RNA的生物合成(动物生化)课件

第一节转录的概念和转录模板转录RNADNA

一、转录(transcription)以DNA为模板，在RNA聚合酶（RNApolymerase）的作用下合成mRNA，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录。

生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

第一节转录的概念和转录模板转录RNADNA1参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP25′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链(+)模板链(-)mRNA蛋白质转录翻译二、转录模板

5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c3不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。不对称转录(asymmetrictranscription45335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向5核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第二节原核生物基因的转录一、原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym6RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合7酶的连接和装配亚基

分子量

每分子酶中所含数目

功能α365122β1506181与底物NTP结合，延长多核苷酸链β′1556131结合DNA模板σ702631辨认起始位点原核生物的RNA聚合酶β利福平作用部位ω100001未知酶的连接和装配亚基分子量每分子酶功能α8原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

5335结构基因调控序列RNA-pol模板DNA上结合RNA聚合酶的部位，称为启动子(promoter)。二、原核生物启动子原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(oper9开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨认位点(recognitionsite)

55RNA聚合酶识别区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb101）转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。三、原核生物的转录过程1）转录起始转录起始需解决两个问题：三、原核生物的转录过程112.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2ω)与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程:2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2ω)122）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi2）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构13“转录泡（transcriptionbubble）”“转录泡（transcriptionbubble）”14羽毛状现象在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很多的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。羽毛状现象在电子显微镜下观察转录现象，可1553DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN16依赖Rho(ρ)因子的转录终止(缺少polyU)非依赖Rho因子的转录终止3）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止(缺少polyU)3）转录终171.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。1.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有18茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构19茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´20ATP2.依赖Rho因子的转录终止ATP2.依赖Rho因子的转录终止21四、原核生物RNA的转录后加工1、mRNA

原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。四、原核生物RNA的转录后加工1、mRNA222.rRNA前体的加工

甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA专一核酸外切酶2.rRNA前体的加工

甲基化作用30S前体17StRNA2233、tRNA前体的加工：原核生物的tRNA转录后需要加工。包括：（1）由核酸内切酶切除前体上3和5端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐个在3切去附加序列，进行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。（4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。

3、tRNA前体的加工：24一、真核生物的RNA聚合酶

第三节真核生物基因的转录一、真核生物的RNA聚合酶第三节真核生物基因的转录25TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列二、真核生物基因的启动子

TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结26三、真核生物的转录过程1）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。三、真核生物的转录过程1）转录起始真核生物的转录起始上游区段27转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(282.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。

反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋29参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ303.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子才与DNA分子结合。3.转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直31POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI322）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。2）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核335------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA34复制和转录的区别复制和转录的区别35几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)四、真核生物RNA转录后的修饰几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(36（一）mRNA的加工1.首、尾的修饰5端形成帽子结构(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)（一）mRNA的加工5端形成帽子结构(m7GpppG37帽子结构帽子结构385pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸392mRNA的剪接（1）

hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA2mRNA的剪接（1）hnRNA和snRNA核内的40真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续41（2）外显子(exon)和内含子(intron)外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。（2）外显子(exon)和内含子(intron)外显子42鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN43鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜示意图DNAmRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜示意图DNAmRNA44（二）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S（二）rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S45（三）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA（三）tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTG46RNAaseP、内切酶RNAaseP、内切酶47tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADPtRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP48碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的49转录过程的选择性抑制剂转录过程的选择性抑制剂50

以病毒RNA为模板，在RNA复制酶催化下，以四种NTP为底物，按碱基配对原则，以5’3’方向合成互补链的全序列。RNA复制以病毒RNA为模板，在RNA复制酶催化下，以四种NT51使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得52使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得53转录、有义链、反义链概念；掌握RNA的转录过程：起始位点和识别、起始、延伸、终止；转录后加工；了解RNA的复制。

本章重点转录、有义链、反义链概念；掌握RNA的转录54第一节转录的概念和转录模板转录RNADNA

一、转录(transcription)以DNA为模板，在RNA聚合酶（RNApolymerase）的作用下合成mRNA，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录。

生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

第一节转录的概念和转录模板转录RNADNA55参与转录的物质原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP565′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链(+)模板链(-)mRNA蛋白质转录翻译二、转录模板

5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c57不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。不对称转录(asymmetrictranscription585335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向59核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第二节原核生物基因的转录一、原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym60RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合61酶的连接和装配亚基

分子量

每分子酶中所含数目

功能α365122β1506181与底物NTP结合，延长多核苷酸链β′1556131结合DNA模板σ702631辨认起始位点原核生物的RNA聚合酶β利福平作用部位ω100001未知酶的连接和装配亚基分子量每分子酶功能α62原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

5335结构基因调控序列RNA-pol模板DNA上结合RNA聚合酶的部位，称为启动子(promoter)。二、原核生物启动子原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(oper63开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨认位点(recognitionsite)

55RNA聚合酶识别区结构基因33开始转录TTGACA-35区(Pribnowb641）转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。三、原核生物的转录过程1）转录起始转录起始需解决两个问题：三、原核生物的转录过程652.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2ω)与模板结合3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物RNApol-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程:2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2ω)662）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi2）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构67“转录泡（transcriptionbubble）”“转录泡（transcriptionbubble）”68羽毛状现象在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很多的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。羽毛状现象在电子显微镜下观察转录现象，可6953DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN70依赖Rho(ρ)因子的转录终止(缺少polyU)非依赖Rho因子的转录终止3）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类依赖Rho(ρ)因子的转录终止(缺少polyU)3）转录终711.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。1.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有72茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构73茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol茎环结构使转录终止的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；5´74ATP2.依赖Rho因子的转录终止ATP2.依赖Rho因子的转录终止75四、原核生物RNA的转录后加工1、mRNA

原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。四、原核生物RNA的转录后加工1、mRNA762.rRNA前体的加工

甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA专一核酸外切酶2.rRNA前体的加工

甲基化作用30S前体17StRNA2773、tRNA前体的加工：原核生物的tRNA转录后需要加工。包括：（1）由核酸内切酶切除前体上3和5端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐个在3切去附加序列，进行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。（4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。

3、tRNA前体的加工：78一、真核生物的RNA聚合酶

第三节真核生物基因的转录一、真核生物的RNA聚合酶第三节真核生物基因的转录79TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列二、真核生物基因的启动子

TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结80三、真核生物的转录过程1）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。三、真核生物的转录过程1）转录起始真核生物的转录起始上游区段81转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)1.转录起始前的上游区段AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(822.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。

反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋83参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ843.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子才与DNA分子结合。3.转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直85POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PI862）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。2）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核875------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）转录终止——和转录后修饰密切相关。5------AAUAAA-5------AAUAAA88复制和转录的区别复制和转录的区别89几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)四、真核生物RNA转录后的修饰几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(90（一）mRNA的加工1.首、尾的修饰5端形成帽子结构(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)（一）mRNA的加工5端形成帽子结构(m7GpppG91帽子结构帽子结构925pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸932mRNA的剪接（1）

hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA