RNA的生物合成與加工實用教案

1、遺傳信息傳遞(chund)的 中心法則蛋白質蛋白質翻譯翻譯轉錄轉錄逆轉錄逆轉錄復制復制復制復制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲生物的遺傳信息以密碼的形式儲存在存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細胞分裂的過程中，酸排列順序。在細胞分裂的過程中，通過通過DNA復制把親代細胞所含的遺傳復制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些(zhxi)遺傳信息通過轉錄傳遞給遺傳信息通過轉錄傳遞給RNA，再由，再由RNA通過翻譯轉變成相應通過翻譯轉變成相應的蛋白質多

2、肽鏈上的氨基酸排列順序的蛋白質多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質執(zhí)行各種各樣的生物學功，由蛋白質執(zhí)行各種各樣的生物學功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些中一些RNA病毒能以自己的病毒能以自己的RNA為模為模板復制出新的病毒板復制出新的病毒RNA，還有一些，還有一些RNA病毒能以其病毒能以其RNA為模板合成為模板合成DNA，稱為逆轉錄這是中心法則的補，稱為逆轉錄這是中心法則的補充。充。 中心法則總結了生物體內遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎，不僅中心法則總結了生物體內遺傳信息的流動規(guī)律，揭示

3、遺傳的分子基礎，不僅(bjn)使人們對細胞使人們對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術為基礎發(fā)展了的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術為基礎發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命?；蚬こ?，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。第1頁/共29頁第一頁，共30頁。一、轉錄一、轉錄(zhun l)的概念的概念二、二、RNA聚合酶及催化反應聚合酶及催化反應三、三、RNA合成過程合成過程四、啟動子和轉錄四、啟動子和轉錄(zhun l)因子因子五、終止子和終止因子五、終止子和終止因子第2頁/共29頁第二頁，共3

4、0頁。轉錄(zhun l)的概念和DNA的有義鏈和反義鏈 啟動子（啟動子（promoter) 終止子終止子(terminator)模板模板(mbn)鏈（鏈（templatte strand） 反意義鏈反意義鏈(antisense strand)有意義鏈有意義鏈(sense strand)非信息區(qū)非信息區(qū)5 5 3 3 第3頁/共29頁第三頁，共30頁。大腸桿菌大腸桿菌(d chn n jn)RNA聚合酶的結構示意圖聚合酶的結構示意圖 核心核心(hxn)(hxn)酶酶(2(2) )起始起始(q sh)(q sh)因子因子 和模板和模板DNADNA結合結合起始和催化聚合反應起始和催化聚合反應？全酶

5、全酶( (2 2 ) )第4頁/共29頁第四頁，共30頁。RNA聚合酶催化(cu hu)的反應ACGACGUU模板模板(mbn)DNA5 3 5 3 新合成新合成(hchng)RNA第5頁/共29頁第五頁，共30頁。RNARNA合成合成(hchng)(hchng)過程過程起始起始(q sh)雙鏈雙鏈DNA局部局部(jb)解解開開磷酸二酯磷酸二酯鍵形成鍵形成終止階段終止階段解鏈區(qū)到達解鏈區(qū)到達基因終點基因終點延長階段延長階段5 3 RNA 啟動子（啟動子（promoter) 終止子終止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 離開離開第6頁/共29頁第六頁，共

6、30頁。RNA鏈的延伸(ynshn)圖解3 5 RNA-DNA雜交螺旋雜交螺旋聚合酶的移動方向聚合酶的移動方向新生新生RNA復鏈復鏈解鏈解鏈有義鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）模板鏈（反義鏈）延長部位延長部位第7頁/共29頁第七頁，共30頁。真核生物和原核(yun h)生物轉錄的差別DNA核核核糖體核糖體新生新生(xnshng)蛋白質蛋白質真核生物真核生物(shngw)原核生物原核生物mRNA前體前體轉運轉運加工加工mRNAmRNA 真核生物中轉錄與復制在不同的區(qū)域真核生物中轉錄與復制在不同的區(qū)域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 啟動子不同啟動子不同 轉錄后轉錄后RNA加工修飾不同加工修飾不同第8頁/

7、共29頁第八頁，共30頁。四、啟動子和轉錄(zhun l)因子第9頁/共29頁第九頁，共30頁。足跡法確定(qudng)啟動子序列第10頁/共29頁第十頁，共30頁。大腸桿菌啟動子共有序列大腸桿菌啟動子共有序列(xli)的功能的功能 AGTCTTGACA AAT TTAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35識別區(qū)識別區(qū)16-19bp5-9bp起點(qdin)第11頁/共29頁第十一頁，共30頁。五、終止(zhngzh)子和終止(zhngzh)因子第12頁/共29頁第十二頁，共30頁。大腸桿菌大腸桿菌(d chn n jn)兩類終止子的回文結構兩類終止子的回文結構A. 不依

