大学课程生物化学RNA的生物合成课件.ppt
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- 大学 课程 生物化学 RNA 生物 合成 课件
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1、第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis(Transcription)一、原核生物转录的模板和酶一、原核生物转录的模板和酶二、原核生物转录过程二、原核生物转录过程三、真核生物转录过程三、真核生物转录过程四、真核生物四、真核生物RNARNA的加工和讲解的加工和讲解一、掌握转录的概念和特点。一、掌握转录的概念和特点。二、掌握转录模板,酶,主要转录因子二、掌握转录模板,酶,主要转录因子。三、掌握原核生物转录的过程,了解原三、掌握原核生物转录的过程,了解原核核 生物转录的过程。生物转录的过程。四、掌握真核生物四、掌握真核生物mRNA的加工修饰。的加工修饰。DNA指导的
2、指导的RNA合成,为生物体内的主要合合成,为生物体内的主要合成方式。成方式。RNA指导的指导的RNA合成常见于病毒,是逆转录合成常见于病毒,是逆转录病毒以外的病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单病毒在宿主细胞以病毒的单链链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 转录产物转录产物除除mRNAmRNA、rRNA rRNA 和和tRNAtRNA外,在真核外,在真核细胞内还有细胞内还有snRNAsnRNA、miRNAmiRNA等非编码等非编码RNARNA。转录转
3、录 (transcription)复制和转录的异同点复制和转录的异同点原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates&Enzymes in prokaryotic transcription第一节第一节参与转录的物质: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)其他蛋白质因子及其他蛋白质因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3,核苷酸间的连接方式为核苷酸间的连接方式为 3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。一、模板一、模板 模板链模板链(temp
4、late strand,有,有意义链或意义链或Watson链链):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。的一股单链。编码链编码链(coding strand,反义链或,反义链或Crick链链),与模与模板链互补的另一条单链。板链互补的另一条单链。(用此链书写用此链书写DNADNA序列序列)模板:以模板:以DNADNA编码基因中的一条单链作为合成编码基因中的一条单链作为合成RNA RNA 的模板。的模板。编码链编码链模板链模板链5 G C A G T A G C T 3 3 c g t c a t c g a 5 DNA5 G C A G U
5、 A G C U 3 RNAN Ala Vla His C 多肽链多肽链转录转录翻译翻译5 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结构基因结构基因二、二、RNA聚合酶聚合酶(RNA-pol)(一)(一)RNA聚合酶能从头启动聚合酶能从头启动RNA链的合成链的合成 全称:全称:DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(NMP)n+NTP (NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNA 作用:作用:1 NTP 1 NTP 与与DNADNA模板的碱基配对后,催化模板的碱基配对后,催化 形成磷酸二酯键而合成形成磷酸二酯
6、键而合成RNARNA2 2 解开解开DNADNA双链双链RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接启动就能直接启动RNA链的延长。链的延长。RNA聚合酶和双链聚合酶和双链DNA结合时活性最高,结合时活性最高,但是只以双链但是只以双链DNA中的一股中的一股DNA链为模链为模板。板。RNA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列的特殊序列启动启动子子(promoter)结合后,就能启动结合后,就能启动RNA合合成。成。+2 2 因子因子 核心酶核心酶 全酶全酶 辨认起始点辨认起始点 转录延长转录延长 转录起始转录起始(五聚体)(五聚体):决定要转录的基因种类:决定要转录的基因种类:催化聚合:催化聚合
7、:结合模板:结合模板:辨认起始点辨认起始点 利福平或利福霉素利福平或利福霉素能与能与亚基结合而亚基结合而抑制转录。抑制转录。核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段 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三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上启动转录上启动转录 转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。RNA RNA聚合酶首先识别并结合聚合酶首先识别并结合DNADNA模板上模板上 的调控序列(真核生物还需转录因子参与)。的调控序列(真核生物还需转录因子参与
8、)。操纵子操纵子(operon):由由DNA上若干个编上若干个编码基因及其上游的调控序列组成的转码基因及其上游的调控序列组成的转录单位。录单位。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:位于编码基因上游的调控序列位于编码基因上游的调控序列中能与中能与RNA聚合酶结合的聚合酶结合的DNA区域。区域。-35bp -10bp TTGACA TATAAT (因子因子辨认位点辨认位点)(结合位点结合位点)原核生物由全酶中的原核生物由全酶中的 因子因子辨认启动子辨认启动子启动子的保守序列启动子的保守序列(Pribnow盒)盒)RNA聚合聚合酶保护法酶保护法开始转录开始
9、转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site)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 RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节1.转录的转录的起始起始 对对DNA进行解链、解旋进行解链、解旋 识别转录
10、启动子识别转录启动子2.转录的转录的延长延长 核心酶在模板链上滑行核心酶在模板链上滑行3.转录的转录的终止终止 不对称转录不对称转录 延长方向延长方向5 3 不需要引物不需要引物 有特定起点与终止位点有特定起点与终止位点 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。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、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:转录起始过程:转录起始过程:1.全酶中的全酶中的 因子辨认启动子;因子辨认启动子;2.全酶与启动子结合全酶与启动子结合3.DNA
11、解链(范围小:解链(范围小:171 bp)4.在转录起始点开始转录;在转录起始点开始转录;(不需要引物不需要引物)5.生成第一个磷酸二酯键后生成第一个磷酸二酯键后(即头两个即头两个NTP聚聚合后合后)因子脱落。因子脱落。5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi转录起始复合物转录起始复合物:RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 二、二、转录延长转录延长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
12、链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1+PPi3.碱基配对稳定性:碱基配对稳定性:G CG CA A=T TA A=U U RNA聚合酶聚合酶 DNA RNA 覆盖覆盖40bp 解链解链17bp 杂化杂化8bp三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行时进行5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上,有多个转录同时在进行;模板上,有多个转录同时在进行;转录尚未完成,翻译已在进行。转录尚未完成,翻译已在进行。依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止四、转录终止四、转
13、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,原核生物转录终止分为:转录终止分为:六聚体蛋白质六聚体蛋白质对对poly C的结合力最强,的结合力最强,易与富含易与富含 C 的的RNA 3 端结合,使端结合,使RNA聚合酶构象改变,而停止转聚合酶构象改变,而停止转录;录;。解螺旋酶解螺旋酶(helicase)和和ATP酶活性的活性。酶活性的活性。(一)依赖(一)依赖 因子的转录终止因子的转录终止 因子:因子:因子的作用原理:因子的作用原理:RNA聚合酶聚合酶转录停顿转录停顿DNA模板链模板链5末端的终止区末端的终止区RNA 3末端特殊序列末端特殊序列 +polyU转录
14、转录形成特定的茎环结构形成特定的茎环结构(发夹发夹)促使杂化促使杂化双链拆离双链拆离A=U不稳定不稳定难以形成难以形成DNA-DNA-RNARNA杂化双链杂化双链(二)(二)非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止茎环结构使转录终止的机制茎环结构使转录终止的机制 使使RNA聚合酶变构,转录停顿;聚合酶变构,转录停顿;RNA链上的多聚链上的多聚U使使RNA/DNA杂化短链的碱基配对不杂化短链的碱基配对不稳定的,稳定的,也是也是使使RNARNA产物释放。产物释放。茎环结构茎环结构模板链终止区模板链终止区A A A A A A A A UUUUUUUUA A A A UUUU AA A A U U
15、 UA A A A A A A AU U U U U U U U-OH 3poly URNADNADNADNARNARNA真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成The Biosynthesis of Eukaryote RNA第三节第三节一、一、真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶n 真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同的RNA聚合酶聚合酶:RNA聚合酶聚合酶(RNA Pol)RNA聚合酶聚合酶(RNA Pol)RNA聚合酶聚合酶(RNA Pol)真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产转录产物物rRNA的前的前体体45S rRNAmRNA前体前体hnRNA,lncRNA,p
16、iRNA,miRNAtRNA,5S rRNA snRNA对鹅膏对鹅膏蕈碱的蕈碱的反应反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏高浓度下敏感感细胞内细胞内定位定位核仁核仁核内核内核内核内结构比原核复杂,所有真核生物的结构比原核复杂,所有真核生物的RNA聚合聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基;酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基;RNA聚合酶聚合酶最大亚基的羧基末端最大亚基的羧基末端有一段共有一段共有序列为有序列为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复的重复序列片段,称为序列片段,称为羧基末端结构域(羧基末端结构域(CTD),对转录是必需的。对转录是必需的。原核与真核原核与真核一、
17、转录起始:一、转录起始:差差 异异二、转录延长:二、转录延长:相相 似似三、转录终止:三、转录终止:差差 异异 真核生物无典型操纵子结构;真核生物无典型操纵子结构;上游调控序列中含有启动子核心上游调控序列中含有启动子核心序列序列 TATA TATA盒;盒;RNARNA聚合酶不能直接识别结合启聚合酶不能直接识别结合启动子;动子;需要多种转录因子介导需要多种转录因子介导RNARNA聚合聚合酶与启动子结合。酶与启动子结合。(用负值计数核苷酸)(用负值计数核苷酸)转录单位转录单位顺序作用元件顺序作用元件(包括包括启动子等启动子等)(用正值计数核苷酸)(用正值计数核苷酸)含终止序列含终止序列上游上游 转
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