RNA的生物合成.ppt

1、第11章，核糖核酸生物合成核糖核酸生物合成(轉(zhuǎn)錄)，在生物世界中，有兩種核糖核酸合成方式：一種是脫氧核糖核酸導向的核糖核酸合成，也稱為轉(zhuǎn)錄，這是生物體中的主要合成方式，也是本章的主要內(nèi)容。另一種是核糖核酸依賴的核糖核酸合成，也稱為核糖核酸復制，由核糖核酸依賴的核糖核酸聚合酶催化，在病毒中很常見。這是一種非逆轉(zhuǎn)錄病毒的核糖核酸病毒在宿主細胞中以單鏈核糖核酸為模板合成核糖核酸的方法。轉(zhuǎn)錄是生物體以脫氧核糖核酸為模板合成核糖核酸的過程。轉(zhuǎn)錄知識對于理解許多生物現(xiàn)象和醫(yī)學問題是必要的。核糖核酸生物過程的調(diào)節(jié)可導致蛋白質(zhì)合成速率的變化和一系列代謝變化。因此，了解核糖核酸代謝的基本原理是非常重要的。這些原

2、理不僅與所有生物如何適應環(huán)境變化有關(guān)，還與細胞結(jié)構(gòu)和功能的分化機制有關(guān)。復制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別，參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：原材料： NTP(三磷酸腺苷，UTP，GTP，CTP)模板：脫氧核糖核酸酶：核糖核酸聚合酶，核糖核酸聚合酶)其他蛋白質(zhì)因子，原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶，第一節(jié)，原核轉(zhuǎn)錄的模板，從脫氧核糖核酸分子轉(zhuǎn)錄的核糖核酸片段，稱為結(jié)構(gòu)基因。這種轉(zhuǎn)錄的選擇性被稱為不對稱轉(zhuǎn)錄，它有兩種含義：在脫氧核糖核酸分子的雙鏈上，一條鏈作為模板來指導轉(zhuǎn)錄，而另一條鏈不轉(zhuǎn)錄；其次，模板鏈并不總是在同一個鏈上。5 gcagtacatgtc3，3 c g t g a t g t a c a g 5，5 gcaguacauguc

3、3，nalaval hisval c，編碼鏈，模板鏈，mRNA，蛋白質(zhì)，轉(zhuǎn)錄，翻譯，單鏈DNA雙鏈，可以指導轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA根據(jù)堿基配對規(guī)則，稱為模板鏈，也稱為有意義鏈或沃森鏈。相反的單鏈是編碼鏈，也稱為反義鏈或克里克鏈。5 3，3 5，模板鏈，編碼鏈，模板鏈，結(jié)構(gòu)基因，不對稱轉(zhuǎn)錄，2。核糖核酸的合成是由核糖核酸聚合酶1催化的。核糖核酸聚合酶可以直接啟動核糖核酸鏈的合成，而依賴于脫氧核糖核酸的核糖核酸聚合酶可以催化核糖核酸的合成；核糖核酸合成的化學機制類似于由依賴于脫氧核糖核酸的脫氧核糖核酸聚合酶催化的脫氧核糖核酸合成。(NMP )n NTP (NMP) n 1 PPi，核糖核酸，延伸核糖核酸，

4、脫氧核糖核酸聚合酶在開始脫氧核糖核酸鏈延伸時需要引物，而核糖核酸聚合酶可以在沒有引物的情況下直接開始脫氧核糖核酸鏈延伸。核糖核酸聚合酶可以通過與脫氧核糖核酸啟動子結(jié)合來啟動核糖核酸合成。(2)核糖核酸聚合酶由許多亞基組成，如核心酶、全酶、轉(zhuǎn)錄起始階段和轉(zhuǎn)錄延伸階段；(3)核糖核酸聚合酶與脫氧核糖核酸的啟動子結(jié)合，開始轉(zhuǎn)錄，這是不連續(xù)地在不同的部分進行的。每個轉(zhuǎn)錄片段都可以被視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子。操作數(shù)包括幾個結(jié)構(gòu)基因及其上游調(diào)控序列。調(diào)控序列中的啟動子是核糖核酸聚合酶與模板脫氧核糖核酸結(jié)合的位點，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵位點。原核生物通過將核糖核酸聚合酶全酶結(jié)合到脫氧核糖核酸的啟動子上開始轉(zhuǎn)

5、錄，其中啟動子被亞單位識別，其他亞單位相互合作。一種聰明的方法，核糖核酸聚合酶保護，經(jīng)常被用于啟動子的研究。核糖核酸聚合酶保護方法，開始轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄起始區(qū)，轉(zhuǎn)錄起始區(qū)：原核生物中的轉(zhuǎn)錄過程，第2節(jié)，核糖核酸聚合酶必須精確地結(jié)合到轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)。脫氧核糖核酸的雙鏈被解開，其中一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。1.轉(zhuǎn)錄起始需要核糖核酸聚合酶全酶，而轉(zhuǎn)錄起始需要解決兩個問題：大腸桿菌轉(zhuǎn)錄起始和延伸；2.脫氧核糖核酸雙鏈被部分解開，形成一個開放的轉(zhuǎn)錄復合物；1.核糖核酸聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合形成一個封閉的轉(zhuǎn)錄復合物；3。第一次聚合在核糖核酸聚合酶的作用下發(fā)生，形成轉(zhuǎn)錄起始復合物：核糖核酸聚合酶(2)-脫氧核糖

6、核酸-GPN-羥基3，轉(zhuǎn)錄起始復合物：5-PPPG-羥基NTP 5-GPN-羥基3 PPI，轉(zhuǎn)錄起始過程：在第一個磷酸二酯鍵形成后，亞單位來自轉(zhuǎn)錄起始復合物。第二，蛋白質(zhì)的翻譯也在原核生物轉(zhuǎn)錄延長的同時進行。1.亞基脫落，核糖核酸聚合酶核苷酸酶變形，與模板的結(jié)合被放松，沿著脫氧核糖核酸模板向前移動；在核酸酶的作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延伸。(NMP) n NTP (NMP) n 1 PPi，轉(zhuǎn)錄氣泡：RNA-pol RNA，RNA，轉(zhuǎn)錄擴展：，轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進行中。該形狀表明依賴于Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止獨立于Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止。3.原核生物中的轉(zhuǎn)錄終止可分為兩類：Rho因子和

7、獨立因子。轉(zhuǎn)錄終止是指核糖核酸聚合酶停止在脫氧核糖核酸模板上，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的核糖核酸鏈從轉(zhuǎn)錄復合物上脫落。根據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子，原核生物中的轉(zhuǎn)錄終止可以分為：因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基的分子量為46kD。該因子能結(jié)合核糖核酸，對聚丙交酯的結(jié)合力最強。這些因素還包括ATPase活性和解旋酶活性。(1)轉(zhuǎn)錄終止依賴于因子，因子：因子的作用原理：目前認為轉(zhuǎn)錄終止因子的功能是在與核糖核酸轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合后，因子和核糖核酸聚合酶都會發(fā)生構(gòu)象變化，從而導致核糖核酸聚合酶停止，解旋酶的活性使脫氧核糖核酸/核糖核酸雜交雙鏈分離，有利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復合物中釋放出來。(2)轉(zhuǎn)錄終止獨立于Rho因子。在DNA

8、模板的末端附近有一些特殊的堿基序列。核糖核酸被轉(zhuǎn)錄后，核糖核酸產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。5uugcagccucagcaaaucagcugaugugcuugugcuuuu.3，5 UUGAGCCUCAGCACAUCAGCUUGUGUGUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC.3，核糖核酸，5 ttgcagcctgacaaatcagggctggtgacttttagtcacccctt.3

9、，DNA，5 uugcagccugcaauaaagcugauggaugcuguguuuuaguaccagccuuu.3、近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這是非依賴性因子終止的常見現(xiàn)象。莖環(huán)停止轉(zhuǎn)錄的機制：使核糖核酸聚合酶變構(gòu)并停止轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄復合物傾向于解離，并釋放出核糖核酸產(chǎn)物。真核生物的轉(zhuǎn)錄過程，第3節(jié)，真核生物的轉(zhuǎn)錄過程比原核生物更復雜。它們在轉(zhuǎn)錄起始過程和轉(zhuǎn)錄終止上都有很大的差異。1.真核生物中有三種依賴于脫氧核糖核酸的核糖核酸聚合酶，包括三種不同的核糖核酸聚合酶：核糖核酸聚合酶和真核生物中的核糖核酸聚合酶。真核生物中的核糖核酸聚合酶的結(jié)構(gòu)比原核生物中的復雜。真核生物中所有的核糖核酸聚合

10、酶都有兩個不同的大亞基和十幾個小亞基。在核糖核酸聚合酶最大亞基的羧基末端，有一個重復序列片段，其共有序列為Tyr-Ser-Pr-Thr-Ser-Pr-Ser，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)。CTD是維持細胞活性所必需的。2.轉(zhuǎn)錄起始需要啟動子、核糖核酸聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子的參與。(1)轉(zhuǎn)錄起始前的上游片段具有啟動子的核心序列，不同的物種、不同的細胞或不同的基因可以在轉(zhuǎn)錄起始點上游具有不同的DNA序列，但這些序列可以統(tǒng)稱為順式作用元件。典型的真核基因上游序列：和順式作用元件包括近側(cè)調(diào)節(jié)元件如啟動子、上游啟動子元件或近側(cè)啟動子元件，以及遠側(cè)序列如增強子。在起點的上游，它們大多數(shù)都有一個共同的TATA序列

