(生化丙课件）RNA的生物合成.ppt

1、第十三章第十三章 RNARNA的合成：转录和加工的合成：转录和加工 DNADNA的转录的转录 转录后加工转录后加工 逆转录逆转录 DNADNA的转录的转录转录转录transcriptiontranscription：指遗传信息从：指遗传信息从DNADNA转移到转移到RNARNA的的过程，即以过程，即以DNADNA为模板，由依赖为模板，由依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶催化催化RNARNA合成的过程。合成的过程。 参与转录的各因素：参与转录的各因素：1. 1. 依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶：聚合酶：作用特点：作用特点：（1 1）以）以4 4种核糖核苷三磷酸种核糖核苷三磷

2、酸NTPNTP作为底物，反应需要作为底物，反应需要MgMg2 2的参与的参与（2 2）需要）需要DNADNA作为模板作为模板（3 3）合成的）合成的RNARNA链方向为链方向为5533（4 4）反应无需引物，直接以）反应无需引物，直接以DNADNA为模板合成新的为模板合成新的RNARNA链链（5 5）RNARNA聚合酶无校对功能聚合酶无校对功能依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶催化的聚合酶催化的转录是不对称转录是不对称的：的：在体内转录过程中，在体内转录过程中，DNADNA双链中只有一条链或者某个区段作为模板双链中只有一条链或者某个区段作为模板进行转录。参与转录的进行转录。参与转录的D

3、NADNA链被称为模板链（反义链），而另一条链被称为模板链（反义链），而另一条链则被称为编码链（正义链）。链则被称为编码链（正义链）。RNARNA含有与编码链几乎完全相同的含有与编码链几乎完全相同的碱基序列，除了以碱基序列，除了以U U代替代替T T以外。以外。E.Coli E.Coli RNARNA聚合酶：含有聚合酶：含有 2 2 亚基，其中亚基，其中 2 2 构成核心酶，构成核心酶，负责转录过程中负责转录过程中RNARNA链的延伸；链的延伸； 亚基负责转录区域的识别并启动亚基负责转录区域的识别并启动转录。转录。E.Coli E.Coli RNARNA聚合酶的三维构像图聚合酶的三维构像图2.

4、 2. 转录单位转录单位：RNARNA链的合成是从模板特定的部位起始的，经过链的链的合成是从模板特定的部位起始的，经过链的延伸终止于特定的模板部位。一般将从转录起始点到转录终止点的延伸终止于特定的模板部位。一般将从转录起始点到转录终止点的整个区域称为转录单位。整个区域称为转录单位。参与转录的各因素：参与转录的各因素：转录生成的转录生成的RNARNA参与转录的各因素：参与转录的各因素：3. 3. 启动子结构：启动子结构：启动子启动子promoterpromoter是指是指RNARNA聚合酶识别、结合并由此聚合酶识别、结合并由此启动转录的一段启动转录的一段DNADNA序列，位于转录起点的序列，位于

5、转录起点的55端上游区，启动子端上游区，启动子本身一般是不被转录的。本身一般是不被转录的。E. Coli E. Coli 中的两个启动子序列：中的两个启动子序列：-10-10序列（序列（PribnowPribnow框）：框）：TATAATTATAAT-35-35序列（识别序列）：序列（识别序列）：TTGACATTGACAE. Coli E. Coli 中不同基因的启动子序列中不同基因的启动子序列-10序列（序列（Pribnow框）框）-35序列（识别序列）序列（识别序列）-35-35序列（识别序列）序列（识别序列） 原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：1. 1.模板的识别和转录泡的形模板的

6、识别和转录泡的形成。成。2. 2. RNARNA聚合酶到达转录起始点，聚合酶到达转录起始点，开始催化核苷三磷酸按照开始催化核苷三磷酸按照模板链上的碱基顺序合成模板链上的碱基顺序合成RNARNA。此时。此时 亚基从全酶上亚基从全酶上脱离下来，解离后的脱离下来，解离后的 亚基亚基再与另一个核心酶组成全再与另一个核心酶组成全酶开始下一轮转录。酶开始下一轮转录。转录泡转录泡3. 3.RNARNA链的延伸：转录泡延着模板链链的延伸：转录泡延着模板链33 55方向不断移动，转录方向不断移动，转录泡内泡内RNARNA链的链的55端方向端方向8-108-10个核苷酸始终与模板链形成杂合体。个核苷酸始终与模板链

7、形成杂合体。4. 4. 转录的终止：当转录的终止：当RNARNA聚合酶达到终止子时，聚合酶达到终止子时，RNARNA转录将终止。转录将终止。转录泡结构转录泡结构非模板链非模板链模板链模板链RNA-DNA杂合体杂合体活性位点活性位点NTPNTP通道通道终止子终止子：具有终止功能的特定的：具有终止功能的特定的DNADNA序列，为序列，为RNARNA聚合酶提供终聚合酶提供终止转录信号的止转录信号的DNADNA序列。序列。（1 1）不依赖于）不依赖于 因子的终止子：含有因子的终止子：含有15-2015-20个核苷酸，可形成发夹个核苷酸，可形成发夹结构的回文序列；在回文序列后有连续的结构的回文序列；在回

8、文序列后有连续的3 3个腺嘌呤核苷酸。个腺嘌呤核苷酸。AGCCCGCCTAATGGCGGGCTTCGGGCGGATTACCGCCCGAAGCCCGCCUAAUGGCGGGCU不依赖于不依赖于 因子的因子的转录终止转录终止（2 2）依赖于）依赖于 因子的终止子：这类终止子必须在因子的终止子：这类终止子必须在 因子存在下转录因子存在下转录才发生终止。这类终止子的回文结构后无寡聚才发生终止。这类终止子的回文结构后无寡聚A A。 因子：一种相对因子：一种相对分子量约为分子量约为45kD45kD的蛋白质因子，起协助终止的作用的蛋白质因子，起协助终止的作用。真核生物的转录：真核生物的转录： 真核生物含有三

9、种真核生物含有三种RNARNA聚合酶，根据它们对于聚合酶，根据它们对于- -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 敏感度的不同，敏感度的不同，分为分为RNARNA聚合酶聚合酶、。 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶不能直接识别启动子起不能直接识别启动子起始转录，必须在其他的始转录，必须在其他的转录因子的帮助下开始转录因子的帮助下开始转录。转录。 真核生物真核生物DNADNA含有复杂含有复杂的转录调控结构。的转录调控结构。真核生物三种真核生物三种RNARNA聚合酶的比较聚合酶的比较 转录后加工转录后加工：在体内，尤其是真核生物体内，由：在体内，尤其是真核生物体内，由DNADNA直接转录合成的直接转录合成的

10、RNARNA大多数要经过一系列的后加工才能大多数要经过一系列的后加工才能生成成熟的生成成熟的RNARNA。这个过程称为转录后加工。这个过程称为转录后加工。原核生物体内的原核生物体内的RNARNA后加工：原核生物的后加工：原核生物的mRNAmRNA通通常一经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但常一经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但tRNAtRNA和和rRNArRNA都要在转录后经过一系列加工才能成为都要在转录后经过一系列加工才能成为有功能的分子。有功能的分子。原核生物中原核生物中rRNArRNA前体的加工：前体的加工：E. ColiE. Coli 中中rRNA rRNA 有有7 7个

11、转录单位，每个转录单位，每个转录单位由个转录单位由16s rRNA16s rRNA、23s rRNA23s rRNA、5s rRNA5s rRNA以及一个或几个以及一个或几个tRNAtRNA基因组成。基因组成。甲基化甲基化切除切除中间产物中间产物成熟的成熟的RNARNA前体转录本前体转录本真核生物体内真核生物体内RNARNA的转录后加工：的转录后加工：1. 1. 真核生物中真核生物中rRNArRNA前体的加工：哺乳动物的前体的加工：哺乳动物的rRNA rRNA 前体约为前体约为45S45S，在细胞核中加工最后形成在细胞核中加工最后形成18S18S、28S28S和和5.8S rRNA.5.8S

