生物化學(xué)課件：第17章 RNA生物合成

《生物化學(xué)課件：第17章 RNA生物合成》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)課件：第17章 RNA生物合成（100頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目目 錄錄目目 錄錄1 第十七章第十七章 RNA合成合成 RNA Synthesis 目目 錄錄目目 錄錄2關(guān)于關(guān)于RNA1961年, 發(fā)現(xiàn)DNA依賴(lài)的RNA聚合酶1968年, 提出RNA是最早的信息分子19821983年, 發(fā)現(xiàn)核酶 1986年, 提出“RNA world”1947年, RNA第一次被描述1968年, 提出中心法則目目 錄錄目目 錄錄3第一節(jié)第一節(jié) RNA合成概述合成概述RNA Synthesis Overview目目 錄錄目目 錄錄4 RNA合成合成（RNA synthesis）是以是以DNA或或RNA單單鏈為模板，以核糖核苷三磷酸鏈為模板，以核糖核苷三磷酸（NTP）為原料

2、，為原料，由酶催化合成由酶催化合成RNA分子的過(guò)程。分子的過(guò)程。 RNA合成包括合成包括轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄和和RNA的復(fù)制。的復(fù)制。目目 錄錄5一、一、RNA合成的兩種方式合成的兩種方式1. DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成合成 DNA RNA前體前體 成熟成熟RNA2. RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成合成 RNA RNA轉(zhuǎn)錄加工復(fù)制目目 錄錄6 轉(zhuǎn)錄是一種轉(zhuǎn)錄是一種DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成合成（DNA-dependent RNA synthesis），），是生物體是生物體RNA合成合成的主要方式。的主要方式。 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物包括信使轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物包括信使RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、核糖體核糖體RNA以及具有各種特殊功能

3、的小以及具有各種特殊功能的小RNA（small RNA）。）。 轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的RNA產(chǎn)物通常要經(jīng)過(guò)一系列加工和修飾才產(chǎn)物通常要經(jīng)過(guò)一系列加工和修飾才能成為成熟的能成為成熟的RNA分子。分子。1.1.轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄( (transcription) ) 目目 錄錄7 一些一些RNA病毒只有病毒只有RNA基因組，即其基因組完基因組，即其基因組完全由全由RNA構(gòu)成的，不含構(gòu)成的，不含DNA，它們?cè)谒拗骷?xì)胞中是，它們?cè)谒拗骷?xì)胞中是以病毒的單鏈以病毒的單鏈RNA為模板合成為模板合成RNA，這種，這種RNA合成合成方式稱(chēng)為方式稱(chēng)為RNA復(fù)制（復(fù)制（RNA replication），），是一種是一種RNA依賴(lài)的依賴(lài)

4、的RNA合成合成(RNA-dependent RNA synthesis )。2.2.RNA復(fù)制（復(fù)制（RNA replication）目目 錄錄8 基因組中能轉(zhuǎn)錄出基因組中能轉(zhuǎn)錄出RNA的的DNA區(qū)段，稱(chēng)為區(qū)段，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)基結(jié)構(gòu)基因因（structural gene）。 結(jié)構(gòu)基因的兩股結(jié)構(gòu)基因的兩股DNA鏈中，作為模板轉(zhuǎn)錄出鏈中，作為模板轉(zhuǎn)錄出RNA的那一股鏈，稱(chēng)為的那一股鏈，稱(chēng)為模板鏈模板鏈(template strand)。 與模板鏈互補(bǔ)的另一條鏈，其編碼區(qū)的堿基序列與模板鏈互補(bǔ)的另一條鏈，其編碼區(qū)的堿基序列與該基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與該基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA的序列基本相同（僅的序列基本相同（僅T代替

5、代替U），），稱(chēng)為稱(chēng)為編碼鏈編碼鏈(coding strand)。 二、二、DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成是不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄合成是不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄目目 錄錄95GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯目目 錄錄目目 錄錄10不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription) u 在在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作 模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 ；u 模板鏈并

6、非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。目目 錄錄11 RNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱(chēng)為一個(gè)并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱(chēng)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位（transcriptional unit）。 在真核細(xì)胞中，一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位通常是單個(gè)基因，在真核細(xì)胞中，一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位通常是單個(gè)基因，由一個(gè)結(jié)構(gòu)基因和相應(yīng)的順式調(diào)控元件組成，其轉(zhuǎn)由一個(gè)結(jié)構(gòu)基因和相應(yīng)的順式調(diào)控元件組成，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是錄初級(jí)產(chǎn)物是單順?lè)醋樱▎雾樂(lè)醋樱╩onocistron）。 在原核細(xì)胞中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是由多個(gè)連續(xù)的基在原核細(xì)胞中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是由

7、多個(gè)連續(xù)的基因組成，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是因組成，其轉(zhuǎn)錄初級(jí)產(chǎn)物是多順?lè)醋樱ǘ囗樂(lè)醋樱╬olycistron）。目目 錄錄12 轉(zhuǎn)錄起始的信號(hào)是由位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的一轉(zhuǎn)錄起始的信號(hào)是由位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的一段特殊序列段特殊序列啟動(dòng)子（啟動(dòng)子（promoter）所控制的，所控制的，通過(guò)通過(guò)RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的特異識(shí)別和結(jié)合來(lái)啟聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的特異識(shí)別和結(jié)合來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 轉(zhuǎn)錄的終止由轉(zhuǎn)錄的終止由DNA上的上的終止子終止子( (terminator)控制?？刂啤＞幋a蛋白質(zhì)或編碼蛋白質(zhì)或RNA序列的結(jié)構(gòu)基因與指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起序列的結(jié)構(gòu)基因與指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始的啟動(dòng)子和指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄終止的終止子共同組成始的啟動(dòng)

8、子和指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄終止的終止子共同組成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄單位錄單位。目目 錄錄13DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成合成 DNA-Dependent RNA Synthesis 第二節(jié)第二節(jié)目目 錄錄目目 錄錄14 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)是以一段是以一段DNA單鏈為模板，單鏈為模板，4 4種核糖核苷三磷酸種核糖核苷三磷酸（ATP、GTP、UTP和和CTP）為原料，在為原料，在DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA聚合酶催化下按照堿聚合酶催化下按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成基互補(bǔ)配對(duì)原則合成RNA的過(guò)程。的過(guò)程。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄( (transcription) ) 目目 錄錄15原料原料: NTP (AT

9、P、UTP、GTP、CTP) 模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他因子其他因子: Mg2+，Zn2+ 等等依賴(lài)依賴(lài)DNA的的RNA合成合成（轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄） 生物體以生物體以DNA為模板合成為模板合成RNA的過(guò)程的過(guò)程目目 錄錄16復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄模板模板原料原料酶酶產(chǎn)物產(chǎn)物配對(duì)配對(duì)兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制 模板鏈轉(zhuǎn)錄模板鏈轉(zhuǎn)錄(不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄) dNTP NTPDNA 聚合酶聚合酶 RNA 聚合酶聚合酶子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）（半保留復(fù)制）mRNA, tRNA, rRNA A-T G-

10、C A-U T-A G-C目目 錄錄17一一、RNA轉(zhuǎn)錄由轉(zhuǎn)錄由DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA聚合酶聚合酶 催化催化（一）（一）RNA聚合酶不需要引物能直接啟動(dòng)聚合酶不需要引物能直接啟動(dòng)RNA鏈的鏈的 合成合成 （二）原核生物只有一種（二）原核生物只有一種RNA聚合酶聚合酶（三）真核生物有三種（三）真核生物有三種RNA聚合酶聚合酶目目 錄錄18（一）（一）RNA聚合酶不需要引物能直接啟動(dòng)聚合酶不需要引物能直接啟動(dòng) RNA鏈的合成鏈的合成 RNA聚合酶通過(guò)在聚合酶通過(guò)在RNA的的3-羥基端加羥基端加入核苷酸延長(zhǎng)入核苷酸延長(zhǎng)RNA鏈，鏈，從從5到到3方向合成方向合成RNA (NMP)n + NTP (N

11、MP)n+1 + PPi RNA 延長(zhǎng)的延長(zhǎng)的RNA總的反應(yīng)可以表示為：總的反應(yīng)可以表示為：目目 錄錄目目 錄錄19E. coli的的RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過(guò)程聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過(guò)程目目 錄錄目目 錄錄20核心酶核心酶 (core enzyme) )全酶全酶 ( (holoenzyme) ) 大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶聚合酶 （二）原核生物只有一種（二）原核生物只有一種RNA聚合酶聚合酶核心酶的作用是核心酶的作用是延長(zhǎng)延長(zhǎng)RNA鏈鏈 亞基亞基的作用是的作用是啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄目目 錄錄目目 錄錄21 催化合成催化合成mRNA、tRNA和和rRNA 亞基的功能是識(shí)別啟動(dòng)子，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄亞基的功能是識(shí)別

12、啟動(dòng)子，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 亞基的功能主要是結(jié)合底物三磷酸核苷亞基的功能主要是結(jié)合底物三磷酸核苷NTP 的功能是與的功能是與DNA模板結(jié)合模板結(jié)合 RNA聚合酶聚合酶缺乏校讀缺乏校讀(proofreading)功能功能 有證據(jù)表明，大腸桿菌有證據(jù)表明，大腸桿菌RNA聚合酶還有第五種亞基（聚合酶還有第五種亞基（亞亞基）存在，其功能不詳基）存在，其功能不詳 原核生物原核生物RNA聚合酶的功能聚合酶的功能目目 錄錄22（三）真核生物有三種（三）真核生物有三種RNA聚合酶，分別催化聚合酶，分別催化 不同類(lèi)型的不同類(lèi)型的RNA合成合成種類(lèi)種類(lèi) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsn

13、RNA對(duì)鵝膏蕈堿對(duì)鵝膏蕈堿 的反應(yīng)的反應(yīng) 耐受耐受極敏感極敏感中度敏感中度敏感目目 錄錄目目 錄錄23所有真核生物的所有真核生物的RNA聚合酶都有兩個(gè)不同的大亞聚合酶都有兩個(gè)不同的大亞基和十幾個(gè)小亞基基和十幾個(gè)小亞基目目 錄錄目目 錄錄24羧基末端結(jié)構(gòu)域羧基末端結(jié)構(gòu)域 (carboxyl-terminal domain, CTD)R RNA聚合酶聚合酶最大亞基的羧基末端有一段共有最大亞基的羧基末端有一段共有序列為序列為T(mén)yr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser重復(fù)序列片段重復(fù)序列片段 這一序列在這一序列在RNA 聚合酶聚合酶中是獨(dú)一無(wú)二的中是獨(dú)一無(wú)二的 所有真核生物的所有真核生物的

14、RNA聚合酶聚合酶都具有都具有CTD，只是共有，只是共有序列的重復(fù)程度不同序列的重復(fù)程度不同 去磷酸化的去磷酸化的CTD在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用目目 錄錄目目 錄錄25二、二、RNA聚合酶通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄聚合酶通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄（一）原核（一）原核RNA聚合酶全酶通過(guò)聚合酶全酶通過(guò)亞基識(shí)別轉(zhuǎn)錄亞基識(shí)別轉(zhuǎn)錄 起始點(diǎn)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 UP元件元件 -35 -35 區(qū)域區(qū)域 -10 -10 區(qū)域區(qū)域目目 錄錄目目 錄錄26開(kāi)始轉(zhuǎn)錄開(kāi)始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 -35 區(qū)區(qū)普里布諾盒普里布諾盒 ( (Pribnow box) ): :

15、RNA-pol結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)T A T A A T PuA T A T T A Py-10 -10 區(qū)區(qū)1 1-30-30-50-501010-10-10-40-40-20-205 5 3 3 3 3 5 5 原核生物啟動(dòng)子保守序列原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol識(shí)別位點(diǎn)識(shí)別位點(diǎn)( (recognition site) :) :亞基結(jié)合位點(diǎn)亞基結(jié)合位點(diǎn) 5 5 5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 3 3 -60-60富含富含A和和T UP元件元件: :亞基結(jié)合亞基結(jié)合位點(diǎn)位點(diǎn)目目 錄錄27 RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合及啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的效率很大聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合及啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄

16、的效率很大程度上取決于程度上取決于: : 共有序列共有序列:-35:-35序列在很大程度上決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度。序列在很大程度上決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度。 共有序列的間隔距離共有序列的間隔距離:-10:-10和和-35-35序列之間的距離多為序列之間的距離多為 1616 19bp19bp。 共有序列與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離共有序列與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離:-10:-10區(qū)域的共有序列與區(qū)域的共有序列與 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之間的距離多為轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之間的距離多為6 6個(gè)核苷酸左右。個(gè)核苷酸左右。 目目 錄錄目目 錄錄28E.coliE.coli的的RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( (具有具有70 亞基亞基) )識(shí)別識(shí)別的典型啟動(dòng)

17、子結(jié)構(gòu)示意的典型啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)示意目目 錄錄目目 錄錄29有些原核有些原核RNA聚合酶具有與聚合酶具有與70不同的不同的亞基，這亞基，這些些RNA聚合酶所識(shí)別啟動(dòng)子的共有序列與含聚合酶所識(shí)別啟動(dòng)子的共有序列與含7070亞基亞基的的RNA聚合酶所識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列也不同。例聚合酶所識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列也不同。例如如: : 熱休克基因熱休克基因: :32( (分子質(zhì)量分子質(zhì)量3232kD) ) 細(xì)胞移動(dòng)和細(xì)胞化學(xué)趨化相關(guān)基因細(xì)胞移動(dòng)和細(xì)胞化學(xué)趨化相關(guān)基因: :28 氮代謝相關(guān)基因氮代謝相關(guān)基因: :54目目 錄錄目目 錄錄30原核生物的轉(zhuǎn)錄起始與延長(zhǎng)原核生物的轉(zhuǎn)錄起始與延長(zhǎng): :1. RNA聚合酶識(shí)

18、別結(jié)合啟動(dòng)子，形成聚合酶識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子，形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體合體 (closed transcription complex)。2. 閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體變成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體變成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體 (open transcription complex)。3. 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，并離開(kāi)啟動(dòng)子。轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，并離開(kāi)啟動(dòng)子。4. 當(dāng)當(dāng)RNA聚合酶進(jìn)入延長(zhǎng)階段，聚合酶進(jìn)入延長(zhǎng)階段，亞基即與亞基即與RNA聚合酶解離。聚合酶解離。 目目 錄錄目目 錄錄31 形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體形成閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體 形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體 RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合啟動(dòng)子聚合酶識(shí)別結(jié)合啟

19、動(dòng)子轉(zhuǎn)錄開(kāi)始轉(zhuǎn)錄開(kāi)始啟動(dòng)子清除啟動(dòng)子清除 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 延延 伸伸5335-35 -10 +1目目 錄錄目目 錄錄32 E.coliE.coli的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄起始和延長(zhǎng)起始和延長(zhǎng) 起始起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子清除啟動(dòng)子清除閉合的啟動(dòng)子復(fù)合體形成閉合的啟動(dòng)子復(fù)合體形成開(kāi)放的啟動(dòng)子復(fù)合體形成開(kāi)放的啟動(dòng)子復(fù)合體形成上游元件上游元件 35 -10+1結(jié)合結(jié)合目目 錄錄目目 錄錄33（二）真核（二）真核RNA聚合酶聚合酶催化轉(zhuǎn)錄需要其他蛋催化轉(zhuǎn)錄需要其他蛋白質(zhì)因子白質(zhì)因子 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol與模板的

20、結(jié)合與模板的結(jié)合需要一些稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子需要一些稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子( (transcription factors) )的蛋白質(zhì)，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。的蛋白質(zhì)，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。目目 錄錄目目 錄錄34真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列識(shí)別的啟動(dòng)子共有序列3-305調(diào)控序列TATA盒InrTATAAAYYAN YYTA+1目目 錄錄目目 錄錄35 l轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子: RNA聚合酶聚合酶II啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄時(shí)需要一些其他蛋白質(zhì)輔助，才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄時(shí)需要一些其他蛋白質(zhì)輔助，才能形成具有活性的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，這些蛋白質(zhì)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子形成具有活性的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，這些蛋白質(zhì)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子(tr

21、anscription factors)。l通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors):所有的所有的 RNA聚合酶聚合酶II啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄都需要的轉(zhuǎn)錄因子，包括啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄都需要的轉(zhuǎn)錄因子，包括TFIIA、TFIIB、 TFIID、 TFIIE、 TFIIF、 TFIIH 。l基本轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)基本轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)(Basal transcription apparatus):通用轉(zhuǎn)錄因子和通用轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶組成轉(zhuǎn)錄任何啟動(dòng)子所需的聚合酶組成轉(zhuǎn)錄任何啟動(dòng)子所需的 機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)。目目 錄錄目目 錄錄36RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄起始和延長(zhǎng)所需的蛋白質(zhì)因子轉(zhuǎn)錄起始和延長(zhǎng)所需的

22、蛋白質(zhì)因子蛋白因子蛋白因子亞基數(shù)亞基數(shù)功能功能起始階段起始階段TBP1特異識(shí)別特異識(shí)別TATA盒盒TFA3穩(wěn)定穩(wěn)定TFB與與TBP 對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合TFB1結(jié)合結(jié)合TBP , , 并結(jié)合聚合酶并結(jié)合聚合酶-TFF復(fù)合體復(fù)合體TFE2結(jié)合結(jié)合TFH, , 具有具有ATP酶和解旋酶的活性酶和解旋酶的活性TFF2緊密與聚合酶緊密與聚合酶結(jié)合；也與結(jié)合；也與TFB結(jié)合；阻遏聚結(jié)合；阻遏聚合酶合酶和非特異的和非特異的DNA序列結(jié)合序列結(jié)合TFH12有解旋酶的活性活性使有解旋酶的活性活性使DNA解開(kāi)雙鏈；使聚合解開(kāi)雙鏈；使聚合酶酶的的CTD磷酸化；結(jié)合核苷酸磷酸化；結(jié)合核苷酸- -切除修復(fù)蛋白

23、切除修復(fù)蛋白目目 錄錄37RNA聚合酶聚合酶催化基因轉(zhuǎn)錄的過(guò)程催化基因轉(zhuǎn)錄的過(guò)程 可分為可分為4 個(gè)期：個(gè)期： 裝配期裝配期 起始期起始期 延長(zhǎng)期延長(zhǎng)期 終止期終止期目目 錄錄38裝配期裝配期RNA聚合酶聚合酶II和通用轉(zhuǎn)錄因子形成閉合復(fù)合體和通用轉(zhuǎn)錄因子形成閉合復(fù)合體 TATA-結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(TATA-binding protein,TBP)結(jié)合啟動(dòng)子的結(jié)合啟動(dòng)子的TATA盒盒 TFIIB與與TBP結(jié)合，結(jié)合，TFIIB也能與也能與DNA結(jié)合。結(jié)合。TFIIA不是必不是必需的，它能穩(wěn)定已與需的，它能穩(wěn)定已與DNA結(jié)合的結(jié)合的TFIIB-TBP復(fù)合體，并且復(fù)合體，并且在在TBP與不具有特征

24、序列的啟動(dòng)子結(jié)合時(shí)（這種結(jié)合比較與不具有特征序列的啟動(dòng)子結(jié)合時(shí)（這種結(jié)合比較弱）發(fā)揮重要作用弱）發(fā)揮重要作用 TFIIB-TBP復(fù)合體與由復(fù)合體與由RNA聚合酶聚合酶II和和TFIIF組成的復(fù)合體組成的復(fù)合體結(jié)合結(jié)合 TFIIE和和TFIIH加入，形成閉合復(fù)合體，裝配完成加入，形成閉合復(fù)合體，裝配完成 目目 錄錄39起始期起始期閉合復(fù)合體成為可轉(zhuǎn)錄復(fù)合體閉合復(fù)合體成為可轉(zhuǎn)錄復(fù)合體 TFIIH具有解旋酶具有解旋酶(helicase)活性，能使轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近的活性，能使轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近的DNA雙螺旋解開(kāi)，使閉合復(fù)合體成為開(kāi)放復(fù)合體，啟動(dòng)轉(zhuǎn)雙螺旋解開(kāi)，使閉合復(fù)合體成為開(kāi)放復(fù)合體，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。錄。 TFI

25、IH還具有激酶活性，它的一個(gè)亞基能使還具有激酶活性，它的一個(gè)亞基能使RNA聚合酶聚合酶II的的CTD磷酸化。還有一種使磷酸化。還有一種使CTD磷酸化的蛋白質(zhì)是周期磷酸化的蛋白質(zhì)是周期蛋白依賴(lài)性激酶蛋白依賴(lài)性激酶9 (cyclin-dependent kinase 9，CDK9)。CTD磷酸化能使開(kāi)放復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。磷酸化能使開(kāi)放復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)合成一段含有當(dāng)合成一段含有6070個(gè)核苷酸的個(gè)核苷酸的RNA時(shí)，時(shí)，TFIIE和和TFIIH釋放，釋放，RNA聚合酶聚合酶II進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)期。進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)期。 目目 錄錄目目 錄錄40POL-TFFABPOL-TFFH

26、ETPTAFTFD-A-B-DNA復(fù)合物復(fù)合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-P閉合復(fù)合體組裝完成，閉合復(fù)合體組裝完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化真核生物的閉合復(fù)合體的組裝真核生物的閉合復(fù)合體的組裝目目 錄錄41延長(zhǎng)期延長(zhǎng)期 在整個(gè)延長(zhǎng)期，在整個(gè)延長(zhǎng)期，TFIIF始終與始終與RNA聚合酶聚合酶II相連相連延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子(elongation factors)增強(qiáng)了增強(qiáng)了RNA聚合酶聚合酶II的活性的活性延長(zhǎng)因子也能抑制轉(zhuǎn)錄中發(fā)生的轉(zhuǎn)錄暫?，F(xiàn)象延長(zhǎng)因子也能抑制轉(zhuǎn)錄中發(fā)生的轉(zhuǎn)錄暫?，F(xiàn)象延長(zhǎng)因子協(xié)調(diào)參與延長(zhǎng)因子協(xié)調(diào)參與mRNA轉(zhuǎn)錄后加工的蛋白復(fù)合轉(zhuǎn)錄后加工的蛋白復(fù)合體之間的相互作用體

27、之間的相互作用 目目 錄錄42終止期終止期 一旦一旦RNA合成結(jié)束，轉(zhuǎn)錄即終止。合成結(jié)束，轉(zhuǎn)錄即終止。RNA聚合酶聚合酶II去磷酸化，進(jìn)入再循環(huán)，啟動(dòng)另一去磷酸化，進(jìn)入再循環(huán)，啟動(dòng)另一次轉(zhuǎn)錄。次轉(zhuǎn)錄。 目目 錄錄目目 錄錄43真核真核RNA聚合酶聚合酶與通用轉(zhuǎn)錄因子的作用過(guò)程與通用轉(zhuǎn)錄因子的作用過(guò)程 目目 錄錄目目 錄錄44（三）真核（三）真核RNA聚合酶聚合酶和聚合酶和聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄與聚合酶錄與聚合酶基本相似基本相似 RNA聚合酶聚合酶和和 也有各自特異的通用轉(zhuǎn)錄因子，也有各自特異的通用轉(zhuǎn)錄因子，識(shí)別各自特異的識(shí)別各自特異的DNA調(diào)控元件。調(diào)控元件。 聚合酶聚合酶和聚合酶和聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)

28、錄不需啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄不需ATP，而聚合酶，而聚合酶則需要水解則需要水解ATP。目目 錄錄目目 錄錄451. 真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄 rRNARNA-pol 識(shí)別的轉(zhuǎn)錄控制區(qū)兩個(gè)：識(shí)別的轉(zhuǎn)錄控制區(qū)兩個(gè)：人人rRNA基因上游調(diào)控元件和核心元件基因上游調(diào)控元件和核心元件+1-100rRNA前基因前基因上游調(diào)控元件上游調(diào)控元件核心元件核心元件轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄區(qū)目目 錄錄目目 錄錄46有兩種有兩種DNA結(jié)合蛋白能使聚合酶結(jié)合蛋白能使聚合酶準(zhǔn)確地啟動(dòng)準(zhǔn)確地啟動(dòng)rRNA前體分子基因的轉(zhuǎn)錄，一種叫前體分子基因的轉(zhuǎn)錄，一種叫上游結(jié)合因子上游結(jié)合因子(upstream binding fact

29、or,UBF), UBF先與先與DNA結(jié)合，結(jié)合，結(jié)合的部位是結(jié)合的部位是UCE和核心元件的上游部分，再由另和核心元件的上游部分，再由另一種叫一種叫選擇性因子選擇性因子1 (selectivity factor 1, SL1)結(jié)合，結(jié)合，然后由聚合酶然后由聚合酶結(jié)合，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。結(jié)合，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。SL1的一個(gè)亞基的一個(gè)亞基就是上面提到的就是上面提到的TBP。目目 錄錄目目 錄錄47目目 錄錄目目 錄錄48.真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄 tRNA, 5S-rRNARNA-pol 識(shí)別的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)錄的序識(shí)別的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)錄的序列之中，稱(chēng)為列之中，稱(chēng)為內(nèi)啟動(dòng)子內(nèi)啟動(dòng)子

30、 (internal promoter)。tRNA基因基因 tRNA基因的內(nèi)部啟動(dòng)子基因的內(nèi)部啟動(dòng)子 A boxB box5S-rRNA5S-rRNA基因的內(nèi)部啟動(dòng)子基因的內(nèi)部啟動(dòng)子C box目目 錄錄目目 錄錄49boxA boxBTF C TF CTF BPol 釀酒酵母釀酒酵母( (S S. .cerevisiaecerevisiae) )的的RNA聚聚合酶合酶III啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄 tRNA基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，先由基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，先由TFC與與A盒和盒和B盒結(jié)合，然后盒結(jié)合，然后TFC和和TFB結(jié)合，后者再結(jié)合結(jié)合，后者再結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約30bp30bp處，處，

31、RNA聚合酶聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。5SrRNA基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，先基因轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，先由另一個(gè)被稱(chēng)為由另一個(gè)被稱(chēng)為T(mén)FATFA的蛋白因子的蛋白因子與與C C盒結(jié)合，然后盒結(jié)合，然后T TFC與與TFA結(jié)合，再由結(jié)合，再由TFB與與TFC結(jié)合，結(jié)合，RNA聚合酶聚合酶啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 。boxA boxcTF A TF ATF CTF BPol 起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)5S-rRNA基因轉(zhuǎn)錄tRNA基因轉(zhuǎn)錄目目 錄錄目目 錄錄501. 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成后，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成后， 亞基脫落，亞基脫落，RNA pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著著DNA模板鏈前

32、移模板鏈前移5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppiRNA pol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: :( (四四) )原核生物由核心酶完成原核生物由核心酶完成RNA鏈的延伸鏈的延伸 目目 錄錄51 2. 2. 在核心酶作用下，在核心酶作用下，NTP不斷聚合，不斷聚合，RNA 鏈不斷延長(zhǎng)。鏈不斷延長(zhǎng)。 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi目目 錄錄目目 錄錄52轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡(transcription bubble)：目目 錄錄RNA-pol （核心酶核心酶） DNA RNA目目 錄

33、錄目目 錄錄53目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄54當(dāng)當(dāng)RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA模板移動(dòng)到基因模板移動(dòng)到基因3-端的終止子序端的終止子序列時(shí)，轉(zhuǎn)錄停止列時(shí)，轉(zhuǎn)錄停止 終止終止RNA鏈延長(zhǎng)鏈延長(zhǎng) 釋放新生釋放新生RNA鏈鏈 RNA聚合酶從聚合酶從DNA上釋放上釋放 三、某些特異序列三、某些特異序列終止子是終止子是RNA合合 成的終止信號(hào)成的終止信號(hào) 目目 錄錄55（一）大腸桿菌的大多數(shù)基因轉(zhuǎn)錄終止不依（一）大腸桿菌的大多數(shù)基因轉(zhuǎn)錄終止不依 賴(lài)于賴(lài)于（rho）因子）因子這些序列轉(zhuǎn)錄的這些序列轉(zhuǎn)錄的RNA有兩個(gè)特征：有兩個(gè)特征：1. 有幾個(gè)連續(xù)的尿嘧啶有幾個(gè)連續(xù)的尿嘧啶(U)；2. 在這幾個(gè)連續(xù)尿

34、嘧啶序列之前有一段富含鳥(niǎo)嘌呤在這幾個(gè)連續(xù)尿嘧啶序列之前有一段富含鳥(niǎo)嘌呤(G) 和胞嘧啶和胞嘧啶(C) 并能并能自身反向互補(bǔ)自身反向互補(bǔ)的堿基序列。的堿基序列。 目目 錄錄目目 錄錄565UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGC

35、AGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3莖環(huán)莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)目目 錄錄目目 錄錄57E. coli色氨酸操縱子色氨酸操縱子mRNA轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物3 3 端的轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)端的轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)5 pppG5 3 3 5 RNA-pol 使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)產(chǎn) 物釋放物釋放莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制目目 錄錄目目 錄錄58A T P（二）（二）噬菌體和大腸桿菌的某些基因轉(zhuǎn)錄終噬菌體和大腸

36、桿菌的某些基因轉(zhuǎn)錄終止有依賴(lài)于止有依賴(lài)于因子因子富含富含 CA的的rut(rho utilization)元件元件 目目 錄錄目目 錄錄59( (三三) )真核生物的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制，迄今尚未闡明真核生物的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制，迄今尚未闡明 目目 錄錄目目 錄錄60第三節(jié)第三節(jié) RNA的加工的加工RNA Processing目目 錄錄目目 錄錄61 由由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄直接產(chǎn)生的新生聚合酶轉(zhuǎn)錄直接產(chǎn)生的新生RNA分子被稱(chēng)分子被稱(chēng)為為初級(jí)初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物，一般需要經(jīng)過(guò)加工才能成為，一般需要經(jīng)過(guò)加工才能成為有功能的成熟有功能的成熟RNA分子分子。 真核細(xì)胞中，幾乎所有的初級(jí)真核細(xì)胞中，幾乎所有的初級(jí)RN

37、A轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過(guò)加工過(guò)加工 ；原核生物；原核生物 mRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物無(wú)需加工就初級(jí)轉(zhuǎn)錄物無(wú)需加工就可作為翻譯的模板可作為翻譯的模板 。 大部分加工發(fā)生在真核細(xì)胞大部分加工發(fā)生在真核細(xì)胞mRNA，以及真核和，以及真核和原核細(xì)胞的原核細(xì)胞的tRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工成熟過(guò)程中。初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工成熟過(guò)程中。目目 錄錄目目 錄錄62一、一、真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA由由hnRNA經(jīng)經(jīng)轉(zhuǎn)錄后加工成為成熟分子轉(zhuǎn)錄后加工成為成熟分子 核不均一核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)：真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)產(chǎn)物，也稱(chēng)為物，也稱(chēng)為mRNA

38、前體。前體。 hnRNA通常只包含一個(gè)基因的序列，而且這些編碼多通常只包含一個(gè)基因的序列，而且這些編碼多肽鏈的序列是不連續(xù)的。肽鏈的序列是不連續(xù)的。目目 錄錄目目 錄錄63mRNA前體的前體的加工過(guò)程加工過(guò)程1.合成合成5帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)2.由核酸內(nèi)切酶切除由核酸內(nèi)切酶切除3 端的一段序列，代之以由端的一段序列，代之以由poly A聚合酶催化形成的聚合酶催化形成的3 多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyA)尾尾3.通過(guò)剪接去除內(nèi)含子，拼接外顯子，形成成熟的通過(guò)剪接去除內(nèi)含子，拼接外顯子，形成成熟的mRNA目目 錄錄目目 錄錄64 真核生物真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾的轉(zhuǎn)錄后加工修飾introni

39、ntronexonexonexonPoly AsignalTranscription terminationTranscription DNAPrimary transcript5 5 5 (A)100-2503 3 3 Remove 3 endAdd Poly(A) tailSplicing35 (A)100-250mRNAcapcapcapcap外顯子 內(nèi)含子初級(jí)轉(zhuǎn)錄物目目 錄錄目目 錄錄65（一）（一）mRNA的的5末端加帽末端加帽（m7Gppp）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 5 端形成帽子結(jié)構(gòu)端形成帽子結(jié)構(gòu) (m7GpppGp-) 真核真核mRNA 5 末端與末端與7-甲基鳥(niǎo)甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷以嘌呤核苷以5

40、 ，5三磷酸連接三磷酸連接鍵相連鍵相連目目 錄錄目目 錄錄665 端帽子結(jié)構(gòu)功能端帽子結(jié)構(gòu)功能n 保護(hù)保護(hù)mRNA使其不被核酸酶降解使其不被核酸酶降解n 與特異的帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體與特異的帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-binding complex of proteins)結(jié)合，并參與結(jié)合，并參與mRNA與核糖與核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成目目 錄錄目目 錄錄67（二）（二）mRNA前體在前體在3端加端加poly(A)尾尾5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾

41、點(diǎn)5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA目目 錄錄目目 錄錄683端端poly(A)尾尾n 形成過(guò)程需要一種包含核酸內(nèi)切酶、形成過(guò)程需要一種包含核酸內(nèi)切酶、多聚腺苷酸聚多聚腺苷酸聚合酶合酶(poly(A) polymerase，PAP)和若干多亞基蛋白和若干多亞基蛋白質(zhì)組成的多酶復(fù)合體，參與起始位點(diǎn)識(shí)別、切割和質(zhì)組成的多酶復(fù)合體，參與起始位點(diǎn)識(shí)別、切割和poly(A)長(zhǎng)度控制長(zhǎng)度控制 n mRNA前體在前體在3 端含有切割信號(hào)序列端含有切割信號(hào)序列 n 多聚腺苷酸化的快速期有一種多聚腺苷酸多聚腺苷酸化的快速期有一種多聚腺苷酸結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(poly(A) binding

42、 protein ，PAB) 參與參與目目 錄錄目目 錄錄69（三）（三）mRNA前體通過(guò)剪接加工除去內(nèi)含子前體通過(guò)剪接加工除去內(nèi)含子真核生物中的基因是不連續(xù)的真核生物中的基因是不連續(xù)的 DNAhnRNAmRNA 外顯子外顯子1 1 外顯子外顯子2 2 外顯子外顯子3 3 外顯子外顯子1 1 內(nèi)含子內(nèi)含子1 1 外顯子外顯子2 2 內(nèi)含子內(nèi)含子2 2 外顯子外顯子3 3 DNAhnRNAmRNA 目目 錄錄目目 錄錄70外顯子外顯子（exon ） ：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。內(nèi)含子內(nèi)含子（intr

43、on） ：隔斷基因的線(xiàn)性表達(dá)而在剪接：隔斷基因的線(xiàn)性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。過(guò)程中被除去的核酸序列。 剪接剪接(splicing)：將內(nèi)含子剪切除去，外顯子連接起將內(nèi)含子剪切除去，外顯子連接起來(lái)，這種來(lái)，這種mRNA前體的加工過(guò)程前體的加工過(guò)程即為剪接。即為剪接。目目 錄錄目目 錄錄71剪接部位（剪接部位（splice site）真核生物從酵母至哺乳動(dòng)物大多數(shù)內(nèi)含子剪接部真核生物從酵母至哺乳動(dòng)物大多數(shù)內(nèi)含子剪接部位具有共同的結(jié)構(gòu)基序：位具有共同的結(jié)構(gòu)基序：5端從端從GU開(kāi)始，開(kāi)始，3端終端終止于止于AG脊椎動(dòng)物中內(nèi)含子脊椎動(dòng)物中內(nèi)含子5剪接部位的共有序列是剪接部位的共有序列是AGG

44、UAAGU，3剪接部位的共有序列是剪接部位的共有序列是10個(gè)嘧個(gè)嘧啶啶(U或或C)的延伸，后面緊接任意堿基，再接的延伸，后面緊接任意堿基，再接C，最后終止于最后終止于AG 70 60 80 100 100 95 70 80 45 80 90 80 100 80 80 100 100 60G U A/G A G U C U A/G A C/UA/C A GN C A G G 5外顯子外顯子5剪接位點(diǎn)剪接位點(diǎn)分支點(diǎn)分支點(diǎn)內(nèi)含子內(nèi)含子3剪接位點(diǎn)剪接位點(diǎn) 3外顯子外顯子嘧啶富含區(qū)嘧啶富含區(qū)（15b)20-50b內(nèi)含子內(nèi)含子- -外顯子連接部位及內(nèi)含子的特征序列外顯子連接部位及內(nèi)含子的特征序列出現(xiàn)幾率出

45、現(xiàn)幾率 (%)hnRNA目目 錄錄目目 錄錄72mRNA前體中的內(nèi)含子是以所謂前體中的內(nèi)含子是以所謂“套索套索”(lariat)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的形式被切除的的形式被切除的 目目 錄錄目目 錄錄73真核真核mRNA前體剪接機(jī)制前體剪接機(jī)制 (snRNPs)：小分子小分子核糖核蛋白顆粒核糖核蛋白顆粒目目 錄錄目目 錄錄74真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄物選擇性加工的兩種機(jī)制真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄物選擇性加工的兩種機(jī)制 目目 錄錄目目 錄錄75大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工 目目 錄錄目目 錄錄76二、二、rRNA和和tRNA加工通過(guò)核酸酶催化和加工通過(guò)核酸酶催化和修飾完成修飾完成原核原核rRNA前

46、體加工：前體加工：原核細(xì)胞原核細(xì)胞rRNA有三種有三種：16S、23S和和5SrRNA，這三，這三種種rRNA是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，一起轉(zhuǎn)錄的是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，一起轉(zhuǎn)錄的，其前體是，其前體是30SrRNA，中間還包含有，中間還包含有tRNA序列序列加工加工過(guò)程過(guò)程包括：包括：1. 特異核苷酸的甲基化特異核苷酸的甲基化2. RNase 、RNase P和和RNase E使使30SrRNA前體分子前體分子斷裂，產(chǎn)生斷裂，產(chǎn)生16S、23S和和5S rRNA及及tRNA的前體的前體3. 通過(guò)通過(guò)各種特異的核酸酶的作用，產(chǎn)生成熟的各種特異的核酸酶的作用，產(chǎn)生成熟的RNA（一）真核（一）真核rRNA前體加工比原

47、核復(fù)雜前體加工比原核復(fù)雜目目 錄錄目目 錄錄77原核原核rRNA前體加工前體加工1. 標(biāo)記的位置是標(biāo)記的位置是RNase 作用位點(diǎn)作用位點(diǎn)2. 標(biāo)記的位置是標(biāo)記的位置是RNase P作用位點(diǎn)作用位點(diǎn)3. 標(biāo)記的位置是標(biāo)記的位置是RNase E的作用位點(diǎn)的作用位點(diǎn)目目 錄錄目目 錄錄78真真核核rRNA前體加工：前體加工：真核細(xì)胞有真核細(xì)胞有4種種rRNA：28S、18S、5.8S和和5SrRNA。 18S、5.8S和和28SrRNA的前體是的前體是45S，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由位，由RNA聚合酶聚合酶I催化合成，而催化合成，而 5SrRNA是單獨(dú)的是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位

48、，由RNA聚合酶聚合酶催化合成。催化合成。 加工過(guò)程：加工過(guò)程：45SrRNA前體分子的加工過(guò)程前體分子的加工過(guò)程與原核生與原核生物物30SrRNA前體分子的加工過(guò)程基本相同，但前體分子的加工過(guò)程基本相同，但需要需要小核仁小核仁RNA(small nucleolar RNAs, snoRNAs)參與參與，5SrRNA是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位， 以類(lèi)似于以類(lèi)似于tRNA的的方式進(jìn)行加工。方式進(jìn)行加工。目目 錄錄目目 錄錄79真核真核rRNA前體加工前體加工目目 錄錄目目 錄錄80（二）原核生物與真核生物（二）原核生物與真核生物tRNA前體加工基本相同前體加工基本相同1.5端的端

49、的16個(gè)核苷酸序列由個(gè)核苷酸序列由RNase P切除切除2.3 端的兩個(gè)尿嘧啶核苷酸由端的兩個(gè)尿嘧啶核苷酸由RNaseD切除，再由切除，再由核苷酸轉(zhuǎn)移酶核苷酸轉(zhuǎn)移酶(nucleotidyltransferases)加上加上CCA3.柄柄-環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸的堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸的堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀有堿基有堿基4.剪接切除剪接切除14個(gè)核苷酸的內(nèi)含子個(gè)核苷酸的內(nèi)含子(一般位于一般位于tRNA前體分子的反密碼子環(huán)前體分子的反密碼子環(huán) )目目 錄錄目目 錄錄81目目 錄錄目目 錄錄82三、一些內(nèi)含子三、一些內(nèi)含子RNA具有自我剪接和催具有自我剪接和催 化功能化功能 由由RNA分子催化

50、自身分子催化自身 內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱(chēng)內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱(chēng) 為為自我剪接自我剪接(self-splicing) 自身剪接內(nèi)含子的自身剪接內(nèi)含子的RNA具有催化功能，具有催化功能，是一種是一種核酶核酶(ribozyme) 四膜蟲(chóng)四膜蟲(chóng)rRNA的剪接的剪接采用自我剪接方式采用自我剪接方式目目 錄錄目目 錄錄83 組組內(nèi)含子內(nèi)含子(group intron): 一類(lèi)自身剪接的內(nèi)含子，一類(lèi)自身剪接的內(nèi)含子，以鳥(niǎo)嘌呤核苷或鳥(niǎo)以鳥(niǎo)嘌呤核苷或鳥(niǎo)嘌呤核苷酸作為輔因子，嘌呤核苷酸作為輔因子，輔因子輔因子是游離的，并不是游離的，并不是組是組內(nèi)含子內(nèi)含子RNA鏈的組成部分，而且也不是能鏈的組成部分，而且也不是能量分子。

51、量分子。 組組內(nèi)含子內(nèi)含子(group intron): 另一類(lèi)自身剪接的內(nèi)含子，另一類(lèi)自身剪接的內(nèi)含子，與前面介紹的與前面介紹的mRNA前體內(nèi)含子剪接相同，但是沒(méi)有剪接體參前體內(nèi)含子剪接相同，但是沒(méi)有剪接體參與。與。目目 錄錄目目 錄錄84目目 錄錄目目 錄錄85四、通過(guò)轉(zhuǎn)錄后編輯一些基因可產(chǎn)生四、通過(guò)轉(zhuǎn)錄后編輯一些基因可產(chǎn)生多種產(chǎn)物多種產(chǎn)物 有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因初級(jí)有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的序列并不完全對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)錄物的序列并不完全對(duì)應(yīng), mRNA上的一些序列上的一些序列是經(jīng)過(guò)是經(jīng)過(guò)編輯編輯(editing)過(guò)程發(fā)生改變的。過(guò)程發(fā)生改變的。 RNA編輯最

52、初是在某些原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素編輯最初是在某些原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶的亞基氧化酶的亞基基因的轉(zhuǎn)錄后加工中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)基因的轉(zhuǎn)錄后加工中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)RNA編輯在該基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中插入了編輯在該基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中插入了4個(gè)尿個(gè)尿嘧啶核苷酸，從而使原來(lái)的讀碼框架發(fā)生移動(dòng)。嘧啶核苷酸，從而使原來(lái)的讀碼框架發(fā)生移動(dòng)。目目 錄錄目目 錄錄86原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基基因基因的轉(zhuǎn)錄后編輯的轉(zhuǎn)錄后編輯(a)原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基原生細(xì)胞線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基基因的轉(zhuǎn)錄后編輯基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(b)指導(dǎo)指導(dǎo)RNA 在在RNA的編輯中的作用的編輯中的作用 (

53、模板作用模板作用)目目 錄錄目目 錄錄87apo-B基因（載脂蛋白基因（載脂蛋白B基因）的組織特異性表基因）的組織特異性表達(dá)受到達(dá)受到RNA編輯的調(diào)節(jié)編輯的調(diào)節(jié)5 3 5 3 apo B-100 apo B-48CAAUAA 未編輯的未編輯的RNA 5 3 脫氨基作用的脫氨基作用的RNA編輯編輯（終止密碼子）（終止密碼子）1 4536 1 2152CAA目目 錄錄88第四節(jié)第四節(jié)RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成合成RNA Dependent RNA Synthesis目目 錄錄目目 錄錄89 以以RNA作為基因組的病毒稱(chēng)為作為基因組的病毒稱(chēng)為RNA病毒，這病毒，這類(lèi)病毒除反轉(zhuǎn)錄病毒外，在宿主細(xì)胞都

54、是以病毒的類(lèi)病毒除反轉(zhuǎn)錄病毒外，在宿主細(xì)胞都是以病毒的單鏈單鏈RNA為模板合成為模板合成RNA，這種，這種RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成又稱(chēng)為合成又稱(chēng)為RNA復(fù)制復(fù)制(RNA replication)。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNARNARNA復(fù)制酶復(fù)制酶一、病毒一、病毒RNA基因組通過(guò)基因組通過(guò)RNA依賴(lài)依賴(lài)的的RNA聚合酶進(jìn)行復(fù)制聚合酶進(jìn)行復(fù)制目目 錄錄90二、復(fù)制酶只特異識(shí)別和復(fù)制病毒二、復(fù)制酶只特異識(shí)別和復(fù)制病毒RNA但缺乏校正功能但缺乏校正功能 催化催化RNA復(fù)制的酶是復(fù)制的酶是RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RDRP)，也，也稱(chēng)為稱(chēng)為

55、RNA復(fù)制酶復(fù)制酶(RNA replicase),由病毒的由病毒的RNA編編碼。碼。 RNA復(fù)制酶只能復(fù)制病毒復(fù)制酶只能復(fù)制病毒RNA，不能以，不能以DNA為模為模板合成板合成RNA。 RNA噬菌體就是以這種方式進(jìn)行噬菌體就是以這種方式進(jìn)行RNA復(fù)制。復(fù)制。目目 錄錄91 RNA復(fù)制酶的組成復(fù)制酶的組成 大多數(shù)大多數(shù)RNA噬菌體的噬菌體的RNA復(fù)制酶由復(fù)制酶由4個(gè)亞基組成個(gè)亞基組成 1個(gè)亞基個(gè)亞基(MW 65,000) 噬菌體噬菌體RNA復(fù)制酶基因復(fù)制酶基因編碼，是編碼，是復(fù)制酶的活性部位復(fù)制酶的活性部位 另外另外3個(gè)亞基個(gè)亞基延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子Tu、延長(zhǎng)因子、延長(zhǎng)因子Ts和和S1蛋白蛋白，都由

56、宿主細(xì)胞自身的基因編碼，參與宿主，都由宿主細(xì)胞自身的基因編碼，參與宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)合成?？赡茉趨f(xié)助復(fù)制酶定位和結(jié)合細(xì)胞蛋白質(zhì)合成?？赡茉趨f(xié)助復(fù)制酶定位和結(jié)合病毒病毒RNA的的3端的過(guò)程中起作用端的過(guò)程中起作用目目 錄錄92RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成機(jī)制和特點(diǎn)合成機(jī)制和特點(diǎn) RNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、機(jī)制與合成的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、機(jī)制與DNA依賴(lài)的依賴(lài)的RNA合成是相同的，合成的方向也是合成是相同的，合成的方向也是從從5到到3 RNA復(fù)制酶不具有校正功能復(fù)制酶不具有校正功能 目目 錄錄93第五節(jié)第五節(jié) 基因組基因組RNA復(fù)制主要特點(diǎn)復(fù)制主要特點(diǎn)The Characteristics

57、 of Genome RNA Replication目目 錄錄94一、大多數(shù)一、大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈病毒的基因組是單鏈RNA分子分子 單倍體細(xì)胞或病毒中的全套染色體稱(chēng)為單倍體細(xì)胞或病毒中的全套染色體稱(chēng)為一個(gè)基因組一個(gè)基因組(Genome) 絕大多數(shù)生物的基因組是絕大多數(shù)生物的基因組是DNA，只有少數(shù)病毒基，只有少數(shù)病毒基 因組是因組是RNA 大多數(shù)大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈病毒的基因組是單鏈RNA分子分子，如單，如單 鏈鏈RNA噬菌體、脊髓灰質(zhì)炎病毒噬菌體、脊髓灰質(zhì)炎病毒(Poliovirus)、 鼻病毒鼻病毒(Rhinovirus) 少數(shù)病毒的基因組是雙鏈少數(shù)病毒的基因組是雙鏈

58、RNA分子，如呼腸孤病分子，如呼腸孤病 毒毒 (Reovirus）目目 錄錄95單鏈單鏈RNA基因組分類(lèi)基因組分類(lèi) 根據(jù)單鏈根據(jù)單鏈RNA基因組與其基因組與其mRNA序列之間的異同序列之間的異同正鏈正鏈RNA (positive-strand RNA) (即與即與mRNA序列序列一致的一致的RNA)負(fù)鏈負(fù)鏈 RNA (negative-strand RNA) (即與即與mRNA序序列互補(bǔ)的列互補(bǔ)的RNA)目目 錄錄96 多數(shù)多數(shù)RNA病毒的基因組由連續(xù)的核糖核酸鏈組成病毒的基因組由連續(xù)的核糖核酸鏈組成有些病毒的基因組有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成如流感病毒

59、，呼腸孤病毒成如流感病毒，呼腸孤病毒有的病毒自帶專(zhuān)門(mén)用于病毒復(fù)制的核酸酶，有的有的病毒自帶專(zhuān)門(mén)用于病毒復(fù)制的核酸酶，有的則無(wú)則無(wú) 有的病毒核酸并不僅有一個(gè)分子，如流感病毒有有的病毒核酸并不僅有一個(gè)分子，如流感病毒有8條條RNA，呼腸孤病毒有，呼腸孤病毒有1112條雙鏈條雙鏈RNA RNA病毒基因組的構(gòu)成病毒基因組的構(gòu)成目目 錄錄97二、病毒基因組二、病毒基因組RNA復(fù)制需要利用宿主的翻譯復(fù)制需要利用宿主的翻譯系統(tǒng)合成有關(guān)酶和蛋白質(zhì)系統(tǒng)合成有關(guān)酶和蛋白質(zhì)定義：定義： 病毒基因組病毒基因組RNA復(fù)制復(fù)制是病毒在真核細(xì)胞是病毒在真核細(xì)胞中以自身全長(zhǎng)的中以自身全長(zhǎng)的RNA分子為模板，從頭至尾合分子為模

60、板，從頭至尾合成一套新的基因組成一套新的基因組RNA。必要條件：必要條件： 1. 要有能夠特異識(shí)別并復(fù)制病毒要有能夠特異識(shí)別并復(fù)制病毒RNA的的RNA聚聚合酶。合酶。 2. 能利用僅能識(shí)別單順?lè)醋有畔⒌募?xì)胞機(jī)制，能利用僅能識(shí)別單順?lè)醋有畔⒌募?xì)胞機(jī)制，從多順?lè)醋踊蚪M（或是這些基因組的轉(zhuǎn)錄本）從多順?lè)醋踊蚪M（或是這些基因組的轉(zhuǎn)錄本）合成自己的蛋白。合成自己的蛋白。目目 錄錄98策略：策略： 1.合成多聚蛋白，然后再剪切成單個(gè)蛋白。如小型合成多聚蛋白，然后再剪切成單個(gè)蛋白。如小型RNA 病毒。病毒。 2.合成多個(gè)亞基因組合成多個(gè)亞基因組RNA，然后分別翻譯成單個(gè)蛋白。，然后分別翻譯成單個(gè)蛋白。

61、3.將基因組分成幾段，即分節(jié)基因組，使每節(jié)都編碼單將基因組分成幾段，即分節(jié)基因組，使每節(jié)都編碼單個(gè)蛋白如正粘病毒、呼腸孤病毒等。個(gè)蛋白如正粘病毒、呼腸孤病毒等。由于病毒種類(lèi)繁多，核酸類(lèi)別不同，因而病毒的復(fù)制由于病毒種類(lèi)繁多，核酸類(lèi)別不同，因而病毒的復(fù)制機(jī)制不盡相同。機(jī)制不盡相同。目目 錄錄99亞病毒是比真病毒更小更簡(jiǎn)單的一類(lèi)單分亞病毒是比真病毒更小更簡(jiǎn)單的一類(lèi)單分子病毒的總稱(chēng)子病毒的總稱(chēng) 需輔助病毒才能完成其基因組的復(fù)制需輔助病毒才能完成其基因組的復(fù)制亞病毒亞病毒基因組的復(fù)制基因組的復(fù)制目目 錄錄100小結(jié)小結(jié) RNA合成合成/轉(zhuǎn)錄的概念；轉(zhuǎn)錄的概念； 轉(zhuǎn)錄單位、啟動(dòng)子、終止子等概念；轉(zhuǎn)錄單位、啟動(dòng)子、終止子等概念； 轉(zhuǎn)錄體系的組成；轉(zhuǎn)錄體系的組成； 轉(zhuǎn)錄所需要的酶；轉(zhuǎn)錄所需要的酶； 原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程；原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程； 真核生物真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工；的轉(zhuǎn)錄后加工； rRNA和和tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工。的轉(zhuǎn)錄后加工。