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第六章 RNA 的生物合成

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nancy
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第六章 RNA 的生物合成

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  1. 第六章 RNA的生物合成 DNA携带的遗传信息(基因)传递给RNA分子的过程称转录(transcription)。 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。

  2. 一、转录基本特点 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。 转录特点: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。 模板链(template strand)及反意义链(antisense strand):指导RNA合成的DNA链为模板链,又称反意义链。编码链(coding strand)及有意义链(sense strand):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。 原料:四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 合成过程:连续, 方向:5‘→3’从头合成,5´—末端的起始核苷酸常为GTP或ATP

  3. 二、原核细胞RNA转录合成特点 • 不对称转录 • “转录单位”(transcription unit) 以操纵子(operon)为转录的功能单位,结构上包括四个功能区:多顺反子(结构基因区)、启动子、操作子、终止子和调节基因。 • 原核RNA聚合酶 • 转录过程

  4. -半乳糖苷酶 -半乳糖苷透过酶 -半乳糖苷乙酰 基转移酶酶 操纵 基因 lacA 启动子 lacZ lacY 调节基因 + mRNA CAP CAP-cAMP 复合物 cAMP

  5. 大肠杆菌的RNA聚合酶 全酶由5种亚基α2ββ’σ组成,σ因子与其它部分的结合不是十分紧密,它易于与β’βα2分离,没有σ、 亚基的酶称为核心酶——只催化链的延长,对起始无作用。 五种亚基的功能分别为: α亚基:与启动子结合功能。 β亚基:含催化部位,起催化作用,催化形 成磷酸二酯键。 亚基:在全酶中存在,功能不清楚。 β’亚基:与DNA模板结合功能。 σ亚基:识别起始位点。

  6. 识别 解链 起始 延伸 终止

  7. 5’ AACTGT ATATTA 3’ TTGACA TATAAT 5’ 3’ +1 转录起始点 -35序列 Sextama 框 -10序列 Pribnow框 1. 起始位点的识别 σ识别正确的启动位点,启动子的结构至少由三部分组成:-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号;-10序列是酶的紧密结合位点(富含AT碱基,利于双链打开);第三部分是RNA合成的起始点。 2. 转录起始 加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物,第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点, σ亚基就会被释放脱离核心酶。

  8. E  3‘ 5‘ 5‘ 3‘ -35 pppG或pppA -10 模板链 3.链的延伸 以NTP为原料和能量,DNA模板链为模板,靠核心酶的催化,核苷酸间通过3´,5´-磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)

  9. 4. 转录终止 转录终止信号有两种情况 弱终止子:依赖ρ因子(终止因子,terminators)的终止 NusA蛋白识别DNA链上的终止信号,在ρ因子帮助终止。 强终止子:( 1 )在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。(2)富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列,它们转录的RNA链的末端为一连串U(连续6个)。

  10. 三、真核生物的转录作用 1.真核RNA聚合酶 2. 转录 真核RNA转录基本过程与原核类似,但其产生的mRNA为“单顺反子”,只编码一条肽链。

  11. 四、转录过程的选择性抑制剂

  12. 五、转录产物的“加工”(成熟过程) 在细胞内,由RNA聚合酶合成的原初转录物(primary transcript)往往需要一系列的变化,包括链的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程,才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工,转录的同时即进行翻译(半寿期短)。 rRNA前体的转录后加工 tRNA前体的加工 真核mRNA前体的加工

  13. rRNA前体的加工 • rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列。 • 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。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。

  14. 大肠杆菌rRNA前体加工 真核生物rRNA前体加工

  15. tRNA前体的加工 • tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下,切成一定在小的tRNA分子 • 3’末端加上CCA • 碱基的修饰:甲基化、脱氨和还原作用

  16. 真核mRNA前体的加工 • 剪接(Splicing)去除内含子,连接外显子 • 5’帽端结构的生成(如图) • 3’端多聚A(polyA)的附加

  17. RNA+ RNA+ RNA- 5  3  5  3  5  3 5  3  3  5  RNA- RNA+ 释放 释放 • RNA-及RNA+的合成方向均为5‘ 3’ 六、RNA的复制合成(RNA指导的RNA合成) • 某些RNA病毒可以以自身RNA为模板进行复制。 • 不同的RNA病毒复制方式不同 • 噬菌体Qβ的RNA复制两阶段 • (1)其单链RNA可充当mRNA,利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和RNA复制酶的β亚基。 • (2)复制酶的β亚基可与来自寄主细胞的亚基αδ自动装配成RNA复制酶,可进行RNA的复制,以分子中单链RNA为模板(正链),复制出一条新的RNA链(负链),再复制出正链,与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。

  18. 本章重点: • RNA合成的机制 • RNA的转录后加工