精品课件-RNA生物合成.ppt

1、RNA生物合成生物合成 （RNA Biosynthesis） 转录的特点转录的特点 真核生物真核生物RNA聚合酶及转录因子聚合酶及转录因子 转录的转录过程：起始：（启动子），转录的转录过程：起始：（启动子），延长，终止延长，终止 转录后的加工：剪切，填加及修饰转录后的加工：剪切，填加及修饰 原核生物的转录原核生物的转录 第一节 参加RNA合成的酶类与蛋白因子 一DNA指导的RNA聚合酶 （DNA directed RNA polymerase，DDRP）是RNA合成中最主要的酶类, RNA聚合酶催化如下反应： 1. 双链DNA中的一条链作为RNA合成的模板。 2四种核糖核苷三磷酸（即ATP、G

2、TP、CTP和UTP） 是该酶的底物。 3 需要二价金属离子，如Mg2+和Mn2+。 n(NTP) pppN(pN)n + (n-1)PPi DNARNA聚合酶 表13-1 真核生物RNA聚合酶的种类和性质种类 I型（或A） II型（或B） III型（或C） 线粒体（Mt型） 分子量 5.5105 6105 6105 6.46.8104 分布 核仁 核质 核质 线粒体 转录产物 5.8S、18S、 mRNA前体 tRNA前体 线粒体RNA 28S rRNA前体 5S rRNA对利福平 不敏感 不敏感 不敏感 敏感 敏感性对鹅膏蕈碱 不敏感 非常敏感 敏感 不敏感的敏感性 二转录因子二转录因子

3、分类 I 型转录因子（transcription factors I，TF l）能够促进RNA聚合酶 l 转录。 Il 型转录因子（TF ll）促进RNA聚合酶 ll转录. 包括TFIIA，B，D，E，F，H等。 III 型转录因子（TFIII）促进RNA聚合酶III 转录 。 真核生物转录过程还需要一些蛋白质因子参与，这些因子能结合到DNA的特殊序列并且与RNA聚合酶结合,促进转录,这些蛋白因子称转录因子（transcription factors) 三终止蛋白 终止蛋白能与RNA聚合酶结合，阻止RNA聚合酶越过终止信号而使转录终止。第二节 真核生物的转录过程一 转录的特点 RNA的合成与D

4、NA的合成有相似之处，其合成的方向均为53,聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3,5-磷酸二酯键，使核苷酸链延长，同时释放出焦磷酸。图13-1 RNA链中3,5-磷酸二酯键的形成OHOHHOHCH2H碱基HOROHOHHOCH2H碱基HOROHOHHOHCH2H碱基HOPOHOHHOHCH2H碱基HOPOHOOPOHOOPOHHOODNA模板链DNA模板链PPiHOORNA合成不同于DNA合成之处主要有： 1. RNA聚合酶不需要引物。 2. RNA聚合酶没有核酸酶的活性，在RNA合成过程 不起较对作用。 3转录是不对称的，即仅用DNA双链中某一条链作 为模板进行转录。有时是这条链的某区段，有时

5、是 另一条链的某区域具有模板作用。通常将模板链称 为有意义链，将其互补链称为反意义链或编码链。 4转录后DNA模板成分无改变。 5. 对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基因， 而且每一个基因的转录都受到相对独立的控制。二、真核生物的转录过程二、真核生物的转录过程（一）转录的基本过程（一）转录的基本过程 转录过程可分为三个阶段：起始、延长和转录过程可分为三个阶段：起始、延长和终止。终止。 1起始阶段（起始阶段（initiation） 启动子启动子（promoter）是DNA上的特殊的序列，它包括一些保守顺序，其中最重要的顺序称TATA (box)盒子。 图13-2 某些真核启动子区TATA保

6、守序列真核生物一些启动子顺序，同源顺序用阴影表示 .鸡卵清蛋白GAGGCTATATATTCCCCAGGGCTCAGCCAGTGTCTGTACA晚期腺病毒GGGGCTATAAAAGGGGGTGGGGGCGCGTTCGTCCTCACTC兔珠蛋白TTGGGCATAAAAGGCAGAGCAGGGCACTGCTGCTAACAC小鼠珠蛋白GAGCATATAAGGTGAGGTAGGATCAGTTGCTCCTCACATTT 图13-3 真核启动子区示意图 转录起始点以“+1”表示，在其上游的核苷酸序列以“”表示。 启动子区框内表示与转录有关的保守顺序。CAAT盒子GC盒子TATA盒子启动子区结构基因25bp+

