RNA的生物合成（生物化学课件）.ppt

1、2转转录录RNADNA 3复制和转录的区别复制和转录的区别复制复制转录转录模板模板两股链均复制两股链均复制模板链转录（不对称转录模板链转录（不对称转录)原料原料dNTPdNTPNTPNTP酶酶DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶产物产物子代双链子代双链DNADNA（半保留复制）（半保留复制）mRNAmRNA，tRNAtRNA，rRNArRNA碱基配对碱基配对A-TA-T，G-CG-CA-UA-U，T-AT-A，G-CG-C引物引物需要需要不需要不需要加工与修饰加工与修饰不需要不需要需要需要456核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 转录起始阶段

2、转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段 78 Mt Mt 线粒体内线粒体内RNA RNA 不敏感，对不敏感，对 利福平敏感利福平敏感91011转录方向都是转录方向都是5 35 3模板链模板链1213 1415161 1）结合部位（）结合部位（-10-10区）区）典型结构：典型结构： -TATAAT-TATAAT-名称：名称：TATATATA盒子（盒子（TATA boxTATA box），又名），又名PribnowPribnow box.box.频度：频度： T T8989 A A8989 T T5050 A A6565 A A6565 T T100100作用作用:RNA:RNA聚合酶与启动子牢固

3、结合的部位。聚合酶与启动子牢固结合的部位。 -10-10区序列对转录的效率有显著影响区序列对转录的效率有显著影响 T TATAATATAATA AATAATATAAT，转录效率下降，转录效率下降, ,称为下降称为下降突变（突变（down mutationdown mutation）。）。 TATGTTTATATTTATGTTTATATT，转录效率上升，为上升，转录效率上升，为上升突变（突变（up mutationup mutation）。）。 172)2)识别部位（识别部位（-35-35区）区）典型结构：典型结构：- -TTGACA-TTGACA-频度：频度：T T8282T T8484G G

4、7878A A6565C C5454A A4545 其功能是其功能是: : 为为RNA polRNA pol的识别位点。的识别位点。 亚基识别亚基识别-35-35序列，为转录选择模板。序列，为转录选择模板。 3 3）起始部位）起始部位 转录开始时编码链上的第一个碱基（转录开始时编码链上的第一个碱基（+1+1） 在原核中常为在原核中常为A A或或G G 182.2.真核生物启动子真核生物启动子 （1 1）上游启动序列（调节区）上游启动序列（调节区）组成：启动子组成：启动子+ +特定顺式作用元件特定顺式作用元件顺式作用元件：调控基因转录的顺式作用元件：调控基因转录的DNADNA序列序列 真核生物启

5、动子真核生物启动子1 1）DNADNA序列在转录起始点的序列在转录起始点的55端区端区( (上游区上游区) )2 2）-25-25区区 ：TATATATA盒（盒（HognessHogness box box）3 3）-70-70区区 ：CAATCAAT盒盒19(2)(2)转录因子转录因子 能直接或间接与能直接或间接与RNARNA聚合酶结合，通过聚合酶结合，通过识别順式作用元件而调节启动转录过程的识别順式作用元件而调节启动转录过程的蛋白质分子称为转录因子蛋白质分子称为转录因子(transcription (transcription factor, TF)factor, TF)。 20（二）终止

6、子（二）终止子 提供转录终止的提供转录终止的DNADNA序列。原核生物的终序列。原核生物的终止子有止子有2 2类：类： 依赖依赖Rho Rho 因子的终止子因子的终止子 不依赖不依赖RhoRho因子的终止子因子的终止子终止子的序列特征终止子的序列特征 回文结构回文结构不依赖不依赖Rho Rho 因子的终止子：回文结构因子的终止子：回文结构( (富含富含GC)+ GC)+ 连续连续6-86-8个个A A依赖依赖RhoRho因子的终止子：回文结构因子的终止子：回文结构(GC(GC少）少） + + 无规则序列无规则序列21222 2）DNADNA双链局部解开，酶与模板结合；双链局部解开，酶与模板结合

7、；1）RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶( ( 2 2) )与模板结合：与模板结合： 识别识别启动子的识别部位，核心酶结合在结合部位；启动子的识别部位，核心酶结合在结合部位；3 3）在）在RNARNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：成转录起始复合物：RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物: :5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi三、转录过程三、转录过程（一）原核生物的转录过程（一）原核生物的转录过程1.1.转录的起始阶段转录的起始阶段23 第一

8、个磷酸二酯键生成后，第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于继续结合于DNADNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNADNA链前移，进入延链前移，进入延长阶段。长阶段。242.2.转录延长阶段转录延长阶段1 1） 亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移； 2 2）在核心酶作用下，）在核心酶作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链链不断延长。不断延长。(NMP) n + N

9、TP (NMP) n+1 + PPi25转录空泡转录空泡(transcription bubble)(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA263.3.转录终止转录终止因子的转录终止因子的转录终止 目前认为，目前认为，因子终止转录的作用是：因子终止转录的作用是：与与RNARNA转录产物结合，结合后转录产物结合，结合后因子和因子和RNARNA聚合酶都可发生构象变化，从而使聚合酶都可发生构象变化，从而使RNARNA聚合聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNADNA/RNA杂化双杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释

