第十二章RNA的生物合成遵义医学院 [课件].ppt

1、第十一章第十一章 RNA的生物合成的生物合成（转（转 录录 transcription）思路思路：合成体系合成体系 过程过程 后加工后加工 酶酶 模板模板 起始起始 延长延长 终止终止 剪切剪切 剪接剪接 末端添加末端添加 化学修饰化学修饰 RNA编辑编辑原核（主）原核（主）真核真核方式方式转录(主)RNA复制RNA转录转录转录：指以DNA为模板 合成RNA的过程 复复 制制转转 录录模模 板板两 股 全 长两 股 全 长DNA链链模板链模板链:一股一股DNA链的部分链的部分（不对称转录）（不对称转录）原原 料料dNTPNTP酶酶DNA聚合酶聚合酶（DDDP）RNA聚合酶聚合酶（DDRP）产产

2、 物物子代子代DNARNA（mRNA,tRNA,rRNA）配配 对对A-T，G-CA-U T-A G-C复制与转录的区别复制与转录的区别(表表11-1)引物引物 有有 无无合成体系合成体系底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）模板：模板链酶：RNA-pol(DDRP)某些蛋白因子、无机离子第一节第一节 模板和酶模板和酶一一.RNA聚合酶聚合酶 1.不需引物；2.聚合方向53；3.无核酸外切酶活性。原核原核 1种种种类种类 真核真核 3种种作作 用用：催化四种催化四种NTP合成合成RNA特特 点：点：1原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶 （1）组组 成成 5个亚基（个亚基（2），），

3、存在存在形式形式 核心酶：核心酶：2，参与转录参与转录延长延长。全全 酶：核心酶酶：核心酶+，参与转录参与转录起始起始。亚基亚基功能功能 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 与转录全过程有关与转录全过程有关（催化催化）结合结合DNA模板（开链）模板（开链）辨认起始点辨认起始点（2）各亚基的）各亚基的功能功能（3）特性 受利福平抑制（专一结合亚基）2真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类IIIIII转录产物45s-rRNAhnRNA5s-rRNAtRNAsnRNA对鹅膏蕈碱的反应对利福平的抑制反应耐受（）（）极敏感（）（）中度敏感（）（）2.转录特点：不对称转录 含义：只有一 条链被转录

4、；模板链并非总在同 一单链上。二、转录模板1.模 板：模板链模板链.模板链模板链:为DNA双链中指引转 录的单股链的部分片段。作用：决定RNA的核苷酸排列顺序。3.转录单位转录单位 操纵子操纵子 操纵子操纵子 =启动子启动子 +结构基因结构基因 +终止子终止子 （1）启动子启动子 概念：指RNA聚合酶识别、结 合 和开始转录的一段DNA序列。特征:实验:A.原核生物原核生物 结合部位：-10bp处，含TATAAT序列 （Probnow）盒，RNApol的结合部位。识别部位：-35bp处，含TTGACA序列，因子的识别部位。概念:位于真核DNA转录起 始点上游，与转录起始、调控有关的DNA序列。

5、TATA盒：-25bp处 组成:CAAT盒：-75bp处 GC盒：-95 bp处 B.真核生物真核生物顺式作用元件顺式作用元件(2)结构基因 定义定义：能转录出RNA的DNA片段.(3)终止子 定义定义：转录模板上终止转录的信号。特征：a.原核生物原核生物 不依赖因子的终止子：RNA上茎环 (发夹)结构 依赖因子的终止子：位RNA上Polyc b.真核生物真核生物 加尾信号 DNA上AATAAA+富含G.T序列第二节第二节 转录过程转录过程.原核生物的转录原核生物的转录过过 程程：起始、延长及终止起始、延长及终止（一）、起始（一）、起始 生成生成转录起始复合物转录起始复合物：RNApol（2）

6、-DNA-pppGpN-oH3 过程过程:RNA-pol()结合启动子,DNA解旋,形成第一个磷酸二酯键。核心酶核心酶转录空泡转录空泡的的形式形式,沿模板沿模板35滑动滑动,使使RNA链从链从53延长。延长。多多个转录个转录同时同时进行进行 （二）、延长（二）、延长核心酶识别转录终止依赖因子的转录终止不依赖因子的转录终止（三）（三）.终止终止机制转录终止信号新RNA链脱落；DNA双链恢复;核心酶脱落与因子结合.真核生物真核生物的转录的转录 （）（）.起始起始 形成形成PICPIC:RNA-RNA-polpol-TFTF-DNA-DNA 生成第一个磷酸二酯键生成第一个磷酸二酯键,RNA-,RNA

7、-polpol磷酸化磷酸化 TF(TF(转录因子转录因子)：直接或间接结合：直接或间接结合RNA-RNA-polpol的的 反式作用因子反式作用因子。反式作用因子反式作用因子：直接或间接辨认、结合：直接或间接辨认、结合 顺式作用元件顺式作用元件的的蛋白质蛋白质。TF TF能结合能结合RNA-RNA-polpol和和DNADNA （）（）.延长延长 同原核同原核 图图 （三）（三）.终止终止 加尾信号加尾信号处终止，处终止，PolyAPolyA后切断后切断RNARNA。剪切和剪接剪切和剪接基本类型基本类型 末端添加末端添加 化学修饰化学修饰 RNARNA编辑编辑部位部位 胞核（主）胞核（主）胞浆

8、胞浆 第三节第三节 转录后的加工转录后的加工原核原核mRNAmRNA不不需加工，其需加工，其余余RNARNA均均需加工后需加工后才有活性。才有活性。一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰（末端修饰）15端加帽m7GpppNMp 作用：稳定mRNA 过程：23端加尾polyA尾 作用：稳定mRNA 过程：3.RNA编辑：PolyA的形成过程 内含子：隔离基因线性表达的序列。（非编码区）外显子：在断裂基因及其初级转录产物及mRNA上可表达的片断。（编码区）（）剪接 切除内含子，连接外显子。断裂基因：指真核生物基因，其内含子和外显 子相互间隔而连续镶嵌,去除内含子 后可翻译完整蛋白质。机

9、制:a.套索机制 结合 靠近 连接(转酯反应)部位:剪接体=hnRNA+snRNP（snRNA蛋白质）b.自身剪接 核酶 c.mRNA编辑 内含子 分类 .自身剪接 套索结构剪接 功能 有利于物种的进化选择,在基因表达中有调控功能.二、tRNA的转录后加工 1剪接 需内切酶和连接酶 23端加上CCA结构（末端添加）需外切酶或转移酶 3碱基修饰（化学修饰）生成稀有碱基 三、rRNA的转录后加工 自身剪接 需核酶参与 定义：具有催化作用的RNA 结构：锤头状结构 底物部位 切口旁 核酶 催化部位 茎 环 作用：参与RNA的转录后加工。作用方式:剪接(核酸内切酶+连接酶)剪切(核酸内切酶)实验：意义

10、:原核与真核转录的原核与真核转录的区别区别 原核原核 真核真核 RNA-pol种类种类 1 3 起始起始 因子因子识别起始点，识别起始点，需需TF与启动子结合与启动子结合后后，RNA-pol与与DNA 协助协助RNA-pol与与DNA 模板结合。模板结合。模板结合。模板结合。延长延长 核心酶核心酶滑动滑动 RNA-pol滑动滑动 终止终止 依赖依赖因子因子 因子因子阻止阻止 加尾信号加尾信号提示提示mRNA加加 不依赖不依赖因子因子 mRNA发发 PolyA尾尾、并在尾后切断、并在尾后切断 夹结构夹结构阻止阻止 后加工后加工 mRNA不不加工加工 mRNA、tRNA、rRNA tRNA、rRN

11、A需加工需加工 均加工均加工 5353为模板链为模板链转录延长方向转录延长方向结构基因结构基因与不对称转录与不对称转录为编码链为编码链为结构基因为结构基因5 GCAGTACATGTC 3 3 c g t c a t g t a c a g 5 5 GCAGUACAUGUC 3 NAlaValHis ValCDNA DNA模板模板,转录产物转录产物RNA的核苷酸序列的核苷酸序列,以及翻译产物肽的氨基酸序列以及翻译产物肽的氨基酸序列.DNA双链中双链中,以小写字母代表以小写字母代表模板链模板链,大写字母代表编码链大写字母代表编码链.RNA肽肽5RNA聚合酶聚合酶保护区保护区结构基因结构基因终止点终

12、止点-50 -40 -30 -20 -10 0 +10 TTGACAAACTGTTATAATPu Probnow盒盒ATATTAPypppG5转录的起始区转录的起始区TTGACAN17TTTACAN16TTTACAN17TTGATAN16CTGACGN18被被RNA聚合酶保护的聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析区段碱基序列分析1-5行举出几个具体操纵子的分析结果行举出几个具体操纵子的分析结果6,7行示对行示对45个操纵子分析后得出的一致性序列个操纵子分析后得出的一致性序列TTGACA TATAATTTGACA TATAAT X/45 38 36 29 40 25 30 37 37 28 41

13、29 44 trp tRNAtrp lac recA ara 最大一致性最大一致性TTAACT N7 A TATGAT N7 A TATGAT N6A TATAAT N7A TACTGT N6A 35区区10区区+1 真核生物真核生物启动子启动子 GAGCCACCCCCAATTATA5533-25-70 GC盒盒CAAT盒盒TATA盒盒转录起始部位转录起始部位+1启动子启动子RNA产物产物HognessrhorhoPolymerasePolymerase Rho 因子因子的的作用原理作用原理RNA链上带条纹线的代表富含链上带条纹线的代表富含C的区段。的区段。Rho因子结合因子结合RNA（右），

14、发挥其右），发挥其ATP酶及螺酶及螺旋酶活性旋酶活性5RNA+ATP533TTGCAGCCTGAGAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTUUUUU.ABCA大肠杆菌大肠杆菌BRNA一级结构RNA二级结构5 AAA.AAA(POLYA)5 3 DNA转录终止转录终止RNA聚合酶聚合酶m-RNA真核生物的转录真核生物的转录终止终止及及加尾修饰加尾修饰AATAAA加尾加尾信号信号启动子结构基因终止区 1.55核心酶2.3.4.Gppp5.6 35pppG7.5pppG8.5mRNA转录过程转录过程1,2.待转录的基因待转录的基因;3至至5 的单股为有

15、意义链的单股为有意义链;3,4.起始起始:全酶结合于有启动区全酶结合于有启动区;5.第一个第一个pppG加入加入;6.因子因子释出后开始释出后开始延长延长;7.终止终止:因子加入因子加入,核心酶释出核心酶释出;8.转录完成转录完成 核心酶RNA聚合酶 DNA-RNA杂化双链OH转录方向模板链模板链5-pppGRNA转录空泡转录空泡:由由RNA聚合酶、聚合酶、DNA、转录产物转录产物RNA组成的转组成的转录复合物录复合物 DNA转录空泡转录空泡电子显微电子显微镜下的转录镜下的转录现象（原核生物）现象（原核生物）5pppG转录终止模式33DNARNA聚合酶聚合酶 TF II FRNA聚合酶TF I

16、I DTATADNATF II ATF II BTF II E转 录 前 起 始 复 合 物PIC:TF-DNA-RNApolTFII功能功能 RNA编辑编辑:某些某些RNA(特别是特别是mRNA)转录转录 后，还需后，还需插入、删除和取代插入、删除和取代 某些核苷酸残基，才具有翻某些核苷酸残基，才具有翻 译功能，并译功能，并改变改变了了原有原有模板模板 上的遗传上的遗传信息信息。帽 并接体并接体(spliceosomespliceosome)定义定义:snRNAsnRNA与核内蛋白质构成的与核内蛋白质构成的小核核糖核酸小核核糖核酸 蛋白体蛋白体(snRNPsnRNP )。作用作用:snRNA

17、snRNA序列与内含子序列互补序列与内含子序列互补,参与参与mRNAmRNA的的 剪接剪接.场所场所:剪接体剪接体(snRNP+hnRNAsnRNP+hnRNA)蛋白体蛋白体snRNAsnRNA 断裂基因断裂基因ABCDEFGAG为非编码区17为 编 码 区L12345677 700 bp 电镜套索电镜套索 1.1.结合结合 并接体并接体 内含子内含子 2.2.靠近靠近 3.连接连接 U pAG pU535外显子3外显子内含子pG-OHpGpAG pU3U5OH第一次转酯反应第二次转酯反应U5pU3pGpAGOH53 （三）（三）tRNA的转录的转录后加工后加工。rRNA的转录的转录后加工后加

18、工rDNA（rRNA基因）特点：多拷贝、间隔、串联基因。转录产物是rRNA前体rDNA转录剪接45S-rRNA18S-rRNA5.8S和28S-rRNA28S5.8S18S 具有催化活性的具有催化活性的 RNARNA称为核酶称为核酶 （ribozymeribozyme)核酶的二级结构核酶的二级结构（槌头结构槌头结构）T C G A G T A CA G C T C A T GC G A G U A CG C A URNA聚合酶聚合酶编码链编码链模板链模板链RNAPPi5533335555GTPUTPCTPATPUTP转录的转录的延长延长33起起终终+1-55TATAATATATTATTGACAAACTGT原核生物的原核生物的RNA聚合酶全酶聚合酶全酶及其在及其在转录起始区的结合转录起始区的结合DNA双链已打开双链已打开,但但 因子尚未脱落因子尚未脱落总结总结：转录：定义、特点、合成体系、合成过程、合成后加工转录：定义、特点、合成体系、合成过程、合成后加工 合成体系合成体系 过程过程 后加工后加工 酶酶 模板模板 起始起始 延长延长 终止终止 剪切剪切 剪剪接接 末端添加末端添加 化学修饰化学修饰 RNA编辑编辑原核（主）原核（主）真核真核