11、，稱為Hognest盒或TATA盒。一般認為這是啟動子的核心序列。許多被核糖核酸聚合酶識別的啟動子具有保守的共有序列：位于轉(zhuǎn)錄起始點附近的起始子(Inr)。啟動子的上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，其大部分位于約-40-100nt的轉(zhuǎn)錄起點，而氣相色譜盒和CAAT盒更常見。增強子是能夠結(jié)合特定基因調(diào)控蛋白并促進鄰近或遠處特定基因表達的DNA序列。，轉(zhuǎn)錄起點，TATA盒，CAAT盒，氣相色譜盒，增強子，順式作用元件)，AATAAA，切斷和添加尾部，轉(zhuǎn)錄終點，修飾點，外顯子，真核核糖核酸聚合酶轉(zhuǎn)錄的基因及其轉(zhuǎn)錄起始上游序列；(2)轉(zhuǎn)錄因子，能夠直接和間接識別和結(jié)合轉(zhuǎn)錄的上游DNA的蛋白質(zhì)，

12、已經(jīng)在數(shù)百種物種中發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)稱為反式作用因子。直接或間接結(jié)合核糖核酸聚合酶的反式作用因子被稱為轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子參與核糖核酸聚合酶的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄因子、核糖核酸聚合酶和啟動子的結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄的啟動需要許多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。它通常包括：誘導因子或上游因子與增強子或啟動子的上游元件的組合；通用轉(zhuǎn)錄因子在啟動子上的組裝；通用轉(zhuǎn)錄因子/核糖核酸聚合酶復合物、誘導因子和上游因子之間的共激活子和/或介體的輔助和介導作用。因子被識別并相互結(jié)合以精確控制基因是否被轉(zhuǎn)錄以及何時被轉(zhuǎn)錄。型基因有四種類型的轉(zhuǎn)錄因子：(3)起始前復合體。真核生物的核糖核酸聚合酶不直接與脫氧核糖核酸分子結(jié)合，而是依賴于許多轉(zhuǎn)錄因子來形成起

13、始前復合物。(4)一些反式作用因子的組合啟動了特定基因的轉(zhuǎn)錄。為了保證轉(zhuǎn)錄的準確性，不同的基因需要不同的轉(zhuǎn)錄因子。拼接理論：一些反式作用因子(主要是誘導因子和上游因子)相互作用，然后與基礎轉(zhuǎn)錄因子和核糖核酸聚合酶結(jié)合，有針對性地組合和轉(zhuǎn)錄相應的基因。誘導因子和上游因子通常通過共激活子或介體與堿性轉(zhuǎn)錄因子和核糖核酸聚合酶結(jié)合，但有時它們也可以直接與堿性轉(zhuǎn)錄因子和核糖核酸聚合酶結(jié)合。(3)在真核生物的轉(zhuǎn)錄延伸過程中，轉(zhuǎn)錄和翻譯之間沒有同步性。真核生物的轉(zhuǎn)錄延伸過程與原核生物相似，但由于核膜的分離，轉(zhuǎn)錄和翻譯之間并不同步。核糖核酸聚合酶向前移動時，到處都遇到核小體。在轉(zhuǎn)錄延長期間，可以觀察到核小體移

14、位和解聚。RNA-pol，RNA-pol，RNA-pol，核小體，核小體在轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)生位移，延伸，轉(zhuǎn)錄方向。4.真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和尾部修飾是同時進行的，真核生物的轉(zhuǎn)錄終止與轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。真核基因有多聚腺苷酸尾結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后添加的。轉(zhuǎn)錄不會在聚腺苷酸的位置停止，而是在超過數(shù)百甚至數(shù)千個核苷酸后停止。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在閱讀框的下游總是有一組共同的序列AATAAA，并且在下游有相當多的GT序列。這些序列被稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點。真核生物中的轉(zhuǎn)錄終止和尾部修飾，真核生物核糖核酸的加工真核生物核糖核酸的轉(zhuǎn)錄后修飾，第四節(jié)，真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的核糖核酸分子是初級核糖核酸轉(zhuǎn)錄物，幾乎所有初級核糖核酸轉(zhuǎn)錄物都必須經(jīng)過加工才能成為功能性和成熟的核糖核酸。加工主要在細胞核中進行。有幾種主要的修改方法：1 .拼接，2。乳溝，3。修改，4 .加法。首先，真核基因的加工包括頭部和尾部的修飾和剪接。(1)前體基因在5-末端增加了一個“帽”結(jié)構(gòu)，大多數(shù)是真的。真核基因加工過程的第一步由兩種酶催化，帽酶和