生化课件第十六章 RNA的生物合成.ppt
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- 生化课件第十六章 RNA的生物合成 生化 课件 第十六 RNA 生物 合成
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1、目目 录录第第 十十 六章六章RNA的生物合成的生物合成(转录转录)RNA Biosynthesis andTranscription刘向华南京医科大学 生化与分子生物学系Nanjing medical university Department of biochemistry and molecular biology目目 录录转录转录 (transcription) 以以DNA为模板,以为模板,以NTP为原料,在为原料,在RNA聚合酶聚合酶的作用下合成的作用下合成RNA的过程。的过程。转转录录RNADNA 目目 录录参与转录的物质参与转录的物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GT
2、P, CTP) 模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子目目 录录转录和复制的相同点转录和复制的相同点目目 录录复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U,T-A,G-CA-T,G-C配对配对mRNA,tRNA,rRNA子代双链子代双链DNA(半保留复制)半保留复制)产物产物RNA聚合酶(聚合酶(RNA-pol)DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录(不对称转录)模板链转录(不对称转录)两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U,T-A,G-CA-T,G-C配对配对mRNA,tRNA,r
3、RNA子代双链子代双链DNA(半保留复制)半保留复制)产物产物RNA聚合酶(聚合酶(RNA-pol)DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录(不对称转录)模板链转录(不对称转录)两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制引物引物需要(需要(RNA)不需要不需要目目 录录模板和酶模板和酶Templates and Enzymes第一节第一节目目 录录一、转录模板一、转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段,称为的区段,称为结构基因结构基因(structural gene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链
4、,称为的一股单链,称为模板链模板链(template strand),也称,也称作作有意义链有意义链或或Watson链链。相对的另一股单链是。相对的另一股单链是编编码链码链(coding strand),也称为,也称为反义链反义链或或Crick链链。 目目 录录5GCAGTACATGTC 33 c g t c a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译转录生成的转录生成的RNA链链与与编码链编码链的碱基序列相似,以的碱基序列相似,以U取代取代T目目 录录5 5 3 3 3 3
5、5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向目目 录录不对称转录不对称转录 (asymmetric transcription)P313 就某一确定活化基因的转录,只能以就某一确定活化基因的转录,只能以DNA双链的双链的一条链一条链作为作为模板模板,这种现象称为不对称转录。,这种现象称为不对称转录。 两重含义:两重含义: 在在DNA分子双链上某一区段,一分子双链上某一区段,一股链用作模板指引转录,股链用作模板指引转录, 另一股链不转录另一股链不转录 ; 模板链并非永远在同一条单链上模板链并非永远在同一条单链上。目目 录录二、二、RNA
6、聚合酶聚合酶(一)原核生物的(一)原核生物的RNA聚合酶聚合酶 大肠杆菌(大肠杆菌(E.coli)RNA 聚合酶:聚合酶:4种亚基种亚基 、 、 、 组成的组成的五聚体蛋白质五聚体蛋白质 2 ,分子量,分子量480 kD。 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能目目 录录 核心酶核心酶(core enzyme) : 2 能催化能催化NTP按模板的指引合成按模板的指引合成RNA,在转录延长全过程在转录延长全过程中均起作用中均起作用 全酶全酶(hol
7、oenzyme):): 2 , 亚基的功能是辨认亚基的功能是辨认转录起始点转录起始点,转录起始阶段转录起始阶段需要需要全酶全酶 亚基亚基 + 核心酶核心酶目目 录录CORE ENZYMESequence-independent,nonspecific transcriptioninitiation+vegetative(principal ) 7070heat shock(for emergencies) 3232nitrogen starvation(for emergencies) 6060 SUBUNITinterchangeable,promoter recognition 热休克蛋白
8、热休克蛋白(heat shock protein, HSP)是指细胞在高)是指细胞在高温(热休克)或其他应激原作用下所诱导生成或合成增加温(热休克)或其他应激原作用下所诱导生成或合成增加的的一组蛋白质一组蛋白质。 可以增强对各种损伤的抵抗力可以增强对各种损伤的抵抗力. 如如热、乙醇、亚砷酸钠、热、乙醇、亚砷酸钠、缺血缺血的预处理的预处理.目目 录录三、模板上酶的辨认、结合三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称为为操纵子操纵子(operon),包括若干个,包括若干个结构基因结构基因及其上游及其上游(upstream)的的调控序
9、列调控序列。 5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol启动子启动子(promoter) :指指RNA聚合酶聚合酶识别、结合并识别、结合并开始转录开始转录的一段的一段DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为同可分为三个部位,即三个部位,即起始部位、结合部位、识别部位起始部位、结合部位、识别部位。目目 录录起始部位起始部位: 指指DNA分子上分子上开始转录开始转录的作用位点,该位点的作用位点,该位点有与转录生成新生有与转录生成新生RNA链的第一个核苷酸互补的链的第一个核苷酸互补的碱基,该碱基的序号为碱基,该碱基的序号为+1。识别部位识
