第十章 RNA的生物合成.doc

商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案教案首頁課程名稱生物化學(xué)序次19專業(yè)班級2009級護(hù)理授課教師王文玉職稱副教授類型理論學(xué)時(shí)2授課題目(章,節(jié))第十章 RNA的生物合成第一節(jié) 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄過程第三節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工修飾教學(xué)目的與要求掌握：轉(zhuǎn)錄的概念；轉(zhuǎn)錄的不對稱性；原核生物 RNA 聚合酶的組成和各亞基的功能。熟悉：熟悉真核生物RNA 聚合酶的類型與功能，結(jié)構(gòu)基因、模板鏈和編碼鏈的含義；幾種RNA 轉(zhuǎn)錄后加工修飾；核酶概念。了解：轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)；RNA 轉(zhuǎn)錄過程。教學(xué)重點(diǎn)1. 轉(zhuǎn)錄的概念；轉(zhuǎn)錄的不對稱性2真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工，重點(diǎn)介紹mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工特點(diǎn)3原核生物 RNA 聚合酶的組成和各亞基的功能。教學(xué)難點(diǎn)1. 真核生物RNA 聚合酶的類型與功能2幾種RNA 轉(zhuǎn)錄后加工修飾3RNA 轉(zhuǎn)錄過程。教學(xué)方法和手段課堂講述和多媒體教學(xué)相結(jié)合復(fù)習(xí)內(nèi)容1生物學(xué)的中心法則2DNA的復(fù)制過程3DNA的復(fù)制過程中的有關(guān)酶（5分鐘）使用教材全國醫(yī)藥類高職高?！笆濉币?guī)劃教材生物化學(xué)邱烈 王文玉主編，第四軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生出版社， 2010年1月第1版。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)為本校自編生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。 教 案 續(xù) 頁 基 本 內(nèi) 容輔助手段和時(shí)間分配第十章 RNA的生物合成生物體以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄或基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的重要環(huán)節(jié)，是合成RNA的主要方式，少數(shù)生物以RNA復(fù)制的方式合成RNA。經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的各種RNA均是其前體，必須經(jīng)過加工修飾才能成為具有生物活性的RNA。轉(zhuǎn)錄和復(fù)制都是由酶催化的核苷酸聚合過程，他們有許多相似之處，如：都以DNA為模板；都需要依賴DNA的聚合酶；聚合過程都是核苷酸之間形成磷酸二酯鍵；都從53方向延伸合成新鏈；都遵循堿基配對原則等。但它們之間又有區(qū)別：表10-3 復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù) 制轉(zhuǎn) 錄模板使用合成原料合成酶類堿基互補(bǔ)起始物質(zhì)合成方式合成產(chǎn)物兩條全用、全部用完、參與子代dATP dGTP dCTP dTTP多酶催化 DDDPA-T、G-CRNA引物 3-OH半保留復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制子代雙鏈DNA只用一條、只用一段、反復(fù)使用ATP GTP CTP UTP單酶催化 DDRPA-U、T-A、G-C全酶-DNA復(fù)合物不對稱轉(zhuǎn)錄、連續(xù)進(jìn)行mRNA tRNA rRNA第一節(jié) 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)一、轉(zhuǎn)錄的模板轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的堿基序列取決于模板DNA的堿基序列。轉(zhuǎn)錄時(shí)只需DNA一條鏈作為轉(zhuǎn)錄模板，這條具有轉(zhuǎn)錄功能的DNA單鏈稱為模板鏈或有意義鏈；而與之互補(bǔ)的沒有轉(zhuǎn)錄功能的另一條DNA單鏈稱為編碼鏈或反意義鏈。DNA雙鏈包括許多基因，不同的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)模板鏈并不是固定在同一條單鏈上。