原核生物RNA的转录1
第六章 RNA的转录
转录的延伸
• RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并 聚合酶离开启动子， 聚合酶离开启动子 链移动并 使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的 使新生 链不断伸长的过程就是转录的 延伸。 延伸。 • 随着 随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋持续 聚合酶的移动， 聚合酶的移动 双螺旋持续 解开，暴露出新的单链DNA模板，新生 解开，暴露出新的单链 模板， 模板 RNA链的 末端不断延伸，在解链区形成 链的3’末端不断延伸 链的 末端不断延伸， RNA-DNA杂合物。 杂合物。 杂合物
转录的终止
• RNA聚合酶识别终止信号，释放转录产物。 聚合酶识别终止信号， 聚合酶识别终止信号 释放转录产物。 • DNA恢复成双链， RNA聚合酶释放。 恢复成双链， 聚合酶释放。 恢复成双链 聚合酶释放
二、原核生物转录
• RNA聚合酶 聚合酶 • RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶，主 聚合酶是转录过程中最关键的酶， 聚合酶是转录过程中最关键的酶 要以双链DNA为模板，以4种核苷三磷酸作 为模板， 要以双链 为模板 种核苷三磷酸作 为活性前体， 为辅助因子， 为活性前体，并以Mg2+/Mn2+为辅助因子， 催化RNA链的起始 延伸和终止， 链的起始、 催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需 要任何引物，催化生成的产物是与DNA模 要任何引物，催化生成的产物是与 模 板链相互补的RNA。 板链相互补的 。
转录起始
• 转录起始就是 转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。 链上第一个核苷酸键的产生。 链上第一个核苷酸键的产生 • 转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子 转录起始后直到形成 个核苷酸短链是通过启动子 个核苷酸 阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生 聚合酶一直处于启动子区， 阶段，此时 聚合酶一直处于启动子区 链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易 模板链的结合不够牢固， 的RNA链与 链与 模板链的结合不够牢固 链上掉下来并导致转录重新开始。 从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。 链上掉下来并导致转录重新开始 • 一旦RNA聚合酶成功地合成 个以上核苷酸并离 一旦 聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离 聚合酶成功地合成 开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。所以， 开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。所以， 通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。 通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。 • 一般说来，通过启动子的时间越短，该基因转录 一般说来，通过启动子的时间越短， 起始的频率也越高。 起始的频率也越高。
第三章-生物信息的传递(上)RNA的转录(1)全篇
（二）转录起始和延伸
在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r 的解链形成全酶和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶β亚基催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP，以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。
真核基因启动子：启动子中的元件可以分为两种： ①核心启动子元件： 指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－25/－30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。 ②上游启动子元件：包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。以人金属硫蛋白基因为例，说明真核基因上游启动子元件的组织情况和各元件相应结合的转录因子。
2、转录机器的主要成分
（1）依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP） 真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有以下特点： ①以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模板（模板链），所以这种转录方式又叫做不对称转录。 ③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U，T=A，C=G，合成与模板DNA序列互补的RNA链。 ④RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成。 ⑤需要Mg2+或Mn2+离子。 ⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。
转录过程
TF II E
TF II A
TATA
DNA
转录 前 起 始 复 合 物 二、转录延长转录泡 (RNA-pol、DNA、RNA) 、 、
转录泡（ 转录泡（transcription bubble）： ）
