《RNA生物合成》ppt课件

1、RNARNA生物合成生物合成 转录【目的与要求】【目的与要求】1、掌握转录的概念与特点2、掌握并能表达原核生物与真核生物中RNA聚合酶的组成及功能3、掌握RNA转录过程4、掌握mRNA,tRNA与rRNA转录后加工过程DNADNA复制与转录的比较复制与转录的比较 复复 制制 转转 录录相相同同点点模模 板板 两股链均复制两股链均复制 模板链转录模板链转录合成方式合成方式 半保管复制半保管复制 不对称转录不对称转录原原 料料 dNTP NTP dNTP NTP聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶碱基配对碱基配对 A-T A-T，G-C A-UG-C A-U，T-A

2、T-A，G-CG-C产产 物物 半保管的双链半保管的双链DNA DNA 单链单链RNARNA不不同同点点以以DNADNA为模板为模板遵照碱基配对原那么遵照碱基配对原那么都需依赖都需依赖DNADNA的聚合酶的聚合酶聚合过程都是生成磷酸二酯键聚合过程都是生成磷酸二酯键新链合成方向为新链合成方向为5 533概 述 一、RNA的生理功能 DNA将携带的遗传信息转到RNA分子中，RNA分子以其信息指点蛋白质的合成 二、RNA合成概略 在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指点的RNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是RNA指点的RNA合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是RNA前体

3、RNA precursor，需经加工过程processing方具有生物学活性第二节第二节 转录转录一、转录一、转录: :由由DNADNA指点的指点的RNARNA合成合成,DNA,DNA以碱基互补原以碱基互补原那么，决议合成那么，决议合成RNARNA的全部碱基成分及陈列顺序，将的全部碱基成分及陈列顺序，将DNADNA模板上的遗传信息传送到模板上的遗传信息传送到RNARNA分子的过程分子的过程 1 1、反响体系：、反响体系：DNADNA模板模板,NTP,NTP,酶，酶，Mg2+,Mn2+ Mg2+,Mn2+ ，合成方向合成方向5 533。衔接方式。衔接方式- 3- 3 , 5 , 5磷酸磷酸二酯键

4、二酯键 2 2、特点：不对称转录、特点：不对称转录-DNA-DNA片段转录时，双片段转录时，双链链DNADNA中只需一条链作为转录的模板，这种转录方式中只需一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录称作不对称转录 模板链及反意义链：指点模板链及反意义链：指点RNARNA合成的合成的DNADNA链为模板链，又称反意义链链为模板链，又称反意义链 编码链及有意义链：不作为转录的另一编码链及有意义链：不作为转录的另一条条DNADNA链为编码链，又称有意义链链为编码链，又称有意义链 由于基因分布于不同的由于基因分布于不同的DNADNA单链中，即单链中，即某条某条DNADNA单链对某个基因是模板链，

5、而对另单链对某个基因是模板链，而对另一个基因那么是编码链一个基因那么是编码链 5 5G C A G T A C A T G T C3G C A G T A C A T G T C33 3c g t c a t g t a c a g5c g t c a t g t a c a g5DNADNA5 5G C A G U A C A U G U C3G C A G U A C A U G U C3mRNAmRNAN Ala Val His Val CN Ala Val His Val C多肽链多肽链转录转录翻译翻译编码链编码链模板链模板链不对称转录不对称转录: :模板链并非永远在同一单链上模板链并

6、非永远在同一单链上3553留意：RNA的合成方向都是5 33 3、原料：四种磷酸核苷、原料：四种磷酸核苷NTP,DNANTP,DNA中的中的T T在在RNARNA合成中变为合成中变为U U 4 4、合成过程、合成过程: : 延续，方向：延续，方向：53535 5、合成部位：细胞核内、合成部位：细胞核内二、原核二、原核RNARNA聚合酶聚合酶 组成：组成：RNARNA聚合酶由聚合酶由5 5个亚个亚基构成，基构成，22为为全酶分子量为全酶分子量为480kD 480kD ， 22为中心酶为中心酶 作用：识别作用：识别DNADNA分子中转分子中转录的起始部位。录的起始部位。 促进与模板链结合，促进与模

7、板链结合，并使并使DNADNA双链翻开双链翻开17bp17bp。 催化催化NTPNTP的聚合，的聚合，完成一条完成一条RNARNA链的聚合反链的聚合反响。识别转录终止信号，响。识别转录终止信号，停顿聚合反响，参与转录停顿聚合反响，参与转录程度的调控程度的调控 中心酶：能与DNA链结合并启动转录，但没有特异性，转录出来的能够不是一个完好的基因序列决议基因转录的特异性亚基 分子量 每分子酶中所含数目 功能 36512 2 150618 1 与转录全过程有关 155613 1 结合DNA模板 70263 1 识别起始位点原核原核RNARNA聚合酶各个亚基的作用聚合酶各个亚基的作用特特 点点1. 聚合

8、速率慢，30-85NTP/秒2.缺乏外切酶活性,无校正功能，错误率10-63.不同的因子识别不同的启动子 4.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、真核三、真核RNARNA聚合酶聚合酶 真核较原核的酶复杂，已清楚的有RNA Pol,及Mt四型 组成和功能：均由多亚基构成，聚合酶主要担任mRNA的合成； Pol主要担任rRNA的合成； Pol主要担任tRNA和5srRNA的合成 三种RNA聚合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感性反响不同种类种类 对鹅膏覃对鹅膏覃碱的反响碱的反响 耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感 四、启动子与终止子四、启动子与终止子一启动

9、子 1、原核启动子：约55bp,分为起始点start site、结合部位、识别部位 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, s因子识别此部位* * -35 -35和和-10-10都是大致位点都是大致位点 启动子：启动子：RNARNA聚合酶结合聚合酶结合DNADNA的部位，包括的部位，包括一些转录调控组件一些转录调控组件TTGACA盒子TATA盒子启

10、动子区构造基因-10bp+1转录初级转录物RNA-35bp2 2、真核启动子构造、真核启动子构造 -25处含AT富集区, 共有序列TATAA TATA box -70处含共有序列CAAT ,还含许多其它box ,例如:GC-box,E-box等含加强子(enhancer)和静息子(silencer)RNA pol和 RNA pol与聚合酶所识别的启动子差别较大二终止信号二终止信号 特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,它们分别构成发卡构造和延续的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-转录起始1.RNA1.RNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合亚基识别亚基识

11、别-35-35区区2.DNA2.DNA双链的翻开双链的翻开RNA pol RNA pol 全酶移向全酶移向-10-10区区3. RNA3. RNA链上合成第一个磷链上合成第一个磷酸二酯键酸二酯键5 5-pppGpN-OH-3-pppGpN-OH-3亚基零落亚基零落转录过程 ( (二延伸二延伸 转录泡：是由转录泡：是由DNADNA双链双链,RNA,RNA聚合酶与新聚合酶与新合成的转录本合成的转录本RNARNA部分构成的构造部分构成的构造, ,它贯穿它贯穿于延伸过程的一直于延伸过程的一直 过程：在起始阶段构成第一个磷酸二酯过程：在起始阶段构成第一个磷酸二酯键后，键后，RNARNA聚合酶中心酶沿模板

12、向下游挪动，聚合酶中心酶沿模板向下游挪动，核苷酸之间以核苷酸之间以3,53,5磷酸二酯键相连，合成磷酸二酯键相连，合成方向方向5353，合成的，合成的RNARNA自自33末端逐渐延伸。末端逐渐延伸。合成出的合成出的RNARNA与与DNADNA构成杂交分子构成杂交分子, ,约约12bp12bp，因结合不紧很易脱离因结合不紧很易脱离 RNA pol转录复合物：酶转录复合物：酶-DNA-RNA-DNA-RNA：转录空泡：转录空泡RNA三终止三终止 合成移到终止信号时合成移到终止信号时, ,酶不滑动酶不滑动, ,聚合停聚合停顿顿, ,转录完成转录完成 特点：特点：因子参与的终止：因子参与的终止：r r

13、因子与因子与RNARNA产物中富含产物中富含C C的部位结合的部位结合, ,并诱使并诱使RNARNA聚合酶聚合酶构象改动停顿滑动构象改动停顿滑动; ; 因子的解螺旋酶活性因子的解螺旋酶活性, ,利于利于RNARNA产物的释放产物的释放一原核生物的转录终止一原核生物的转录终止1. 1. 依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止2. 2. 不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止因子因子1. 1. 识别结合富含识别结合富含C C的的RNARNA链链功能功能2. ATPase2. ATPase活性活性3. 3. 解螺旋酶活性解螺旋酶活性RNA RNA 聚合酶聚合酶因子附在因子附在RNARNA链上链上因子

14、因子RNA RNA 链构成一个发夹构造，转链构成一个发夹构造，转录停顿，录停顿，因子利用因子利用ATPATP能滑行能滑行因子发扬解螺旋酶活性，解开发夹和因子发扬解螺旋酶活性，解开发夹和RNA-DNARNA-DNA依赖依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止TOHAAAUUUOHUUUOH不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止四四 真核生物转录特点真核生物转录特点 启动子复杂,某些基因不含TATA box，由起动序列参与根本转录的开场 顺式作用元件:真核生物中转录起始中起转录调控作用的DNA序列 -35区 5 -TATA (TATA盒) -70-110区 CAAT盒 GC盒 真核TATA序

15、列的位置不像原核-35和-10那样典型，某些真核生物基因也可以没有TATA序列转录因子与反式作用因子转录因子与反式作用因子 转录因子与反式作用因子转录因子与反式作用因子: : 调理基因表达的蛋白为转录因子；调理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并激活另一基因的转录TATATF II D TF II ATF II BRNA-pol II/TF II F TF II EPIC12345TATADNARNApolA DBEF转录起始复合物转录起始复合物结合顺序结合顺序真核转录的转录终止序列，在真核转录的转录终止序列，在

16、33端之后有共同序列端之后有共同序列AATAAAAATAAA及多个及多个GTGT序列，序列，mRNAmRNA在转录终止序列处被切断在转录终止序列处被切断AATAAAAATAAAGTGTGTGGTGTGTG-AAUAAAAAUAAAGUGUGUGGUGUGUGAAUAAAAAUAAAGUGUGUGGUGUGUG酶切酶切加尾信号加尾信号GC丰富序列AATAAAAATAAAGTGTGTGGTGTGTG- AAUAAAAAUAAAGUGUGUGGUGUGUG酶切酶切( (继续转录，继续转录，但但5 5端没端没有有“帽子，帽子，产物被降解产物被降解加尾加尾转录后的加工转录后的加工原核原核RNARNA不需

17、加工，边转录边翻译不需加工，边转录边翻译真核真核RNARNA需求需求加工加工rRNArRNAtRNAtRNAmRNAmRNA5 5加加帽帽3 3加加尾尾 剪接剪接在转录过在转录过程中程中转录后进展转录后进展第三节第三节 真核生物转录后的加工真核生物转录后的加工 意义：转录生成的前体意义：转录生成的前体RNA,RNA,无生物学活性无生物学活性, ,需加工变为成熟、有活性的需加工变为成熟、有活性的RNA RNA 加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、修饰、修饰、RNARNA编辑编辑一、mRNA前体的加工 一生成特点： 原核 ：mRNA是多顺反子(polycis

18、tronic),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场 例:乳糖支配子，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：单顺反子真核：单顺反子, ,一个一个mRNAmRNA仅编码一种蛋白质仅编码一种蛋白质 外显子外显子: : 在真核生物基因中编码蛋白质的在真核生物基因中编码蛋白质的序列序列 内含子内含子: :非编码蛋白的序列非编码蛋白的序列, ,因其插于外因其插于外显子之间又称插入序列显子之间又称插入序列, ,居间序列居间序列 hnRNA: hnRNA: 为为mRNAmRNA的前体的前体, ,转录物中外显子与转录物中外显子与内含子间隔陈列，需经

19、剪接加工后生成内含子间隔陈列，需经剪接加工后生成mRNA mRNA 二二 mRNA前体加工过程前体加工过程 真核：真核： 5 5末端帽子末端帽子 部位：核内部位：核内 3 3端多聚端多聚A A尾尾 部位：核内部位：核内, ,胞质有酶也可进胞质有酶也可进展展 剪接作用剪接作用 部位：胞核部位：胞核 甲基化甲基化( (甲基化发生在剪接之前甲基化发生在剪接之前, ,在非编码区分在非编码区分子中含子中含1-21-2个个m6A )m6A ) RNA RNA编辑编辑( (某些某些mRNAmRNA的核苷酸序列的核苷酸序列, ,在生成转录在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基产物后还需插入、删除或

20、取代一些核苷酸残基, ,方能方能生成具有正确翻译功能的模板生成具有正确翻译功能的模板, ,遗传信息在遗传信息在mRNAmRNA程度程度上的改动过程，称为上的改动过程，称为RNARNA编辑编辑) ) 原核：多顺反子原核：多顺反子mRNAmRNA在在RNaseRNase作用下转变为单独的顺反子作用下转变为单独的顺反子5加帽pi5pppG磷酸酶ppi5pGpppG5GpppG甲基化酶CH3mGpppGOHOH帽1帽0帽2NNNNOH2NCH3+OHHCH2HOP OPO P OPPPN1N2N3OOHOOHOOHOCH3OCH32OH79H甲基鸟苷5，5-三磷酸3 3加尾加尾AAUAAAAAAAAA

21、AAA.加尾加尾AATAAAGTGTGTG-AAUAAAGUGUGUGAAUAAAGUGUGUG酶切酶切转录的终止转录的终止加尾信号加尾信号GC丰富序列polyApolyA尾约尾约2020200200个个A AA AA AA AA AA AA A断裂基因：真核生物的基来由假设断裂基因：真核生物的基来由假设干个编码区和非编码区相互隔开但干个编码区和非编码区相互隔开但又延续镶嵌而成又延续镶嵌而成外显子外显子exon): exon): 基因中出如今基因中出如今mRNAmRNA的序列的序列内含子内含子intronintron： 基因中不出现于基因中不出现于mRNAmRNA而被剪接掉的序列而被剪接掉的序

22、列核内不均一核内不均一RNA RNA hnRNAhnRNA：真核生物中编码蛋白：真核生物中编码蛋白质基因的初级转录本，包括质基因的初级转录本，包括5 5帽子、帽子、3 3poly(A)poly(A)尾、外显子、内含子，经剪接加工成为尾、外显子、内含子，经剪接加工成为mRNAmRNA剪接 剪接剪接: :在细胞核内在细胞核内, hnRNA, hnRNA剪切掉内含子剪切掉内含子, ,将多个外将多个外显子衔接为成熟显子衔接为成熟mRNAmRNA的过程为剪接的过程为剪接 例例: :同一转录本同一转录本, , 在不同的组织在不同的组织, , 因剪接差因剪接差别产生各自不同的别产生各自不同的mRNAmRNA

23、 剪接的本质：磷酸酯键的转移剪接的本质：磷酸酯键的转移 剪接特点剪接特点 ：剪接部位的构造为内含子末端的特定：剪接部位的构造为内含子末端的特定序列，分布在内含子的三个部位，序列，分布在内含子的三个部位，5 5端剪切点为端剪切点为GU;3GU;3端剪切点为端剪切点为AGAG；接近；接近3 3端含端含A A序列的分支序列的分支点点 mRNAmRNA的剪接：的剪接： hnRNAhnRNA被剪接体作用，剪除内被剪接体作用，剪除内含子、衔接外显子，产生成熟的含子、衔接外显子，产生成熟的mRNAmRNA的过程的过程外显子外显子内含子内含子DNADNAmRNAmRNA转录转录构成套索构成套索RNARNA，外

24、显子接近，外显子接近剪接体剪接体去除套索去除套索RNARNA，外显子衔接，外显子衔接成熟成熟mRNAmRNAmRNAmRNA的剪接的剪接套索构造套索构造外显子外显子外显子外显子内含子内含子内含子内含子5 5端断端断开开前一个外显子的前一个外显子的3 3末端末端攻击下后个外显子的攻击下后个外显子的5 5末末端端前后外显子的衔接前后外显子的衔接二、二、tRNAtRNA前体的加工前体的加工 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,衔接酶进展衔接3、修饰与3末端加-CCA: 修饰包括甲基化,脱氨基,复原反响等，在核苷酸基转移酶催化下完成3末端添加CCA tRNAtRNA的加工的加工内含子编码区内含子编码区内切核酸酶内切核酸酶外切核酸酶外切核酸酶P P P53-OH 3-OH 3DNADNA内含子内含子初级转录物初级转录物3 3端加端加CCA-OHCCA-OH3P 除去内含子内切酶与衔接酶CCA-OH 3CCA-OH 3成熟成熟 tRNAtRNA5CCA-OHCCA-OH内含子内含子5 5和和3 3端的酶切