7、1转录初级转录物RNA加工m7GpppAAAAn成熟的mRNA 2. RNA链的延长（elongation）（A) RNA聚合酶复合物识别DNA模板上的启动子序列，并与其结合。（B） RNA聚合酶在转录因子的辅助下，将双链DNA解开一段，形成转录泡。在聚合酶的作用下以NTP为底物，与模板链的碱基互补开始合成RNA。（C） RNA聚合酶继续合成RNA，以U替代T，A-U、C-G配对。（D） 随着RNA链的延长，RNA聚合酶沿着模板链不断滑动，直到遇到终止信号合成则停止。DNA双螺旋重新形成。图13-4 RNA链的延长-OH-OH-OHPPPPPPPPPbc da3. RNA合成的终止（termi

8、nation ） RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA-RNA杂交体（长度约12个碱基对），此杂交体结合不紧密，RNA很容易从模板DNA上脱落。于是，DNA模板链与编码链又重新形成双链。DNA模板上的终止信号是由于DNA特殊的结构而起作用，此处DNA多存在着反向重复顺序。此区域容易形成发夹形结构，有助于转录的终止。 5 - - - - - G C C G C C A G - - - - - - -CTGGCGGC-3 3 - - - - - C G G C G G T C - - - - - - -GACCGCCG-5 DNA 反向重复顺序 （二）几种RNA的合成特点1mRNA的合成BE

9、HAFRNA聚合酶IITATATFIID 45bp+1+30bpDNA图13-5 mRNA转录前起始复合体RNA聚合酶II与其转录因子组成转录前起始复合物。深色的大圆表示RNA聚合酶II与DNA模板相结合，其它小圆表示各种II型转录因子。按其组成顺序排列为：D、A、B、 F 、 Pol、E、H（Pol代表RNA聚合酶II）。覆盖DNA模板大约70bp.2. rRNA的合成 rRNA基因位于染色体的特殊区域称核仁组织者（nucleolar organizer）。每一个转录单位包括28S，5.8S及18S rRNA。 RNA 聚合酶I识别位于非转录间隔区上的启动子，其序列大约位于-40到+10和-

10、150到-110。首先TFI结合到启动子上，为此，导致RNA 聚合酶I识别启动子。当RNA聚合酶I达到下一个转录单位的启动子时，转录便在非转录间隔区终止。 3. 5S RNA 和tRNA的合成+1+47+47+1+96+96+121+121RNA聚合酶IIITFIIIATFIIIA 图13-6 RNA聚合酶III与其转录因子转录因子IIIA（TFIIIA）首先与DNA模板的特定部位相结合。然后RNA聚合酶III与该因子结合，并启动转录。图上的数字为聚合酶及转录因子与DNA模板结合的核苷酸的位置。第三节第三节 转录后核糖核酸的加工过程转录后核糖核酸的加工过程 几乎所有真核生物RNA转录的初级产物

11、都需经过一系列变化后才能生成具有生物活性的RNA分子。这一系列变化过程称为转录后的RNA加工(RNA processing)。加工过程包括核苷酸部分水解、连接反应、末端核苷酸“戴帽”、“接尾”，以及核苷的修饰。一、信使RNA的加工 真核生物mRNA的前体是核不均一核不均一RNA（heterogenous nuclear RNA, hnRNA），其核苷酸顺序中约有5075%不出现在成熟的mRNA中。此部分在转录产物的加工过程中被切除。被切除的部分称为内含子内含子（intron）。内含子是不编码蛋白质的核苷酸序列。末被切除的部分称外显子外显子(exon)，是编码蛋白质的部分。 图13-7 mRNA

12、的拼接机制 一些小核核蛋白（snRNP）与RNA前体形成拼接体（spliceosome）。U1 RNA和U2 RNA 分别为snRNP的组份。U1 RNA的核苷酸序列与 mRNA前体内含子中的GU顺序（称连接供体位点）相配对。U2 RNA识别内含子3端连接受体位点。拼接体利用ATP做能量，除去内含子。 拼接体U1U2P P PG3mP P PG3mUCCAUACAUAAUGAUGUAGRNA535供体连接处3受体连接处外显子外显子内含子UACUACAAGGUAUGUNNNNOH2NCH3+OHOHHOHCH2HO P O P O P OPPPN1N2N3OOHOOHOOHOCH3OCH32OH