8、賴于不依賴于Rho（ ）的終止子的終止子A. 依賴于依賴于Rho（ ）的）的終止子終止子富含富含G-C系列系列(xli)U第13頁/共29頁第十三頁，共30頁。一、一、RNA的加工的加工(ji gng)二、二、 RNA的拼接、編輯和再編碼的拼接、編輯和再編碼三、三、RNA生物功能的多樣性生物功能的多樣性四、四、RNA的降解的降解第14頁/共29頁第十四頁，共30頁。甲基化作用甲基化作用專一專一(zhuny)核核酸外切酶酸外切酶30S前體前體17StRNA25S專一專一(zhuny)核核酸外切酶酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA專一核酸外切酶專一核酸外切酶第15頁/共

9、29頁第十五頁，共30頁。a a、切除、切除(qich)tRNA(qich)tRNA前體兩端多余的序列：前體兩端多余的序列： 5 5端切除端切除(qich)(qich)幾到幾到1010個核苷酸。個核苷酸。b、末端添加、末端添加(tin ji)：3-端添加端添加(tin ji)CCA序列。序列。c、修飾：形成稀、修飾：形成稀有堿基如有堿基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內切酶的作用表示核酸內切酶的作用 表示核苷酸轉移酶的作用表示核苷酸轉移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示異構化酶的作用表示異構化酶

10、的作用 第16頁/共29頁第十六頁，共30頁。早轉錄早轉錄(zhun l)本本成熟成熟(chngsh)tRNA加工加工(ji gng)酵母酪氨酸酵母酪氨酸t(yī)RNA前體的加工前體的加工第17頁/共29頁第十七頁，共30頁。真核細胞mRNAmRNA的加工(ji gng)(ji gng)5 “帽子帽子(mo zi)”PolyA 3 順反子順反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一個端接上一個“帽子帽子(mo zi)”(CAP)(mo zi)”(CAP)結構結構 3 3端添加端添加PolyA“PolyA“尾巴尾巴”,”,由由RNARNA末端核苷酸轉移

11、酶催化末端核苷酸轉移酶催化 剪接：剪去內含子剪接：剪去內含子(intron)(intron)，拼接外顯子，拼接外顯子(extron)(extron)第18頁/共29頁第十八頁，共30頁。二、二、RNARNA的拼接的拼接(pn ji)(pn ji)、編輯和、編輯和再編碼再編碼 大多數(shù)的真核基因都是斷裂基因，斷裂基因的轉錄產(chǎn)物產(chǎn)大多數(shù)的真核基因都是斷裂基因，斷裂基因的轉錄產(chǎn)物產(chǎn)物需要通過拼接物需要通過拼接(pn ji)(pn ji)，去除插入部分（即內含子，去除插入部分（即內含子，intronintron），使編碼區(qū)（即外含子，），使編碼區(qū)（即外含子，ExonExon）成為連續(xù)序列，這是）成為連續(xù)

12、序列，這是基因表達的一個重要環(huán)節(jié)?；虮磉_的一個重要環(huán)節(jié)。RNARNA編碼序列的改變稱為編輯（編碼序列的改變稱為編輯（ editingediting），）， RNA RNA編碼和讀碼方式的改變稱為再編碼（編碼和讀碼方式的改變稱為再編碼（recodingrecoding）。由于存在選擇性的拼接）。由于存在選擇性的拼接(pn ji)(pn ji)、編輯和再編、編輯和再編碼，一個基因可以產(chǎn)生多種蛋白質。碼，一個基因可以產(chǎn)生多種蛋白質。1 1、RNARNA的拼接的拼接2 2、RNARNA的編輯的編輯(binj)(binj)3 3、RNARNA的再編碼的再編碼第19頁/共29頁第十九頁，共30頁。RNA

13、RNA的拼接(pn ji)(pn ji)方式 類型類型 自我自我(zw)(zw)拼拼接接 類型類型 自自我我(zw)(zw)拼接拼接 核核mRNAmRNA的拼接的拼接體的拼接體的拼接 核核mRNAmRNA的的酶促拼接酶促拼接第20頁/共29頁第二十頁，共30頁。RNARNA編輯的不同類型(lixng)(lixng)和分布 編輯類型編輯類型(lixng) (lixng) 機制機制 存在存在U U的插入與刪除的插入與刪除 gRNA gRNA的轉酯反應的轉酯反應 錐蟲線粒體錐蟲線粒體mRNAmRNAC C、A A或或U U的插入的插入 多頭絨孢菌線粒體的多頭絨孢菌線粒體的 mRNA mRNA和和tR

