RNA的生物合成 轉(zhuǎn)錄PPT課件

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1、2022-6-31轉(zhuǎn)錄：在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA鏈為模板合成RNA，從而將DNA所攜帶的遺傳信息傳遞給RNA的過程。 rRNA tRNA mRNA snRNA HnRNA第1頁/共49頁2022-6-32DNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNA第2頁/共49頁2022-6-33復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 第3頁/共49頁2022-6-34 是指以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進行轉(zhuǎn)錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA。 對于不同的基因來說，其轉(zhuǎn)錄信息可以存在于兩條不同的DNA鏈上。（一）轉(zhuǎn)錄的不對稱性一、轉(zhuǎn)錄的特點：第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄的模板和酶第4頁/共49頁2022-6-35 能夠轉(zhuǎn)錄RNA的那條

2、DNA鏈稱為模板鏈，也稱作有意義鏈或Watson鏈。 而與之互補的另一條DNA鏈稱為編碼鏈，也稱為反義鏈或Crick鏈。 模板鏈編碼鏈553355第5頁/共49頁2022-6-365 53 33 35 5模板模板鏈鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板模板鏈鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向模板鏈和編碼鏈的相對性模板鏈和編碼鏈的相對性第6頁/共49頁2022-6-375GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 5編碼鏈模板鏈mRNA5GCAGUACAUGUC 3轉(zhuǎn)錄NAla Val His Val C蛋白質(zhì)翻譯模板鏈、編碼鏈與轉(zhuǎn)錄及翻譯的關(guān)系模板鏈、編碼鏈與轉(zhuǎn)錄及翻譯的關(guān)系第7頁

3、/共49頁2022-6-38 RNA轉(zhuǎn)錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚合酶的催化下，連續(xù)合成一段RNA鏈。（二）轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性第8頁/共49頁2022-6-39 RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能向一個方向進行聚合，所依賴的模板DNA鏈的方向為35，而RNA鏈的合成方向為53。 （三）轉(zhuǎn)錄的單向性第9頁/共49頁2022-6-310 RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能以DNA分子中的某一段作為模板，故存在特定的起始位點和特定的終止位點。 特定起始點和特定終止點之間的DNA鏈構(gòu)成一個轉(zhuǎn)錄單位，通常由轉(zhuǎn)錄區(qū)和有關(guān)的調(diào)節(jié)順序構(gòu)成。 （四）有特定的起始和終止位點第10頁/共49頁2022-6-311原料原料: : NTP

4、 (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : 單鏈DNA酶酶: : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子1、參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：二、RNA聚合酶第11頁/共49頁2022-6-312 這是一種不同于引物酶的依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）。 該酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在的條件下，不需要引物，即可從53聚合RNA。 2、RNA聚合酶（DDRP）第12頁/共49頁2022-6-313 原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構(gòu)成，即 2 。 亞基與轉(zhuǎn)錄起始點的識別有關(guān)，在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放；余下的部分（

5、 2）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關(guān)。 （1）原核生物的RNA聚合酶第13頁/共49頁2022-6-314核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme)原核生物原核生物RNARNA聚合酶的全酶和核心酶聚合酶的全酶和核心酶第14頁/共49頁2022-6-315 真核生物中的RNA聚合酶可按其對 -鵝膏蕈堿的敏感性而分為三種，它們均由1012個大小不同的亞基所組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其功能也不同。 （2）真核生物的RNA聚合酶第15頁/共49頁2022-6-316 在真核生物中，轉(zhuǎn)錄的起始過程較為復(fù)雜。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種蛋白因子與RNA轉(zhuǎn)錄合成有關(guān)，這些蛋白因子被統(tǒng)稱為反式

6、作用因子。 在反式作用因子中，直接或間接參與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的形成的蛋白因子被稱為轉(zhuǎn)錄因子（TF）。 不同的RNA聚合酶存在相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，如與RNA聚合酶相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子包括 TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TFH等。3、轉(zhuǎn)錄因子第16頁/共49頁2022-6-317真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄因子及其功能轉(zhuǎn)錄因子及其功能第17頁/共49頁2022-6-318 原核生物中的終止因子蛋白是一種六聚體的蛋白質(zhì)，亞基的分子量為50kd。 該蛋白因子能識別轉(zhuǎn)錄終止信號，并與RNA緊密結(jié)合，導(dǎo)致RNA的釋放。4、終止因子第18頁/共49頁2022-6-319（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需

7、解決兩個問題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題：1. RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。始區(qū)域。2. DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。模板。第19頁/共49頁2022-6-3201. 轉(zhuǎn)錄起始的上游區(qū)段： 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始點上游-25bp區(qū)也存在一段富含TA的順序，被稱為Hogness盒或TATA盒，通常認(rèn)為是啟動子的核心序列。 除此之外，在真核生物中還可見到其他帶共性的序列，如CAAT盒及GC盒等。第20頁/共49頁2022-6-321真核生物啟動子保守序列真核生物啟動子保守序列第21頁/共49頁2022

8、-6-322 真核生物轉(zhuǎn)錄起始時，首先由TFD的TBP亞基識別并結(jié)合TATA盒，然后在其他轉(zhuǎn)錄因子的配合下，與RNA聚合酶組裝形成轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(PIC)。2. 轉(zhuǎn)錄起始過程：第22頁/共49頁2022-6-323 RNA聚合酶催化第一個磷酸二酯鍵形成。 RNA聚合酶的羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）被磷酸化修飾，大部分轉(zhuǎn)錄因子脫離，聚合酶向下游移動延伸RNA鏈。第23頁/共49頁2022-6-324（二）轉(zhuǎn)錄延長 真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物類似，但由于存在核小體的高級結(jié)構(gòu)，故在轉(zhuǎn)錄延長過程中可觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。第24頁/共49頁2022-6-325二、轉(zhuǎn)錄延長第25頁/共49頁202

9、2-6-326（三）轉(zhuǎn)錄終止 真核生物轉(zhuǎn)錄終止與轉(zhuǎn)錄后修飾，即poly A尾巴結(jié)構(gòu)的添加密切相關(guān)。 在poly A修飾位點的下游存在一組共同序列AATAAA和GTGTGT，為轉(zhuǎn)錄終止的識別修飾位點。 在轉(zhuǎn)錄越過修飾點后，RNA鏈在修飾點處被切斷，隨即進行加帽和加尾修飾。第26頁/共49頁2022-6-327真核生物真核生物RNARNA的轉(zhuǎn)錄終止的轉(zhuǎn)錄終止5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終轉(zhuǎn)錄終止的修止的修飾飾點點55333 3加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA第27頁/共49頁2022-6-328 1加帽(add

10、ing cap)： 在mRNAmRNA的5-5-端加上m m7 7GTPGTP的結(jié)構(gòu)。此過程發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，即HnRNAHnRNA即可進行加帽。 加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將5-5-端的磷酸基水解，然后再加上鳥苷三磷酸，形成GpppNGpppN的結(jié)構(gòu)，再對G G進行甲基化。 一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾第28頁/共49頁2022-6-329 Pi5 ppGp磷酸酶5 pppGp5 GpppGppppG ppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5 m7GpppGp甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成帽子結(jié)構(gòu)的生成第29頁/共49頁2022-6-330 2加尾(adding tail)： 這一過程

11、也是細(xì)胞核內(nèi)完成，首先由核酸外切酶切去3-端一些過剩的核苷酸，然后再加入polyA。 polyA結(jié)構(gòu)與mRNA的半壽期有關(guān)。 第30頁/共49頁2022-6-331（二）mRNA的剪接雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖mRNADNA第31頁/共49頁2022-6-3321. 斷裂基因(splite gene)CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D非非編碼區(qū)編碼區(qū) 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。第32頁/共49頁2022-6-333外外顯顯子子(exon)和和內(nèi)內(nèi)含子含子

12、(intron) 外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。(結(jié)構(gòu)基因中能夠指導(dǎo)多肽鏈合成的編碼順序) 內(nèi)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。(不能指導(dǎo)多肽鏈合成的非編碼順序)。第33頁/共49頁2022-6-334內(nèi)含子的分類 根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4類。 I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的 rRNA基因；II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA； III：是常見的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子； IV：是tRNA基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過程需酶及ATP。第34頁/共49

13、頁2022-6-335核內(nèi)帶有外顯子和內(nèi)含子編碼序列的初級RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物稱為雜化核RNA (hnRNA)。hnRNA經(jīng)剪接加工除去內(nèi)含子編碼序列并將外顯子編碼序列連接起來才能形成成熟mRNA。snRNA為核內(nèi)小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分類和命名，如U1、U2等。snRNA與核內(nèi)蛋白質(zhì)組裝形成小核蛋白體（snRNP），參與hnRNA的剪接加工。2. hnRNA和snRNA：第35頁/共49頁2022-6-3363. hnRNA的剪接過程： snRNP與hnRNA結(jié)合成為剪接體。第36頁/共49頁2022-6-337 剪接體結(jié)構(gòu)調(diào)整，U2和U6形成催化中心，發(fā)生轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。第37頁/共49頁20

14、22-6-338UpAGpU外外顯顯子子1內(nèi)內(nèi)含子含子外外顯顯子子2pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次第一次轉(zhuǎn)酯轉(zhuǎn)酯反反應(yīng)應(yīng)第二次第二次轉(zhuǎn)酯轉(zhuǎn)酯反反應(yīng)應(yīng)G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第38頁/共49頁2022-6-339雞雞卵卵清清蛋蛋白基因白基因hnRNA首、尾修首、尾修飾飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾第39頁/共49頁2022-6-340 RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工。4. mRN

15、A的編輯(mRNA editing) 人類apo B基因 mRNA（14500個核苷酸）肝肝apo B100（分子量（分子量為為500 000）腸腸道道細(xì)細(xì)胞胞apo B48（分子量（分子量為為240 000）mRNA編輯第40頁/共49頁2022-6-341二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：1.剪接。2.切斷。3.3-末端-CCA序列添加。4.化學(xué)修飾。第41頁/共49頁2022-6-342tRNA前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNAtRNAtRNA前體的轉(zhuǎn)錄合成前體的轉(zhuǎn)錄合成第42頁/共49頁2022-6-343tRNAtRNA前體的切斷和剪

16、接加工前體的切斷和剪接加工第43頁/共49頁2022-6-344tRNA3-tRNA3-末端末端-CCA-CCA序列的添加序列的添加第44頁/共49頁2022-6-345tRNAtRNA的堿基修飾的堿基修飾（2）還還原反原反應(yīng)應(yīng) 如：如：U DHU （3）核）核苷內(nèi)苷內(nèi)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位反位反應(yīng)應(yīng) 如：如：U （4）脫氨脫氨反反應(yīng)應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）第45頁/共49頁2022-6-346三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工第46頁/共49頁2022-6-347 rRNA前體第47頁/共49頁2022-6-348rRNArRNA前體的轉(zhuǎn)錄和剪接加工前體的轉(zhuǎn)錄和剪接加工第48頁/共49頁2022-6-349感謝您的觀看。第49頁/共49頁