13、79H 图13- 8 mRNA 5帽端的结构5端第一个核苷酸是7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸,第二个和第三个核苷酸的核糖2羟基甲基化。mRNA加工:5端帽子结构DNA转录单位RNA聚合酶IIm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gpppm7Gppp剪切及加入3多聚AAAAnAAAnAAAnAAAnCH3CH3甲基化修饰RNA拼接转移到胞浆成熟mRNA细胞核细胞浆外显子1内含子外显子2RNA初级转录物 成熟的 mRNA图13-9 mRNA的加工过程示意图32S20S5.8S18S图13-10 rRNA前体的转换二. 核糖体RNA的加工45S41S核糖体RNA转录及甲基化前rRNA 45S28S5.8

14、S 18S35切割前rRNA 41S前rRNA 32S前rRNA 20S切割切割28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA图13- 11 rRNA的加工过程示意图内含子编码区内切核酸酶外切核酸酶P P P53-OH 3RNA酶PDNA内含子初级转录物初级转录物3端加CCA-OHCCA-OH3P 除去内含子（内切酶与连接酶）CCA-OH3P成熟成熟 tRNA5转录 图13-12 tRNA的加工示意图tRNA的初级转录物被RNase P 和3外切核酸酶切除部分核苷酸。CCA末端是由tRNA核苷酸转移酶催化加入的。内含子被内切酶除去后，经连接酶连接为成熟的tRNA。三. 转移RNA的加工一.原核生

15、物RNA聚合酶 原核生物RNA聚合酶是多亚基的酶。从大肠杆菌提取的RNA聚合酶有五个亚基组成，分子量为500KD。两个亚基，一个亚基，和一个亚基组成核心酶（core enzyme），核心酶（2）能进行转录，但是没有RNA合成的特异性。第五个蛋白质亚基称因子，这五种亚基构成全酶（holoenzyme）,在体内及体外只有全酶（2 ）才能特异的合成RNA。因子参与识别特异的启动子。原核生物RNA聚合酶能被利福平（rifampicin）所抑制。利福平与亚基相结合，从而抑制酶的活性。第四节第四节 原核生物的转录原核生物的转录编码链编码链AACTGTATATTA模板链模板链TTGACATATAAT35DN

16、A转录起始点Probnow盒子启动子35 10 +1转录区53RNA图13-13 细菌转录的启动子二.原核生物的转录过程图13-13 原核生物启动子区同源序列起始位点PPPPPP终止位点RNADNA3535NTPPPP PPP酶酶酶酶酶酶的释放与循环识加起始位点3553与酶结合RNA聚合酶NTPPPPPPP转录开始RNA链延长与RNA结合RNA、及酶的释放PPPP PP 图13-14原核RNA的转录过程圆圈表示RNA聚合酶的核心酶部分（2）。因子参与识别特异的启动子，它与核心酶一起结合到DNA模板的起始位置上。以NTP为原料，全酶催化合成RNA合成。当RNA链延长到大约10核苷酸时，因子从全酶

17、上脱离，参与另外一次循环。核心酶沿着DNA模板移动，继续延长RNA链。当RNA聚合酶遇到了终止信号不能再继续前进，便在因子作用下与模板链脱离，RNA合成终止。核心酶参与另外一次循环。图 13- 15 RNA转录的终止( 因子不依赖性的)A：DNA模板有特殊的序列，富含GC和AT区，反转重复顺 序（阴影所示）。B：RNA转录物可形成茎、环结构。 ABRNA聚合酶PPPPPP5蛋白ATPADPPi 图13-16转录终止因子的作用因子是由6个亚基组成的蛋白质，它具有ATP酶的活性，能将RNA-DNA杂交双链解开，使RNA脱离模板，从而终止RNA转录。rRNA基因转录和剪刀前rRNA 23S 23S

18、rRNA前rRNA16S16S rRNA剪刀图13- 17 原核生物 rRNA的加工示意图（四）转录后的加工原核生物转录与翻译过程是偶联的。即mRNA在转录过程中即进行翻译。原核生物mRNA初级转录物没有内含子，故没有剪接过程。核糖体RNA转录时即刻被剪切成23S及16S rRNA（图13-17）。tRNA也进行一些剪接及修饰。三、RNA的复制有些病毒或噬菌体的基因组是由RNA而不是由DNA组成的。病毒进入宿主细胞后，还可以进行复制生成RNA。催化此种RNA复制的酶为RNA复制酶，是一种RNA指导的RNA聚合酶(RNA directed RNA polymerase)。RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由53方向进行RNA链的合成。反应机理与DNA作模板合成RNA反应相似。RNA复制酶仅对特异的病毒RNA起作用，对宿主细胞的RNA一般不进行复制。为此当病毒侵入宿主细胞后，病毒的RNA能大量复制。青苹果出品青苹果出品 必属精品必属精品http:/