第六章 核酸化学yu代谢4课件.ppt

1、第八节第八节 RNA的生物合成的生物合成P280（一）转录的概念（一）转录的概念（二）（二）RNA聚合酶及催化反应聚合酶及催化反应（三）（三）RNARNA合成过程合成过程（四）启动子和转录因子（四）启动子和转录因子（五）终止子和终止因子（五）终止子和终止因子（一）转录的概念和（一）转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链 启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)模板链模板链（templatte strand）：用于转录的链）：用于转录的链 反意义链反意义链(antisense strand)有意义链有意义链(sense strand)编码链编码链非信息区非

2、信息区5 5 3 3（二）大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合，与转录的终止有关结合，与转录的终止有关起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？-与启动子结合，参与转录起始。与启动子结合，参与转录起始。全酶全酶(22 )细菌细菌RNA聚合酶可被药物抑聚合酶可被药物抑制（利福平）。人的制（利福平）。人的RNA聚聚合酶对利福平不敏感。利用合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。此特点可研制杀菌药物。RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5 3 5 3 新合成新合成RNA（三）（三）大肠大肠杆菌杆菌R

3、RN NA A合合成成过过程程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开RNA链的延伸图解链的延伸图解3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链编码链（有义链）编码链（有义链）模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别DNA核核核糖体核糖体新生

4、蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同（四）启动子和转录因子（四）启动子和转录因子大肠杆菌大肠杆菌启动子启动子共有序列的功能共有序列的功能 AGTCTTGACA AAT TTAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp起点有助于双链解开（五）终止子和终止因子（五）终止子和终止因子大肠杆菌两类终止子的回文结构大肠杆菌两类终止

5、子的回文结构A.不依赖于不依赖于Rho（）的终止子的终止子A.依赖于依赖于Rho（）的）的终止子终止子富含富含G-C系列系列UP282（一）（一）RNA的加工的加工（二）（二）RNA的拼接、编辑和再编辑的拼接、编辑和再编辑（三）（三）RNARNA生物功能多样性生物功能多样性（四）（四）RNARNA的降解的降解甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列：5 5端切除几到端切除几

6、到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工酵母酪氨酸酵母酪氨酸tRNA前体的加工前体的加工真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron )

7、m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”,由由RNARNA末端末端核苷酸转移酶核苷酸转移酶催化催化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron)P22（二）（二）RNARNA的拼接、编辑和再编码的拼接、编辑和再编码 大多数的大多数的真核基因真核基因都是断裂基因，断裂基因的转都是断裂基因，断裂基因的转录产物需要通过拼接，去除非编码序列（即录产物需要通过拼接，去除非编码序列（即内含子内含子，intr

8、onintron），使编码区（即），使编码区（即外显子外显子，ExonExon）成为连续序）成为连续序列，这是列，这是基因表达基因表达的一个重要环节。的一个重要环节。RNARNA编码序列的改变称为编码序列的改变称为编辑编辑（editingediting），），RNARNA编码和读码方式的改变称为编码和读码方式的改变称为再编码再编码（recodingrecoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。可以产生多种蛋白质。RNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移码突变等基因突变的危害消除移码突变等基因突变的危害增

9、加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式种重要方式（三）（三）RNARNA生物功能的多样性生物功能的多样性1 1、RNARNA在遗传信息的在遗传信息的翻译翻译中起着决定作用。中起着决定作用。2 2、RNARNA具有重要的具有重要的催化催化功能和其他功能和其他持家持家功能。功能。3 3、RNARNA转录后转录后加工加工和和修饰修饰依赖于各类小依赖于各类小RNARNA和其他蛋和其他蛋白质复合物。白质复合物。4 4、RNARNA对基因表达和细胞功能具有重要对基因表达和细胞功能具有重要调节调节作用。作用。5 5、RNA

10、RNA在在生物进化生物进化中起重要作用。中起重要作用。（四）（四）RNARNA的降解的降解 RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNA和tRNA是稳定的RNA，更新率低；mRNA是不稳定的RNA，更新率非常高。因为mRNA与其编码基因的表达活性直接有关，不同的RNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细胞每一世代中各类mRNA约周转10次。细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。细胞中存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5端帽子结

