目 录第 十 一 章
RNA的生物合成
（ 转录 ）
RNA Biosynthesis,Transcription
授课教师 林德馨目 录转录 (transcription)
生物体以 DNA为模板合成 RNA的过程 。
DNA的遗传信息传递给 RNA的过程。
转录
RNADNA
目 录复制和转录的共同点,
DNA 模板依赖 DNA的聚合酶碱基配对规律生成磷酸二酯键链延长方向 5'→3'
目 录复制和转录的区别
A - U,T - A,G - CA - T,G - C配对
m RN A,tR N A,r R NA子代双链 DN A
（ 半保留复制）
产物
RN A 聚合酶（ RN A - pol ）DN A 聚合酶酶
NT PdN TP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制
，,，
，,
（
）酶目 录模板和酶
Templates and Enzymes
第一节目 录
5′···GCAGTACATGTC ···3′
3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′
5′···GCAGUACAUGUC ···3′
N····Ala ·Val · His · Val ····C
编码链模板链
mRNA
蛋白质转录翻译一、转录模板结构基因 (structural gene),
能作为转录模板的 DNA区段。
目 录模板链 (template strand)有意义链 或 Watson链
DNA双链中,能 按碱基配对规律指引转录,
生成 RNA的一股单链 。
编码链 (coding strand)反义链 或 Crick链
DNA双链中碱基序列与 RNA一致的一股链 。
反义核酸,以 编码链为模板 合成的核酸，称为反义核酸（反义 RNA、反义 DNA）。
序列与模板链一致，能抑制 mRNA表达。
目 录
5?
3?
3?
5?
模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对称转录 (asymmetric transcription)
在 DNA分子 双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 。
模板链并非永远在同一条单链上。
目 录二,RNA聚合酶定义,以 DNA为模板，催化三磷酸核苷
（ NTP）聚合形成 RNA的酶。
作用特点：
1,DNA为模板
2,不需引物,两游离 NTP或一游离 NTP与 RNA链聚合,
3,3'-OH与 5'-P聚合形成磷酸二酯键。
4,方向,5'→3 '。
目 录
（一）原核生物的 RNA聚合酶
36 51 2 决定哪些基因被转录
15 06 18 催化功能
15 56 13 结合 D NA 模板
70 26 3 辨认起始点亚 基 分 子 量 功 能目 录核心酶 (core enzyme)
全酶 (holoenzyme)
核心酶,转录延长 ; 全酶：转录起始。
σ70是辨认典型转录起始点的蛋白质。
σ32是辨认热休克蛋白 (Hsp)转录起始点的蛋白质。
目 录
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合目 录
（二）真核生物的 RNA聚合酶种类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
对鹅膏蕈碱的反应
45S - rR NA hnRNA 5S - rR NA
tRNA
snR NA
耐受 极敏感 中度敏感转录产物
45S-rRNA,5S-rRNA,核糖体 RNA成分。
hnRNA,mRNA的前体。
snRNA,参与 mRNA剪切。
目 录
RNA聚合酶结构特点：
两个大亚基,分子量 >100 KDa,催化亚基，
与原核 β,β '亚基有同源性。
50 kDa亚基,分子量 50 kDa，
与原核 α 亚基相似。
小亚基,10,7,11个。
羧基末端结构域 (CTD)：
(YSPTSPS)n,Y,Tyr； S,Ser； P,Pro； T,Thr
RNA-polⅡ 大亚基 C末端磷酸化，使转录进入链的延长阶段。
目 录三、模板与酶的辨认、结合操纵子 (operon):原核生物的一个转录单位,
包括若干个 结构基因 及其上游 (upstream)的 调控序列 。
5?
3?
3?
5?
结构基因调控序列
RNA-pol
启动子 (promoter),RNA聚合酶结合模板 DNA
的部位。
RNA聚合酶保护法目 录目 录开始转录
T T G A C A
A A C T G T
-35 区
(Pribnow box)
T A T A A T Pu
A T A T T A Py
-10 区
1-30-50 10-10-40 -20
5?
3?
3?
5?
原核生物启动子保守序列
RNA-pol辨认位点
(recognition site)
5?
5?
RNA聚合酶保护区 结构基因
3?
3?
目 录目 录原核生物启动子结构特点：
一致性序列 (concensus保守序列 )：
碱基序列相对稳定，不易发生突变。
1.TTGACA,-35区,RNA聚合酶的辨认位点，
σ 亚基结合位点。
2.TATAAT,-10区,Pribrow盒,RNA聚合酶的稳定结合位点。 β '亚基的结合位点。
目 录
TATA盒
CAAT盒
GC盒增强子顺式作用元件结构基因
-GCGC---CAAT---TATA
转录起始真核生物启动子保守序列目 录转录过程
The Process of Transcription
第二节目 录一、原核生物的转录过程目 录
（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。
1,辨认起始位点：
亚基辨认启动子的 -35区,RNA聚合酶全酶
(?2)与模板疏松结合。
酶滑行到 -10区，通过亚基与模板牢固结合。
2,DNA双链解开,
RNA聚合酶挤入 DNA双链中，解链长度约 20个核苷酸,拓扑异构酶参与。
转录起始过程：
目 录
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。
RNApol (?2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3?
转录起始复合物,
RNA聚合酶 -DNA模板 -四磷酸二核苷酸
5?-pppG -OH + NTP? 5?-pppGpN - OH 3? + ppi
目 录
（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
3,转录空泡的形成：
3.转录空泡 (transcription bubble)：
DNA解开的两条单链与 RNA聚合酶及其转录产物 RNA构成的 转录复合物。
目 录
RNA-pol,40 bp以上； 解链,20 bp；
RNA/DNA,12 bp。
目 录
DNA/DNA双链比 DNA/RNA杂化双链稳定稳定性,G≡C>A=T>A=U
DNA双链超螺旋作用目 录
5?
3?
DNA
原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体
RNA
RNA聚合酶目 录
依赖 Rho (ρ)因子的转录终止
非依赖 Rho因子的转录终止
（三）转录终止
RNA聚合酶在 DNA模板上停止前进,
转录产物 RNA链从转录复合物上脱落 。
机制目 录
A T P
1,依赖 Rho因子的转录终止：
具有控制转录终止作用的蛋白质因子。
机制,Rho因子与 RNA3’ -OH的 poly C结合，
抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。
目 录
2,非依赖 Rho因子的转录终止
DNA模板近终止处，有 特殊的碱基序列,
转录出 RNA产物 形成特殊的结构 终止转录。
发夹结构,反向碱基互补序列末端 PolyU,U:A不稳定,
目 录
5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU..,3` `
RNA
5?TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT..,3?
DNA
UUUU...…
UUUU...…
AU
茎环 (stem-loop)/发夹 (hairpin)结构目 录茎环结构终止 转录 的机理
使 RNA聚合酶变构，转录停顿；
末端 polyU 使转录复合物趋于解离,RNA产物释放。
5′pppG
5?
3?
3?
5?
RNA-pol
目 录目 录二、真核生物的转录起始
（一）转录起始转录起始上游区段比原核生物多样化,
转录起始时,RNA-pol不直接结合模板的启动子,其起始过程比原核生物复杂 。
目 录转录起始点
-25bpTATA盒
CAAT盒
GC盒增强子顺式作用元件 (cis-acting element)：
DNA分子上可影响（调控）转录的序列。
启动子，增强子，沉默子。
1,转录起始前的上游区段,
AATAAA
切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子
OCT-1
OCT-1,ATTTGCAT八聚体目 录
2,转录因子 (transcriptional factors,TF)
能与顺式作用原件识别、结合，调节真核基因转录的蛋白质，称为 转录调节因子,简称 转录因子。
反式作用因子 (trans-acting factors) trans-分子外顺式作用元件 (cis-acting factor) cis-分子内目 录基本转录因子 （ TFⅠ,TFⅡ,TFⅢ ）
直接或间接参与 RNA聚合酶 与启动子结合的转录因子特异转录因子：
特异调节各个基因转录的转录因子，决定该基因的时间，空间特异性表达。
目 录参与 RNA-polⅡ 转录的 TFⅡ
蛋白激酶活性，使 CTD 磷酸化
TF Ⅱ H
ATPase57 （? ） 34 （? ）TF Ⅱ E
解螺旋酶30,74TF Ⅱ F
促进 RNA - pol Ⅱ 结合及作为其他因子结合的桥梁
33TF Ⅱ B
稳定 TF Ⅱ D - DNA 复合物12,19,35TF Ⅱ A
辅助 TBP - DNA 结合TAF**
结合 TATA 盒TBP* 38TF Ⅱ D
功 能亚基组成，分子量 ( kD )转录因子蛋白激酶活性，使 磷酸化
Ⅱ
（ ） （ ）Ⅱ
解螺旋酶，Ⅱ
促进 Ⅱ 结合及作为其他因子结合的桥梁
Ⅱ
稳定 Ⅱ 复合物，,Ⅱ
辅助 结合结合 盒Ⅱ
功 能
TBP,TATA binding protein,TATA结合蛋白
TAF,TBP associated factor,TBP辅因子,不同基因 TAF不同
CTD,RNA-polⅡ 大亚基羧基末端结构域目 录
3,转录起始前复合物
(pre-initiation complex,PIC)
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。
目 录
POL-ⅡTFⅡ F
Ⅱ A
Ⅱ B
由 RNA-Pol Ⅱ 催化转录的 PIC
POL-Ⅱ
TFⅡ F Ⅱ H Ⅱ E
TBP TAF
TFⅡ D-Ⅱ A-Ⅱ B-DNA复合物
TATA
Ⅱ A
Ⅱ BTBP
TAF
TATA
Ⅱ HⅡ E
CTD- P
PIC组装完成,TFⅡ H使 CTD磷酸化目 录
（二）转录延长
2,RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
体外转录实验,移位
DNA酶水解法,200 bp及其倍数的电泳区带,被组蛋白保护。
细胞转录实验：解聚组蛋白精氨酸乙酰化，降低正电荷。
DNA,AMP→ADP→ 聚 ADP，降低负电荷。
1,与原核生物大致相似，
没有转录与翻译同步的现象。
目 录
RNA-Pol
RNA-Pol
RNA-Pol
核小体转录延长中的核小体移位转录方向目 录核酸酶
RNA-polAATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
5?