在转录延长过程中， 在转录延长过程中，由局部打开的 DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生 双链、 双链 聚合酶核心酶及新生 成的RNA三者结合在一起的复合体， 三者结合在一起的复合体， 成的 三者结合在一起的复合体 为空泡状结构，又称转录复合物。 为空泡状结构，又称转录复合物。
特殊结构终止转录的机制： 特殊结构终止转录的机制： • 发夹结构改变RNA聚合酶构象，使酶停 发夹结构改变RNA聚合酶构象， RNA聚合酶构象 止移动； 止移动； • DNA、RNA各自形成自身双链使杂交体 DNA、RNA各自形成自身双链使杂交体 不稳定而分离； 不稳定而分离； • 3´－端一连串U，UA配对最不稳定， 端一连串U UA配对最不稳定 配对最不稳定， 易从模板上脱落。 易从模板上脱落。
(二) 真核生物的转录终止
• 真核生物的转录起始是在转录因子的 真核生物的转录起始是在转录因子的 转录因子 协助下， 协助下，RNA聚合酶辨认结合转录起 聚合酶辨认结合转录起 始点上游的DNA序列 (启动子 ，生成 启动子)， 始点上游的 序列 启动子 起始复合物。 起始复合物。
RNA聚合酶 聚
TF II D TF II B TF II F
• ρ因子是个同六聚体； 因子是个同六聚体； • ρ因子能结合RNA，与poly C的结合力 因子能结合 ， 的结合力 最强； 最强； • ρ因子还有ATP酶和解螺旋酶的活性。 酶和解螺旋酶的活性。 因子还有 酶和解螺旋酶的活性
2. 不依赖 因子的转录终止 不依赖ρ因子 因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有特殊的 模板上靠近终止处， 模板上靠近终止处 碱基序列，转录出RNA后，RNA产物 碱基序列，转录出 后 产物 形成特殊的结构来终止转录。 形成特殊的结构来终止转录。
简述原核生物的转录过程
简述原核生物的转录过程
原核生物的转录过程是指DNA中的一个基因被转录成RNA
的过程。
在原核生物中，转录发生在细胞质中，没有内核。
转录分为三个主要阶段：启动、延伸和终止。
启动阶段：
1. DNA解旋：某个特定区域的DNA双链被解开，让RNA聚
合酶可以访问DNA。
2. 结合因子结合：特定的转录结合因子结合到启动子区域上，形成转录起始复合物。
3. RNA聚合酶连接：RNA聚合酶在启动子上连接，并开始合
成RNA链。
延伸阶段：
1. 融合：RNA聚合酶在模板DNA上一个接一个的加入核苷酸，生成一个互补的RNA链。
RNA链的合成方向是从5'端到3'端。
2. 构建RNA链：RNA聚合酶从DNA模板链上移动，依次将RNA链进行构建，继续向下延伸。
3. 翻译：RNA链在合成的同时，其碱基序列被转化为RNA的
亚单位。
终止阶段：
1. 结束转录：在模板DNA上，到达一个由特定DNA序列标
识的终止位点时，RNA聚合酶会停止合成，并释放RNA链。
2. 分离：合成的RNA链离开DNA模板。
3. 形成成熟mRNA：非编码RNA被进一步修饰，成为成熟
mRNA链，可以被翻译为蛋白质。
这是原核生物转录的一般过程，不同原核生物在具体机制上可能有一些差异。
05 第五章 RNA的生物合成(转录)
启动子(promoter)研究：
基因 + RNA-pol + 核酸外切酶,DNA上大多
核苷酸被水解，但总有40～60bp片段完整受到
RNA-pol保护，说明被酶所结合的那一片段的模
板不被核酸外切酶所水解。被RNA-pol辩认和结
合的区域位于结构基因上游，其中含A-T配对较 多。—— 启动子区
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RNA-pol则停留在起始位置，转录不继续进行。
推论：σ亚基可反复使用于起始过程。
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（二）转录延长
转录起始复合物形成后，σ 亚基即脱落。RNA–pol
核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移
，进入延长阶段。
转录空泡和5′－pppG„结构依然保留，核心酶DNA-RNA形成转录复合物。
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
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RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:
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推论：-35区是RNA-pol对转录起始的辨认位点 (recognition site)，辨认结合后，酶向下游移动到
达-10区（Pribnow box），酶已跨入了转录起始
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转录空泡(transcription bubble)：
RNA-pol（核心酶） ··DNA ··RNA · · · ·
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原核生物的转录空泡
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转录的过程
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电子显微镜下观察原核生物的转录现象
RNA转录作用
RNA转录作用RNA转录作用是生物体内一种重要的生物化学过程，它是指在细胞中将DNA的信息转录成RNA分子的过程。
RNA转录作用是细胞的基本功能之一，它在维持细胞生命活力和遗传信息传递中起着重要作用。
RNA转录作用的过程一般包括三个主要步骤：起始、链延伸和终止。
在起始阶段，RNA聚合酶（RNA polymerase）与DNA模板结合，形成一个具有特定序列结构的复合物。
在链延伸阶段，RNA聚合酶会在DNA模板上移动，沿着模板合成互补的RNA链。
