生物化学课件第十三章 RNA的生物合成

第十三章第十三章1转录(transcription)：生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

RNA的生物合成：转录、RNA复制转录(transcription)：生物体以DNA为模板2复制和转录的区别复制和转录的区别3第一节RNA转录体系第一节RNA转录体系4参与转录的物质原料:

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,GTP5一、转录模板

DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(65′···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5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c75

3

3

5

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8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(asymmetrictranscription9二、RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶二、RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶10核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym11RNA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12真核生物的RNA聚合酶

真核生物的RNA聚合酶13三、模板上酶的辨认、结合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。

5

3

3

5

结构基因调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单14RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护法15开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

开始转录TTGACA-35区(Pribnowb16TATA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TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结17转录体系：模板（DNA）、原料（4种NTP）、RNA聚合酶及其他蛋白因子1、转录模板不对称转录：基因DNA双链中只有其中之一可作为转录模板，称为模板链编码链（Crick链）：非模板链，其序列与mRNA类似（只有T与U的差别）。编码链又称为有义链反编码链（Watson链）：指导合成与其互补的RNA，又称模板链或反义链小结转录体系：模板（DNA）、原料（4种NTP）、RNA聚合酶及18RNA聚合酶全酶起始因子：σ核心酶：α2ββˊ2、RNA聚合酶(RNApol或DDRP)：识别起始部位、解链、聚合、识别终止部位2.1原核生物RNA聚合酶：α2ββˊσ

2.2真核生物的RNA聚合酶：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，等Ⅰ……转录rRNA（5.8S、18S、28SrRNA）Ⅱ……转录mRNA前体，等Ⅲ……转录小分子RNA（tRNA、5SrRNA等）

RNA聚合酶全酶起始因子：σ核心酶：α2ββˊ2、RNA聚合19第二节转录过程TheProcessofTranscription第二节转录过程20一、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。一、转录起始转录起始需解决两个问题：212.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)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(

2

)-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(2)与22二、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

+PPi二、转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构23转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA转录空泡(transcriptionbubble)：RNA24生物化学ppt课件第十三章RNA的生物合成255

3

DNA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RNARN26依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止三、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)因子的转录终止三、转录终止指RNA聚合酶在27ATP1.依赖Rho因子的转录终止ATP1.依赖Rho因子的转录终止282.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。2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有295`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC30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´pppG53

35RNA-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´31小结二、转录过程1、起始：RNA聚合酶的σ因子（原核）启动子：RNA聚合酶识别、结合、起始转录的特异DNA序列，如TATA盒真核生物为单顺反子，原核生物为多顺反子转录2、链延长：核心酶链延长方向：5’端→3’端3、终止：ρ因子终止信号（终止子）：回文结构的GC富集区＋AT富集区小结二、转录过程2、链延长：核心酶32第三节真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第三节真核生物的转录后修饰33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)几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(34一、真核生物mRNA的转录后加工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、真核生物mRNA的转录后加工1、首尾的修饰5端形成35帽子结构帽子结构365pppGp…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372、mRNA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）snRNA2、mRNA的剪接（1）hnRNA和snRNA核内的初级m38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39（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40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mRN41鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA42（3）mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为并接体①（3）mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子43②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U244•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。（4）mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有451、“戴帽”：5ˊ端添加mGpppNm结构2、剪接：去除“内含子”、连接“外显子”内含子(intron)：DNA分子中的非编码序列，通常只被转录但不被翻译。外显子（exon）：DNA分子中的编码序列，通常既被转录也被翻译3、化学修饰：甲基化4、“加尾”：3ˊ端添加polyA结构加尾信号：AAUAA5、RNA编辑

小