第36章-RNA的生物合成和加工课件

Chapter36RNA的生物合成和加工RNA的生物合成？TranscriptionofDNAChapter36RNA的生物合成和加工RNA的生物合成1

Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）复制和转录的异同点(transcription)相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为5′→3′方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导2不同点：复制转录模板两股链均作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA双链mRNA;tRNA;rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物需RNA引物不需要引物

方式(特点)

半保留复制不对称转录转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子terminator），此转录区域称为转录单位。不同点：复制3

Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模板两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链.能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因.其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录。不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导4反意义链或负链有意义链或正链反意义链或负链有意义链或正链5一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（1）原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌分子量为480kD，由四个亚基组成α2ββ′σ(全酶)去掉σ亚基称为核心酶RNA聚合酶各亚基及其功能一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、R6（2）真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（2）真核生物的RNA聚合酶一、在DNA指导下RNA的合成—7一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的,靠其σ亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列.σ亚基的作用是识别启动子，启动RNA的合成，核心酶的作用是只能使已开始合成的RNA链延长。（456页表36-1）。σ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。一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶3、R8一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程RNA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456页图36-2）1、转录的起始原核生物的转录起始RNA聚合酶与模板DNA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RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列。RNA酶结合到DNA链上，DNA双链部分解开形成转录空泡.原核生物由σ因子辨认转录起始位点,真核生物在-35区有5′-TTGACA，在-10区有TATAAT盒

转录起始不需引物,第一个磷酸二酯键形成后,σ亚单位即脱落下来.一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程R9一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程2、转录的延伸原核生物和真核生物基本相同σ亚基脱落，核心酶构象改变RNA的5′端伸展再转录空泡之外模板为A,转录产物相应为U原核生物的转录和翻译同时进行一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程2、转录10一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程3、转录的终止（1）原核生物转录终止的模式：

ρ依赖因子(ρ因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性)不依赖ρ因子终止区的碱基可形成特殊的结构RNA3′形成茎环结构和一串寡聚U（2）真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物mRNA带有polyA尾巴；一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程3、转录11DNA链的3′-端附近有回文结构，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，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。

DNA链的3′-端附近有回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相12转录的过程转录的过程13二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰

5′--端帽子结构的形(m7GpppG)0型帽子Ⅰ型帽子3′--端polyA尾巴的生成

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Cha14（一）真核生物mRNA的转录后加工2、真核生物mRNA前体的剪接①hnRNA和snRNAhnRNA→mRNAsnRNAU族300个核苷酸组成与核内蛋白质组成snRNP与内含子的剪切有关②断裂基因(splitgene)

外显子(exon)内含子(intron)

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Chapter3615③mRNA的剪接

套索剪切模式③mRNA的剪接套索剪切模式16（二）真核生物tRNA的转录后加工切除部分序列:

5′-端一段前导序列反密码子环一段插入序列3′-端CCA-OH的生成tRNA核苷酸基转移酶某些碱基的化学修饰:

甲基化还原反应DHU脱氨反应

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（二）真核生物tRNA的转录后加工Chapter36R17（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族的DNA序列，也称为高度重复序列。

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(18

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA系列。什么是转录因子？RNA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。Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（一19

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。什么是终止因子？协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）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RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)；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，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（二20

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----具有催化活性的RNA1982T.R.Cech四膜虫rRNA前体1983S.AltmanRNaseP对tRNA前体加工锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤)Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（三21

Chapter36RNA的生物合成与加工四、转录过程的调节控制时序调控和适应调控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。转录水平的调控和翻译水平的调控关键是转录水平调控操纵子结构模型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纵基因的控制。。Chapter36RNA的生物合成与加工四、转录过程的调22

Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（一）RNA的复制以RNA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Qβ噬菌体的RNA复制酶只能用Qβ病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA为模板。

Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导23

Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录（1）什么是逆转录？以RNA为模板，按RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录。如劳氏病毒则以RNA为模板反转录为DNA，然后再从DNA转录为RNA。

（2）逆转录酶：即“RNA指导的DNA聚合酶”1970年从致癌RNA病毒中发现逆转录酶，有力地证明了“前病毒学说”，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞发生恶性转化。Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导24

Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成（二）RNA的逆转录（3）逆转录酶的性质①以RNA作模板，在其上合成一条互补的DNA链，形成RNA-DNA杂种分子（RNA指导的DNA聚合酶活力）。②在新合成的DNA链上合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子（DNA指导的DNA聚合酶活力）。③核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的RNA部分。（4）逆转录的生物学意义：有助于人们对RNA病毒致癌机制的了解，防止逆转录病毒的致癌作用。Chapter36RNA的生物合成与加工四、在RNA指导25第36章-RNA的生物合成和加工课件26病毒RNA的逆转录过程ReversetranscriptasescatalyzesthesythesisofDNAfromRNAtemplate.病毒RNA的逆转录过程Reversetranscripta27Chapter36RNA的生物合成和加工RNA的生物合成？TranscriptionofDNAChapter36RNA的生物合成和加工RNA的生物合成28

Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导下RNA的合成——转录转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）复制和转录的异同点(transcription)相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为5′→3′方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导29不同点：复制转录模板两股链均作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA双链mRNA;tRNA;rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物需RNA引物不需要引物

方式(特点)

半保留复制不对称转录转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子terminator），此转录区域称为转录单位。不同点：复制30

Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶1、转录模板两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链.能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因.其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录。不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。Chapter36RNA的生物合成与加工一、在DNA指导31反意义链或负链有意义链或正链反意义链或负链有意义链或正链32一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（1）原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌分子量为480kD，由四个亚基组成α2ββ′σ(全酶)去掉σ亚基称为核心酶RNA聚合酶各亚基及其功能一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、R33（2）真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶2、RNA聚合酶（2）真核生物的RNA聚合酶一、在DNA指导下RNA的合成—34一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶3、RNA聚合酶与模板的辨认结合原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的,靠其σ亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列.σ亚基的作用是识别启动子，启动RNA的合成，核心酶的作用是只能使已开始合成的RNA链延长。（456页表36-1）。σ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。一、在DNA指导下RNA的合成——转录（一）模板和酶3、R35一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程RNA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456页图36-2）1、转录的起始原核生物的转录起始RNA聚合酶与模板DNA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RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列。RNA酶结合到DNA链上，DNA双链部分解开形成转录空泡.原核生物由σ因子辨认转录起始位点,真核生物在-35区有5′-TTGACA，在-10区有TATAAT盒

转录起始不需引物,第一个磷酸二酯键形成后,σ亚单位即脱落下来.一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程R36一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程2、转录的延伸原核生物和真核生物基本相同σ亚基脱落，核心酶构象改变RNA的5′端伸展再转录空泡之外模板为A,转录产物相应为U原核生物的转录和翻译同时进行一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程2、转录37一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程3、转录的终止（1）原核生物转录终止的模式：

ρ依赖因子(ρ因子能与RNA结合，还具有ATP酶和解链酶的活性)不依赖ρ因子终止区的碱基可形成特殊的结构RNA3′形成茎环结构和一串寡聚U（2）真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物mRNA带有polyA尾巴；一、在DNA指导下RNA的合成——转录（二）转录过程3、转录38DNA链的3′-端附近有回文结构，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，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。

DNA链的3′-端附近有回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相39转录的过程转录的过程40二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工1、首、尾的修饰

5′--端帽子结构的形(m7GpppG)0型帽子Ⅰ型帽子3′--端polyA尾巴的生成

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Cha41（一）真核生物mRNA的转录后加工2、真核生物mRNA前体的剪接①hnRNA和snRNAhnRNA→mRNAsnRNAU族300个核苷酸组成与核内蛋白质组成snRNP与内含子的剪切有关②断裂基因(splitgene)

外显子(exon)内含子(intron)

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（一）真核生物mRNA的转录后加工Chapter3642③mRNA的剪接

套索剪切模式③mRNA的剪接套索剪切模式43（二）真核生物tRNA的转录后加工切除部分序列:

5′-端一段前导序列反密码子环一段插入序列3′-端CCA-OH的生成tRNA核苷酸基转移酶某些碱基的化学修饰:

甲基化还原反应DHU脱氨反应

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（二）真核生物tRNA的转录后加工Chapter36R44（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族的DNA序列，也称为高度重复序列。

Chapter36RNA的生物合成与加工二、转录后加工（三）真核生物rRNA转录后加工真核细胞的rRNA基因(45

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启动子？启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA系列。什么是转录因子？RNA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。Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（一46

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（二）终止子和终止因子什么是终止子？提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。什么是终止因子？协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）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RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)；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，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（二47

Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（三）核酶核酶（ribozyme）----具有催化活性的RNA1982T.R.Cech四膜虫rRNA前体1983S.AltmanRNaseP对tRNA前体加工锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶(抗感染，抗肿瘤)Chapter36RNA的生物合成与加工三、相关概念（三48

Chapter36RNA的生物合成与加工四、转录过程的调节控制时序调控和适应调控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。转录水平的调控和翻译水平的调控关键是转录水平调控操纵子结构模型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纵基因的控制。。