在终止阶段，RNA聚合酶识别特定的终止信号，停止合成RNA链，并与模板分离。
具体来说，RNA转录作用可分为原核生物和真核生物两个主要类型。
在原核生物（如细菌）中，RNA转录作用主要由一个单一的RNA聚合酶完成，这种聚合酶能合成各种类型的RNA分子。
而真核生物中，RNA转录作用一般由多个不同类型的RNA聚合酶完成，分别合成mRNA、tRNA和rRNA等不同功能的RNA分子。
RNA转录作用在细胞中起着多种重要的功能。
首先，它是遗传信息传递的一部分。
DNA中的遗传信息通过RNA转录作用转录成RNA，然后再通过翻译作用转译成蛋白质。
蛋白质是细胞中的重要分子，控制着细胞的结构和功能。
其次，RNA转录作用还参与调控基因表达。
在真核生物中，有许多复杂的机制控制着哪些基因转录成RNA，以及何时和何地转录。
这些机制包括转录因子的结合、染色质修饰和其他调控蛋白的参与等。
通过这些调控机制，细胞可以对内外环境作出相应的反应，并实现细胞发育和功能的调控。
此外，RNA转录作用还参与了许多其他细胞过程的调控。
例如，部分非编码RNA（non-coding RNA）在转录作用中被合成，它们虽然不编码蛋白质，却在细胞中发挥着重要的调控作用。
这些非编码RNA包括微小RNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）等。
它们能够通过结合到mRNA分子上，调控mRNA的稳定性和翻译活性，从而影响基因表达。
分别简要阐述原核生物和真核生物转录调控的基本过程
3.分别简要阐述原核生物和真核生物转录调控的基本过程。
原核生物的转录：1.启动RNA聚合酶正确识别DNA模板上的启动子并形成由酶、DNA和核苷三磷酸(NTP)构成的三元起始复合物，转录即自此开始。
第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成3′-5′磷酸二酯键后,则启动阶段结束，进入延伸阶段。
2. 延伸σ亚基脱离酶分子，留下的核心酶与DNA的结合变松，因而较容易继续往前移动。
核心酶无模板专一性，能转录模板上的任何顺序，包括在转录后加工时待切除的居间顺序。
随着转录不断延伸，DNA双链顺次地被打开,并接受新来的碱基配对，合成新的磷酸二酯键后，核心酶向前移去，已使用过的模板重新关闭起来，恢复原来的双链结构。
3. 终止转录的终止包括停止延伸及释放RNA聚合酶和合成的RNA。
在原核生物基因或操纵子的末端通常有一段终止序列即终止子；RNA合成就在这里终止。
真核生物的转录:真核生物RNA的转录与原核生物RNA的转录过程在总体上基本相同，但是，其过程要复杂得多，主要有以下几点不同。
1. 真核生物RNA的转录是在细胞核内进行的，而蛋白质的合成则是在细胞质内进行的。
所以，RNA转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋白质的合成。
2. 真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因，而除少数较低等真核生物外，一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码一条多态链。
3. 真核生物RNA聚合酶较多在原核生物中只有一种RNA聚合酶.4. 真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA对真核生物的转录调控过程叙述过于笼统，该过程要比原核生物的转录调控复杂得多。
书写不认真，有多处标点符号错误！。
原核生物的转录
两类终止子有共同的序列特征：在转录终止点前有一段回文序列，回文序列的两个重复部分(每个7～20bp)由几个不重复的核苷节段隔开。
01
两类终止子的不同点：不依赖ρ因子的终止子的回文序列中富含GC碱基对，在回文序列的下游方向又常有6～8个AT碱基对(在模板链上为A、在mRNA上为U)；而依赖ρ因子终止子中回文序列的GC对含量较少。在回文序列下游方向的序列没有固定特征，其AT对含量比前一种终止子低。
02
转录起始
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
01
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
02
第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成3′-5′磷酸二酯键后，则启动阶段结束，进入延伸阶段
03
转录起始
亚基从全酶中脱落，核心酶变构，与模板结合相对松弛，有利于沿着DNA模板快速前移，继续RNA的合成，RNA链不断延长；
原核生物的转录
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转录是细胞生物合成的重要环节，在RNA聚合酶催化下，以ATP、GTP、CTP、UTP为基本原料以DNA为模板依碱基配对原则 (G/C,C/G,T/A,A/T）合成RNA的过程。合成方向：5’－3’。模板链称为反义链。非模板链因为和模板链序列反向互补，与子代RNA序列几乎完全相同（除了U代替了T），非模板链又叫编码链。
在这一阶段，DNA分子链不断被打开，完成RNA分子转录后又恢复双链结构，使得DNA分子在电镜下呈现泡状结构，称为转录泡。
转录延伸
转录延伸Biblioteka 转录泡转录方向转录终止
RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。 在原核中，发现终止信号存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。这种提供终止信号的结构就称为终止子。 终止子可分为两类: 不依赖于蛋白质辅因子就能实现终止作用。 依赖蛋白辅因子才能实现终止作用。 这种蛋白质辅因子称为释放因子，通常又称ρ因子。
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为模板链。
模板链并非永远在同一条单链上 转录方向
5
编码链 模板链 编码链
3 5
3
模板链
转录方向
第二节 原核生物的转录
一、原核生物转录的分子基础；
二、转录的起始，延伸；
