《生物化学》课件 第16章 rna的生物合成

第16章RNA的生物合成RNABiosynthesis(Transcription)PutianUniversity112级临本第16章RNA的生物合成PutianUniversity1转录：以DNA的一条链为模板,以四种NTP为原料,在DNA指导的RNA聚合酶的催化下,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。RNA合成的两种方式：1、DNA指导的RNA合成。2、RNA指导的RNA合成。转录RNA复制转录产物除mRNA、rRNA和tRNA外，在真核细胞内还有snRNA、miRNA等非编码RNA。PutianUniversity212级临本转录：以DNA的一条链为模板,以四种NTP为原料,在RNA合复制和转录的区别A-T，G-C-配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物酶dNTP原料两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-C产物DNA聚合酶（DNA-pol）酶NTP原料模板链转录(不对称转录)模板RNA聚合酶（RNA-pol）PutianUniversity312级临本复制和转录的区别A-T，G-C-配对mRNA，tRNA，r原核生物转录的模板和酶Templates&Enzymesinprokaryotictranscription第一节PutianUniversity412级临本原核生物转录的模板和酶第一节PutianUniversit

RNA转录的体系（一）、模板:单链DNA（二）、原料:

四种三磷酸核糖核苷（ATP,GTP,CTP,UTP。（三）、酶：依赖DNA的RNA聚合酶合成方向5

→3

，核苷酸间的连接方式为3

，5

-磷酸二酯键。(四)其他蛋白质因子及Mg2+和Mn2+等PutianUniversity512级临本RNA转录的体系（一）、模板:单链DNA（二）、原料:一、原核生物转录的模板转录模板：以双链DNA中的一条链作为转录模板。该链称为模板链，与其互补的链称为编码链。模板链并非永远在同一单链上。5

3

3

5

模板链编码链（codingstrand）编码链

模板链（templatestrand）结构基因结构基因：指能转录出RNA的DNA区段。PutianUniversity612级临本一、原核生物转录的模板转录模板：以双链DNA中的一条链作为转5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′翻译5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录结构基因DNARNA链的合成方向为5‘→3’，所以模板DNA链的方向为3'→5'，

RNA的合成为连续合成，即转录是连续的。PutianUniversity712级临本5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cRNA聚合酶又称DNA指导的RNA聚合酶(DDRP)，其作用是以DNA为模板，催化2个游离的核苷三磷酸(ATP、GTP、UTP、CTP)形成3’，5’-磷酸二酯键。不需要引物，合成方向为5‘→3’RNA聚合酶

原核生物只有一种RNA聚合酶二、原核生物的RNA聚合酶PutianUniversity812级临本RNA聚合酶又称DNA指导的RNA聚合酶(DDRP)，RN

原核生物的RNA聚合酶的组成

原核生物RNA聚合酶由五个亚基构成。全酶(holoenzyme)

核心酶(coreenzyme)

识别转录起始点，在转录合成开始后被释放

PutianUniversity912级临本原核生物的RNA聚合酶的组成原核生物RNA聚合酶

36512决定哪些基因被转录

150618催化功能

155613结合DNA模板70263辨认起始点亚基分子量功能（一）原核生物的RNA聚合酶各亚基的功能原核生物RNA聚合酶的活性可被某些抗生素特异性抑制。如利福平、利福霉素、利迪链霉素等。PutianUniversity1012级临本36512三、模板与酶的辨认结合转录起始时，RNA聚合酶必须先结合到模板DNA的特异序列（调控序列）上才能启动转录。对原核生物来说，基因组DNA链上的一个转录区段被看作一个转录单位(transcriptionunit)，由若干结构基因及调控序列(如启动子)组成。如图：转录起点+1启动子编码区（开放阅读框）结构基因终止子转录终点转录单位PutianUniversity1112级临本三、模板与酶的辨认结合转录起始时，RNA聚合酶必须先转录起点+1启动子编码区（开放阅读框）结构基因终止子转录终点转录单位启动子（promoter）：是DNA分子上一段具有高度保守的DNA序列。可与RNA聚合酶特异结合而使转录开始。

转录单位：又称操纵子。储存RNA和蛋白质肽链序列信息的结构基因与指导转录起始部位的序列（启动子）和转录终止的序列（终止子）共同组成。PutianUniversity1212级临本转录起点+1启动子编码区（开放阅读框）结构基因终止子转录终点开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

原核生物启动子的两段保守序列TTGACAAACTGT-35区RNA聚合酶的σ因子辨认的区段。全酶与该区结合形成闭链的启动子复合物；后即滑动至-10区，并启动转录。

5

RNA聚合酶识别区结构基因3

启动子PutianUniversity1312级临本开始转录(Pribnowbox)TATAATP第二节原核生物的转录过程TheProcessofTranscriptioninProkaryotePutianUniversity1412级临本第二节原核生物的转录过程TheProcessofTra(一)、转录起始转录起始需解决两个问题原核生物的转录过程分为转录起始、转录延长和转录终止三个部分。(1)RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。(2)DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。PutianUniversity1512级临本(一)、转录起始转录起始需解决两个问题原核生物的转录1.σ亚基识别起始位点，