模板鏈的方向總是35,所以RNA轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制一樣，嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，聚合時(shí)RNA鏈也是沿53方向延伸。值得注意的是，對有意義鏈和反意義鏈的名稱有時(shí)出現(xiàn)混淆。如有些教科書中將模板鏈稱為反意義鏈，而將編碼鏈稱為有意義鏈。二、 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄酶即為RNA聚合酶，全稱為依賴DNA的RNA聚合酶(DDRP)，簡稱RNA-pol。該酶以DNA為模板，催化四種NTP合成與DNA模板互補(bǔ)的RNA。原核生物只有一種RNA聚合酶。目前研究比較清楚的是大腸桿菌的RNA聚合酶。它是一種由四種亞基、和組成的五聚體（2）蛋白質(zhì)。稱全酶。其中亞基也稱因子，脫去因子的2亞基合稱為核心酶,活細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄起始，需要全酶，但至轉(zhuǎn)錄延長階段，則僅需要核心酶。各亞基組成及其功能見下表：表10-4大腸桿菌RNA聚合酶組成及功能亞基分子量酶分子中的數(shù)目功 能36512150618155613702632111決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄參與轉(zhuǎn)錄全過程（催化）結(jié)合DNA模板（開鏈）辨認(rèn)起始點(diǎn)三、 參與轉(zhuǎn)錄的其它蛋白因子因子是轉(zhuǎn)錄終止因子，是由相同的六個(gè)亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)。它能與單鏈RNA結(jié)合，因子不僅具有酶活性，使ATP水解釋放能量,有利于RNA鏈從酶和模板中釋出。它同時(shí)具有解螺旋酶活性，使DNA-RNA雜交雙鏈拆離，RNA鏈則從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋出。四、模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。每一區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子。操縱子包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游的調(diào)控序列。調(diào)控序列中的啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。五、轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)1. 不對稱性：雙鏈DNA分子中一條鏈轉(zhuǎn)錄時(shí)，另一條鏈不被轉(zhuǎn)錄，這一現(xiàn)象稱為不對稱轉(zhuǎn)錄，2. 連續(xù)性：RNA的轉(zhuǎn)錄不需要引物，從起始位點(diǎn)開始到終止位點(diǎn)為止，連續(xù)合成RNA鏈。3. 單向性：模板鏈的方向是35,聚合時(shí)RNA鏈?zhǔn)茄?3方向延伸。4. 有特定的起始和終止位點(diǎn)第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄全過程分為起始、延長、終止三個(gè)階段。以原核生物的轉(zhuǎn)錄過程為例介紹轉(zhuǎn)錄過程。一、轉(zhuǎn)錄的起始1. RNA聚合酶與模板的辨認(rèn)結(jié)合：RNA聚合酶識別位于結(jié)構(gòu)基因上游、轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之前的特殊的核苷酸序列，即啟動(dòng)子上。2. RNA合成的起始：在RNA聚合酶的直接作用下，直接催化NTP按堿基配對原則結(jié)合于DNA模板上，在起始位點(diǎn)上生成第一個(gè)磷酸二酯鍵。二、轉(zhuǎn)錄的延伸：鏈的延伸由核心酶催化，沿3-的方向以屈伸交替狀移行，按照堿基配對原則以NTP為原料，以5-3方向單獨(dú)催化新生RNA鏈的合成。 三、轉(zhuǎn)錄的終止1.不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止：DNA模板上靠近轉(zhuǎn)錄的終止部位有特殊的核苷酸序列，富含G-C的回文序列，稱為終止子。 2.依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止：因子是分子量為50KD的蛋白質(zhì)六聚體，成為終止因子。 第三節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工修飾一、 mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工1. 5-端帽子結(jié)構(gòu)的形成在hnRNA的5端加上一分子鳥苷殘基，生成三磷酸雙鳥苷。然后第一或第二個(gè)鳥嘌呤堿基發(fā)生甲基化反應(yīng)，形成“帽子”結(jié)構(gòu)?！懊弊印苯Y(jié)構(gòu)的主要功能是：保護(hù)mRNA免受降解。與蛋白質(zhì)生物合成起始有關(guān)，可以幫助核蛋白體識別翻譯起始部位。2. 3-端多聚腺苷酸的加入mRNA前體先切去3末端的一些多余的核苷酸，再以ATP為供體，在hnRNA的3末端進(jìn)行聚合反應(yīng)形成多聚腺苷酸“尾巴”（poly A）。長度為100200個(gè)核苷酸之間，其長短與mRNA的壽命有關(guān)。 “尾巴”結(jié)構(gòu)的主要功能是：保護(hù)mRNA不被酶水解，可增加其穩(wěn)定性。引導(dǎo)mRNA由細(xì)胞核向細(xì)胞液轉(zhuǎn)移。3. hnRNA的剪切斷裂基因是指真核生物結(jié)構(gòu)基因中，由若干個(gè)編碼區(qū)序列被非編碼區(qū)序列間隔，但又連續(xù)鑲嵌而構(gòu)成的基因。斷裂基因中具有表達(dá)活性的編碼序列稱外顯子，沒有表達(dá)活性的間隔序列稱為內(nèi)含子。在轉(zhuǎn)錄過程中，外顯子和內(nèi)含子序列均被轉(zhuǎn)錄到hnRNA中。剪接就是在細(xì)胞核中，hnRNA切除內(nèi)含子，拼接外顯子，使之成為具有翻譯功能的模板的過程。 4. 堿基的修飾 mRNA分子內(nèi)含有少量稀有堿基，例如甲基化堿基是轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過甲基化修飾后形成。二、 tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工1. 剪切： tRNA前體的5末端和相當(dāng)于反密碼環(huán)的區(qū)域，各被切去一段一定長度的多核苷酸鏈，然后由連接酶催化拼接。2. 加上CCA-OH的3末端：在3末端切除個(gè)別核苷酸后加上CCA-OH序列，該序列在翻譯過程中運(yùn)輸氨基酸時(shí)可與之結(jié)合。3. 堿基的修飾：包括：甲基化反應(yīng)：腺嘌呤（A）甲基腺嘌呤（mA），鳥嘌呤（G）甲基鳥嘌呤（mG）；還原反應(yīng)：某些尿嘧啶（U）還原為雙氫尿嘧啶（DHU）；堿基轉(zhuǎn)位反應(yīng)：U（假尿嘧啶核苷酸）；脫氨基反應(yīng)： A次黃嘌呤（I）。使成熟的tRNA分子中含有較多的稀有堿基。三、 rRNA的轉(zhuǎn)錄后的加工（四） RNA的編輯加工（五） RNA的自我催化剪切 四、核酶核酶(ribozyme)是具有酶促活性的RNA，其特性是自催化剪接。這些核酶通常由60個(gè)左右的核苷酸組成，同一分子上包括催化部分和底物部分，底物部分含有GU序列，與催化部分組成錘頭結(jié)構(gòu)。核酶的二級結(jié)構(gòu)有多種，其中一種呈錘頭狀結(jié)構(gòu)，含有若干莖和環(huán)，例如煙草環(huán)斑病毒衛(wèi)星RNA的自催化剪接序列具有槌頭狀結(jié)構(gòu)。核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)，在生命起源問題上，為先有核酸提供了依據(jù)。同時(shí)根據(jù)核酶的錘頭狀結(jié)構(gòu)，通過人工設(shè)計(jì)合成，可使原來沒有核酶活性的RNA，成為具有核酶活性的RNA，用于阻斷病原生物或腫瘤基因表達(dá)，為對感染性疾病及腫瘤的治療提供了新思路。10分鐘20分鐘掛圖或幻燈片：不對稱轉(zhuǎn)錄示意圖25分鐘掛圖或幻燈片： 原核生物啟動(dòng)子的保守序列RNA延伸過程的“轉(zhuǎn)錄空泡”11-13終止因子及其RNA產(chǎn)物20分鐘真核生物mRNA的加工修飾tRNA的加工修飾rRNA的加工修飾5分鐘 教 案 末 頁小 結(jié)1復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄的比較2強(qiáng)調(diào)RNA聚合酶與DNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶的區(qū)別3轉(zhuǎn)錄過程：起始，延伸，終止，與復(fù)制過程的比較4真核生物轉(zhuǎn)錄后加工的主要特征5蛋白質(zhì)生物合成是基因表達(dá)的終末階段，說明基因表達(dá)的兩個(gè)階段6蛋白質(zhì)生物合成體系組成7. 翻譯過程概況（5分鐘）復(fù)習(xí)思考題及作業(yè)題1為什么轉(zhuǎn)錄的特征是不對稱轉(zhuǎn)錄，有何生物學(xué)意義？2RNA聚合酶如何能識別轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)并與之結(jié)合？3. 為什么真核生物基因轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)行加工修飾？4真核生物基因轉(zhuǎn)錄后包括哪些主要方式？5. 核酶與酶有哪些異同？6基因表達(dá)分哪兩個(gè)階段？為何DNA上的遺傳信息要表達(dá)為