《生物化學(xué)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(xué)習(xí)目的與要求：學(xué)習(xí)目的與要求：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的概念，機(jī)制及過程的概念，機(jī)制及過程 2.2.RNARNA轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶的組成，特點(diǎn)及其作用的組成，特點(diǎn)及其作用 3.3.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 4.4.RNARNA的復(fù)制方式的復(fù)制方式重點(diǎn)：重點(diǎn)：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的機(jī)制及過程的機(jī)制及過程 2.2.啟動子啟動子的組成，特點(diǎn)的組成，特點(diǎn) 3 3.終止子的特點(diǎn)及終止方式終止子的特點(diǎn)及終止方式 4.4.RNARN

2、A轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾方式后的加工修飾方式難點(diǎn)：難點(diǎn)：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 2 2.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的終止方式的終止方式學(xué)習(xí)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(dǎo)的指導(dǎo)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(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)錄本是成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)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(xué)活性。具有生物學(xué)活性。第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié).DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成一一一一.轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄分子的過程稱轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription）。）。在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA3二二.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的機(jī)制的機(jī)制1.1.不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄:轉(zhuǎn)錄時，雙鏈轉(zhuǎn)錄時，雙鏈DNADNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模中只有一

4、條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對稱轉(zhuǎn)錄。板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對稱轉(zhuǎn)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(dǎo)指導(dǎo)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(zhuǎn)錄的另一條不作為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄時每次只轉(zhuǎn)錄在轉(zhuǎn)錄時每次只轉(zhuǎn)錄DNADNA上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱作部分轉(zhuǎn)錄。上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱作部分轉(zhuǎn)錄。2 2 2 2.部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄二.RNA轉(zhuǎn)錄的機(jī)制1.不對稱轉(zhuǎn)錄 不對稱轉(zhuǎn)錄:轉(zhuǎn)錄4不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄5轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)聚合酶的性質(zhì)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(zhì)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(diǎn)識別起始位點(diǎn)功能不清楚功能不清楚與與DNADNA模板結(jié)合模板結(jié)合起催化作用起催化作用與啟動子結(jié)合與啟動子結(jié)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(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體）轉(zhuǎn)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(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 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(zhì)性質(zhì) 活性活性5070204010500700700反應(yīng)條件反應(yīng)條件低離子強(qiáng)度要求低離子強(qiáng)度要求Mg2+或或Mn2+高離子強(qiáng)度高離子強(qiáng)度高高M(jìn)n2+濃度濃度鵝膏蕈堿效應(yīng)鵝膏蕈堿效應(yīng)(三).真核生物的RNA聚合酶分子量(KDa)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前9四四.啟動子和轉(zhuǎn)錄因

9、子啟動子和轉(zhuǎn)錄因子(一一).).啟動子啟動子(Promoter)Promoter)35+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框1.1.啟動子的結(jié)構(gòu)啟動子的結(jié)構(gòu)四.啟動子和轉(zhuǎn)錄因子(一).啟動子(Promoter)35102.2.真真/原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jié)合部位結(jié)合部位特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物真核生物位置起始部位11(二二).).轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：RNARNA聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子1.1.通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子/基本轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄輔助因子：識別啟動子上游元件轉(zhuǎn)錄輔助因子：識別啟動子上游元件(二).轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)終止子的結(jié)構(gòu)五.終止子和終止因子(terminater/terminat13(二二).).轉(zhuǎn)錄的終止方式轉(zhuǎn)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(qiáng)終止子：強(qiáng)終止子：(1)(1)在終止點(diǎn)之前具有一段富含在終止點(diǎn)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(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄終止信號有兩種情況錄終止信號有兩種情況(二).轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的過程的過程(一一).).RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)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(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合全酶與識別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合,解鏈解鏈3.3.滑向起始點(diǎn)滑向起始點(diǎn),轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開始，合成第一個三磷酸核苷轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開始，合成第一個三磷酸核苷.(二二).).RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)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(gòu)象發(fā)生變化，與模板核心酶的構(gòu)象發(fā)生變化，與模板DNADNA的結(jié)合變得較為松弛，的結(jié)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(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄的過程(一).RNA轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄

15、后一般轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。進(jìn)行翻譯（半壽期短）。第二節(jié)、第二節(jié)、RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工修飾轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工rRNArRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)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(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含含非轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行復(fù)制。為模板進(jìn)行復(fù)制。不同的不同的RNARNA病毒復(fù)制方式不同病毒復(fù)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(fù)制合成（的復(fù)制合成（RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成）合成）如：如：+RNARNA的復(fù)制的復(fù)制某些RNA病毒可以以自身RNA為模板進(jìn)行復(fù)制。5-RNA23