RNA的生物合成课件

RNA的生物合成

轉錄(transcription)生物體以DNA為範本合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄與複製的相同點都是酶促的核苷酸聚合反應都以DNA為範本都需要依賴DNA的聚合酶聚合的過程都是磷酸二酯鍵形成的過程聚合方向（新鏈延長方向）都是：5’3’

都遵循堿基配對規律複製和轉錄的區別參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)範本:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因數範本和酶TemplatesandEnzymes第一節一、轉錄範本結構基因：DNA分子上轉錄出RNA的區段。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈範本鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股單鏈，稱為範本鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。不對稱轉錄(asymmetrictranscription)在DNA分子雙鏈上某一區段，一股鏈用作範本指引轉錄，另一股鏈不轉錄；範本鏈並非永遠在同一條單鏈上。5

3

3

5

範本鏈編碼鏈編碼鏈範本鏈結構基因轉錄方向轉錄方向二、RNA聚合酶

(RNA-pol)（一）原核生物的RNA聚合酶DNAdependentRNApolymerase(DDRP)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

亞基的功能：辨認轉錄的起始點核心酶可以進行轉錄，但不能在特定的起始點上開始轉錄。RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合

原核生物的RNA聚合酶都受一類結核菌藥物利福平或利福黴素的特異性抑制

亞基目前發現多種

因數常規基因表達採用的是

70（分子量70kD）熱休克反應：細菌中:當細菌受到熱應激，則由

32啟動另一套轉錄，所生成的產物稱為熱休克蛋白（Hsp），Hsp編碼的基因稱為熱休克基因（hsp）真核生物中也存在熱休克基因只是功能各異。（二）真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可認為是真核生物中最活躍的RNA聚合酶三、範本上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5

3

3

5

結構基因調控序列RNA-pol啟動子(promoter)：RNA聚合酶結合範本DNA的部位RNA聚合酶保護法開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保護區結構基因3

3

TATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件

結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列轉錄過程TheProcessofTranscription

第二節（一）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄範本的起始區域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的範本。一、原核生物的轉錄過程2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與範本結合

RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉錄起始複合物:3.在RNA聚合酶作用下發生第一次聚合反應，形成轉錄起始複合物5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉錄起始過程（二）轉錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與範本結合鬆弛，沿著DNA範本前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+

PPi轉錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol

（核心酶）

····DNA

····RNA5

3

DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARNA聚合酶依賴Rho(ρ)因數的轉錄終止非依賴Rho因數的轉錄終止（三）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA範本上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄複合物上脫落下來。分類ATP1.依賴

Rho因數的轉錄終止Rho因數對RNA上的polyC結合能力強Rho因數有ATP酶活性和解螺旋酶活性與RNA轉錄產物結合，使得Rho因數和RNA聚合酶都可發生構象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶活性使得DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利於產物從轉錄複合物中釋放Rho因數轉錄終止的作用：2.非依賴

Rho因數的轉錄終止DNA範本上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉錄出RNA後，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(stem-loop)/髮夾(hairpin)結構

使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；

DNA和RNA各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈更加不穩定，以致轉錄複合物趨於解體。接著的一串寡聚U，則更是促進RNA新鏈從範本上脫落的促進因素。5´pppG53

35RNA-pol莖環結構使轉錄終止的機理二、真核生物的轉錄起始（一）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合範本，其起始過程比原核生物複雜。轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉錄起始前的上游區段AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體2.轉錄因數能直接、間接辨認和結合轉錄上游區段DNA的蛋白質，現已發現數百種，統稱為反式作用因數(trans-actingfactors)。反式作用因數中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因數(transcriptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

3.轉錄起始前複合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因數。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA複合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉錄需要3至5個轉錄因數。轉錄因數之間互相結合，生成有活性，有專一性的複合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。（二）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向（三）轉錄終止——

和轉錄後修飾密切相關。真核生物mRNA帶有聚腺苷酸尾巴的結構，這是轉錄之後加上的。在範本鏈讀碼框架的3’端之後，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當多的GT序列，這些序列稱為轉錄終止的修飾點。5

------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA真核生物的轉錄後修飾Post-transcriptionalModification第三節幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的轉錄後加工（一）首、尾的修飾5

端形成帽子結構(m7GpppGp—)3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子結構5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將5‘-端的磷酸基水解，然後再加上鳥苷三磷酸，形成GpppN的結構，再對G進行甲基化加帽出現在hnRNA中，說明可能在細胞核中完成，並在剪接之前。真核生物mRNA中polyA的出現是不依賴於DNA範本的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些過剩的核苷酸，然後加入polyA。3‘’端修飾也是在細胞核中，在剪接之前進行的。PolyA的有無與長短，是維持mRNA作為翻譯範本的活性，以及增加mRNA本身的穩定性。加尾(addingtail)：3’端修飾示意圖真核生物結構基因，由若干個編碼區和非編碼區互相間隔開但又連續鑲嵌而成，去除非編碼區再連接後，可翻譯出由連續氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區A、B、C、D非編碼區（二）mRNA的剪接1.hnRNA

和snRNA

核內的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內小RNA核內的蛋白質小分子核糖核酸蛋白體（並接體,splicesome）snRNA——

hnRNA

剪接的場所2.外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，並表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄後修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA3.內含子的分類根據基因的類型和剪接的方式，通常把內含子分為4類。I：主要存在於線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發現於線粒體、葉綠體，轉錄產物是mRNA；III：是常見的形成套索結構後剪接，大多數mRNA基因有此類內含子；IV：是tRNA基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪接過程需酶及ATP。4.mRNA的剪接——

除去hnRNA中的內含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結合成為並接體①②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉酯反應第二次轉酯反應UpAGpU外顯子1內含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉酯反應

•RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經過轉錄後加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的編輯(mRNAediting)人類apoB基因mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯二、tRNA的轉錄後加工tRNA前體RNApol

ⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、