5?
3?
3?
3?加尾
AAAAAAA···· 3? mRNA
（三）转录终止 —— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点,
DNA读码框架下游的一组 AATAAA和 GT共同序列,参与转录终止过程,这些序列称之。
目 录真核生物的转录后修饰
Post-transcriptional Modification
第三节目 录几种主要的修饰方式
1,剪接 (splicing) 2,剪切 (cleavage)
3,修饰 (modification) 4,添加 (addition)
目 录一、真核生物 mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
5?端形成 帽子结构 (m7GpppGp — )
3?端加上 多聚腺苷酸尾巴 (poly A tail)
目 录
1,帽子结构,(m7GpppGp — )
7-甲基鸟嘌呤 -三磷酸鸟苷
5’-5’磷酸二酯键目 录
5?pppGp…
5?GpppGp…
pppG
ppi
鸟苷酸转移酶
5? m7GpppGp…
甲基转移酶SAM
帽子结构的生成
5?ppGp…磷酸酶
Pi
目 录帽子结构的功能,
核内生成,保护 mRNA不被核酸外切酶水解。
与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。
目 录
2,3’ -末端 Poly A 尾,（长约 100-200bp）
生成,在核内修饰,与转录终止同时进行,
作用,增加 mRNA稳定性，维持翻译模板活性。
核酸酶
RNA-polAATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
5?
5?
3?
3?
3?加尾
AAAAAAA···· 3? mRNA
鸡卵清蛋白成熟 mRNA与 DNA杂交电镜图
DNA
mRNA
目 录
（二） mRNA的剪接目 录编码区和非编码区互相间隔,又连续镶嵌而成，这些基因称为断裂基因。
1,断裂基因 (splite gene)
CA B D
编码区 A,B,C,D 非编码区目 录
2.外显子 (exon)和内含子 (intron)
外显子,（基因上的编码序列）
在断裂基因及其初级转录产物上出现，
并表达为成熟 RNA的核酸序列。
内含子,（ 基因上的非编码序列）
在断裂基因及其初级转录产物上出现，
而在剪接过程中被除去的核酸序列。
目 录
3,内含子的分类,基因的类型和剪接的方式
I类,线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的
rRNA基因 ；
II类,线粒体、叶绿体 mRNA基因 ；
I II类,自我剪切
III类,多数 mRNA基因 ； 套索结构剪接
IV类,是 tRNA基因,剪接过程需 酶 及 ATP。
翻译后内含子,胰岛素原，酶原。
目 录
4,mRNA的剪接过程,
Ⅲ 类内含子 剪接,套索状剪接除去 hnRNA中的内含子，将外显子连接。
鸡卵清蛋白基因
hnRNA
首、尾修饰
hnRNA剪接成熟的 mRNA
鸡卵清蛋白基因及其转录、
转录后修饰目 录目 录
① snRNP剪接体 的形成,
核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体 (snRNP)
（ 剪接体,splicesome）
snRNA
snRNA,(small nuclear RNA)
100-300 核苷酸，以 U分类,U1-6
snRNP,(small nuclear ribonucleoprotein)
作为 mRNA剪切的场所。
② 内含子两端与 U1,U2配对结合。
5’ 剪接点,↓GU --； 3’ 剪接点,--AG↓
分支点序列,3’ 剪接点上游 20～ 50核苷酸范围内保守序列 UACUAAC，倒数第二个 A为分支点。
目 录目 录
③ 形成完整剪切体，内含子成套索状，外显子靠近。
③
UACUACA - AG
UG
U4
U5
U6
E1
E2
U1 U2
UACUACA - AG
UGU6
E1
E2
U1,U4,U5
目 录
pG-OH
(ppG-OH,pppG-OH)
U-OH
GpUpGpA
第一次转酯反应第二次转酯反应
UpA GpU
外显子 1 内含子 外显子 2
G-OH
UpU
pGpA
④ 二次转酯反应 (twice transesterification) I类内含子目 录剪接体与剪接图示目 录
hnRNA剪接简图目 录
