第八章RNA的生物合成 (转录).ppt课件.ppt
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1、本章内容本章内容第一节第一节 转录的酶和模板转录的酶和模板第二节第二节 转录过程转录过程第三节第三节 真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰转录转录生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 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
2、-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参与转录的物质参与转录的物质原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA DNA酶酶: : RNA RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol(RNA polymerase, RNA-p
3、ol) )其他蛋白质因子其他蛋白质因子第一节 模板和酶转录转录: :以以DNADNA为模板,在依赖于为模板,在依赖于DNADNA的的RNARNA多聚酶催化下合成与模板互补的多聚酶催化下合成与模板互补的mRNAmRNA链的链的过程。转录是基因实现表达的第一步。过程。转录是基因实现表达的第一步。一、转录模板转录的不对称性就是指以双链转录的不对称性就是指以双链DNADNA中的一条中的一条链作为模板进行转录,从而将遗传信息由链作为模板进行转录,从而将遗传信息由DNADNA传递给传递给RNARNA。能转录出能转录出RNARNA的的DNADNA区段称为结构基因。区段称为结构基因。能够转录能够转录RNARN
4、A的那条的那条DNADNA链称为链称为模板链模板链,也,也称作有意义链。称作有意义链。 与模板链互补的另一条与模板链互补的另一条DNADNA链称为链称为编码链编码链,也称为反义链。也称为反义链。 55335模板链模板链编码链编码链55 5 3 3 3 3 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5GCAGTACATGTC 33 c g t g 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模板链、编码链与转录及翻译的关
5、系模板链、编码链与转录及翻译的关系转录的连续性:转录的连续性:RNARNA转录合成时,以转录合成时,以DNADNA作为模板,在作为模板,在RNARNA聚合酶的催化下,聚合酶的催化下,连续合成一段连续合成一段RNARNA链,各条链,各条RNARNA链之间链之间无需再进行连接。无需再进行连接。转录的单向性:转录的单向性:RNARNA转录合成时,只能转录合成时,只能向一个方向进行聚合,所依赖的模板向一个方向进行聚合,所依赖的模板DNADNA链的方向为链的方向为3 35 5,而,而RNARNA链的合链的合成方向为成方向为5 53 3。 二、参与转录合成的酶和蛋白因子参与参与RNARNA转录转录合成合成
6、的物质的物质原料:原料:NTP NTP (ATP, UTP, GTP, CTPATP, UTP, GTP, CTP)。)。模板:模板:单链单链DNADNA。酶:酶:RNARNA聚合酶(聚合酶(DDRPDDRP,RNA-polRNA-pol)。)。其他蛋白质因子:其他蛋白质因子:如转录因子、终止因如转录因子、终止因子等。子等。RNARNA聚合酶(聚合酶(DDRPDDRP)这是一种不同于引物酶的依赖这是一种不同于引物酶的依赖DNADNA的的RNARNA聚聚合酶(合酶(DDRPDDRP)。)。该酶在单链该酶在单链DNADNA模板以及四种核糖核苷酸存模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下,不需要引物,即可
7、从在的条件下,不需要引物,即可从5353聚合聚合RNARNA。 原核生物中的原核生物中的RNARNA聚合酶全酶由五个亚基构聚合酶全酶由五个亚基构成,即成,即 2 2 。 亚基亚基与与转录起始点的识别转录起始点的识别有关,在转录合成有关,在转录合成开始后被释放;余下的部分(开始后被释放;余下的部分( 2 2)被称为)被称为核心酶核心酶,与与RNARNA链的聚合链的聚合有关。有关。 真核细胞的RNA聚合酶有三种:分别是RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶。RNA聚合酶、RNA聚合酶分别负责合成rRNA和mRNA, RNA聚合酶则催化转录生成5srRNA和tRNA。第二节 转录过程RNARNA的
8、转录过程大体可分为起始、延长和终的转录过程大体可分为起始、延长和终止三个阶段。转录全过程均需止三个阶段。转录全过程均需RNARNA聚合酶催聚合酶催化,原核生物转录起始需要核心酶加上化,原核生物转录起始需要核心酶加上因因子即全酶参与。延长过程是核心酶催化下的子即全酶参与。延长过程是核心酶催化下的核苷酸聚合。核苷酸聚合。(RhoRho)因子参与转录的终)因子参与转录的终止。止。一起始阶段一起始阶段 首先由首先由RNARNA聚合酶的聚合酶的因子辨认因子辨认DNADNA的启动子部位,并带动的启动子部位,并带动RNARNA聚合酶的全酶与启动子结合,形成聚合酶的全酶与启动子结合,形成复合物,同时使复合物,
