生化課件第十一章-rna合成

1、第十三章 RNA生物合成和加工 本章重點討論RNA的生物合成， 對RNA的合成后加工和RNA的復制作一般介紹。 返回思考第一節(jié) DNA指導下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄后加工第三節(jié) RNA指導下RNA的合成(RNA的復制)第四節(jié) 核酸生物合成的抑制劑遺傳信息傳遞的 中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復制復制DNARNA 中心法則總結了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎，不僅使人們對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術為基礎發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。第一節(jié) DNA指導下的RNA合成一、轉(zhuǎn)錄的概念二、RNA聚合酶

2、及催化反應三、RNA合成過程四、啟動子和轉(zhuǎn)錄因子五、終止子和終止因子一、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄單位（一）概念：轉(zhuǎn)錄是在 DNA的指導下的RNA聚合酶催化下，按照堿基配對原則，以四種核苷酸為原料合成一條與模板DNA互補的RNA 的過程。RNA的轉(zhuǎn)錄從DNA模板的特定位點開始，并在一定的位點終止。此轉(zhuǎn)錄區(qū)域為一個轉(zhuǎn)錄單位。 啟動子（promoter) 終止子(terminator)非信息區(qū)DNA5533非信息區(qū)啟動子（promotor)：模板DNA分子中，由RNA聚合酶識別、結合并確定轉(zhuǎn)錄起點的特定序列。轉(zhuǎn)錄因子:RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子稱為轉(zhuǎn)錄因子。原核生物的啟動子約有40-60bp：轉(zhuǎn)錄起

3、點 1214bp 56bp5 TGTTGACAATTTTATATGPu 3 (+)3 ACAACTGTTAAAATATACPy 5 ()識別部位(-35順序，是RNApol的亞基識別的部位)結合部位(-10順序,又稱TATA box或Pribnow box，該區(qū)域雙鏈易解開)終止子和終止因子協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子（蛋白質(zhì)）稱為終止因子 (termination factor)。提供轉(zhuǎn)錄停止信號的DNA序列稱為終止子( termter)。有的終止信號的作用可被特異的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，這稱為通讀(readthrough)，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱

4、為抗終止因子(antitermination)。原核生物轉(zhuǎn)錄終止有兩種類型： 1）不依賴因子的終止子：終止子中有一段富含GC的反向重復，以及緊密相連的ATbp，導致轉(zhuǎn)錄生成的RNA形成發(fā)夾樣結構，使轉(zhuǎn)錄終止。 2）依賴因子的終止子：模板終止信號區(qū)域中GC及隨后的AT堿基較少，當RNA聚合酶滑行至此處時， 因子進入終止區(qū)域，使RNA鏈延伸終止。因子：幫助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子，稱因子終止因子。 C U A U C U U U G U U GC AU AU GC CG CG CG UA GC AU CG UA CG GC5 CAGCAUUUU-OH3 UA GU 5 -GUCAAUCA

5、-OH3不依賴因子的終止子依賴因子的終止子轉(zhuǎn)錄是基因表達的第一步，也是最關鍵的一步?；虮磉_的產(chǎn)物： 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA 翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)一個轉(zhuǎn)錄單位可以是一個基因（真核），也可以是多個基因（原核）。轉(zhuǎn)錄起點核苷酸為+1 ，起點右邊為下游（轉(zhuǎn)錄區(qū)），用正數(shù)表示；轉(zhuǎn)錄起點左側(cè)為上游，用負數(shù)表示：-1，-2，-3。 模板：DNA的反義鏈（二）轉(zhuǎn)錄的基本條件：合成原料：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）不需要引物RNA聚合酶:5個亞基和兩個Zn+ 。n1ATPn2GTPn3UTPn4CTPRNA+(n1+n2+n3+n4)ppiRNA聚合酶DNA模板（三）轉(zhuǎn)錄的總反應：（四）RNA聚合酶催化的反應及

6、鏈的延長方向ACGACGUU模板DNA5353新合成RNA在轉(zhuǎn)錄過程中，DNA雙鏈中只有一條鏈作為模板指導RNA的合成，這種轉(zhuǎn)錄方式稱不對稱轉(zhuǎn)錄.（五）轉(zhuǎn)錄的方式：不對稱轉(zhuǎn)錄 啟動子（promoter) 終止子(terminator)模板鏈（templatte strand） 反意義鏈(antisense strand)有意義鏈(sense strand)編碼鏈(正鏈)非信息區(qū)DNA5533 在轉(zhuǎn)錄過程中指導RNA合成的DNA鏈，稱模板鏈，又稱無意義鏈、負鏈。在轉(zhuǎn)錄過程中與模板鏈對應的DNA鏈，稱編碼鏈，又稱有意義鏈、正鏈，與mRNA堿基序列相同的一條鏈。非信息區(qū)AUGGUUCGGGCG3轉(zhuǎn)錄

7、轉(zhuǎn)錄起點+15模板鏈、無意義鏈、負鏈5 編碼鏈、有意義鏈、正鏈、翻譯Met Val Arg AlaATGGTTCGGGCGTACCAAGCCCGC5 3 35二、RNA聚合酶（一）、原核生物RNA聚合酶2 = 2 + 核心酶起始因子全酶(5個亞基)大腸桿菌RNA聚合酶的結構示意圖核心酶(2)起始因子和模板DNA結合起始和催化聚合反應與DNA上啟動子結合全酶(2 )亞基： 亞基能識別啟動子，與 DNA上啟動子結合，促進轉(zhuǎn)錄的起始，亞基自身無催化活性。亞基：參與轉(zhuǎn)錄全過程，催化核苷酸形成 3，5 -磷酸二酯鍵，使RNA延長亞基：與模板DNA結合在任何時刻，大部分聚合酶（5000左右）正在參與RNA