5,mRNA的编辑 (mRNA editing)
mRNA转录后出现核苷酸的替换，插入或缺失，改变 DNA模板来源的遗传信息，
翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。
目 录
apoB mRNA的编辑
apoB基因,29个外显子,14500 bp,4536aa
apoB mRNA编辑蛋白 (REPP,脱氨酶 )
apoB mRNA第 26个外显子第 6666位 C脱氨 → U;
密码,CAA (Gln2153) → UAA(终止密码 );
肝细胞,不表达 REPP 4536aa apoB 100
肠上皮细胞,表达 REPP 2152aa apoB 48
目 录人类 apo B基因
mRNA（ 14500个核苷酸）
肝脏
apo B100
（分子量为 500 000）
肠道细胞
apo B48
（分子量为 240 000）
mRNA编辑目 录
RNA编辑的生物学意义：
产生多种表达产物，产生多种生物学效应，产生功能用途的分化，因此也称为分化加工 ( differential RNA processing ) 。
DNA上的基因数要比表达的蛋白质种类少。估计 10万个基因，实际 3万个基因。
二,tRNA的转录后加工
tRNA前体
RNA pol Ⅲ
TGGCNNAGTGC GGTTCGANNCC
DNA
目 录
RNAaseP、
内切酶目 录
5’ 前导序列,RNAaseP
中部内含子：内切酶
tRNA核苷酸转移酶、
连接酶
ATP
ADP
目 录碱基修饰
（ 2）还原反应如,U? DHU
（ 3）核苷内的转位反应如,U? ψ
（ 4）脱氨反应如,A? I
如,A? Am
（ 1）甲基化
（ 1）
（ 1）
（ 3）
（ 2）
（ 4）
目 录目 录三,rRNA的转录后加工
1,纵列串联基因,可转录的 DNA片段与不能转录的间隔区串联组成的基因。（ 基因间隔 ）
2,高度重复序列,间隔区和可转录区可以重复数百个到数千个以上，每重复一次构成一个重复单位，转录一个 rRNA，而且每个重复单位转录的 rRNA大小基本一致,45S r RNA。
3,丰富基因,具有高度重复序列的基因，称之。
rDNA,5s rRNA基因，组蛋白基因，免疫球蛋白
rRNA基因（ rDNA）的特点,
目 录转录
45S - rRNA
剪接
18S - rRNA 5.8S和 28S-rRNA
rDNA
内含子 内含子 28S5.8S18S
目 录四、核 酶具有酶促活性的 RNA称为核酶。
核酶 (ribozyme)
目 录四膜虫 rRNA内含子的二级结构四膜虫 rRNA的剪接采用 自我剪接（核酶） 方式。
rRNA前体（ 35S）,内含子（ 9S） 414核苷酸
5′-端核苷酸序列目 录目 录目 录
pG-OH
(ppG-OH,pppG-OH)
U-OH
GpUpGpA
第一次转酯反应第二次转酯反应
UpA GpU
外显子 1 内含子 外显子 2
G-OH
UpU
pGpA
④ 二次转酯反应 (twice transesterification) I类内含子目 录目前研究最多的核酶是小分子 RNA核酸内切酶 家族,
锤头核酶,发夹核酶,丁肝病毒等,
目 录底物部分
核酶的结构特点,
通常由 60个核苷酸左右组成，
底物部分,含有 GU序列催化部分,锤 头结构,3个茎,1-3个环保守序列,13个碱基人工设计的核酶
黄线 表示合成的核酸分子
细线表示天然的核酸分子
X 表示一致性序列
箭头表示切断点目 录目 录
核酶研究的意义
核酶的发现（ Cech和 Altman） 1989诺贝尔化学奖；
核酶的发现是对传统酶学的挑战；
利用核酶的结构设计合成人工核酶 。
目 录澳大利亚 Adelaide大学 Symons实验室：
人工合成 一个 13寡聚核糖核苷酸
一个 天然 41寡聚核苷酸（类病毒 RNA）
在体外实验中可以形成 锤头结构
天然的 41寡聚核苷酸水解,9,32个核苷酸两片段目 录
已合成切割 H-ras肿瘤基因的 核酶,
通过电穿孔的方法导入人 黑色素瘤 细胞，
可以改变肿瘤的 表型 。
建立切割 HIV-1病毒 RNA核酶的细胞模型。
RNA的生物合成
（ 转录 ）
RNA Biosynthesis,Transcription
授课教师 林德馨目 录转录 (transcription)
生物体以 DNA为模板合成 RNA的过程 。
DNA的遗传信息传递给 RNA的过程。
转录
RNADNA
目 录复制和转录的共同点,
DNA 模板依赖 DNA的聚合酶碱基配对规律生成磷酸二酯键链延长方向 5'→3'
目 录复制和转录的区别
A - U,T - A,G - CA - T,G - C配对
m RN A,tR N A,r R NA子代双链 DN A
（ 半保留复制）
产物
RN A 聚合酶（ RN A - pol ）DN A 聚合酶酶
NT PdN TP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制
，,，
，,
（
）酶目 录模板和酶
Templates and Enzymes
第一节目 录
5′···GCAGTACATGTC ···3′
3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′
5′···GCAGUACAUGUC ···3′
N····Ala ·Val · His · Val ····C
编码链模板链
mRNA
蛋白质转录翻译一、转录模板结构基因 (structural gene),
能作为转录模板的 DNA区段。
目 录模板链 (template strand)有意义链 或 Watson链
DNA双链中,能 按碱基配对规律指引转录,
生成 RNA的一股单链 。
编码链 (coding strand)反义链 或 Crick链
DNA双链中碱基序列与 RNA一致的一股链 。
反义核酸,以 编码链为模板 合成的核酸，称为反义核酸（反义 RNA、反义 DNA）。
序列与模板链一致，能抑制 mRNA表达。
目 录
5?
3?
3?
5?
模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对称转录 (asymmetric transcription)
在 DNA分子 双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 。
模板链并非永远在同一条单链上。
目 录二,RNA聚合酶定义,以 DNA为模板，催化三磷酸核苷
（ NTP）聚合形成 RNA的酶。
作用特点：
1,DNA为模板
2,不需引物,两游离 NTP或一游离 NTP与 RNA链聚合,
3,3'-OH与 5'-P聚合形成磷酸二酯键。
4,方向,5'→3 '。
目 录
（一）原核生物的 RNA聚合酶
36 51 2 决定哪些基因被转录
15 06 18 催化功能
15 56 13 结合 D NA 模板
70 26 3 辨认起始点亚 基 分 子 量 功 能目 录核心酶 (core enzyme)
全酶 (holoenzyme)
核心酶,转录延长 ; 全酶：转录起始。
σ70是辨认典型转录起始点的蛋白质。
σ32是辨认热休克蛋白 (Hsp)转录起始点的蛋白质。
目 录
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合目 录
（二）真核生物的 RNA聚合酶种类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
对鹅膏蕈碱的反应
45S - rR NA hnRNA 5S - rR NA
tRNA
snR NA
耐受 极敏感 中度敏感转录产物
45S-rRNA,5S-rRNA,核糖体 RNA成分。
hnRNA,mRNA的前体。
snRNA,参与 mRNA剪切。
目 录
RNA聚合酶结构特点：
两个大亚基,分子量 >100 KDa,催化亚基，
与原核 β,β '亚基有同源性。
50 kDa亚基,分子量 50 kDa，
与原核 α 亚基相似。
小亚基,10,7,11个。
羧基末端结构域 (CTD)：
(YSPTSPS)n,Y,Tyr； S,Ser； P,Pro； T,Thr
RNA-polⅡ 大亚基 C末端磷酸化，使转录进入链的延长阶段。
目 录三、模板与酶的辨认、结合操纵子 (operon):原核生物的一个转录单位,
包括若干个 结构基因 及其上游 (upstream)的 调控序列 。
5?
3?
3?
5?
结构基因调控序列
RNA-pol
启动子 (promoter),RNA聚合酶结合模板 DNA
的部位。
RNA聚合酶保护法目 录目 录开始转录
T T G A C A
A A C T G T
-35 区
(Pribnow box)
T A T A A T Pu
A T A T T A Py
-10 区
1-30-50 10-10-40 -20
5?
3?
3?
5?
原核生物启动子保守序列
RNA-pol辨认位点
(recognition site)
5?
5?
RNA聚合酶保护区 结构基因
3?
3?
