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RNA 生物合成

RNA 生物合成. 转录. 【 目的与要求 】. 1 、掌握转录的概念与特点 2 、掌握并能叙述原核生物与真核生物中 RNA 聚合酶的组成及功能 3 、掌握 RNA 转录过程 4 、掌握 mRNA,tRNA 与 rRNA 转录后加工过程. DNA 复制与转录的比较. 复 制 转 录. 以 DNA 为模板 遵循 碱基配对 原则 都需 依赖 DNA 的聚合酶 聚合过程都是生成 磷酸二酯键 新链合成方向为 5 ’ →3 ’. 相 同 点. 模 板 两股链均复制 模板链转录

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  1. RNA生物合成 转录

  2. 【目的与要求】 1、掌握转录的概念与特点 2、掌握并能叙述原核生物与真核生物中RNA聚合酶的组成及功能 3、掌握RNA转录过程 4、掌握mRNA,tRNA与rRNA转录后加工过程

  3. DNA复制与转录的比较 复 制 转 录 以DNA为模板 遵循碱基配对原则 都需依赖DNA的聚合酶 聚合过程都是生成磷酸二酯键 新链合成方向为5’→3’ 相 同 点 模 板 两股链均复制 模板链转录 合成方式 半保留复制 不对称转录 原 料dNTP NTP 聚合酶DNA聚合酶 RNA聚合酶 碱基配对A-T，G-C A-U，T-A，G-C 产 物 半保留的双链DNA 单链RNA 不 同 点

  4. 概 述 一、RNA的生理功能DNA将携带的遗传信息转到RNA分子中，RNA分子以其信息指导蛋白质的合成 二、RNA合成概况 在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导的RNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是RNA指导的RNA合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是RNA前体（RNA precursor），需经加工过程（processing）方具有生物学活性

  5. 第二节 转录 一、转录:由DNA指导的RNA合成,DNA以碱基互补原则，决定合成RNA的全部碱基成分及排列顺序，将DNA模板上的遗传信息传递到RNA分子的过程 1、反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向5‘→3’。连接方式--- 3‘ , 5’磷酸二酯键 2、特点：不对称转录---DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录

  6. 模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链 编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链 由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链

  7. 编码链 5’…G C A G T A C A T G T C…3’ 3’…c g t c a t g t a c a g…5’ DNA 模板链 转录 mRNA 5’…G C A G U A C A U G U C…3’ 翻译 N… Ala Val His Val …C 多肽链

  8. 注意：RNA的合成方向都是5’ 3’ 不对称转录:模板链并非永远在同一单链上

  9. 3、原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 4、合成过程: 连续，方向：5'→3' 5、合成部位：细胞核内

  10.    二、原核RNA聚合酶 • 组成：RNA聚合酶由5个亚基构成，α2ββ‘σ为全酶（分子量为480kD）， α2ββ’为核心酶 • 作用：识别DNA分子中转录的起始部位。 促进与模板链结合，并使DNA双链打开17bp。 催化NTP的聚合，完成一条RNA链的聚合反应。识别转录终止信号，停止聚合反应，参与转录水平的调控

  11.   核心酶：能与DNA链结合并启动转录，但没有特异性，转录出来的可能不是一个完整的基因序列

  12. 原核RNA聚合酶各个亚基的作用 每分子酶 中所含数目 亚基 分子量 功能 36512 2 α 决定基因转录的特异性 150618 1 β 与转录全过程有关 结合DNA模板 155613 1 β′ 辨认起始位点 70263 1 σ

  13. 特 点 1. 聚合速率慢，30-85NTP/秒 2.缺乏外切酶活性,无校对功能，错误率10-6 3.不同的σ因子识别不同的启动子 4.可被药物抑制（利福平） 人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物

  14. 三、真核RNA聚合酶 • 真核较原核的酶复杂，已清楚的有RNA PolⅠ,Ⅱ,Ⅲ及Mt四型 • 组成和功能：均由多亚基构成，聚合酶Ⅱ主要负责mRNA的合成； PolⅠ主要负责rRNA的合成； PolⅢ主要负责tRNA和5srRNA的合成

  15. 三种RNA聚合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感性反应不同三种RNA聚合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感性反应不同 种类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 对鹅膏覃碱的反应 耐受 极敏感 中度敏感

  16. 四、启动子与终止子 （一）启动子 1、原核启动子：约55bp,分为起始点（start site）、结合部位、识别部位 起始点：转录起始部位以+1表示，转录的第1个核苷酸常为嘌呤---G,A结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5‘-TATAAT-3’,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所 识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5'-TTGACA-3', s因子识别此部位