10、放链拆离，利于产物从转录复合物中释放 。27282 2）不依赖）不依赖 RhoRho因子的转录终止因子的转录终止 使使RNARNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNARNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol29（二）真核生物的转录过程（二）真核生物的转录过程与原核生物比较：与原核生物比较：1.1.真核生物真核生物RNARNA聚合酶有聚合酶有3 3种；种；2.RNA2.RNA聚合酶不直接结合模板，识别转录起始聚合酶不直接结合模板，识别转录起始部位的是转录因子；部位的是转录因子；3.3.转录起始上游区段比原核生

11、物多样化；转录起始上游区段比原核生物多样化；4.4.转录终止与转录后修饰密切相关。转录终止与转录后修饰密切相关。3031四、真核生物四、真核生物RNARNA的转录后加工的转录后加工 真核生物转录生成的真核生物转录生成的RNARNA分子是初级分子是初级RNARNA转转录物录物(primary RNA transcript)(primary RNA transcript)，几乎所，几乎所有的初级有的初级RNARNA转录物都要经过加工，才能成转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的为具有功能的成熟的RNARNA。 加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。32n几种主要的加工方式：几种主要

12、的加工方式：1. 1. 剪接剪接(splicing)(splicing)2. 2. 剪切剪切(cleavage)(cleavage)3. 3. 修饰修饰(modification)(modification)33（一）真核前体（一）真核前体mRNAmRNA的加工的加工 核内的初级核内的初级mRNAmRNA称为核内不均一称为核内不均一RNARNA或或杂化核杂化核RNA(heteronuclear RNA, hnRNARNA(heteronuclear RNA, hnRNA) )。1. 5-1. 5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构7-7-甲基鸟嘌甲基鸟嘌呤核苷酸残呤核苷酸残基基342 23-3-

13、末端末端“加尾加尾”： 绝大多数真核生物绝大多数真核生物mRNAmRNA的的3-3-末端都末端都有一长串的腺苷酸，通常称之为多聚有一长串的腺苷酸，通常称之为多聚A A尾巴尾巴（polyApolyA tail tail），其长度约为），其长度约为100100300300个个核苷酸。核苷酸。35363 3mRNAmRNA的剪接：的剪接：1 1）断裂基因）断裂基因(splite(splite gene) gene) 真核生物结构基因，由若干个编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续去除非编码

14、区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因。2）外显子外显子(exon(exon) )和内含子和内含子(intron(intron) ) 37384 4内部碱基或核糖的修饰：内部碱基或核糖的修饰： 部位部位 胞浆与细胞核内胞浆与细胞核内 主要方式主要方式 甲基化甲基化 位置位置 核糖的核糖的2-OH2-OH位上位上 或嘌呤碱基上或嘌呤碱基上 修饰后统称为修饰碱基。但修饰后统称为修饰碱基。但mRNAmRNA分子分子中的修饰碱基并不太多。中的修饰碱基并不太多。395 5、RNARNA编辑（编辑（RNA editingRNA

15、editing） 转录后，对转录后，对mRNAmRNA进行添加、去除或置进行添加、去除或置换核苷酸，从而改变来自换核苷酸，从而改变来自DNADNA模板的遗传信模板的遗传信息、翻译生成不同于息、翻译生成不同于DNADNA所规定的氨基酸序所规定的氨基酸序列。列。4041422 2添加或暴露添加或暴露33端的端的-CCA-CCA结构：结构： 成熟成熟tRNAtRNA分子的分子的33末端都有一个末端都有一个CCA-CCA-OHOH的结构。的结构。1 1）前体）前体tRNAtRNA分子内部即存在分子内部即存在CCACCA，它是，它是tRNAtRNA基因编码的，经酶切后暴露其基因编码的，经酶切后暴露其CC

16、ACCAOHOH。2 2 ） 通 过） 通 过 t R N At R N A 核 苷 酸 基 转 移 酶 （核 苷 酸 基 转 移 酶 （ t R N A t R N A nucleotidyl transferasesnucleotidyl transferases），以），以ATPATP和和CTPCTP为原料。真核和部分原核生物即以这种为原料。真核和部分原核生物即以这种方式形成方式形成33端的端的-CCA-CCA结构。结构。433. 3. 稀有碱基的生成稀有碱基的生成 稀有碱基的形成可发生在成熟稀有碱基的形成可发生在成熟tRNAtRNA分分子中，但大多数是发生在转录后的加工修子中，但大多数

17、是发生在转录后的加工修饰阶段。由特定的酶催化完成。饰阶段。由特定的酶催化完成。主要方式：主要方式：1 1）甲基化：甲基化碱基）甲基化：甲基化碱基2 2）核苷内部的转位反应：假尿嘧啶）核苷内部的转位反应：假尿嘧啶3 3）还原反应：二氢尿嘧啶）还原反应：二氢尿嘧啶4 4）脱氨反应：）脱氨反应：I I4445转录转录加工加工4647自我剪接自我剪接 通过自身形成的通过自身形成的剪接。剪接。484950 本章总结本章总结复制与转录的区别。转录的概念及其反应体系，包括模板、原料、酶及其化学反应。不对称转录、模板链、编码链、结构基因等基本概念。大肠杆菌RNA聚合酶的组成及亚基的作用。真核生物RNA聚合酶的分类和作用。启动子的概念与作用，原核生物启动子的结构。 真核启动子的特征。真核生物mRNA的加工修饰方式，外显子、内含子、断裂基因等概念。 核酶及其作用。