目 录目 录原核生物启动子结构特点：
一致性序列 (concensus保守序列 )：
碱基序列相对稳定，不易发生突变。
1.TTGACA,-35区,RNA聚合酶的辨认位点，
σ 亚基结合位点。
2.TATAAT,-10区,Pribrow盒,RNA聚合酶的稳定结合位点。 β '亚基的结合位点。
目 录
TATA盒
CAAT盒
GC盒增强子顺式作用元件结构基因
-GCGC---CAAT---TATA
转录起始真核生物启动子保守序列目 录转录过程
The Process of Transcription
第二节目 录一、原核生物的转录过程目 录
（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。
1,辨认起始位点：
亚基辨认启动子的 -35区,RNA聚合酶全酶
(?2)与模板疏松结合。
酶滑行到 -10区，通过亚基与模板牢固结合。
2,DNA双链解开,
RNA聚合酶挤入 DNA双链中，解链长度约 20个核苷酸,拓扑异构酶参与。
转录起始过程：
目 录
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。
RNApol (?2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3?
转录起始复合物,
RNA聚合酶 -DNA模板 -四磷酸二核苷酸
5?-pppG -OH + NTP? 5?-pppGpN - OH 3? + ppi
目 录
（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
3,转录空泡的形成：
3.转录空泡 (transcription bubble)：
DNA解开的两条单链与 RNA聚合酶及其转录产物 RNA构成的 转录复合物。
目 录
RNA-pol,40 bp以上； 解链,20 bp；
RNA/DNA,12 bp。
目 录
DNA/DNA双链比 DNA/RNA杂化双链稳定稳定性,G≡C>A=T>A=U
DNA双链超螺旋作用目 录
5?
3?
DNA
原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体
RNA
RNA聚合酶目 录
依赖 Rho (ρ)因子的转录终止
非依赖 Rho因子的转录终止
（三）转录终止
RNA聚合酶在 DNA模板上停止前进,
转录产物 RNA链从转录复合物上脱落 。
机制目 录
A T P
1,依赖 Rho因子的转录终止：
具有控制转录终止作用的蛋白质因子。
机制,Rho因子与 RNA3’ -OH的 poly C结合，
抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。
目 录
2,非依赖 Rho因子的转录终止
DNA模板近终止处，有 特殊的碱基序列,
转录出 RNA产物 形成特殊的结构 终止转录。
发夹结构,反向碱基互补序列末端 PolyU,U:A不稳定,
目 录
5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU..,3` `
RNA
5?TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT..,3?
DNA
UUUU...…
UUUU...…
AU
茎环 (stem-loop)/发夹 (hairpin)结构目 录茎环结构终止 转录 的机理
使 RNA聚合酶变构，转录停顿；
末端 polyU 使转录复合物趋于解离,RNA产物释放。
5′pppG
5?
3?
3?
5?
RNA-pol
目 录目 录二、真核生物的转录起始
（一）转录起始转录起始上游区段比原核生物多样化,
转录起始时,RNA-pol不直接结合模板的启动子,其起始过程比原核生物复杂 。
目 录转录起始点
-25bpTATA盒
CAAT盒
GC盒增强子顺式作用元件 (cis-acting element)：
DNA分子上可影响（调控）转录的序列。
启动子，增强子，沉默子。
1,转录起始前的上游区段,
AATAAA
切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子
OCT-1
OCT-1,ATTTGCAT八聚体目 录
2,转录因子 (transcriptional factors,TF)
能与顺式作用原件识别、结合，调节真核基因转录的蛋白质，称为 转录调节因子,简称 转录因子。
反式作用因子 (trans-acting factors) trans-分子外顺式作用元件 (cis-acting factor) cis-分子内目 录基本转录因子 （ TFⅠ,TFⅡ,TFⅢ ）
直接或间接参与 RNA聚合酶 与启动子结合的转录因子特异转录因子：
特异调节各个基因转录的转录因子，决定该基因的时间，空间特异性表达。
目 录参与 RNA-polⅡ 转录的 TFⅡ
蛋白激酶活性，使 CTD 磷酸化
TF Ⅱ H
ATPase57 （? ） 34 （? ）TF Ⅱ E
解螺旋酶30,74TF Ⅱ F
促进 RNA - pol Ⅱ 结合及作为其他因子结合的桥梁
33TF Ⅱ B
稳定 TF Ⅱ D - DNA 复合物12,19,35TF Ⅱ A
辅助 TBP - DNA 结合TAF**
结合 TATA 盒TBP* 38TF Ⅱ D
功 能亚基组成，分子量 ( kD )转录因子蛋白激酶活性，使 磷酸化
Ⅱ
（ ） （ ）Ⅱ
解螺旋酶，Ⅱ
促进 Ⅱ 结合及作为其他因子结合的桥梁
Ⅱ
稳定 Ⅱ 复合物，,Ⅱ
辅助 结合结合 盒Ⅱ
功 能
TBP,TATA binding protein,TATA结合蛋白
TAF,TBP associated factor,TBP辅因子,不同基因 TAF不同
CTD,RNA-polⅡ 大亚基羧基末端结构域目 录
3,转录起始前复合物
(pre-initiation complex,PIC)
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。
目 录
POL-ⅡTFⅡ F
Ⅱ A
Ⅱ B
由 RNA-Pol Ⅱ 催化转录的 PIC
POL-Ⅱ
TFⅡ F Ⅱ H Ⅱ E
TBP TAF
TFⅡ D-Ⅱ A-Ⅱ B-DNA复合物
TATA
Ⅱ A
Ⅱ BTBP
TAF
TATA
Ⅱ HⅡ E
CTD- P
PIC组装完成,TFⅡ H使 CTD磷酸化目 录
（二）转录延长
2,RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
体外转录实验,移位
DNA酶水解法,200 bp及其倍数的电泳区带,被组蛋白保护。
细胞转录实验：解聚组蛋白精氨酸乙酰化，降低正电荷。
DNA,AMP→ADP→ 聚 ADP，降低负电荷。
1,与原核生物大致相似，
没有转录与翻译同步的现象。
目 录
RNA-Pol
RNA-Pol
RNA-Pol
核小体转录延长中的核小体移位转录方向目 录核酸酶
RNA-polAATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
5?
