12. 第十二章 RNA的生物合成 (1)-PPT课件.ppt

1、第第 十十 一一 章章RNA的生物合成（转录）的生物合成（转录）RNA Biosynthesis, Transcription目的要求目的要求1.掌握掌握 参与参与RNA生物合成中酶、蛋白质因子的作用。生物合成中酶、蛋白质因子的作用。启动子的概念启动子的概念2.熟悉熟悉 转录与复制区别点；原核生物转录起始、终止转录与复制区别点；原核生物转录起始、终止方式。方式。3.了解了解 真核生物转录产物加工及修饰过程。核酶在转真核生物转录产物加工及修饰过程。核酶在转录修饰中的作用。录修饰中的作用。内容内容 第一节第一节 转录的基本特征转录的基本特征 第二节第二节 RNA聚合酶聚合酶 第二节第二节 转录过程

2、转录过程 第三节第三节 转录后的加工修饰转录后的加工修饰转录的基本特征转录的基本特征第一节第一节转录转录 (transcription) 生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA （1）模板：）模板：DNA（2）合成方向：）合成方向：5 3（3）连接键：）连接键：3，5磷酸二酯键磷酸二酯键（4）遵从碱基配对规律）遵从碱基配对规律（5）依赖聚合酶）依赖聚合酶(DNA指导指导)（6）产物：多核苷酸链）产物：多核苷酸链复制和转录的复制和转录的共同点共同点5GCAGTACATGTC 33CGTGATGTACAG 55GCAGUACAUGUC 3NAla V

3、al 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有意义链有意义链反义链反义链2. 不对称转录不对称转录5 3 3 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转录方向转录方向转录方向转录方向不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) 在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录模板指引转录，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。第二节第二节RNA聚合酶聚合酶 E. coli RNA聚合酶组分聚合酶组分亚基亚基分子量分子量功功

4、能能 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w101000促进促进RNA聚合酶装配聚合酶装配 70263辨认起始点辨认起始点1. 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶 其他原核生物的其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、组聚合酶，在结构、组成、功能上均与成、功能上均与E.coli相似。相似。原核生物的原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗结核药聚合酶都受一类抗结核药利福平利福平或或利福霉素利福霉素的特异性抑制。这类药物能的特异性抑制。这类药物能与与RNA聚合酶的聚合酶的 亚基特异结合，从而影响酶的亚基特异结合，从而影响酶的活

5、性。活性。核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 注意点注意点 1.原核生物原核生物mRNA, tRNA, rRNA 都都 由同一种由同一种RNA聚合酶聚合酶转录转录 (真核生物是真核生物是3种种) ; 2. 提高酶与启动子序列的亲和力提高酶与启动子序列的亲和力(103),降低与非特异序降低与非特异序列的亲和力列的亲和力(104), 是核心酶的别构效应物是核心酶的别构效应物. 3.不同的不同的 识别不同的启动子序列识别不同的启动子序列; 4. 参与模板识别和转录起始参与模板识别和转录起始; 5.

6、核心酶负责转录的延伸核心酶负责转录的延伸. 2. 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类IIIIII转录产物转录产物45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA, snRNA分布分布 核仁核仁 核质核质核质核质对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应不敏感不敏感极敏感极敏感中度敏感中度敏感 RNA聚合酶聚合酶、都由多个亚基组成。都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。有些亚基是三种酶所共有。mRNA是各种是各种RNA中寿命最短、最不稳定中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。因此的，需经常重新合成。因此RNA聚合酶聚合酶是三是三种酶中最活跃的。种酶中最活跃的。转录过程转录过程The Pr

7、ocess of Transcription 第二节第二节 参与转录的物质参与转录的物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, 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 分为三个阶段：分为三个阶段：起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)（一）转录起始（一）转录起始1.原核生物启动子原核生物启动子2.转录起始转录起始过程过程一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程 原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，原核生物一个转录区段可视为

8、一个转录单位，称为称为操纵子操纵子(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)的的调控序列调控序列。 RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位称为的部位称为启动子启动子(promoter)，是调控转录的关键部位，具有方向性。，是调控转录的关键部位，具有方向性。5335调控序列结构基因启动子RNA-pol1.原核生物启动子原核生物启动子 RNA聚合酶保护法聚合酶保护法 N17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6AN16TATAATN7AN18TACTGTN6ATTTACATTTACATTGACATTGATACTGA

9、CGtrptRNATrplacrec Aara区区3510+1最大一致性TTGACATATAATx/4538 36 2937 37 2840 25 3041 29 44 原核生物启动子原核生物启动子35区：区：一致性序列为一致性序列为TTGACA是是RNA-pol的的辨认位点辨认位点10区：区：一致性序列为一致性序列为TATAAT又叫又叫Pribnow盒盒是是RNA-pol的的结合位点结合位点（-10 box与与-35 box的最佳距离为的最佳距离为17 1 bp）开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区T A T A A T Pu A T A T T A Py

10、-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 (Pribnow box)RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site) 真核生物启动子真核生物启动子结构基因GCGCCAATTATA内含子外显子外显子转录起始CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件TATA盒 (Hogness box)2. DNA双链解开。双链解开。1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板结合。与模板结合。 3. 在在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，

11、形成转录起始复合物。形成转录起始复合物。5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + PPi2. 转录起始过程转录起始过程The cycle RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物（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模板前移；模板前移； 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链不链不断延长。断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 转录泡转录泡

12、（transcription bubble）：）： 在转录延长过程中，由局部打开的在转录延长过程中，由局部打开的DNA双双链链、RNA聚合酶核心酶聚合酶核心酶及新生成的及新生成的RNA三者结三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。复合物。 转录的起始及延长过程转录的起始及延长过程 (三三) 转录终止转录终止RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来，转模板上停顿下来，转录产物录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。 分类：分类：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

13、终止 1. 依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止 终止子只有一段反向重复序列（能形成终止子只有一段反向重复序列（能形成hairpin结构）结构） 是一种蛋白质（是一种蛋白质（6聚体），可使聚体），可使RNA聚合酶的转录能力大大聚合酶的转录能力大大下降（具下降（具RNA-DNA解螺旋酶的作用，能解开转录复合体中解螺旋酶的作用，能解开转录复合体中RNA-DNA双链）双链） -dependent termination 2. 不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止较为简单，一段反向重复序列（较为简单，一段反向重复序列（inverted repeat）与一富含与一富含T的区域（的区域（T-rich

14、region in the nontemplate strand）即为终止信号）即为终止信号 -independent termination茎环结构终止转录的机理茎环结构终止转录的机理 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。 RNA产物产物3端往往形成茎环结构，该结构阻碍端往往形成茎环结构，该结构阻碍RNA聚聚合酶前移。合酶前移。 茎环结构后有一串寡聚茎环结构后有一串寡聚U。寡聚。寡聚U有利于有利于RNA不再依不再依附附DNA模板链而脱出。模板链而脱出。 电镜下原核生物转录过程中的羽毛状现象电镜下原核生物

15、转录过程中的羽毛状现象 转录未完成，翻译已开始进行。转录未完成，翻译已开始进行。真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification第三节第三节几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp ) 3 端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)

16、帽子结构帽子结构（二）（二）mRNA的剪接的剪接1. hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为杂化核称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体, splicesome）snRNA鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区

17、再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区2. 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子外显子真核生物的结构基因上，能够为特定的真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的蛋白质编码的DNA序列序列 内含子内含子真核生物的结构基因上，不能为特定的真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的蛋白质编码的DNA序列序列鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修

18、饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S