8、的合成，具體數(shù)量依生長條件而定。原核生物只有一種RNA聚合酶，能合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。一個E.coli細胞中約有7000個RNA聚合酶分子， （二）真核生物RNA聚合酶 由多個亞基（8-14）組成的含Zn2+寡聚酶，分別轉(zhuǎn)錄不同RNA。核仁 rRNA前體 不敏感核質(zhì) m RNA前體 低濃度敏感核質(zhì) tRNA和 高濃度敏感 5SrRNA前體酶 分布 合成的RNA 對-鵝膏蕈 堿的敏感性RNApolRNApolRNApol四、RNA的轉(zhuǎn)錄過程（以大腸桿菌為例）1.RNA聚合酶沿DNA鏈移動，識別轉(zhuǎn)錄起點（啟動子）打開螺旋，形成聚合酶-DNA-RNA復合體。2.復合體甩掉亞

9、基，隨RNA聚合酶移動，沿53轉(zhuǎn)錄RNA鏈。3.DNA螺旋前開、后合,RNA延伸，不斷脫離DNA。4.識別終止信號（終止子），結束轉(zhuǎn)錄，各自分離。RNA合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達基因終點延長階段53RNA 啟動子（promoter) 終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開RNA鏈的延伸圖解35RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長部位3 一個基因 55 3啟動子 終止子因子識別啟動子E、DNA、RNA復合物釋放因子、 E、 DNA 、RNA因子與核心酶結合釋放出因子因子與DNA或E結合5pp

10、p mRNA 3RNA鏈延長NTP五、真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運加工mRNAmRNA 真核生物中轉(zhuǎn)錄與復制在不同的區(qū)域 RNA聚合酶不相同 啟動子不同 轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同 主要區(qū)別如下： 1、真核生物中轉(zhuǎn)錄與翻譯處在不同區(qū)域。轉(zhuǎn)錄在細胞核，翻譯則在核外進行。 2、RNA聚合酶不同。原核生物1種，真核生物至少3種。 3、啟動子不同 保守位點：-25處 4、轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同 mRNA、六、DNA復制與RNA轉(zhuǎn)錄的異同點、1、相同點方向：53模板：DNA3 5的單鏈堿基的加入：嚴格遵循堿基配對原則。（6）底物 dNTP NTP2

11、、不同點復制轉(zhuǎn)錄（2）模板 兩條都作為模板 一條反義鏈 （3）酶 多種聚合酶和蛋白質(zhì) 一種酶 （4）合成方式 半保留半不連續(xù) 不對稱（5）產(chǎn)物 雙鏈DNA 單鏈RNA （1）引物 需要 不需要七、mRNA前體的加工 1、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物的mRNA一般合成后不需加工，在轉(zhuǎn)錄結束前就開始蛋白質(zhì)的合成，轉(zhuǎn)錄與翻譯幾乎同時進行。 真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工： 1）5端接帽子 m7G5 ppp5 Nmp 2）3端接polyA 約200Nt 3）剪去內(nèi)含子，拼接外顯子 4）對鏈內(nèi)特定核苷酸進行甲 基化hnRNA（核不均一RNA） 成熟mRNA真核細胞mRNA的加工5 “帽子”Pol

12、yA 3 順反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5端接上一個“帽子”(CAP)結構 3端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化 剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron) hnRNA：真核生物轉(zhuǎn)錄的mRNA前體既有外顯子也有內(nèi)含子，其分子量大而不均一，稱核不均一RNA。 內(nèi)含子：真核基因內(nèi)部間隔外顯子，并從mRNA上消失的DNA序列。 外顯子：真核基因中那些在mRNA上出現(xiàn)，能編碼蛋白質(zhì)的DNA序列。 數(shù)十種tRNA加工不同，大致如下： 1）切除5末端和3末端部分核苷酸 2）在3末端加上CCA-OH序列2、tRNA前體的加工

13、 3）核苷的修飾：甲基化 U 還原 DHU U 堿基轉(zhuǎn)位 A 脫氨 次黃核苷酸3、rRNA前體的加工 原核生物中rRNA前體的加工甲基化作用、專一核酸外切酶、內(nèi)切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA專一核酸外切酶30S的小亞基50S的大亞基真核生物中rRNA前體的加工甲基化作用、專一核酸外切酶、內(nèi)切酶45S前體18S5.828S5S 40S的小亞基60S的大亞基圖：hn RNA的拼接2 反式拼接和選擇性拼接反式拼接：前體RNA分子間的拼接選擇性拼接(Alternative splicing)：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同發(fā)育階段或生理

14、狀態(tài)下，通過不同拼接方式得到不同的mRNA和翻譯產(chǎn)物。在基因表達調(diào)控中起重要作用。選擇性拼接類型（二） RNA的編輯和再編碼1 RNA編輯及生物學意義RNA編輯：RNA序列中少數(shù)堿基（U為主）的插入、替代或刪除現(xiàn)象。意義：1）消除DNA水平上的不利突變 2）增加基因產(chǎn)物的多樣性 3）基因調(diào)控的一種方式 4）編碼產(chǎn)生新的功能蛋白，有利于進化 5）？ 與學習和記憶有關2 再編碼（了解）（三） RNA的生物功能多樣性傳遞遺傳信息，決定蛋白質(zhì)的生物合成。由rRNA, tRNA, mRNA合作完成。催化功能：核酶（ribozyme)（Gilbert W. 1986)各類小RNA參與轉(zhuǎn)錄后加工和修飾調(diào)節(jié)基因表達和細胞功能第四節(jié) 核酸合成的抑制劑 核苷酸合成抑制劑氨基酸類似物 葉酸類似物 堿基和核苷酸類似物烷化劑放線菌素嵌合劑