《生物化學ppt課件》12-RNA的生物合成

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1、第第 十十 二二 章章 RNARNA的生物合成的生物合成55553333E 第 十 二 章5533E1學習目的與要求：學習目的與要求：1.1.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的概念，機制及過程的概念，機制及過程 2.2.RNARNA轉錄酶轉錄酶轉錄酶轉錄酶的組成，特點及其作用的組成，特點及其作用 3.3.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 4.4.RNARNA的復制方式的復制方式重點：重點：1.1.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的機制及過程的機制及過程 2.2.啟動子啟動子的組成，特點的組成，特點 3 3.終止子的特點及終止方式終止子的特點及終止方式 4.4.RNARN

2、A轉錄轉錄轉錄轉錄后的加工修飾方式后的加工修飾方式難點：難點：1.1.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 2 2.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的終止方式的終止方式學習目的與要求：2 在生物界，在生物界，RNARNA合成有兩種方式：一是合成有兩種方式：一是DNADNA指導的指導的RNARNA合合成成,生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNARNA指導的指導的RNARNA合合成，此種方式常見于病毒。轉錄產(chǎn)生的初級轉錄本是成，此種方式常見于病毒。轉錄產(chǎn)生的初級轉錄本是RNARNA（RNAprecursorRNAprecursor），），需經(jīng)

3、加工過程（需經(jīng)加工過程（processingprocessing）方方具有生物學活性。具有生物學活性。第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié).DNADNA指導的指導的RNARNA合成合成一一一一.轉錄的概念轉錄的概念 DNADNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNARNA分子的過程稱轉錄分子的過程稱轉錄（transcriptiontranscription）。）。在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導的RNA3二二.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的機制的機制1.1.不對稱轉錄不對稱轉錄 不對稱轉錄不對稱轉錄:轉錄時，雙鏈轉錄時，雙鏈DNADNA中只有一條鏈作為轉錄的模中只有一

4、條鏈作為轉錄的模板，這種轉錄方式稱作不對稱轉錄。板，這種轉錄方式稱作不對稱轉錄。模板鏈模板鏈(template strand)template strand)及反意義鏈及反意義鏈(antisense strand):antisense strand):指導指導RNARNA合成的合成的DNADNA鏈為模板鏈，又稱反意義鏈。鏈為模板鏈，又稱反意義鏈。編碼鏈編碼鏈(coding strand)coding strand)及有意義鏈及有意義鏈(sense strand)sense strand)：不作為轉錄的另一條不作為轉錄的另一條DNADNA鏈為編碼鏈，又稱有意義鏈。鏈為編碼鏈，又稱有意義鏈。由于基

5、因分布于不同的由于基因分布于不同的DNADNA單鏈中，即某條單鏈中，即某條DNADNA單鏈對某個基因是模單鏈對某個基因是模板鏈，而對另一個基因則是編碼鏈。板鏈，而對另一個基因則是編碼鏈。RNARNA在轉錄時每次只轉錄在轉錄時每次只轉錄DNADNA上的一部分信息這種轉錄方式稱作部分轉錄。上的一部分信息這種轉錄方式稱作部分轉錄。2 2 2 2.部分轉錄部分轉錄部分轉錄部分轉錄二.RNA轉錄的機制1.不對稱轉錄 不對稱轉錄:轉錄4不對稱轉錄不對稱轉錄部分轉錄部分轉錄部分轉錄部分轉錄不對稱轉錄部分轉錄5轉錄產(chǎn)物的種類轉錄產(chǎn)物的種類原核生物原核生物-多順反子多順反子真核生物真核生物-單順反子單順反子轉錄

6、產(chǎn)物的種類原核生物-多順反子真核生物-單順反子6三三.RNARNA聚合酶聚合酶（DDRPDDRP）(一一).).RNARNA聚合酶的性質聚合酶的性質模板模板:單鏈單鏈DNADNA模板模板底物：底物：四種四種NTPNTP輔因子：輔因子：MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+合成方向：合成方向：RNA 53RNA 53作用作用：連接方式連接方式 3 3，55磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵起始核苷酸起始核苷酸：55末端的常為末端的常為GTPGTP或或ATPATP三.RNA聚合酶（DDRP）(一).RNA聚合酶的性質模板7(二二).).原核生物（大腸桿菌）的原核生物（大腸桿菌）的RNARNA聚合酶聚合酶組成組成組

7、成組成分子量分子量分子量分子量功能功能功能功能全全 酶酶核核 心心 酶酶 數(shù)目數(shù)目數(shù)目數(shù)目2 21 11 11 11 136.536.5KDKD150150KDKD160160KDKD7070KDKD1111KDKD識別起始位點識別起始位點功能不清楚功能不清楚與與DNADNA模板結合模板結合起催化作用起催化作用與啟動子結合與啟動子結合6 64646KDKD終止因子終止因子(二).原核生物（大腸桿菌）的RNA聚合酶組成分子量功能全8(三三).).真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶分子量分子量(KDa)轉錄產(chǎn)物（前體）轉錄產(chǎn)物（前體）種類種類 分布分布 A(I)A(I)B(II)B(II

8、)C(III)C(III)核仁核仁 核質核質 核質核質 不敏感不敏感 (10(10-3-3 mol/l)高度敏感高度敏感(10(10-9-9-10mol/l)中度敏感中度敏感(10(10-4-5-4-5 mol/l)rRNA(18srRNA(18s,28s,5.8s)hnRNAhnRNA tRNA,5srRNAtRNA,5srRNA 性質性質 活性活性5070204010500700700反應條件反應條件低離子強度要求低離子強度要求Mg2+或或Mn2+高離子強度高離子強度高高Mn2+濃度濃度鵝膏蕈堿效應鵝膏蕈堿效應(三).真核生物的RNA聚合酶分子量(KDa)轉錄產(chǎn)物（前9四四.啟動子和轉錄因

9、子啟動子和轉錄因子(一一).).啟動子啟動子(Promoter)Promoter)35+1轉錄起始點轉錄起始點AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框1.1.啟動子的結構啟動子的結構四.啟動子和轉錄因子(一).啟動子(Promoter)35102.2.真真/原核生物啟動子的結構特點原核生物啟動子的結構特點原核生物原核生物真核生物真核生物位置位置起始部位起始部位識別識別部位部位結合部位結合部位特點特點特點特點位置位置Sextama Sextama 框框3535序列序列1010序列序列PribnowPribnow框框70

10、70序列序列+1+1+1+1HognessHogness框框T/CT/CT/CT/CT/CT/CT/CT/C2525序列序列CAANCAAN序列序列生物生物組成組成2.真/原核生物啟動子的結構特點原核生物真核生物位置起始部位11(二二).).轉錄因子轉錄因子轉錄因子轉錄因子：RNARNA聚合酶起轉錄需要的蛋白質輔助因子聚合酶起轉錄需要的蛋白質輔助因子1.1.通用轉錄因子通用轉錄因子/基本轉錄因子（基本轉錄因子（GTFGTF）：）：識別起動子識別起動子 如：如：TFII-XTFII-X（X=A-F X=A-F）6 6種種 IIII類啟動必需類啟動必需(RNARNA聚合酶聚合酶IIII識別的識別的

11、)2.2.轉錄輔助因子：識別啟動子上游元件轉錄輔助因子：識別啟動子上游元件(二).轉錄因子轉錄因子：RNA聚合酶起轉錄需要的蛋白質輔助12五五.終止子和終止因子終止子和終止因子(terminater/terminators)terminater/terminators)(一一一一).).).).終止子的結構終止子的結構五.終止子和終止因子(terminater/terminat13(二二).).轉錄的終止方式轉錄的終止方式1.1.弱終止子：弱終止子：依賴依賴因子（終止因子因子（終止因子)的終止的終止 NusANusA蛋白識別蛋白識別DNADNA鏈上的終止信號，在鏈上的終止信號，在因子幫助因子幫

12、助終止。終止。2.2.強終止子：強終止子：(1)(1)在終止點之前具有一段富含在終止點之前具有一段富含G-CG-C的回文區(qū)域。的回文區(qū)域。（2 2）富含）富含G-CG-C的區(qū)域之后是一連串的的區(qū)域之后是一連串的dAdA堿基序列，它們堿基序列，它們轉錄的轉錄的RNARNA鏈的末端為一連串鏈的末端為一連串U U（連續(xù)連續(xù)6 6個）個）。轉轉錄終止信號有兩種情況錄終止信號有兩種情況(二).轉錄的終止方式1.弱終止子：依賴因子（終止因子)14六六六六.RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的過程的過程(一一).).RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的的起始起始起始起始1.1.核心酶在核心酶在亞基參與下，辯別啟動子的識

13、別部位亞基參與下，辯別啟動子的識別部位 2.2.全酶與識別部位結合，滑向結合部位與模板緊密結合全酶與識別部位結合，滑向結合部位與模板緊密結合,解鏈解鏈3.3.滑向起始點滑向起始點,轉錄從起始點開始，合成第一個三磷酸核苷轉錄從起始點開始，合成第一個三磷酸核苷.(二二).).RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的的延伸延伸延伸延伸1.1.亞基從全酶中解離亞基從全酶中解離 2.2.核心酶的構象發(fā)生變化，與模板核心酶的構象發(fā)生變化，與模板DNADNA的結合變得較為松弛，的結合變得較為松弛，以一定速度沿以一定速度沿3 3，55，方向滑動方向滑動 3.3.NTPNTP為底物，在為底物，在RNARNA鏈鏈3 3，O

14、HOH末端上生成磷酸二酯鍵末端上生成磷酸二酯鍵 (三三).).RNARNA轉錄轉錄轉錄轉錄的的終止終止終止終止1.1.RNARNA聚合酶滑動到模板的終止部位時，酶的作用受阻聚合酶滑動到模板的終止部位時，酶的作用受阻2.2.RNARNA聚合酶核心酶模板上脫落聚合酶核心酶模板上脫落3.3.RNARNA鏈釋放鏈釋放 六.RNA轉錄的過程(一).RNA轉錄的起始1.核心酶在15-35-10pppG或pppA55553333模板鏈模板鏈E 起始起始延伸延伸終止終止-35-10pppG或pppA5533模板鏈E起始16識別識別解鏈解鏈起始起始延伸延伸終止終止識別17原核生物原核生物的的mRNAmRNA轉錄

15、后一般轉錄后一般不需要加工，轉錄的同時即不需要加工，轉錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。進行翻譯（半壽期短）。第二節(jié)、第二節(jié)、RNARNA轉錄后加工修飾轉錄后加工修飾一一.真核真核mRNAmRNA前體的加工前體的加工1.5-1.5-1.5-1.5-末端加上帽子結構末端加上帽子結構末端加上帽子結構末端加上帽子結構0 0 0 0型：型：型：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NpNpNpNpI I型：型：型：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NmpNpNmpNpNmpNpNmpNpIIII型：型：型

16、：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NmpNmpNmpNmpNmpNmpNmpNmp2.3-2.3-2.3-2.3-末端加上末端加上末端加上末端加上polyApolyApolyApolyA結構結構結構結構真核生物加上：真核生物加上：真核生物加上：真核生物加上：150-200 150-200 150-200 150-200A A A A原核生物加上：原核生物加上：原核生物加上：原核生物加上：50-100 50-100 50-100 50-100A A A A原核生物的mRNA轉錄后一般不需要加工，轉錄的同時即第二節(jié)、183.3.3.3.拼接去除

17、內(nèi)含子，連接外顯子拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子3.拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子19二二.rRNArRNA前體的轉錄后加工前體的轉錄后加工rRNArRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復排列基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復排列。加工過程：加工過程：1.1.剪切作用：剪切作用：需核酸酶參與。需核酸酶參與。2.2.甲基化修飾：修飾在堿基上。甲基化修飾：修飾在堿基上。原核原核rRNArRNA加工加工：rRNArRNA含非轉錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含含非轉錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNAtRNA真核真核rRNArRNA加工加工：1.51.5S S自成體系加工少無修飾和剪接。自成體系加工少無修飾和剪接。2.452.45S

18、S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。二.rRNA前體的轉錄后加工rRNA基因之間以縱向串聯(lián)的201.1.原核生物原核生物rRNArRNA前體加工前體加工2.2.真核生物真核生物rRNArRNA前體加工前體加工P45P45RNaseIIIRNaseIIIRNaseMRNaseM1616s stRNAtRNA1616s s2323s s5 5s stRNAtRNA2323s s5 5s sP30P30P17.5P17.5P25P25P7P71.原核生物rRNA前體加工2.真核生物rRNA前體加工P421三三.tRNAtRNA前體的加工前體的加工tRNAtRNA前

19、體在前體在tRNAtRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNAtRNA分子分子1.3-1.3-末端末端 5-5-末端及間隔區(qū)切除末端及間隔區(qū)切除2.3-2.3-末端末端加上加上CCACCA3.3.堿基的修飾：堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用甲基化、脫氨和還原作用三.tRNA前體的加工tRNA前體在tRNA剪切酶的作用22某些某些RNARNA病毒可以以自身病毒可以以自身RNARNA為模板進行復制。為模板進行復制。不同的不同的RNARNA病毒復制方式不同病毒復制方式不同5-RNA5 3 3+RNA釋放釋放釋放釋放35 3 3 5 5+RNA+RNA-RNA-RNA及及+RNA的合成方向均為的合成方向均為5 3第三節(jié)、第三節(jié)、RNARNA的復制合成（的復制合成（RNARNA指導的指導的RNARNA合成）合成）如：如：+RNARNA的復制的復制某些RNA病毒可以以自身RNA為模板進行復制。5-RNA23