5?
3?
3?
3?加尾
AAAAAAA···· 3? mRNA
（三）转录终止 —— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点,
DNA读码框架下游的一组 AATAAA和 GT共同序列,参与转录终止过程,这些序列称之。
目 录真核生物的转录后修饰
Post-transcriptional Modification
第三节目 录几种主要的修饰方式
1,剪接 (splicing) 2,剪切 (cleavage)
3,修饰 (modification) 4,添加 (addition)
目 录一、真核生物 mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
5?端形成 帽子结构 (m7GpppGp — )
3?端加上 多聚腺苷酸尾巴 (poly A tail)
目 录
1,帽子结构,(m7GpppGp — )
7-甲基鸟嘌呤 -三磷酸鸟苷
5’-5’磷酸二酯键目 录
5?pppGp…
5?GpppGp…
pppG
ppi
鸟苷酸转移酶
5? m7GpppGp…
甲基转移酶SAM
帽子结构的生成
5?ppGp…磷酸酶
Pi
目 录帽子结构的功能,
核内生成,保护 mRNA不被核酸外切酶水解。
与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。
目 录
2,3’ -末端 Poly A 尾,（长约 100-200bp）
生成,在核内修饰,与转录终止同时进行,
作用,增加 mRNA稳定性，维持翻译模板活性。
核酸酶
RNA-polAATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
5?
5?
3?
3?
3?加尾
AAAAAAA···· 3? mRNA
鸡卵清蛋白成熟 mRNA与 DNA杂交电镜图
DNA
mRNA
目 录
（二） mRNA的剪接目 录编码区和非编码区互相间隔,又连续镶嵌而成，这些基因称为断裂基因。
1,断裂基因 (splite gene)
CA B D
编码区 A,B,C,D 非编码区目 录
2.外显子 (exon)和内含子 (intron)
外显子,（基因上的编码序列）
在断裂基因及其初级转录产物上出现，
并表达为成熟 RNA的核酸序列。
内含子,（ 基因上的非编码序列）
在断裂基因及其初级转录产物上出现，
而在剪接过程中被除去的核酸序列。
目 录
3,内含子的分类,基因的类型和剪接的方式
I类,线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的
rRNA基因 ；
II类,线粒体、叶绿体 mRNA基因 ；
I II类,自我剪切
III类,多数 mRNA基因 ； 套索结构剪接
IV类,是 tRNA基因,剪接过程需 酶 及 ATP。
翻译后内含子,胰岛素原，酶原。
目 录
4,mRNA的剪接过程,
Ⅲ 类内含子 剪接,套索状剪接除去 hnRNA中的内含子，将外显子连接。
鸡卵清蛋白基因
hnRNA
首、尾修饰
hnRNA剪接成熟的 mRNA
鸡卵清蛋白基因及其转录、
转录后修饰目 录目 录
① snRNP剪接体 的形成,
核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体 (snRNP)
（ 剪接体,splicesome）
snRNA
snRNA,(small nuclear RNA)
100-300 核苷酸，以 U分类,U1-6
snRNP,(small nuclear ribonucleoprotein)
作为 mRNA剪切的场所。
② 内含子两端与 U1,U2配对结合。
5’ 剪接点,↓GU --； 3’ 剪接点,--AG↓
分支点序列,3’ 剪接点上游 20～ 50核苷酸范围内保守序列 UACUAAC，倒数第二个 A为分支点。
目 录目 录
③ 形成完整剪切体，内含子成套索状，外显子靠近。
③
UACUACA - AG
UG
U4
U5
U6
E1
E2
U1 U2
UACUACA - AG
UGU6
E1
E2
U1,U4,U5
目 录
pG-OH
(ppG-OH,pppG-OH)
U-OH
GpUpGpA
第一次转酯反应第二次转酯反应
UpA GpU
外显子 1 内含子 外显子 2
G-OH
UpU
pGpA
④ 二次转酯反应 (twice transesterification) I类内含子目 录剪接体与剪接图示目 录
hnRNA剪接简图目 录
5,mRNA的编辑 (mRNA editing)
mRNA转录后出现核苷酸的替换，插入或缺失，改变 DNA模板来源的遗传信息，
翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。
目 录
apoB mRNA的编辑
apoB基因,29个外显子,14500 bp,4536aa
apoB mRNA编辑蛋白 (REPP,脱氨酶 )
apoB mRNA第 26个外显子第 6666位 C脱氨 → U;
密码,CAA (Gln2153) → UAA(终止密码 );
肝细胞,不表达 REPP 4536aa apoB 100
肠上皮细胞,表达 REPP 2152aa apoB 48
目 录人类 apo B基因
mRNA（ 14500个核苷酸）
肝脏
apo B100
（分子量为 500 000）
肠道细胞
apo B48
（分子量为 240 000）
mRNA编辑目 录
RNA编辑的生物学意义：
产生多种表达产物，产生多种生物学效应，产生功能用途的分化，因此也称为分化加工 ( differential RNA processing ) 。
DNA上的基因数要比表达的蛋白质种类少。估计 10万个基因，实际 3万个基因。
二,tRNA的转录后加工
tRNA前体
RNA pol Ⅲ
TGGCNNAGTGC GGTTCGANNCC
DNA
目 录
RNAaseP、
内切酶目 录
5’ 前导序列,RNAaseP
中部内含子：内切酶
tRNA核苷酸转移酶、
连接酶
ATP
ADP
目 录碱基修饰
（ 2）还原反应如,U? DHU
（ 3）核苷内的转位反应如,U? ψ
（ 4）脱氨反应如,A? I
如,A? Am
（ 1）甲基化
（ 1）
（ 1）
（ 3）
（ 2）
（ 4）
目 录目 录三,rRNA的转录后加工
1,纵列串联基因,可转录的 DNA片段与不能转录的间隔区串联组成的基因。（ 基因间隔 ）
2,高度重复序列,间隔区和可转录区可以重复数百个到数千个以上，每重复一次构成一个重复单位，转录一个 rRNA，而且每个重复单位转录的 rRNA大小基本一致,45S r RNA。
3,丰富基因,具有高度重复序列的基因，称之。
rDNA,5s rRNA基因，组蛋白基因，免疫球蛋白
rRNA基因（ rDNA）的特点,
目 录转录
45S - rRNA
剪接
18S - rRNA 5.8S和 28S-rRNA
rDNA
内含子 内含子 28S5.8S18S
目 录四、核 酶具有酶促活性的 RNA称为核酶。
核酶 (ribozyme)
目 录四膜虫 rRNA内含子的二级结构四膜虫 rRNA的剪接采用 自我剪接（核酶） 方式。
rRNA前体（ 35S）,内含子（ 9S） 414核苷酸
5′-端核苷酸序列目 录目 录目 录
pG-OH
(ppG-OH,pppG-OH)
U-OH
GpUpGpA
第一次转酯反应第二次转酯反应
UpA GpU
外显子 1 内含子 外显子 2
G-OH
UpU
pGpA
④ 二次转酯反应 (twice transesterification) I类内含子目 录目前研究最多的核酶是小分子 RNA核酸内切酶 家族,
锤头核酶,发夹核酶,丁肝病毒等,
目 录底物部分
核酶的结构特点,
通常由 60个核苷酸左右组成，
底物部分,含有 GU序列催化部分,锤 头结构,3个茎,1-3个环保守序列,13个碱基人工设计的核酶
黄线 表示合成的核酸分子
细线表示天然的核酸分子
X 表示一致性序列
箭头表示切断点目 录目 录
核酶研究的意义
核酶的发现（ Cech和 Altman） 1989诺贝尔化学奖；
核酶的发现是对传统酶学的挑战；
利用核酶的结构设计合成人工核酶 。
目 录澳大利亚 Adelaide大学 Symons实验室：
人工合成 一个 13寡聚核糖核苷酸
一个 天然 41寡聚核苷酸（类病毒 RNA）
在体外实验中可以形成 锤头结构
天然的 41寡聚核苷酸水解,9,32个核苷酸两片段目 录
已合成切割 H-ras肿瘤基因的 核酶,
通过电穿孔的方法导入人 黑色素瘤 细胞，
可以改变肿瘤的 表型 。
建立切割 HIV-1病毒 RNA核酶的细胞模型。
