关于RNA的生物合成课件

第十七章RNA的生物合成

RNASynthesis1Preface转录：在DNA指导下合成RNA的过程。转录单位：RNA链的转录起始和终止点之间（模板DNA）的转录区域。可以为一个基因或多个基因。动态过程：见动画

RNA转录过程01生物化学

RNASynthesis2EmphasisRNA聚合酶的特性启动子和终止子操纵子RNA后加工生物化学

RNASynthesis3RNA聚合酶转录过程启动子和转录因子终止子和终止因子转录过程的调节控制1、转录及调控生物化学

RNASynthesis5（1）RNA聚合酶模板指导型酶：由模板DNA链指导，产物RNA决定于模板DNA性质。DNA-directedRNApolymerase聚合方向：5‘－3’；可逆，但由PPi

水解推动正反应。底物：dNTP（三磷酸核苷酸，dUTP），受Mg2+

激活；不需要引物链：可直接在模板上合成RNA；无校对功能体内、外转录区别：体内仅一条链或两条链的不同区域分别转录，体外可双链同时转录。生物化学

RNASynthesis6生物化学

RNASynthesis7附2：真核RNA聚合酶种类名称分布合成的RNA类型A（I）对a-鹅膏蕈碱不敏感AI(a+b),I,IA,RC-II,AII,IB核仁rRNAB（II）对低浓度a-敏感BI,II,IIA,RC-I,BII,IIB核质mRNA前体,snRNAC（III）对高浓度a-敏感AIII,III,RC-III核质tRNA和5SrRNA生物化学

RNASynthesis500kDal,8-14subunit，含Zn2+9（2）转录过程－起始见：动画RNA转录过程02起始：RNApolymerase

对双链

DNA特定部位（Promotor）的识别；“局部”解开DNA双链，形成“转录泡”最初两个

核苷酸

间

形成磷酸二酯键，第一个核苷酸为pppG/A生物化学

RNASynthesis10（2）转录过程－延伸延伸：DNA和RNA聚合酶分子变构，释放因子，核心酶沿着模板DNA（3’-5’）移动并（5’-3’）合成RNA，形成局部

杂交DNA-RNA分子；DNA再置换RNA。生物化学

RNASynthesis11启动子和转录因子：RNA聚合酶能够识别、结合和开始转录的一段DNA片段（弱），转录时需要的辅助因子（PN）为转录因子。启动子的位置：上游或基因内正链和负链，上游和下游

（3）启动子和转录因子生物化学

RNASynthesisStart13附：RNApolymerasebindingtoPromotor占据DNA上75-80bp，即由启动子-55bp～+20bp动态：见RNA聚合酶与DNA结合生物化学

RNASynthesisstartpoint-50bp-30bp20bp14

大肠杆菌Pribnowbox（框）：大肠杆菌转录起点上游（-10序列，TATAbox）6bp保守序列T90A95T45A60A50T96。其突变不会影响RNA酶与启动子的结合速度，但会降低双链的解开速度。识别区域-35序列：T85T83G81A61C69A52，突变会影响RNA酶与启动子的结合速度。附：原核细胞启动子的组成生物化学

RNASynthesis15较原核细胞复杂且长，差异大，由转录因子识别。可分为三类分别由RNA聚合酶I、II和III转录），通常第一个核苷酸为A。类型II启动子：编码mRNA基本启动子：起始子：上游元件：应答元件：附：真核细胞启动子的组成－I生物化学

RNASynthesis17生物化学

RNASynthesis上游元件基本启动子起始子18基本启动子：basalpromotorGoldberg-Hognessbox

（TATA盒），-25~-30左右处7bp碱基频率：T82A97T85A63/T37A82A60/T37和通用因子（GIF）组成转录的必要元件，非充分条件和通用因子（GIF）成形成前起始复合物的主要装配位点影响转录起始频率附：真核细胞启动子的组成－II生物化学

RNASynthesis19上游元件：upstreamelement,

转录辅助因子CAATbox（-75序列）:

9bp，GGT/CCAATCT,与RNA酶的结合有关GCbox：CAAT框上游处，GGGCGG，与CAAT框全称为上游因子（upstreamelements）八聚体octamer：ATGCAAAT附：真核细胞启动子的组成－IV生物化学

RNASynthesis21生物化学

RNASynthesis上游元件基本启动子起始子22终止子：提供转录停止信号的DNA序列终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子PN通读和抗终止因子：终止子被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶趆过终止子继续转录（readthrough）；引起抗终止作用的PN－－抗终止因子。回顾：见动画

RNA转录过程02（4）终止子和终止因子生物化学

RNASynthesis23附：终止因子ρE.coli

终止子的两种类型：不依赖于ρ的终止子：简单终止子，终点前富含6U，回文结构对称区富含G－C；ρ依赖型终止子：回文结构不含富有G－C区；回文结构后无寡聚U

ρ因子：46kD六聚体蛋白，具有依赖RNA的NTPase（水解三磷酸核苷酶）活力（供能）和RNA－DNA解螺旋酶（helicase）活力。ρ依赖型的终止方式：RNA聚合酶遇终止子发生暂停，使ρ追上酶，ρ与酶相互作用使RNA释放，并使聚合酶与ρ从DNA链上脱落下来。生物化学

