第36章-RNA的生物合成和加工课件.ppt

1、Chapter36 RNA RNA的生物合成和加工的生物合成和加工RNARNA的生物合成的生物合成？Transcription of DNA Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录转录转录-生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程，转录所需的过程，转录所需的酶叫的酶叫RNARNA聚合酶聚合酶（依赖（依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶）聚合酶）复制和转录的异同点复制和转录的异同点(transcription)z相同点相同点：1.1.都以都以DNADNA为模板为模板z

2、 2.2.原料为核苷酸原料为核苷酸z 3.3.合成方向均为合成方向均为5353方向方向z 4.4.都需要依赖都需要依赖DNADNA的聚合酶的聚合酶z 5.5.遵守碱基互补配对规律遵守碱基互补配对规律z 6.6.产物为多聚核苷酸链产物为多聚核苷酸链n不同点：不同点：复制复制 转录转录n模板模板 两股链均作为模板两股链均作为模板 模板链作为模板模板链作为模板n原料原料 dNTP NTPdNTP NTPn聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶n产物产物 子代子代DNADNA双链双链 mRNA;tRNA;rRNAmRNA;tRNA;rRNAn配对配对 A-TA-T；G-C A

3、-UG-C A-U；T-AT-A；G-CG-Cn引物引物 需需RNARNA引物引物 不需要引物不需要引物 n方式方式(特点特点)半保留复制半保留复制 不对称转录不对称转录转录单位：转录单位：RNA链的转录起始于链的转录起始于DNA模板的一个特定位模板的一个特定位点（点（启动子启动子promoter），并在另一位点处终止（），并在另一位点处终止（终止子终止子terminator），此转录区域称为转录单位。），此转录区域称为转录单位。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录1、转录模板、转录模板 两

4、股两股DNADNA单链中只有一股可转录单链中只有一股可转录,可作为模板转录成可作为模板转录成RNARNA的的一股称为一股称为模板链模板链,对应的一股互补链称为对应的一股互补链称为编码链编码链.能转录出能转录出mRNAmRNA然后指导蛋白质合成的部分称为然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因结构基因.其余的其余的DNADNA可可能转录能转录(rRNA,tRNA),(rRNA,tRNA),也可能不转录。也可能不转录。不对称转录不对称转录:DNADNA分子上一股可转录分子上一股可转录,另一股不转录另一股不转录;模板链模板链并非永远在同一单链上。并非永远在同一单链上。3553GCAGTACATGTC55

5、33DNACGTCATGTACAG编码链模板链GCAGUACAUGUCmRNA转录Ala-Val-His-ValNC肽翻译反意义链或负链反意义链或负链有意义链或正链有意义链或正链一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录2、RNARNA聚合酶聚合酶 （1）原核生物的）原核生物的RNA聚合酶聚合酶 大肠杆菌大肠杆菌n 分子量为分子量为480kD，由四个亚基组成，由四个亚基组成2(全酶全酶)n 去掉去掉亚基称为亚基称为核心酶核心酶RNA聚合酶各亚基及其功能聚合酶各亚基及其功能（2 2）真核生物的）真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 三种三种RNARNA聚合酶聚合酶,它们专一地转录不同

6、的基因它们专一地转录不同的基因,其转其转录过程和产物已各不相同录过程和产物已各不相同.三种三种RNARNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。反应不同。一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录2、RNARNA聚合酶聚合酶一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录3、RNARNA聚合酶聚合酶与模板的辨认结合与模板的辨认结合n原核生物的原核生物的RNA聚合酶是结合到聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的启动区开始转录的的,靠其靠其亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保保守序列守序列或一致性序列或一致性序

7、列.亚基的作用是识别启动子，启动亚基的作用是识别启动子，启动RNA的合成，的合成，核心酶核心酶的的作用是只能使已开始合成的作用是只能使已开始合成的RNARNA链延长链延长。（。（456页表页表36-1）。）。因子识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不因子识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不同的转录效率。同的转录效率。一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录 RNA RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个步骤（请看步骤（请看456456页页 图图36-236-2）1、转录的起始、转录的起始 原核生物的转

8、录起始原核生物的转录起始 RNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNA的特定部位，即启动子（的特定部位，即启动子（promoter，也称启动基因）的某一部位结合。启动子是指也称启动基因）的某一部位结合。启动子是指RNA聚合酶能识聚合酶能识别、结合和开始转录的一段别、结合和开始转录的一段DNA序列序列。RNA酶结合到酶结合到DNA链链上，上，DNA双链部分解开形成转录空泡双链部分解开形成转录空泡.原核生物由原核生物由因子辨认转因子辨认转录起始位点录起始位点,真核生物在真核生物在-35区有区有5-TTGACA，在在-10区有区有TATAAT盒盒 转录起始不需引物转录起始不需引物,第一个磷酸二酯键形成后第一

9、个磷酸二酯键形成后,亚单位即脱落下来亚单位即脱落下来.一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录2、转录的延伸、转录的延伸n原核生物和真核生物基本相同原核生物和真核生物基本相同n亚基脱落，核心酶构象改变亚基脱落，核心酶构象改变nRNA的的5 端伸展再转录空泡之外端伸展再转录空泡之外n模板为模板为A,转录产物相应为转录产物相应为Un原核生物的转录和翻译同时进行原核生物的转录和翻译同时进行一、在一、在DNA指导下指导下RNA的合成的合成转录转录3、转录的终止、转录的终止（1 1）原核生物转录终止的模式）原核生物转录终止的模式：n 依赖因子依赖因子(因子能与因子能与RNARNA结合，还

10、具有结合，还具有ATPATP酶和酶和 解链酶的活性解链酶的活性)n不依赖不依赖因子因子 终止区的碱基可形成特殊的结构终止区的碱基可形成特殊的结构 nRNA 3RNA 3形成茎环结构和一串寡聚形成茎环结构和一串寡聚U U（2 2）真核生物的转录终止真核生物的转录终止n编码链上存在转录终止的修饰点编码链上存在转录终止的修饰点AATAAAAATAAAn真核生物真核生物 mRNAmRNA带有带有polyApolyA尾巴；尾巴；DNA链的3-端附近有回文结构回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相连的是A-T碱基，当以这段终止信号为模板转录出的RNA即形成具有茎环的发夹形结构，其3-端含有一串UUUU的尾巴

11、，这发夹结构阻碍了聚合酶的进一步延伸，RNA链的合成即终止，寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。转录的过程转录的过程启动子结构基因终止区3 3 5 5 pppG5pppG5 5 pppGmRNA5 二、转录后加工二、转录后加工n（一）（一）真核生物真核生物mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工n1 1、首、尾的修饰、首、尾的修饰 n 5-5-端帽子结构的形端帽子结构的形(m(m7 7GpppG)GpppG)n0 0型帽子型帽子n型帽子型帽子n 3-3-端端 poly Apoly A尾巴的生成尾巴的生成 Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工

12、（一）（一）真核生物真核生物mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工2 2、真核生物、真核生物mRNAmRNA前体的剪接前体的剪接 hnRNA和和snRNA hnRNA mRNA snRNA U族族 300个核苷酸组成个核苷酸组成 与核内蛋白质组成与核内蛋白质组成snRNP 与内含子的剪切有关与内含子的剪切有关 断裂基因断裂基因(split gene)外显子外显子(exon)内含子内含子(intron)Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工二、转录后加工二、转录后加工m7GpppAAAnA-OHm7GpppAAAnA-OHm7GpppAAAnA-O

13、H内含子核浆胞浆mRNA前身能翻译的mRNA外显子1外显子2RNA剪接转运mRNA mRNA 的剪接的剪接 套索剪切模式套索剪切模式n（二）（二）真核生物真核生物tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工n切除部分序列切除部分序列:5-端端 一段前导序列一段前导序列 反密码子环反密码子环 一段插入序列一段插入序列 3-端端CCA-OH的生成的生成 tRNA核苷酸基转移酶核苷酸基转移酶 某些碱基的化学修饰某些碱基的化学修饰:甲基化甲基化 还原反应还原反应 DHU 脱氨反应脱氨反应 Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工二、转录后加工二、转录后加工n（三

14、）（三）真核生物真核生物rRNA转录后加工转录后加工18s5.8s28s18s-rRNA5.8s和28s-rRNA真核细胞的真核细胞的rRNA基因基因(rDNA)属于属于称为丰富基因称为丰富基因族的族的DNA序序列，也称为高列，也称为高度重复序列。度重复序列。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工二、转录后加工二、转录后加工 Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工三、相关概念三、相关概念（一）启动子和转录因子（一）启动子和转录因子什么是什么是启动子？启动子？启动子是指启动子是指RNARNA聚合酶识别、结

15、合和开始转录聚合酶识别、结合和开始转录的一段的一段DNADNA系列。系列。什么是转什么是转录因子？录因子？RNARNA聚合酶在进行转录时常需要一些辅助因聚合酶在进行转录时常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工三、相关概念三、相关概念（二）终止子和终止因子（二）终止子和终止因子什么是什么是终止子？终止子？提供转录停止信号的一段提供转录停止信号的一段DNADNA系列，称为终止子。系列，称为终止子。什么是终什么是终止因子？止因子？协助协助RNARNA聚合酶识别终止

16、信号的辅助因子（蛋白聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子。质）则称为终止因子。有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使RNARNA聚合酶得聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)(readthrough)；这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，转录的转录的RNARNA可形成可形成“发夹结构发夹结构”。NusANusA识别终止子

17、。识别终止子。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工三、相关概念三、相关概念（三）核（三）核 酶酶n核酶核酶（ribozyme）-具有催化活性的具有催化活性的RNAn1982 T.R.Cech 四膜虫四膜虫 rRNA前体前体n1983 S.Altman RNase P对对tRNA前体前体加工加工n锤头状核酶，发夹状核酶锤头状核酶，发夹状核酶n 人工核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤抗感染，抗肿瘤)Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工四、四、转录过程的调节控制转录过程的调节控制时序调控和时序调控和适应调控适应

18、调控遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。转录水平的调控和翻译水平的调控转录水平的调控和翻译水平的调控关键是转录水平调控关键是转录水平调控操纵子结操纵子结 构模型构模型所谓操纵子即是指细菌基因表达和调控的单位，所谓操纵子即是指细菌基因表达和调控的单位，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制系列，通常在功能上彼此有关的所识别的控制系列，通常在功能上彼此有关的编码基因串联在一起，有共同的启动子并受操编码基因串联在一起

19、，有共同的启动子并受操纵基因的控制。纵基因的控制。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工四、四、在在RNA指导下的指导下的RNA和和DNA的合成的合成（一）（一）RNARNA的复制的复制 以以RNA为模板合成为模板合成RNA，是病毒RNA的特殊繁殖方式。有实验指出，当病毒RNA侵入寄主细胞后，这些病毒在RNA复制酶催化下即可自行复制产生新的病毒RNA。复制酶不存在于正常大肠杆菌细胞中，只有受感染时，寄主细胞才产生复制酶。RNA复制酶需要专一性的RNA模板，例如Q噬菌体的RNA复制酶只能用Q病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA为模板。Chapter3

20、6 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工四、四、在在RNA指导下的指导下的RNA和和DNA的合成的合成（二）（二）RNARNA的逆转录的逆转录（1 1）什么是逆转录？）什么是逆转录？以以RNARNA为模板，按为模板，按RNARNA中的核苷酸顺序合成中的核苷酸顺序合成DNADNA，这与通，这与通常转录过程中遗传信息流从常转录过程中遗传信息流从DNADNA到到RNARNA的方向相反，故称为的方向相反，故称为逆转录。逆转录。如劳氏病毒则以如劳氏病毒则以RNARNA为模板反转录为为模板反转录为DNADNA，然后再，然后再从从DNADNA转录为转录为RNARNA。（2）逆转录

21、酶：）逆转录酶：即即“RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶”1970 1970年从致癌年从致癌RNARNA病毒中发现逆转录酶，有力地证明了病毒中发现逆转录酶，有力地证明了“前病毒学说前病毒学说”，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞发生恶性转化。发生恶性转化。Chapter36 Chapter36 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工四、四、在在RNA指导下的指导下的RNA和和DNA的合成的合成（二）（二）RNARNA的逆转录的逆转录（3）逆转录酶的性质）逆转录酶的性质以以RNARNA作模板，在其上合成一条互补的作模板，在其上合成一条互补的DN

22、ADNA链，形成链，形成RNA-RNA-DNADNA杂种分子（杂种分子（RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力）。）。在新合成的在新合成的DNADNA链上合成另一条互补的链上合成另一条互补的DNADNA链，形成双链链，形成双链DNADNA分子（分子（DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力）。）。核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的RNARNA部分。部分。（4）逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义：有助于人们对：有助于人们对RNA病毒病毒致癌机制的了解，防止逆转录病毒的致癌作用。致癌机制的了解，防止逆转录病毒的致癌作用。病毒病毒RNARNA的逆转录过程的逆转录过程