10、别部位: RNA 聚合酶聚合酶 亚基亚基的识别部位。的识别部位。 中心部位在中心部位在 35bp处处,该序列的碱基富含该序列的碱基富含TTGACA。Recognition site目目 录录结合部位:结合部位: 是是DNA分子上与分子上与RNA聚合酶的聚合酶的核心酶核心酶结合结合的部位,其长度为的部位,其长度为7bp,中心部位在,中心部位在10bp处,处,碱基序列具有高度保守性,富含碱基序列具有高度保守性,富含TATAAT序列,序列,故称之为故称之为 TATA box (Pribnow box)。该序列。该序列中中富含富含AT碱基,因此双链碱基,因此双链DNA易发生解链易发生解链,有,有利于利
11、于RNA聚合酶的结合。聚合酶的结合。RNA聚合聚合酶保护法酶保护法目目 录录目目 录录转录过程转录过程The Process of Transcription 第二节第二节 目目 录录目目 录录(一)转录起始(一)转录起始转录起始需解决两个问题: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聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。2. DNA双链解开,使其中的一条链作为转录双链解开,使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程2. DNA双链解开双链解开1. RNA聚合酶聚合酶全酶全酶( 2)与模板结合与模板结合 3. 在
12、在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应,聚合酶作用下发生第一次聚合反应,形成转录起始复合物形成转录起始复合物 (不需引物不需引物)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转录起始过程转录起始过程目目 录录Finding and binding the promoterClosed complex formationRNAP bound -40 to +20Open complex formationRNAP unwinds from -10 to +2Bind
13、ing of 1st NTPAddition of next NTPsDissociation of sigmaAfter RNA chain is 6-10 NTPs long目目 录录(二)转录延长(二)转录延长1. 亚基脱落,亚基脱落,RNApol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DNA模板模板的的3 5前移;前移; 2. 在在核心酶核心酶作用下,作用下,NTP不断聚合,不断聚合,RNA链链按照按照5 3方向不断延长。方向不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi目目 录录Release of subunitdecrea
14、ses the affinity of core enzyme for promoter RNA transcript is peeled away from template Core enzyme can move along the template strand转录空泡转录空泡(transcription bubble):也称转录复合物,是由也称转录复合物,是由RNA聚合酶的聚合酶的核心酶核心酶、DNA模板模板和和转录产物转录产物RNA三者结合在一起的复合体。三者结合在一起的复合体。 目目 录录目目 录录目目 录录oo 目目 录录5 3 DNA原核生物转原核生物转录过程中的录过程中的羽
15、毛状现象羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶(三)原核生物的(三)原核生物的mRNA无需加工无需加工,转录与转录与翻译偶联翻译偶联目目 录录(四)转录终止(四)转录终止 当当核心酶核心酶沿模板沿模板DNA3 5 方向滑行至方向滑行至终止信号区域时(终止子),转录便终止。终止信号区域时(终止子),转录便终止。终止子:终止子:在模板在模板DNA分子上所转录的分子上所转录的RNA行将结束时,会出现带有终止信号的序列,行将结束时,会出现带有终止信号的序列,称为终止子(称为终止子(terminator)。)。反向重复序列反向重复序列回文序列回文序列目目 录录3355反向重复序列反向重复序列回文
16、序列回文序列海上游客游上海海上游客游上海关下守将守下关关下守将守下关目目 录录依赖依赖Rho ()因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止依据是否需要蛋白质因子的参与,原核生物依据是否需要蛋白质因子的参与,原核生物转录终止转录终止分为分为 :目目 录录Rho因子(因子( 因子因子 ):): Rho因子是因子是rho基因的产物,基因的产物,广泛存在于广泛存在于原核和真核细胞原核和真核细胞中,由中,由6个亚基组成,分子个亚基组成,分子量量300KD。Rho因子因子结合在新生的结合在新生的RNA链上,由链上,由5端端向向3端的方向移动端的方向移动。v Rho因子有因
17、子有ATP酶酶的活性和的活性和解螺旋酶解螺旋酶的活性的活性依赖依赖Rho ()因子的转录终止因子的转录终止RNAP slows downElongating complex is disruptedRho binds to RNARho catches up /ATP-dependent RNA-DNA helicaseter site目目 录录2. 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处,有些特殊的碱基模板上靠近终止处,有些特殊的碱基序列,转录出序列,转录出RNA后,后,RNA产物形成特殊的结产物形成特殊的结构来终止转录。构来终止转录。Stem-loop st
18、ructure非依赖非依赖Rho的转录终止的转录终止 RNA产物产物3端端往往形成茎环结往往形成茎环结构,该结构阻碍构,该结构阻碍RNA聚合酶前移。聚合酶前移。 寡聚寡聚U有利于有利于RNA不不再依附再依附DNA模板链而脱出。模板链而脱出。5335转录产物中有转录产物中有密集的密集的G-C配对,配对,形成茎环结构,形成茎环结构,其后有一串寡聚其后有一串寡聚U。rU:dA最不最不稳定。稳定。目目 录录茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA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,RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3
19、 5 RNA-polCore enzyme杂化双链形成的机会减小杂化双链形成的机会减小寡聚的寡聚的U促使促使RNA从模板链脱落从模板链脱落目目 录录第三节第三节 真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成种类种类对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物真核生物真核生物的的RNA聚合酶聚合酶目目 录录二、真核生物的转录起始二、真核生物的转录起始(一)转录起始(一)转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化,转录起始时,多样化,转录起始时,RNA-pol
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