14、NAtRNAG G的插入的插入 RNA RNA聚合酶重復轉錄聚合酶重復轉錄 副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因(jyn)(jyn)C C轉變?yōu)檗D變?yōu)閁 U 酶促脫氫酶促脫氫 哺乳類腸的哺乳類腸的apoPtRNAapoPtRNAC C轉變?yōu)檗D變?yōu)閁 U或或U U轉變?yōu)檗D變?yōu)镃 C 脫氫或氨基化脫氫或氨基化 植物線粒體植物線粒體mRNAmRNA和和tRNAtRNA 牛心線粒體牛心線粒體tRNAtRNAA A轉變?yōu)檗D變?yōu)镮 I 脫氨脫氨 腦谷氨酸受體亞基腦谷氨酸受體亞基mRNAmRNARNARNA編輯的生物學意義編輯的生物學意義消除移消除移 碼突變等基因突變的危害碼突變等基因突變的危害增加了基因產(chǎn)物

15、的多樣性增加了基因產(chǎn)物的多樣性與生物發(fā)育與分化有關，是基因調控的一種重要方式與生物發(fā)育與分化有關，是基因調控的一種重要方式第21頁/共29頁第二十一頁，共30頁。RNARNA的再編碼(bin m)(bin m) 類型類型 自我自我(zw)(zw)拼拼接接 類型類型(lixng(lixng) ) 自我拼自我拼接接 核核mRNAmRNA的拼接的拼接體的拼接體的拼接 核核mRNAmRNA的酶的酶促拼接促拼接第22頁/共29頁第二十二頁，共30頁。三、三、RNARNA生物生物(shngw)(shngw)功能的多樣功能的多樣性性1 1、RNARNA在遺傳信息的翻譯中起著決定作用。在遺傳信息的翻譯中起著決

16、定作用。2 2、RNARNA具有重要的催化功能和其他持家具有重要的催化功能和其他持家(chji)(chji)功能。功能。3 3、RNARNA轉錄后加工和修飾依賴于各類小轉錄后加工和修飾依賴于各類小RNARNA和其他蛋白質復合物。和其他蛋白質復合物。4 4、RNARNA對基因表達和細胞功能具有重要調節(jié)作用。對基因表達和細胞功能具有重要調節(jié)作用。5 5、RNARNA在生物進化中起重要作用。在生物進化中起重要作用。第23頁/共29頁第二十三頁，共30頁。四、四、RNARNA的降解的降解(jin ji)(jin ji) RNA RNA降解是涉及到基因表達的一個重要環(huán)節(jié)，降解是涉及到基因表達的一個重要環(huán)

17、節(jié)， rRNA rRNA和和tRNAtRNA是穩(wěn)定的是穩(wěn)定的RNA RNA ，其更新率低；，其更新率低； mRNA mRNA是不穩(wěn)定的是不穩(wěn)定的RNARNA，其更新率非常高。因為，其更新率非常高。因為mRNAmRNA于其編碼基因的表達活性直接有關，不同于其編碼基因的表達活性直接有關，不同(b tn)(b tn)的的RNARNA需要以不同需要以不同(b tn)(b tn)的速度進行降解。脊椎動物細胞的速度進行降解。脊椎動物細胞mRNAmRNA的平均半衰期約為的平均半衰期約為3h, 3h, 細胞每一世代中各類細胞每一世代中各類mRNAmRNA約周轉約周轉1010次。細菌次。細菌mRNAmRNA的半

18、衰期大約只有，以適應快速生長和對環(huán)境作出快速反應的要求。的半衰期大約只有，以適應快速生長和對環(huán)境作出快速反應的要求。 所有細胞中都存在各種核糖核酸酶，可以降解所有細胞中都存在各種核糖核酸酶，可以降解RNARNA。真核生物。真核生物mRNAmRNA降解的主要途徑首先是降解的主要途徑首先是poly(A)poly(A)尾巴的縮短，去腺苷酸化能誘發(fā)脫去尾巴的縮短，去腺苷酸化能誘發(fā)脫去5 5端帽子結構，然后由端帽子結構，然后由5 5 3 3方向和方向和3 3 5 5 方向降解方向降解mRNAmRNA。第24頁/共29頁第二十四頁，共30頁。噬菌體噬菌體Q的合成的合成(hchng)A. 負鏈的合成負鏈的合

19、成(hchng)B. 正鏈的合成正鏈的合成(hchng)病毒的正鏈病毒的正鏈復制中間體復制中間體復制中間體復制中間體新合成的正鏈新合成的正鏈新合成的負鏈新合成的負鏈負鏈負鏈第25頁/共29頁第二十五頁，共30頁。第四節(jié)第四節(jié) 核酸核酸(h sun)合成合成的抑制劑的抑制劑 核苷酸合成核苷酸合成(hchng)抑制劑抑制劑氨基酸類似物氨基酸類似物 葉酸葉酸(y sun)類似物類似物 堿基和核苷酸類似物堿基和核苷酸類似物烷化劑烷化劑放腺菌素放腺菌素嵌合劑嵌合劑 與與DNA模板結合的抑制劑模板結合的抑制劑 作用于作用于DNA聚合酶或聚合酶或RNA集合酶的抑制劑集合酶的抑制劑抗菌素抗菌素:如利福平、曲張霉素如利福平、曲張霉素肽類化合物：肽類化合物： -鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿第