生化课件第十一章-rna合成

1、第十三章 RNA生物合成和加工 本章重点讨论RNA的生物合成， 对RNA的合成后加工和RNA的复制作一般介绍。 返回思考第一节 DNA指导下RNA的合成（转录）第二节 RNA转录后加工第三节 RNA指导下RNA的合成(RNA的复制)第四节 核酸生物合成的抑制剂遗传信息传递的 中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第一节 DNA指导下的RNA合成一、转录的概念二、RNA聚合酶

2、及催化反应三、RNA合成过程四、启动子和转录因子五、终止子和终止因子一、转录及转录单位（一）概念：转录是在 DNA的指导下的RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。 启动子（promoter) 终止子(terminator)非信息区DNA5533非信息区启动子（promotor)：模板DNA分子中，由RNA聚合酶识别、结合并确定转录起点的特定序列。转录因子:RNA聚合酶起始转录需要的蛋白质辅助因子称为转录因子。原核生物的启动子约有40-60bp：转录起

3、点 1214bp 56bp5 TGTTGACAATTTTATATGPu 3 (+)3 ACAACTGTTAAAATATACPy 5 ()识别部位(-35顺序，是RNApol的亚基识别的部位)结合部位(-10顺序,又称TATA box或Pribnow box，该区域双链易解开)终止子和终止因子协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为终止因子 (termination factor)。提供转录停止信号的DNA序列称为终止子( termter)。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称

4、为抗终止因子(antitermination)。原核生物转录终止有两种类型： 1）不依赖因子的终止子：终止子中有一段富含GC的反向重复，以及紧密相连的ATbp，导致转录生成的RNA形成发夹样结构，使转录终止。 2）依赖因子的终止子：模板终止信号区域中GC及随后的AT碱基较少，当RNA聚合酶滑行至此处时， 因子进入终止区域，使RNA链延伸终止。因子：帮助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子，称因子终止因子。 C U A U C U U U G U U GC AU AU GC CG CG CG UA GC AU CG UA CG GC5 CAGCAUUUU-OH3 UA GU 5 -GUCAAUCA

5、-OH3不依赖因子的终止子依赖因子的终止子转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。基因表达的产物： 转录产物RNA 翻译产物蛋白质一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。转录起点核苷酸为+1 ，起点右边为下游（转录区），用正数表示；转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。 模板：DNA的反义链（二）转录的基本条件：合成原料：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）不需要引物RNA聚合酶:5个亚基和两个Zn+ 。n1ATPn2GTPn3UTPn4CTPRNA+(n1+n2+n3+n4)ppiRNA聚合酶DNA模板（三）转录的总反应：（四）RNA聚合酶催化的反应及

6、链的延长方向ACGACGUU模板DNA5353新合成RNA在转录过程中，DNA双链中只有一条链作为模板指导RNA的合成，这种转录方式称不对称转录.（五）转录的方式：不对称转录 启动子（promoter) 终止子(terminator)模板链（templatte strand） 反意义链(antisense strand)有意义链(sense strand)编码链(正链)非信息区DNA5533 在转录过程中指导RNA合成的DNA链，称模板链，又称无意义链、负链。在转录过程中与模板链对应的DNA链，称编码链，又称有意义链、正链，与mRNA碱基序列相同的一条链。非信息区AUGGUUCGGGCG3转录

7、转录起点+15模板链、无意义链、负链5 编码链、有意义链、正链、翻译Met Val Arg AlaATGGTTCGGGCGTACCAAGCCCGC5 3 35二、RNA聚合酶（一）、原核生物RNA聚合酶2 = 2 + 核心酶起始因子全酶(5个亚基)大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(2)起始因子和模板DNA结合起始和催化聚合反应与DNA上启动子结合全酶(2 )亚基： 亚基能识别启动子，与 DNA上启动子结合，促进转录的起始，亚基自身无催化活性。亚基：参与转录全过程，催化核苷酸形成 3，5 -磷酸二酯键，使RNA延长亚基：与模板DNA结合在任何时刻，大部分聚合酶（5000左右）正在参与RNA

8、的合成，具体数量依生长条件而定。原核生物只有一种RNA聚合酶，能合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。一个E.coli细胞中约有7000个RNA聚合酶分子， （二）真核生物RNA聚合酶 由多个亚基（8-14）组成的含Zn2+寡聚酶，分别转录不同RNA。核仁 rRNA前体 不敏感核质 m RNA前体 低浓度敏感核质 tRNA和 高浓度敏感 5SrRNA前体酶 分布 合成的RNA 对-鹅膏蕈 碱的敏感性RNApolRNApolRNApol四、RNA的转录过程（以大肠杆菌为例）1.RNA聚合酶沿DNA链移动，识别转录起点（启动子）打开螺旋，形成聚合酶-DNA-RNA复合体。2.复合体甩掉亚

9、基，随RNA聚合酶移动，沿53转录RNA链。3.DNA螺旋前开、后合,RNA延伸，不断脱离DNA。4.识别终止信号（终止子），结束转录，各自分离。RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA 启动子（promoter) 终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开RNA链的延伸图解35RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链有义链模板链（反义链）延长部位3 一个基因 55 3启动子 终止子因子识别启动子E、DNA、RNA复合物释放因子、 E、 DNA 、RNA因子与核心酶结合释放出因子因子与DNA或E结合5pp

10、p mRNA 3RNA链延长NTP五、真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同 启动子不同 转录后RNA加工修饰不同 主要区别如下： 1、真核生物中转录与翻译处在不同区域。转录在细胞核，翻译则在核外进行。 2、RNA聚合酶不同。原核生物1种，真核生物至少3种。 3、启动子不同 保守位点：-25处 4、转录后RNA加工修饰不同 mRNA、六、DNA复制与RNA转录的异同点、1、相同点方向：53模板：DNA3 5的单链碱基的加入：严格遵循碱基配对原则。（6）底物 dNTP NTP2

11、、不同点复制转录（2）模板 两条都作为模板 一条反义链 （3）酶 多种聚合酶和蛋白质 一种酶 （4）合成方式 半保留半不连续 不对称（5）产物 双链DNA 单链RNA （1）引物 需要 不需要七、mRNA前体的加工 1、真核生物mRNA的转录后加工 原核生物的mRNA一般合成后不需加工，在转录结束前就开始蛋白质的合成，转录与翻译几乎同时进行。 真核生物mRNA的转录后加工： 1）5端接帽子 m7G5 ppp5 Nmp 2）3端接polyA 约200Nt 3）剪去内含子，拼接外显子 4）对链内特定核苷酸进行甲 基化hnRNA（核不均一RNA） 成熟mRNA真核细胞mRNA的加工5 “帽子”Pol

12、yA 3 顺反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5端接上一个“帽子”(CAP)结构 3端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron) hnRNA：真核生物转录的mRNA前体既有外显子也有内含子，其分子量大而不均一，称核不均一RNA。 内含子：真核基因内部间隔外显子，并从mRNA上消失的DNA序列。 外显子：真核基因中那些在mRNA上出现，能编码蛋白质的DNA序列。 数十种tRNA加工不同，大致如下： 1）切除5末端和3末端部分核苷酸 2）在3末端加上CCA-OH序列2、tRNA前体的加工

13、 3）核苷的修饰：甲基化 U 还原 DHU U 碱基转位 A 脱氨 次黄核苷酸3、rRNA前体的加工 原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用、专一核酸外切酶、内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶30S的小亚基50S的大亚基真核生物中rRNA前体的加工甲基化作用、专一核酸外切酶、内切酶45S前体18S5.828S5S 40S的小亚基60S的大亚基图：hn RNA的拼接2 反式拼接和选择性拼接反式拼接：前体RNA分子间的拼接选择性拼接(Alternative splicing)：一个基因的转录产物在不同发育阶段或生理

14、状态下，通过不同拼接方式得到不同的mRNA和翻译产物。在基因表达调控中起重要作用。选择性拼接类型（二） RNA的编辑和再编码1 RNA编辑及生物学意义RNA编辑：RNA序列中少数碱基（U为主）的插入、替代或删除现象。意义：1）消除DNA水平上的不利突变 2）增加基因产物的多样性 3）基因调控的一种方式 4）编码产生新的功能蛋白，有利于进化 5）？ 与学习和记忆有关2 再编码（了解）（三） RNA的生物功能多样性传递遗传信息，决定蛋白质的生物合成。由rRNA, tRNA, mRNA合作完成。催化功能：核酶（ribozyme)（Gilbert W. 1986)各类小RNA参与转录后加工和修饰调节基因表达和细胞功能第四节 核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物 叶酸类似物 碱基和核苷酸类似物烷化剂放线菌素嵌合剂