9、同时使DNADNA分子的局部构象改分子的局部构象改变,结构松驰,解开一段变,结构松驰,解开一段RNARNA双链(约双链(约1010几个碱基对),暴露出几个碱基对),暴露出DNADNA模板链。模板链。在在DNADNA模板链转录起点碱基的引导下,模板链转录起点碱基的引导下,第一个核糖核苷酸进入相应的位置,配第一个核糖核苷酸进入相应的位置,配对结合。转录起点的碱基多为对结合。转录起点的碱基多为T T或或C C,因,因此第一个结合的此第一个结合的NTPNTP多为多为ATPATP或或GTPGTP。二延长阶段二延长阶段 RNARNA链的延长是由核心酶催化的。链的延长是由核心酶催化的。当第一个核糖核苷酸结合
10、后,当第一个核糖核苷酸结合后,因子便从全酶中脱因子便从全酶中脱落下来。并与另一个核心酶结合成落下来。并与另一个核心酶结合成RNARNA聚合酶全酶,聚合酶全酶,起始另一次转录。脱落的起始另一次转录。脱落的因子可以反复使用。失因子可以反复使用。失去去因子的核心酶发生构象改变,与因子的核心酶发生构象改变,与DNADNA模板的结模板的结合变得较为松驰,可以沿合变得较为松驰,可以沿DNADNA模板链的下游方向模板链的下游方向(即(即3535的方向)滑动。在核心酶的催化下,的方向)滑动。在核心酶的催化下,4 4种核糖核苷酸(种核糖核苷酸(NTPNTP)按照模板链碱基排列顺序)按照模板链碱基排列顺序的指引依
11、次进入,按照的指引依次进入,按照U-A,A-T,C-GU-A,A-T,C-G的碱基配对原的碱基配对原则逐个地加到前一个核糖核苷酸的则逐个地加到前一个核糖核苷酸的3-OH3-OH上,并上,并形成磷酸二酯键。随着核心酶不断沿模板链方向滑形成磷酸二酯键。随着核心酶不断沿模板链方向滑动,动,DNADNA双螺旋逐渐解开暴露模板链,双螺旋逐渐解开暴露模板链,RNARNA链沿链沿5353方向逐渐延长。此时,已合成的方向逐渐延长。此时,已合成的RNARNA链从链从5-5-端逐渐与模板链分离,而模板链与编码链重新端逐渐与模板链分离,而模板链与编码链重新结合形成双螺旋结合形成双螺旋( (图图) )。三终止阶段三终
12、止阶段 当核心酶滑行到当核心酶滑行到DNADNA模板链的终止模板链的终止部位即停顿下来不再前进,转录产物部位即停顿下来不再前进,转录产物RNARNA链从转录链从转录复合物上脱落下来,就是转录终止。原核生物转录复合物上脱落下来,就是转录终止。原核生物转录终止有两种类型:终止有两种类型:一种是依赖一种是依赖因子终止的转录因子终止的转录,因子能与转录产物因子能与转录产物RNARNA结合,使结合,使RNARNA聚合酶停顿。聚合酶停顿。因子还有因子还有ATPATP酶活性和解螺旋酶活性,它能利用酶活性和解螺旋酶活性,它能利用ATPATP水解释放的能量,使水解释放的能量,使RNARNA链从模板链从模板DNA
13、DNA链上拆链上拆开,并从转录复合物中释放出来。开,并从转录复合物中释放出来。另一种是不依赖另一种是不依赖因子终止的转录因子终止的转录。在。在DNADNA模板链上靠近终止处有模板链上靠近终止处有些特殊碱基序列,即较丰富的些特殊碱基序列,即较丰富的A-TA-T配对区或配对区或G-CG-C配对配对区,是转录终止信号。当核心酶遇到终止信号后,区,是转录终止信号。当核心酶遇到终止信号后,RNARNA转录产物就形成特殊的发夹样结构,阻止核心转录产物就形成特殊的发夹样结构,阻止核心酶的滑动,酶的滑动,RNARNA链的延长便终止。链的延长便终止。转录终止后,核心酶也从转录终止后,核心酶也从DNADNA模板链
14、上脱落下来,模板链上脱落下来,与与因子重新结合为全酶进行下一次的转录。这样因子重新结合为全酶进行下一次的转录。这样合成的合成的RNARNA是初级转录物,即是初级转录物,即RNARNA前体。前体。如前所述,某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制如前所述,某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制细菌细菌RNARNA聚合酶,因而能抑制细菌聚合酶,因而能抑制细菌RNARNA的合成。的合成。第三节 转录后的加工和修饰转录后的加工和修饰 真核细胞中转录生成的RNA是初级转录产物,均需经过一定程度的加工才具有活性。原核细胞由于没有细胞核,其结构基因是连续的核苷酸序列,转录后产生的RNA很少需要加工处理(tRNA例外)
15、就转运到核蛋白体上参与蛋白质的合成。新生的无活性的RNA转变为有活性的RNA的过程,称为RNA的成熟(转录后的加工),包括链的断裂、拼接和化学修饰等。一、mRNA的转录后加工真核生物mRNA转录后,需进行5-端和3-端的修饰以及对hnRNA进行剪接。(一)首尾修饰 指在mRNA的5-端加“帽”,3-端加“尾”。5-端加“帽”是在核内进行的,在hnRNA的5-末端加上一个m7GpppG“帽”结构,其功能与蛋白质生物合成的起始有关。mRNA3-末端接上一段约30200个polyA,该结构称为“尾”,其功能是引导mRNA由细胞核向细胞质转移。(二)mRNA的剪接 真核细胞的mRNA前体称核内不均一R
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