12、rRNA.甲基化甲基化切除切除前体转录本前体转录本成熟的成熟的RNARNA2. 2. 真核生物中真核生物中tRNAtRNA前体的加工：通过核酸内切酶和外切酶去除前体的加工：通过核酸内切酶和外切酶去除55及及33端的附加序列；在端的附加序列；在33端加上端加上CCACCA序列；核苷的修饰序列；核苷的修饰前体转录前体转录本本中间产物中间产物成熟的成熟的RNARNA碱基修饰碱基修饰剪切剪切3. 3. 真核生物中真核生物中mRNAmRNA前体的加工：在细胞核内，前体的加工：在细胞核内，mRNAmRNA的初始转录的初始转录物被加工为分子大小不等的中间产物，称为物被加工为分子大小不等的中间产物，称为核不均

13、一核不均一RNA RNA （hnRNA)hnRNA)。 hnRNAhnRNA在转变为成熟的在转变为成熟的mRNAmRNA的过程中，需经以下的的过程中，需经以下的进一步加工：进一步加工：（1 1） 55端加端加“帽帽”：真核生物真核生物mRNA 5mRNA 5端端“帽帽”结构结构5,5-5,5-三磷酸键三磷酸键7- 7-甲基鸟苷甲基鸟苷真核生物真核生物mRNA 5mRNA 5端端“帽帽”结构结构真核生物真核生物mRNA 5mRNA 5端加端加“帽帽”过程过程鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶磷酸水解酶磷酸水解酶鸟嘌呤鸟嘌呤-7-甲基转移酶甲基转移酶2-O-甲基转移酶甲基转移酶（2 2） 33端加端加pol

14、yA polyA 尾：尾：AAUAAAAAUAAA：最主要的：最主要的polyApolyA信号信号Poly APoly A聚合酶聚合酶内切酶内切酶（3 3） 内含子的剪切：大多数真核基因是断裂基因，其转录产物中内含子的剪切：大多数真核基因是断裂基因，其转录产物中同时含有同时含有内含子（插入序列）内含子（插入序列）和和外显子（编码序列）外显子（编码序列）。在。在mRNAmRNA的的后加工过程中，将通过拼接（后加工过程中，将通过拼接（splicingsplicing）去除内含子，使外显子成为）去除内含子，使外显子成为连续序列。连续序列。真核生物的真核生物的mRNAmRNA剪切剪切外显子外显子内含子

15、内含子RNARNA聚合酶聚合酶原始转录本原始转录本成熟成熟RNARNA原始转录本原始转录本中间产物中间产物剪切后的剪切后的RNA内含子内含子外显子外显子真核生物的真核生物的mRNAmRNA剪切模式（剪切模式（1 1）2,5-磷酸二酯键磷酸二酯键真核生物的真核生物的mRNAmRNA剪切模式（剪切模式（2 2）相同的转录产物，不同的剪接方式，最终可生成不同的蛋白质相同的转录产物，不同的剪接方式，最终可生成不同的蛋白质降钙素降钙素甲状腺甲状腺脑脑降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽 真核生物真核生物mRNAmRNA剪切举例剪切举例卵清蛋白卵清蛋白剪切、清除和加尾剪切、清除和加尾 逆转录逆转录：是指以：是

16、指以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA的过程。催化逆的过程。催化逆转录反应的酶称为逆转录酶，也称为转录反应的酶称为逆转录酶，也称为RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶。聚合酶。RNARNA基因组基因组逆转录病毒逆转录病毒宿主细胞宿主细胞细胞质细胞质逆转录逆转录Summary DNADNA的转录：原核生物中的转录：原核生物中DNADNA的转录过程的转录过程 转录后加工：转录后加工：tRNA, rRNA, mRNAtRNA, rRNA, mRNA的转录后加工的转录后加工 真核生物中真核生物中mRNAmRNA的转录后加工：断裂基因，外显子，的转录后加工：断裂基因，外显子，内含子内含子 逆转录的概念逆转录的概念