RNASynthesis25转录调节控制是基因表达最重要的调控途径？主要方式：时序调控和适应性调控调节过程：转录起始和终止阶段Operonstructuralmodel:

Monod&Jacob（France），操纵子：原核生物功能相关的基因的组合，是基因表达和调控的单位：控制部位（启动子+操纵基因）和结构基因操纵基因：上、下游各有一个相似的回文结构序列（5）转录过程的调节控制生物化学

RNASynthesis26生物化学

RNASynthesis292、RNA转录后加工耗能：大肠杆菌NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）；动物细胞和噬菌体ATP。后加工的途径：链的裂解末端切除和特殊结构形成碱基修饰和糖苷键的改变拼接、编辑生物化学

RNASynthesis30附：mRNA与DNA的区别m7G5’PPP5’Nm5’-Cap5’-非编码区编码区编译起始控制区抑制因子结合位点AUGUGAUAAUAG抑制因子结合位点3’-非编码区定位信号AnAAAOH3’poly(A)AAUAAA生物化学

RNASynthesis31（1）原核生物中RNA后加工rRNA前体的加工剪切：30S前体（2.1MD，6.3kb）－－16SrRNA+23SrRNA;5’－末端和3’－末端序列的切除甲基化：16S（m4Cm）tRNA前体的加工前体两端被内切酶切断外切酶从3‘－末端逐一将附加序列切除（修剪）在tRNA－3’terminor添加胞苷酸－胞苷酸－腺苷酸（-CCAOH）：所有tRNA的3’－结构；核苷的修饰：甲基化等mRNA前体的加工大多数不用加工？少数多顺反子需通过内切成较小的单位生物化学

RNASynthesis32（2）真核生物的RNA后加工rRNA前体的加工剪切：45S前体（41MD）－41S－32S+20S－28S+5.8S+18S;甲基化：2‘-OH甲基化;

tRNA前体的加工:

数量（250~1300）远多于原核细胞（60个）前体两端被内（外）切酶切断在tRNA－3’terminor添加胞苷酸－胞苷酸－腺苷酸（-CCAOH）：核苷的修饰：甲基化等mRNA前体的加工5‘－Cap（m7G5’ppp5’NmpNp-）3’－tail（polyA）除去内含子序列，将外显子进行拼接。链内部核苷酸甲基化生物化学

RNASynthesis33（3）RNA后加工的方式RNA的拼接RNA的编辑RNA的再编码RNA的降解生物化学

RNASynthesis34I、RNA的拼接拼接的目的：大多数真核基因为断裂基因，转录后需要通过拼接去除内含子，使编码区成为连续序列。方式：分子内拼接（顺式拼接）+分子间拼接（反式拼接）类型I自我拼接（ribozyme自我催化，只需要阳离子和鸟苷酸，无需能量和酶催化）类型II自我拼接（真菌线粒体和植物叶绿体基因）hnmRNA拼接：由intron

自我催化完成；核内hntRNA拼接：核酸内切酶作用，耗能；反式拼接和选择性拼接：不同RNA间拼接；一个RNA不同阶段的不同拼接方式得到不同mRNA和PN。生物化学

RNASynthesis35＊RNA的拼接生物学意义疑惑：为何要先转录内含子再切除？为何保留耗费巨大的拼接过程？内含子由何而来？为何只存在于真核生物？内含子到底有何功能？是生物机体进化的结果：外显子与PN结构域的对应是基因表达调节的重要环节内含子的存在可促进同源重组Extron&intron

是相对的生物化学

RNASynthesis36II、RNA的编辑RNA编辑：改变RNA编码序列的方式：核苷酸的插入，取代生物学意义：RNA编辑可消除移码突变等基因突变的危害：在基因突变过程中丢失的遗传信息可借助guideRNA为模板编辑补足增加了基因产物的多样性：由同一基因转录后可编辑表达出多种同源体蛋白质；与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式；可能增加基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化；可能与学习和记忆有关生物化学

RNASynthesis37III、RNA的再编码RNA的再编码：在翻译过程中，可以不同方式译码（违反翻译的译码规则），改变了原来编码的含义。生物学意义：可以校正因基因错义、无义和移码突变，修正它们造成的基因活性降低或失活所带来的损害方式：程序性阅读框架移位（翻译打嗝）；跳跃阅读。生物化学

RNASynthesis38IV、RNA的降解特点：rRNA&tRNA寿命长、稳定，更新率较低；mRNA寿命差异大，总体不稳定，更新率非常高，数秒钟至数小时，细胞内一个世代中各类mRNA约周转10次原因：使生物细胞和生物机体以适应生长和对环境作出快速反应，如：基因水平调控，即分子水平调节降解体系：主要依赖核酸外切酶和内切酶指导降解的信号：mRNA-5’-Cap&mRNA-3’-Tail生物化学

RNASynthesis393、RNA复制研究RNA复制的生物学意义：病毒RNA侵入寄主细胞后，即可借助于复制酶（RNA指导的RNApolymerase）合成与模板RNA性质相同的RNA。病毒RNA复制的主要方式：正链RNA病毒的复制：灰质炎病毒