《RNA的生物合成》課件

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1、生 物 化 學(xué) 教 研 室(Chapter 16： RNA Biosynthesis） 生 物 化 學(xué) 教 研 室 目 的 要 求 生 物 化 學(xué) 教 研 室 生 物 化 學(xué) 教 研 室 一 、 轉(zhuǎn) 錄 的 定 義 及 與 復(fù) 制 的 比 較1.轉(zhuǎn) 錄 的 定 義以 DNA為 模 板 ， 以 四 種 核 糖 核 苷 酸 為 原 料 ， 在 RNA聚 合酶 催 化 下 ， 合 成 RNA的 過 程 。2.轉(zhuǎn) 錄 與 復(fù) 制 的 比 較 生 物 化 學(xué) 教 研 室 二 、 參 與 轉(zhuǎn) 錄 的 物 質(zhì)（ 一 ） DNA模 板（ 二 ） RNA聚 合 酶（ 三 ） 合 成 RNA的 原 料（ 四 ）

2、終 止 因 子 （ 因 子 ） 生 物 化 學(xué) 教 研 室 （ 一 ） 模 板三 種 RNA都 是 以 DNA為 模 板 ， RNA聚 合 酶 是 以 其中 的 一 條 鏈 的 某 一 節(jié) 段 為 模 板 ， 該 鏈 稱 為 模 板鏈 ， 另 一 條 鏈 為 編 碼 鏈 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 模 板 生 物 化 學(xué) 教 研 室 （ 二 ） RNA聚 合 酶1. 原 核 生 物 RNA聚 合 酶由 五 個(gè) 亞 基 構(gòu) 成 ： 22 構(gòu) 成 核 心 酶 ， 與 因子 一 起 構(gòu) 成 全 酶因 子 可 幫 助 辨 認(rèn) 轉(zhuǎn) 錄 起 始位 點(diǎn) 。核 心 酶 催 化 3,5-磷 酸 二 酯鍵 的

3、 形 成 合 成 RNA。 RNA聚合酶亞單位示意圖 生 物 化 學(xué) 教 研 室 原 核 生 物 RNA聚 合 酶 亞 基 的 功 能識(shí)別并結(jié)合上游啟動(dòng)子元件，決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄含活性中心，催化3,5-磷酸二酯鍵的形成結(jié)合DNA模板，解鏈協(xié)助核心酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子元件，辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)未知 生 物 化 學(xué) 教 研 室 （ 二 ） RNA聚 合 酶2. 真 核 生 物 RNA聚 合 酶分 類 分 布 作 用RNA聚 合 酶 (A) 核 仁 28S、 18S、 5.8SrRNA共 同 前 體45SRNA的 合 成RNA聚 合 酶 (B) 核 質(zhì) 各 種 mRNA前 體 的 合 成 和 U1U13s

4、nRNA前 體 （ U6snRNA除 外 ） 的 合 成RNA聚 合 酶 (C) 核 質(zhì) 各 種 tRNA、 5SrRNA、 U 6snRNA以 及 非U族 snRNA等 前 體 的 合 成 真 核 生 物RNA聚 合 酶與 大 腸 桿菌 RNA聚 合酶 的 比 較 生 物 化 學(xué) 教 研 室真 核 生 物 RNA-pol的 大 亞 基 蛋 白 質(zhì) 的 C端 氨基 酸 序 列 為 (YSPTSPS， 酪 絲 脯 蘇 絲 脯 絲 )n，不 同 物 種 n值 不 同 ， 是 由 含 羥 基 氨 基 酸 為 主 體的 重 復(fù) 序 列 ， 稱 為 羧 基 末 端 結(jié) 構(gòu) 域 （ CTD） 。 生 物

5、化 學(xué) 教 研 室 （ 三 ） 合 成 RNA的 原 料四 種 核 苷 三 磷 酸 ： ATP、 G TP、 CTP、 UTP二 價(jià) 金 屬 離 子 ： Mg2+、 Mn2+是 RNA聚 合 酶 的必 需 輔 助 因 子 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 （ 四 ） 終 止 因 子 （ 因 子 ）因 子 在 特 殊 的 位 點(diǎn) 上 停 止 RNA的 合 成 ， 又 叫 終止 蛋 白 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 一 、 轉(zhuǎn) 錄 起 始1、 啟 動(dòng) 子2、 原 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 起 始3、 真 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 起 始 生 物 化 學(xué) 教 研 室 1、 啟 動(dòng) 子啟 動(dòng) 子 (pro

6、moter, P)是 指 能 被 RNA聚 合 酶 識(shí) 別、 結(jié) 合 并 啟 動(dòng) 基 因 轉(zhuǎn) 錄 的 一 段 DNA序 列 ， 位 于轉(zhuǎn) 錄 起 始 點(diǎn) 的 上 游 。不 同 的 啟 動(dòng) 子 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 錄 的 活 性 不 同 ， 在 原 核 生物 和 真 核 生 物 的 啟 動(dòng) 子 序 列 中 都 有 一 些 保 守 序列 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 1、 啟 動(dòng) 子原 核 生 物 啟 動(dòng) 子 ：-10bpTATAAT（ Pribnow盒 ）-35bpTTGACA真 核 生 物 啟 動(dòng) 子 ：-25 -30bpTATA盒 （ 即 Hogness盒 ）-30 -110bpCAAT盒 和 G

7、C盒 原核生物啟動(dòng)子 真核生物啟動(dòng)子 生 物 化 學(xué) 教 研 室 2、 原 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 起 始RNA聚 合 酶 以 全 酶 形 式 與 雙 鏈 DNA結(jié) 合 ， 通 過 因 子 識(shí) 別 模 板 鏈 并 與 啟 動(dòng) 子 結(jié) 合 形 成 復(fù) 合 物 ，然 后 進(jìn) 行 解 鏈 。 以 四 種 核 苷 三 磷 酸 為 原 料 ， 按堿 基 配 對(duì) 的 原 則 結(jié) 合 到 模 板 鏈 上 ， 第 一 個(gè) 多 為ATP。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 RNA聚 合 酶 與 啟 動(dòng) 子 的 結(jié) 合 生 物 化 學(xué) 教 研 室 3、 真 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 起 始真 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 起

8、始 較 原 核 生 物 復(fù) 雜 得 多 ， 需要 轉(zhuǎn) 錄 因 子 （ TF） 的 參 與 ， 同 時(shí) 還 需 要 很 多 其他 的 輔 助 因 子 的 幫 助 才 能 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 錄 。 其 中 參 與RNA聚 合 酶 合 成 mRNA的 轉(zhuǎn) 錄 因 子 為 TF ， 包括 有 TF A、 TF B、 TF D、 TF E、 TF F。TF D能 通 過 TATA盒 結(jié) 合 亞 基 (TBP)和 與 啟 動(dòng) 子的 TATA盒 結(jié) 合 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 二 、 延 長 階 段當(dāng) 合 成 大 約 8個(gè) 寡 核 苷 酸 時(shí) ， 因 子 即 脫 離 核 心酶 。 核 心 酶 在 DNA鏈

9、 上 不 斷 滑 動(dòng) ， 每 滑 動(dòng) 一 個(gè)核 苷 酸 距 離 ， 即 有 一 個(gè) 與 模 板 鏈 互 補(bǔ) 的 5-NTP進(jìn) 入 ， 形 成 3,5-磷 酸 二 酯 鍵 。 合 成 的 方 向 是53， 在 模 板 鏈 上 滑 動(dòng) 的 方 向 則 是 35。 核苷酸鏈的延伸 生 物 化 學(xué) 教 研 室 轉(zhuǎn) 錄 泡 生 物 化 學(xué) 教 研 室 三 、 終 止 階 段 模 板 DNA具 有 終 止 信 號(hào) ， 它 是 特 殊 的 堿 基 順 序， 可 被 RNA聚 合 酶 或 因 子 識(shí) 別 ， 轉(zhuǎn) 錄 終 止 。 新合 成 的 RNA、 核 心 酶 、 因 子 均 從 模 板 鏈 上 釋 放出

10、來 。 核 心 酶 又 與 因 子 結(jié) 合 構(gòu) 成 全 酶 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 不 依 賴 于 因 子 的 終 止 子 （ 強(qiáng) 終 止 子 ）不 依 賴 于 因 子 的 終 止 子 有 兩 個(gè) 特 征 :DNA順 序 有 富 含 GC的 反 向 重 復(fù) 序 列 ， 位 于 RNA3端 之 前 15-20核 苷 酸 處 ，DNA模 板 鏈 中 在 反 向 重 復(fù) 序 列 之 后 有 一 串 約 68個(gè) A， 轉(zhuǎn) 錄 為 RNA3端 的 U。 強(qiáng)終止子 不依賴于因子的轉(zhuǎn)錄終止 生 物 化 學(xué) 教 研 室 依 賴 于 因 子 的 轉(zhuǎn) 錄 終 止依 賴 于 因 子 的 終 止 子 也 可

11、以 形 成 發(fā) 夾 結(jié) 構(gòu) ，但 是 后 面 沒 有 不 依 賴 的 終 止 子 特 有 的 多 聚 dA序 列 。 因 子 先 與 轉(zhuǎn) 錄 生 成 的 RNA結(jié) 合 ， 借 助 水 解 ATP的 能 量 向 前 移 動(dòng) ， 即 追 趕 RNA聚 合 酶 ， 當(dāng) 轉(zhuǎn) 錄生 成 的 RNA形 成 發(fā) 夾 結(jié) 構(gòu) 時(shí) ， 使 因 子 追 趕 上RNA聚 合 酶 ， 導(dǎo) 致 RNA-DNA之 間 的 結(jié) 合 不 穩(wěn) 定 ，使 RNA脫 離 模 板 。 依賴于因子的轉(zhuǎn)錄終止 生 物 化 學(xué) 教 研 室 四 、 轉(zhuǎn) 錄 的 特 點(diǎn) 1. 不 對(duì) 稱 性2. 具 有 方 向 性 生 物 化 學(xué) 教 研 室

12、 真 核 生 物 mRNA的 轉(zhuǎn) 錄 后 加 工 修 飾 生 物 化 學(xué) 教 研 室 原 核 生 物 前 體 tRNA的 轉(zhuǎn) 錄 后 加 工原 核 生 物的 加 工 包括 5和 3旁 序 列 的切 除 和 個(gè)別 堿 基 的修 飾 。 生 物 化 學(xué) 教 研 室 真 核 生 物 的 前 體 tRNA的 轉(zhuǎn) 錄 后 加 工 生 物 化 學(xué) 教 研 室 原 核 生 物 前 體 rRNA轉(zhuǎn) 錄 后 加 工 真 核 生物 前 體rRNA的轉(zhuǎn) 錄 后加 工 生 物 化 學(xué) 教 研 室 四 、 核 酶 在 轉(zhuǎn) 錄 修 飾 中 的 作 用核 酶 概 念 的 提 出 ： 在 研 究 四 膜 蟲 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) ， 其rRNA能 進(jìn) 行 自 我 剪 接 ， 在 沒 有 蛋 白 質(zhì) 的 情 況 下， 剪 接 反 應(yīng) 仍 可 完 成 。 因 此 ， 將 這 種 具 有 催 化作 用 的 RNA命 名 為 核 酶 。其 二 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 為 槌 頭 結(jié) 構(gòu) ， 這 是 核 酶 起 作 用 的 結(jié)構(gòu) 要 求 。