 RNA-DNA杂交区 。
随着核心酶的移动, RNA链不断地延伸, 杂交区也往
前延伸, 但后面的杂交区随着 DNA双螺旋的回复,
RNA链逐渐被置换出来, 因此, 杂交区也保持着固定
一小段 。
二, 原核生物转录2.转录过程 -链的延伸
DNA分子上有终止转录的特殊信号, 也是特定
的核苷酸序列, 称为 终止子 。
? 核心酶能识别终止子,停止转录。
? 这一过程有时需要一种蛋白质 —— ?因子的
帮助(当终止信号较弱时);有时不需要(当
终止信号较强时)。
? 核心酶释放出 RNA,自己也离开 DNA。
? DNA上的解链区重新形成双螺旋。
二, 原核生物转录2.转录过程 -终止
? 真核细胞的转录比较复杂。真核基因的顺式作
用元件( cis-acting element),即 DNA上对基因表
达有调节活性的特定序列,按其功能可分为启动子
、增强子( enhancer) 和沉默子( silencer) 等。真
核生物的转录,是由 RNA聚合酶与这些元件相互作
用,在蛋白质辅助因子 ρ的协同下完成的。
三, 真核生物转录1.真核细胞的聚合酶
三, 真核生物转录1.真核细胞的聚合酶
真核细胞启动子是指通用 (基础 )转录因子和
RNA聚合酶 II通过相互作用,组装转录起始复合体
的位点。
三, 真核生物转录2.真核细胞的启动子
三, 真核生物转录2.真核细胞的启动子
真核生物启动子的多元性
启动子包括
TATA序列 (TATA box),-25 ? -35
TATA box的作用:使转录精确地起始;
启动子是指确保转录精确而有效地起始的 DNA序列 ;
TATA序列也叫核心启动元件
(core promoter element)
(GC box) GCCACACCC或 GGGCGGG序:
-80 ? -110;
GC区主要控制转录起始频率。
CCAAT序列 (CAAT box), -70 ? -80
CAAT区主要控制转录起始频率。
? 增强子、及其对转录的影响
a 增强子是指能使和它连锁的基因转录频率明显增加
的 DNA序列;
b 增强效应十分明显, 一般能使基因转录频率增加
10-200倍;
c 增强效应与其位子和取向无关;
三, 真核生物转录3.真核细胞的增强子
d 大多为重复序列,一般长度为 50 bp,其内部常含有
一个核心序列 (G)TGGA/TA/TA/T(G);
e 增强效应有严密的组织和细胞特异性;
f 没有基因专一性;
g 许多增强子还受外部信号的调控。
Enhancer 的结构与功能
双方向性,组织特异性,位点非专一性
----Enhancer 由两个以上的 增强子成分 (Enhancer Element)组成
----Enhancer Element 必需由两个紧密相连,具有间距效应的
增强子元 (Enhanson) 组成
----各个 Enhanson(cis-factor)与激活蛋白 (trans-factor)结合
增强特异性转录
En,Elem,En,Elem En,Elem.
-250 -180
coreC TCII TCI sphII sphI
Ap3 Ap2 Ap1
e.g,SV40 Enhancer (-179~ -250)
远距离控制,无方向性
mRNA+1GC CAAT TATA
促进转录复合体 基本转录复合体
? RNA interference (RNAi) represents a mechanism
invented by nature to protect the genome,In the past
few years the field has emerged at a surprisingly
high pace.
? The whole story started when Fire et al,(1998)
identified double stranded RNA (dsRNA) as the
mediator of gene silencing in C,elegans and referred
to the term RNAi.
三, 真核生物转录4.基因沉默 -iRNA
What is RNA interference (RNAi)
? The underlying molecular mechanism of gene
silencing provides us with short interfering RNAs
(siRNAs) which allows to target any gene with high
specificity and efficiency,
What is RNA interference (RNAi)
What is the outcome,indeed?
? Introduction into cells of a double-stranded
RNA corresponding to an expressed gene
leads to down-regulation of that gene
through degradation of its mRNA
How does the siRNA work?
? Introduction of synthetic small double-
strand oligonucleotide (21-23 nt length)
corresponding to specific gene into cell will
specifically knock down corresponding
mRNA in the cell
An enzyme complex (Dicer),was discovered in
Drosophila (Bernstein et al.,2001) as part of a
conserved Dicer family expressed in organisms
undergoing RNAi,Dicer contains domains for dsRNA
binding,RNA unwinding,and ribonuclease activity,and
is associated with additional proteins to drive the
cleavage of dsRNA in an ATPdependent manner,The
resulting siRNA as part of a multiprotein RNA-
inducing silencing complex (RISC) is targeted
to the complementary RNA species which is then
cleaved.
siRNA,
Small
interfering
RNA
真核基因转录的蛋白因子
为蛋白质编码的基因的准确转录受多种转录因子的
调控。 RNA聚合酶必须在特定的转录因子的参与下
才能起始转录。
至今有 20种以上蛋白因子参与转录起始,可分为
三类:
1,通用 (基础 )转录因子 (basal transcriptional activity):
包括 TF II A,TF II B,TF II D,TF II E,TF II F、
TF II H,TF II J等。这些蛋白因子对于准确转录起
始是必需的 。
三, 真核生物转录5.转录因子
2,启动子特异性转录激活蛋白
(promoter-specific transcriptional activators)
它们通过与启动了附近或远离启动子的 DNA分
子上调控区 (增强子 )相结合,作用于转录起始复合
体组装过程,具有 DNA结合域和激活转录所需要的
激活结构域。
一般情况,细胞中 通用转录因子 的种类同基因
转录的调控蛋白因子 (包括转录激活蛋白、辅助激
活蛋白、负调控蛋白因子等 )相比,数量较少,但
在细胞中的含量是丰富的;
这些通用转录因子在启动子区同 RNA聚合酶
一起组装成 转录起始复合物 ;
特异性调控蛋白因子 种类繁多,但含量即非常
之少,它们通过其 DNA结合域识别特定的 DNA序列,
这种特性决定了特异性开或关。
Specific Trans-factor characteristics
l 多为变构蛋白,具有两个功能结构域( domain)
DNA-binding domain activation domain
DNA-binding domain
Dimerization domain
(in some dimer factor)
activation domain
? Transcription activation domain
have a very high proportion of acidic amino acid
(also called acidic domain or acid blobs or negative noodles)
Trans-factor的活性调节受到严格的信号因子的调控
signal
一般状态
(无活性)
binding DNA
变构
活化状态 激活转录
几种常见的 DNA结合蛋白的结构
Helix-turn-helix motif
Helix-turn-helix domain and binding with DNA
亮氨酸, 拉链, 式二聚体
亮氨酸, 拉链, (leucine zipper)指
调控蛋白中发现的一段富含亮氨酸序列,
这个区域易于形成两性 a-螺旋或卷曲螺旋
构象,这些蛋白能形成稳定的二聚体。 转
录因子在模板 DNA上形成同源 (或异源 )二聚
体的能力决定了基因表达。
亮氨酸, 拉链, 式二聚体
在, 拉链, 式蛋白中,,拉链, 区以
外的氨基酸在都呈碱性,具有结合 DNA的本
领,
,拉链, 的吻合有利于形成平行的二重 DNA
结合区。
Monomeric & dimeric structure of Luc zipper
Luc zipper
dimerization
Zinc finger region
一对组氨酸残基
TF III A 蛋白具有 9个相似的重复单位
每个单位大约由 30个氨基酸残基组成
一对半胱氨酸
zinc
Zinc finger region
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His
单个锌指的保守区序列
典型真核基因转录调控示意图
通用转录因与 RNA聚合酶 II在启动处组装成转录起始复合体 ;
不同的基因调控蛋白结合到各自的基因调控序列上 ;
转录起始速率是由调控蛋白与通用转录起始复合体相互作用而
得以调整,
基因调控序列 — 启动子 — 调控蛋白的 spatial 关系
A,结合于增强子处的调控蛋白 NtrC
与细菌 RNA聚合酶的相互作用
B,为 A的电镜图谱
真核基因转录的综合调控
四,转录后加工1,mRNA加工 -帽子结构
有利于核糖体对 mRNA的识别,Cap0是必需的,
而 Cap1和 Cap2并非需要的;
增加 mRNA的稳定性,避免核酸酶的作用。
四,转录后加工1,mRNA加工 -帽子结构功能
Poly A 尾巴不是由 DNA编码,而是 mRNA合成后由
一个 300-KDa,RNA末端腺苷酸转移酶 (RNA
terminal ribodenylate transferase)催化下加上去,
但不是在 mRNA 3?末端直接加上去 。
是 mRNA的一个特怔,A的数量为 200 b
四,转录后加工1,mRNA加工 -Poly-tail 结构功能
如果识别信号发生突变, U G,则多聚
腺苷酸作用明显下降;
poly(A)+与蛋白质结合能增加 mRNA稳定性
或运输能力。
原核生物
E.coli,已知有三种 rRNA,
5S,16S,23S,
120 b,1541 b,2904 b
E.coli 有 7个这样的操纵子。
四,转录后加工2,rRNA加工
真核生物
真核细胞已知有三种 rRNA,
18S,5.8S,28S及 5S rRNA
四,转录后加工2,rRNA加工
6,总 结
DNA复制 DNA转录
原料 dDNA NTP
模板 完整两条链双向复制 DNA区段一条链不对称转录
引物 RNA为引物 不需要
酶与蛋白因子 9种酶和蛋白因子 全酶
校正功能 有 无
差错率 10-9-10-10 10-4-10-5
复制与转录比较
The end