RNA聚合酶以全酶的形式覆盖在原核生物启动子上，形成闭合转录复合体(closedtranscriptioncomplex)；2.DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(opentranscriptioncomplex)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：PutianUniversity1612级临本1.σ亚基识别起始位点，RNA聚合酶以全酶的形式覆盖在原核二、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链按照5’→3’方向不断延伸和加长。转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA形成的复合物。PutianUniversity1712级临本二、转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变PutianUniversity1812级临本PutianUniversity1812级临本三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行转录尚未完成，翻译已在进行。在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；PutianUniversity1912级临本三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行转录尚未完成，翻译四、转录终止原核生物RNA转录合成的终止机制有两种：①依赖ρ因子的转录终止。②非依赖ρ因子的转录终止。1．依赖ρ因子的转录终止ρ因子是一种六聚体蛋白质，能识别转录产物RNA上特异的终止信号-ployC，并促使RNA的释放。ρ因子具有ATP酶活性和解螺旋酶的活性。PutianUniversity2012级临本四、转录终止原核生物RNA转录合成的终止机制有两种：①依赖ρ2、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。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…

UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`PutianUniversity2112级临本2、非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些第三节真核生物RNA的生物合成TheBiosynthesisofEukaryoteRNAPutianUniversity2212级临本第三节真核生物RNA的生物合成TheBiosynthesi一、真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶有：RNApolⅠ、RNApolⅡ、RNApolⅢ，分别催化不同类型RNA的合成，转录产物是各类RNA的前体，无活性，无功能，需在细胞核内加工。种类Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ转录产物45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA、snRNA对鹅膏蕈碱的反应耐受极敏感中度敏感PutianUniversity2312级临本一、真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶有：RNA二、真核生物的转录过程真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。(一)、转录起始在真核基因转录的起始阶段，RNA-pol不能直接识别启动子，而是由转录因子识别启动子。转录因子(TF)：反式作用因子的一种，转录起始所需要的、非RNA聚合酶本身组分的、直接或间接结合RNA聚合酶的称为转录因子。真核生物的RNApolI、RNApolII、RNApolIII所对应的TF分别为TFI、TFII、TFIII。PutianUniversity2412级临本二、真核生物的转录过程真核生物的转录过程比原核复杂。二者的能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。

真核生物的转录起始点上游-25bp区存在一段富含TA的序列，被称为Hogness盒或TATA盒，通常认为是真核生物启动子的核心序列。

转录因子与特异的顺式作用元件相互作用,激活另一基因的转录。PutianUniversity2512级临本能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式增强子，是DNA上一小段可与蛋白质结合的区域，与蛋白质结合之后，基因的转录作用将会加强。增强子可能位于基因上游，也可能位于下游。且不一定接近所要作用的基因，甚至不一定与基因位于同一染色质。这是因为染色质的缠绕结构，使序列上相隔很远的位置也有机会相互接触。PutianUniversity2612级临本增强子，是DNA上一小段可与蛋白质结合的区域，与蛋白质结合之沉默子(silencer)：沉默子是具有抑制基因转录功能的DNA序列，被调控蛋白结合后阻断了转录起始复合物的形成或活化，使基因表达活性关闭。

终止子(terminatorT)是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在一个操纵元中至少在构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。PutianUniversity2712级临本沉默子(silencer)：沉默子是具有抑制基因转录功能的D真核生物转录起始时，首先由TFⅡD的TBP亚基识别并结合TATA盒，然后在其他转录因子的配合下，与RNA聚合酶Ⅱ组装形成转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。转录起始前复合物的形成(了解)RNApolⅡ催化的转录为例PutianUniversity2812级临本真核生物转录起始时，转录起始前复合物的形成(了解)RNAp转录起始前复合物形成后，RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。同时TFⅡH使RNA聚合酶Ⅱ的羧基末端结构域(CTD)磷酸化，RNApol的CTD磷酸化后才能离开启动子区域向下移动，进入转录的延长阶段。真核生物因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。又由于存在核小体的高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。2、转录延长PutianUniversity2912级临本转录起始前复合物形成后，RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形5-----AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5

5

3

33加尾AAAAAAA······3

mRNA真核生物转录终止与转录后修饰密切相关。3、转录终止（了解）转录越过修饰点，RNA链在该点被切断，随即进行加帽和加尾修饰。PutianUniversity3012级临本5-----AAUAAA-5------AAUAAA-真核生物RNA的加工和降解第四节TheProcessingandDegradationofEukaryoticRNAPutianUniversity3112级临本真核生物RNA的加工和降解第四节TheProcessin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)真核生物转录生成的前体RNA,无生物学活性,需加工变为成熟、有活性的RNA。加工主要在细胞核中进行。PutianUniversity3212级临本几种主要的修饰方式：1.剪接(splicing)2.剪切一、mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰

1．加帽(addingcap)：即在mRNA的5‘-端加上7-甲基鸟嘌呤的帽子结构。7－甲基鸟苷三磷酸帽子结构2．加尾(addingtail)：即3‘-端加入polyA尾巴。AAAA-OH3′polyA尾巴结构PutianUniversity3312级临本一、mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰1．加帽(addmRNA的剪接(splicing)剪接：去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接为成熟RNA的过程。断裂基因(splitgene)：指真核生物中由编码区和非编码区相间排列而成，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的结构基因。PutianUniversity3412级临本mRNA的剪接(splicing)剪接：去除初级转录产物上RNA编辑：指某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板,这种遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑。（四）、RNA编辑（RNAediting）例:血浆脂蛋白的apoB编辑作用5´*CAA3´apoB-1004536aa翻译5´*UAA3´apoB-482152aa翻译未编辑mRNARNA编辑脱氨基NH4+编辑后mRNA肝小肠PutianUniversity3512级临本RNA编辑：指某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需二、rRNA的转录后加工转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,28SRNArDNA28S5.8S18S真核生物rRNA由5.8s、28s、18s三种rRNA基因组成一个转录单位，但