  17. * -35和-10都是大致位点

  18. 启动子：RNA聚合酶结合DNA的部位，包括一些转录调控组件启动子：RNA聚合酶结合DNA的部位，包括一些转录调控组件 启动子区 TATA盒子 结构基因 TTGACA盒子 -10bp +1 -35bp 转录 初级转录物RNA

  19. 2、真核启动子结构 -25处含AT富集区, 共有序列TATAA （TATA box）-70处含共有序列CAAT ,还含许多其它box ,例如:GC-box,E-box等含增强子(enhancer)和静息子(silencer)RNA polⅠ和 RNA polⅢ与聚合酶Ⅱ所识别的启动子差异较大

  20. （二）终止信号 特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,它们分别形成发卡结构和连续的U区，以终止转录 蛋白ρ因子辅助识别终止信号，参与终止

  21. 五、转录过程----转录起始 1.RNA聚合酶与启动子的结合 （σ亚基辨认-35区） 2.DNA双链的打开RNA pol （全酶移向-10区） 3. RNA链上合成第一个磷酸二酯键 5’-pppGpN-OH-3’ σ亚基脱落

  22. 转录过程 (二）延长 转录泡：是由DNA双链,RNA聚合酶与新合成的转录本RNA局部形成的结构,它贯穿于延长过程的始终 过程：在起始阶段形成第一个磷酸二酯键后，RNA聚合酶核心酶沿模板向下游移动，核苷酸之间以3',5'磷酸二酯键相连，合成方向5'→3'，合成的RNA自3'末端逐步延长。合成出的RNA与DNA形成杂交分子,约12bp，因结合不紧很易脱离

  23. RNA RNA pol 转录复合物：酶-DNA-RNA：转录空泡

  24. （三）终止 合成移到终止信号时,酶不滑动,聚合停止,转录完成 特点：ρ因子参与的终止：r因子与RNA产物中富含C的部位结合,并诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动; ρ因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的释放

  25. （一）原核生物的转录终止 1. 依赖ρ因子的转录终止 2. 不依赖ρ因子的转录终止 功能 1. 识别结合富含C的RNA链 2. ATPase活性 3. 解螺旋酶活性 ρ因子

  26. 依赖Rho因子的转录终止 RNA 聚合酶 ρ因子附在RNA链上 ρ因子 RNA 链形成一个发夹结构，转录停止，ρ因子利用ATP能滑行 ρ因子发挥解螺旋酶活性，解开发夹和RNA-DNA

  27. T OH AAA OH UUU OH UUU 不依赖ρ因子的转录终止

  28. 四 真核生物转录特点 • 启动子复杂,某些基因不含TATA box，由起动序列参与基本转录的开始 顺式作用元件:真核生物中转录起始中起转录调控作用的DNA序列 -35区　 5 ′-TATA (TATA盒) -70～-110区　 CAAT盒　 　GC盒 （真核TATA序列的位置不像原核-35和-10那样典型，某些真核生物基因也可以没有TATA序列）

  29. 转录因子与反式作用因子 • 转录因子与反式作用因子: 调节基因表达的蛋白为转录因子；它们与特异的顺式作用元件相互作用,并激活另一基因的转录

  30. 转录起始复合物 TF II D TF II A TF II B RNA-pol II/TF II F TF II E PIC TATA 4 2 3 5 1 结合顺序

  31. 真核转录的转录终止序列，在3'端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，mRNA在转录终止序列处被切断真核转录的转录终止序列，在3'端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，mRNA在转录终止序列处被切断 加尾信号 GC丰富序列 GTGTGTG ----- AATAAA AAUAAA GUGUGUG AATAAA GTGTGTG ----- AAUAAA GUGUGUG 酶切 (继续转录，但5’端没有“帽子”，产物被降解） 酶切 AAUAAA GUGUGUG 加尾

  32. 转录后的加工 原核RNA不需加工，边转录边翻译 rRNA 真核RNA需要加工 tRNA 5’加帽 在转录过程中 mRNA 3’加尾 剪接 转录后进行

  33. 第三节 真核生物转录后的加工 • 意义：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 • 加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、修饰、RNA编辑

  34. 一、mRNA前体的加工 （一）生成特点： 原核 ：mRNA是多顺反子(polycistronic),每分子RNA中含几种蛋白质信息，RNA寿命短，转录没完时翻译即开始 例:乳糖操纵子，含Z,Y,A三个基因,分别编码半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶

  35. 真核：单顺反子,一个mRNA仅编码一种蛋白质 外显子: 在真核生物基因中编码蛋白质的序列 内含子:非编码蛋白的序列,因其插于外显子之间又称插入序列,居间序列 hnRNA: 为mRNA的前体,转录物中外显子与内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA

  36. （二） mRNA前体加工过程 • 真核： 5‘末端帽子 部位：核内 3‘端多聚A尾 部位：核内,胞质有酶也可进行 剪接作用 部位：胞核 甲基化(甲基化发生在剪接之前,在非编码区分子中含1-2个m6A ) RNA编辑(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,遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑) 原核：多顺反子mRNA在RNaseⅢ作用下转变为单独的顺反子

  37. C H 3 O N N N 3 1 2 7 + N N O C H O C H 2 ' O H 3 3 9 O O H N O N 2 N O C H O P O P O P O P P P 2 H H O H O H O H H H 5’加帽 pppG pi 甲基化酶 磷酸酶 5’GpppG… mGpppG… 5’pppG… 5’pG… ppi ＋CH3 帽0 帽1 帽2 O H O H 甲基鸟苷5’，5’-三磷酸

  38. 3’加尾 加尾信号 GC丰富序列 转录的终止 AATAAA GTGTGTG ----- AAUAAA GUGUGUG 酶切 AAUAAA GUGUGUG A A 加尾 A A A A AAUAAA AAAAAAAAA………. polyA尾（约20～200个A）

  39. 断裂基因：真核生物的基因由若干个编码区和非编码区互相隔开但又连续镶嵌而成断裂基因：真核生物的基因由若干个编码区和非编码区互相隔开但又连续镶嵌而成 外显子（exon): 基因中出现在mRNA的序列 内含子（intron）： 基因中不出现于mRNA而被剪接掉的序列 核内不均一RNA （hnRNA）：真核生物中编码蛋白质基因的初级转录本，包括5’帽子、3’poly(A)尾、外显子、内含子，经剪接加工成为mRNA

  40. 剪接 • 剪接:在细胞核内, hnRNA剪切掉内含子,将多个外显子连接为成熟mRNA的过程为剪接 例:同一转录本, 在不同的组织, 因剪接差异产生各自不同的mRNA • 剪接的本质：磷酸酯键的转移 • 剪接特点 ：剪接部位的结构为内含子末端的特定序列，分布在内含子的三个部位，5‘端剪切点为GU;3’端剪切点为AG；靠近3‘端含A序列的分支点

  41. mRNA的剪接： hnRNA被剪接体作用，剪除内含子、连接外显子，产生成熟的mRNA的过程

  42. mRNA的剪接 DNA mRNA 外显子 内含子 转录 形成套索RNA，外显子靠近 剪接体 去除套索RNA，外显子连接 成熟mRNA

  43. 内含子 内含子5’端断开 外显子 外显子 前一个外显子的3’末端攻击下后个外显子的5末端’ 套索结构 前后外显子的连接

  44. 二、tRNA前体的加工 1、切除多余的核苷酸：RNase p切除5' 端多余的核苷酸；Rnase D切除3'端多余的核苷酸 2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,连接酶进行连接 3、修饰与3‘末端加-CCA: 修饰包括甲基化,脱氨基,还原反应等，在核苷酸基转移酶催化下完成3’末端添加CCA

  45. P P P P tRNA的加工 内含子编码区 DNA 外切核酸酶 CCA-OH 5 3 3 -OH 3’ 3端加CCA-OH 内切核酸酶 初级转录物 内含子 内含子 除去内含子 （内切酶与连接酶） • 5’和3’端的酶切 • 3’加上CCA • 去掉内含子 • 特异部位碱基的加工 CCA-OH3 5 成熟 tRNA

  46. 三、rRNA前体的加工 （一）特点： 1、rRNA拷贝多,原核5-10个拷贝;真核:果蝇260个拷贝;Hela细胞1100个拷贝 2、rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列

  47. （二）加工过程 1、剪切作用：需核酸酶参与2、甲基化修饰：修饰在碱基上 3、自我剪接：一种核酶的作用 5S的加工变化不大 原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产物中含tRNA 真核rRNA加工： 1. 5S自成体系加工少无修饰和剪接。2. 45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶

  48. 核糖体RNA 45S rRNA前体 18S5.8S 28S 酶切 前rRNA 20S 32S rRNA前体 酶切 5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA

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