11、构，然后由5-3方向和3-5 方向降解mRNA。三、三、RNA的复制的复制大多数植物病毒和许多动物病毒和噬菌大多数植物病毒和许多动物病毒和噬菌体是以体是以RNA为遗传物质，称为遗传物质，称RNA病毒病毒RNA的复制：的复制：能在病毒能在病毒RNA指导下合成指导下合成新的新的 RNA。RNA复制酶具有很高的模板专一性，只复制酶具有很高的模板专一性，只识别病毒自身的识别病毒自身的 RNA，对寄主细胞或其，对寄主细胞或其他病毒的他病毒的 RNA无反应。无反应。P286逆逆转录病毒逆转录病毒的生活周期的生活周期生活周期RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶转录转录转译转译整合入宿主细胞染色体整合入宿主

12、细胞染色体DNA进入细胞进入细胞丢失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳逆转录逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白衣壳蛋白被膜蛋白被膜蛋白逆转录酶逆转录酶噬菌体噬菌体Q 的合成的合成A.负链的合成负链的合成B.正链的合成正链的合成病毒的正链病毒的正链复制中间体复制中间体复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的正链新合成的负链新合成的负链负链负链DNA和和RNA合成的比较合成的比较第九节第九节 核酸合成的抑制剂核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物：氨基酸类似物：-抗菌和抗肿瘤药物抗菌和抗肿瘤药物 叶酸类似物：叶酸类似物：-抗菌和抗肿瘤药物抗菌和抗肿瘤药物 碱基和核苷酸类似物：碱基

13、和核苷酸类似物：-抗肿瘤抗病毒药物抗肿瘤抗病毒药物烷化剂烷化剂放线菌素放线菌素嵌合剂嵌合剂 与与DNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂 作用于作用于DNA聚合酶或聚合酶或RNA集合酶的抑制剂集合酶的抑制剂抗菌素抗菌素:如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素肽类化合物：肽类化合物：-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱P287DNA转录RNA前体 加工成熟RNA的过程 RNA合成的两种方式：1、DNA指导的 RNA合成。2、RNA指导的 RNA合成。第一节 转录作用一、转录作用及特点l 由DNA指导的RNA合成，DNA以碱基互补原则，决定合成RNA的全部碱基成分及排列顺序，将DNA模板上的遗传信息传递到RNA分子的过

14、程为转录作用。1、反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向53。连接方式-3,5磷酸二酯键。2、转录特点：不对称转录（asymmetric transcription）：DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。RNA生物合生物合成成小结小结*模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA模板链。l 编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链。由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的A在RNA中变为U合成过程是连续的，方向：53合成部位：细胞核

15、内二、原核RNA聚合酶组成：5个亚基，2为全酶，2为核心酶。作用：识别DNA分子中转录的起始部位。促进与模板链结合，并使DNA双链打开17bp.。催化NTP的聚合，完成一条RNA链的聚合反应。识别转录终止信号，停止聚合反应，参与转录水平的调控。特点：聚合速率慢，3085 NTP/秒。缺乏外切酶活性,无校对功能，错误率10-6。不同的识别不同的启动子。例：32识别热休克启动子。可被药物抑制（利福平）。人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。三、真核RNA聚合酶 真核较原核的酶复杂，已清楚的有,及Mt 4 型。组成：均由多亚基构成，聚合酶中的某个亚基与原核聚合酶的亚基高度同源。四

16、、启动子及终止子（promoter,terminator,stop signal）（一）启动子1、原核启动子：结构约55bp,分为起始点（start site）、结合部位、识别部位。功能 起始点:转录起始部位以+1表示，转录的第1个核苷酸常为嘌呤-G,A。结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5-TATAAT-3,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所。识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5-TTGACA-3,因子识别此部位。2、真核启动子结构（以RNA pol为例）于-25处含AT富集区,共有序列TATAA（TATA box）-7