三、转录的终止；
● 基本概念； ●原核生物转录起始、RNA聚合酶、启动子； 转录 的基本过程； ● 真核生物转录起始、RNA聚合酶、启动子；转录 的基本过程； ● 真核生物转录后的加工； ● 原核生物与真核生物mRNA的特征比较； ● RNA合成与DNA合成异同点；
第一节 若干基本概念
● 基因表达的第一步； ● 以D. S. DNA中的一条单链作为转录的模板； ●
在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下进行的； U，C G 配对的原则，合成RNA分子；
● 按A
● 模板单链 DNA的极性方向为3’ → 5’, 而非模板单链
DNA的极性方向与RNA链相同，均为5’ → 3’；
(书写基因序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向)
DNA
5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand) 3’---TACTCAT----5’ template (antisense strand) 5’----AUGAGUA----3’
β因子： ★ 促进RNA pol + NTP → RNA elongation ；
★ 完成 NTP之间的磷酸脂键的连接 ；
★ 与 Rho(ρ)因子竞争RNA 3’-end 。
β’ 因子；
★ 强碱性亚基
★ 促使RNA聚合酶与
有义链（sense strand）的结合
总结：Holo Enzyme 含有的功能位点 ★ sense strand DNA binding point(β’ ) ★ DNA/RNA hybrid site(β) ★ D. S.DNA unwinding point(α) ★ D. S.DNA rewinding point(α)
•σ因子能够保证细菌RNA 聚合酶稳定地结合到某个特异的、
• 在大肠杆菌中，存在多种σ因子。不同的σ因子 可以识别不同的启动子序列，从而可以启动不同 基因的表达； 例如：正常情况下负责大多数基因转录的是σ70 。 但σ32和σE在环境变化（热激）时被表达。 σ28用于正常生长时鞭毛基因的表达。
• 大肠杆菌的热激应答基因的表达的调控是通过σ32实现的。 温度升高时σ32数量增加，而温度恢复,σ32活性降低来完成 诱导。 • σ32合成的基本信号是温度增加导致未折叠蛋白质(部分变 性蛋白质)在细胞内累积。 • 另一组热调控基因的表达是由σE 因子控制，它负责对比σ32 更 剧烈的温度变化应答。它是由热变性蛋白质的积聚所诱导的。 • 大肠杆菌细胞含有少量σ54 ，当培养基中缺乏氮时被激活。 在这些情况下，基因被开启以便利用可替代氮源。
原核生物RNApol (Core) 的结构与功能
Enzyme Movement
DNA coding strand (β’ ) Rewinding point (α) Unwinding point (α)
10-17bp
DNA template strand
RNA binding site RNA/DNA hybrid (β)
总结：大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚 基 α β β' ω σ 基因 rpoA 相对分 子量 36500 亚基 数 2 1 1 1 1 组分 核心酶 核心酶 核心酶 核心酶 σ因子 ？ 存在多种σ因子，用于 识别不同的启动子 功能 核心酶组装，启动子识 别。解螺旋及重新螺旋 β和β'共同形成RNA合 成的活性中心
RNA
● RNA的转录包括promotion, elongation, termination 三过程 ● 从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为 转录单位 （transcriptional unit） ● 原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon 真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon ● 转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
即： 全酶=核心酶+ σ因子
β ω α
α
σ
β ’
图 12-5 E.coli RNA 聚合酶的亚基组成
3、各亚基的功能：
（1） α 亚基的功能：
• 当噬菌体T4感染E. coli时，宿主α 亚基被糖基化 修饰。修饰导致了原来被全酶所识别的启动子亲 和力下降，这就提示：
α亚基在启动子识别中起作用。
α亚基的作用：
start point
+10 downstream
位于起始位点之前的序列称为转录单位的上游(Upstream)，起始 位点之后(在转录序列之内)的序列被称为下游(Downstream)。
转录的不对称性：
在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为
转录的模板，称为转录的不对称性。
• 核心酶的组建顺序：因子α+α → 2α+β
→ +β’
• 位于前端的α因子使双链解链为单链 ；
• 位于尾端的α因子使单链新聚合为双链。
（2）δ亚基： ★ 重复使用(Reusable) •RNA链合成达8~9个碱基时，σ因子释放，离开核心酶， 由核心酶负责延伸。 ★ 使 Holo-enzyme识别启动子, 并与模板链结合 唯一的DNA启动子上。 ★ 修饰 RNApol 构型， 降低全酶与DNA的非特异性结合力 增强全酶与启动子位点的特异性结合力
四、转录的抗终止。
一、原核生物转录的分子基础：
（一）、RNA聚合酶：
1、E. coli的聚合酶负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成。 一个E. coli细胞中约有7000 个RNA聚合酶分子。任意时 刻大概有2000~5000 RNA聚合酶在合成RNA； 2、E. coli的全酶是一个质量约465kD 的分子，由两个α 、 β 、β ’、ω 亚基及一个 σ 因子所组成。其中， α 、β 、β ’、 ω 亚基构成了核心酶，加上σ 因子之后便构成了全酶。