17、0处含共有序列CAAT,还含许多其它box,例如 GCbox,E-box等。含增强子enhancer和静息子silencsrl RNA pol和 RNA pol与聚合酶所识别的启动子差异较大。（二）终止信号：特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,它们分别形成发卡结构和连续的U区，以终止转录。*蛋白因子辅助识别终止信号，参与终止。五、转录过程 （以原核为例）（一）起始 RNA聚合酶-识别起始位点 核心酶与DNA结合 E 以核心酶DNA构象改变局部双链打开17bpNTP形成3,5二酯键 形式沿 DNA滑动l 因子可再次与核心酶结合，循环使用。(二）延长形成转录泡-由DNA双链,RNA聚合酶与新合

18、成的转录本RNA局部形成的结构,它贯穿于延长过程的始终。E与DNA模板互补的NTP 3,5磷酸二酯键相连 合成方向5 3l 合成出的RNA与DNA形成杂交分子,约12bp，因结合不紧很易脱离。（三）终止合成移到终止信号时,酶不滑动,聚合停止,转录完成。特点参与的终止：与RNA产物中富含C的部位结合,并诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动;因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的释放。其它终止方式：GC区形成发卡结构，聚U区使配对不稳定,RNA产物的释放。（四）真核生物转录特点启动子复杂,某些基因不含TATA box。l 顺式作用元件cis-acting-element:指影响自身基因表达活性的DNA序

19、列。形成转录起始复合物，需多种蛋白因子参与。l 转录因子transcription factor与反式作用因子trans-acting factor:调节基因表达的蛋白为转录因子；它们与特异的顺式作用元件相互作用,并激活另一基因的转录。l 起始前复合物的形成 pre-initiation complex,PIC 转录终止序列，在3端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，RNA在转录终止序列处被切断。第二节 真核生物转录后的加工l 意义：转录生成的前体RNA,无生物学活性,需加工变为成熟、有活性的RNA。加工种类：剪切与剪接（cleavage,splicing）末端添加核苷酸（termina

20、l additing）修饰（modification）：在碱基和核糖上进行化学修饰。RNA编辑（RNA editing）一、mRNA前体的加工 （一）生成特点：原核：mRNA是多顺反子(polycistronic,每分子RNA中含几种蛋白质信息，RNA寿命短，转录没完时翻译即开始。例:乳糖操纵子，含Z,Y,A三个基因,分别编码半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶。真核：单顺反子monocistronic,一个mRNA仅编码一种蛋白质。l 外显子exon-在真核生物基因中编码蛋白质的序列。l 内含子intron-非编码蛋白的序列,因其插于外显子之间又称插入序列,居间序列。l hnRNAhetorog

21、enous RNA-为mRNA的前体,转录物中外显子与内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA。（二）mRNA前体加工过程原核：多顺反子mRNA真核：单独的顺反子。1.5末端帽子的生成：部位:核内2.3末端多聚尾的生成：部位:核内 ,胞质有酶也可进行。3.剪接作用:部位-胞核l 在细胞核内,hnRNA剪切内含子,将个外显子连接为成熟mRNA的过程。少数基因不需剪接干扰素 例1：卵清蛋白基因成熟过程 。例2:同一转录本,在不同的组织,因剪接差异产生各自不同的mRNA。4.甲基化：甲基化发生在剪接之前,在非编码区分子含12个m6A。5.RNA编辑（RNA editing）l 某些mRNA的核苷酸

22、序列,在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板,遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑。二、tRNA前体的加工1、切除多余的核苷酸，RNase p切除5端多余的核苷酸；Rnase D切除3端多余的核苷酸.2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,连接酶进行连接。3、修饰与3末端加-CCA:甲基化,脱氨基,还原反应在核苷酸基转移酶催化下，加入CCA。三、rRNA前体的加工特点：rRNA拷贝多,原核5107;真核:果蝇260;Hela细胞1100个拷贝。过程：1、剪切作用，需核酸酶。2、甲基化修饰，在碱基上。3、自我剪接。核酶与内含子的关系：1.目前发现的核酶数量较少，常见于rRNA的内含子.2.内含子存在于各种RNA分子中，它们并不都具有核酶的功能。3.内含子分为三类：（1）内含子可自我剪接,不需任何蛋白质参与,分两型-需鸟苷参与。形成套索形式剪接。（2）内含子的剪接需要蛋白酶的参与，如tRNA。（3）内含子的剪接需形成剪接体的形式，除各种蛋白因子外还需各种snRNP的参与。