生化RNA的生物合成市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、 DNARNA 轉(zhuǎn)錄 DDRP RNARNA 復(fù)制 RDRP 第二節(jié) RNA生物合成第1頁第1頁一、轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下RNA合成）（一）轉(zhuǎn)錄概念及特點(diǎn) 1.轉(zhuǎn)錄： 以DNA為模板合成RNA過程，遺傳信息由此從DNA轉(zhuǎn)移到RNA。 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有mRNA、tRNA、rRNA。 原核細(xì)胞mRNA為單順反子或多順反子。 真核細(xì)胞mRNA為單順反子。 所有生物mRNA都存在5端和3端非編碼區(qū).第2頁第2頁2.特點(diǎn)：模板DNA一條鏈 模板鏈：DNA雙鏈中作為轉(zhuǎn)錄模板單股鏈，其核苷酸序列與RNA互補(bǔ)。（ 反 義 鏈，負(fù)鏈， Watson鏈） 編碼鏈：與轉(zhuǎn)錄RNA堿基序列一致DNA單鏈，只是T 換成U。（ 有

2、義 鏈 ，正鏈， Crick鏈）原料NTP配對(duì)原則 dT-A,dA-U,dG-C,dC-G酶RNA聚合酶,無校正功效不需要引物合成方向 53第3頁第3頁只針對(duì)已擬定某一基因而言編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄本第4頁第4頁不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 （1）在DNA雙鏈中，一條鏈可轉(zhuǎn)錄，另一條鏈不轉(zhuǎn)錄 （2）模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一DNA單鏈上。基因有選擇地轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄本 第5頁第5頁 復(fù)制 轉(zhuǎn)錄兩股鏈均復(fù)制 模板鏈轉(zhuǎn)錄 dNTP NTPA-T;G-C A-U; G-CDNA聚合酶 RNA聚合酶半保留復(fù)制 mRNA,tRNA,rRNA等DNA模板原料配對(duì)聚合酶產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄與復(fù)制區(qū)別第6頁第6頁3. 關(guān)于DNA指導(dǎo)RNA聚合酶DDRP RN

3、A聚合酶特點(diǎn)第7頁第7頁 a. 不需要引物 b. 雙鏈DNA做模板活性最強(qiáng) c. 第一個(gè)摻入NTP常為GTP或ATP,轉(zhuǎn)錄期間保持完整不產(chǎn)生PPi. d. 轉(zhuǎn)錄中有一短暫DNA-RNA雜交雙鏈,不久解開 e. 聚合方向 5 3第8頁第8頁第9頁第9頁(二) 原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄E.coli中由一個(gè)RNA聚合酶催化所有RNA合成（mRNA、t RNA 、rRNA和其它小分子RNA ）E.coliRNA聚合酶: 全酶 2 關(guān)鍵酶 2 關(guān)鍵酶功效：只催化鏈延長, 對(duì)起始無作用. 亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功效。 亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。 亞基：與DNA模板結(jié)合功效。 因子：辨認(rèn)起始位點(diǎn)。（

4、一旦起始辨認(rèn)后， 因子脫落，關(guān)鍵酶才干延伸）第10頁第10頁第11頁第11頁RNA轉(zhuǎn)錄過程：（以大腸桿菌為例） 起始位點(diǎn)辨認(rèn) 轉(zhuǎn)錄起始 鏈延長 轉(zhuǎn)錄終止第12頁第12頁第13頁第13頁（1）起始位點(diǎn)辨認(rèn) RNA合成不需要引物。 因子起著辨認(rèn)DNA分子上起始信號(hào)（啟動(dòng)子）作用。 啟動(dòng)子RNA聚合酶辨認(rèn)、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄一段DNA序列。 典型啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)至少由三部分構(gòu)成：-35區(qū)提供了RNA聚合酶全酶辨認(rèn)信號(hào)；-10區(qū)是酶緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開）;第三部分是RNA合成起始點(diǎn)。 +1 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) AACTGTATATTA TTGACATATAAT533535區(qū) Sextama 框10區(qū)

5、Pribnow框第14頁第14頁第15頁第15頁（2）轉(zhuǎn)錄起始 RNA聚合酶全酶結(jié)合到DNA模板上,DNA雙鏈解開,加入第一個(gè)NTP,形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。 加入第一個(gè)NTP常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。第一個(gè)NTP一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn),因子就會(huì)被釋放脫離關(guān)鍵酶。E-35-10pppG或pppA5533模板鏈第16頁第16頁第17頁第17頁（3）RNA鏈延長 DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象改變，關(guān)鍵酶與DNA結(jié)合比較松弛，沿DNA模板移動(dòng)，并按模板順序選擇下一個(gè)核苷酸，將NTP加到生長RNA鏈3-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從5 3。第18頁第18頁第19頁第19頁第20

6、頁第20頁（4）轉(zhuǎn)錄終止 RNA聚合酶碰到DNA模板上觸發(fā)終止轉(zhuǎn)錄特殊位點(diǎn)(終止子)，停止轉(zhuǎn)錄,并釋放出聚合酶和RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。 終止子:提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)DNA序列. 終止因子:幫助RNA聚合酶辨認(rèn)終止信號(hào)輔助因子(蛋白質(zhì)).終止信號(hào)可被RNA聚合酶或輔助因子所辨認(rèn).終止信號(hào)位于已轉(zhuǎn)錄信號(hào)中. 終止子結(jié)構(gòu)特性：在終止點(diǎn)之前都有一個(gè)回文結(jié)構(gòu),其產(chǎn)生RNA可形成由莖環(huán)構(gòu)成發(fā)夾結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)使RNA聚合酶延伸速度減慢或停止。第21頁第21頁第22頁第22頁第23頁第23頁終止方式:不依賴因子轉(zhuǎn)錄終止(簡(jiǎn)樸終止子或強(qiáng)終止子) 特點(diǎn)： 1 ）在終止點(diǎn)之前含有一段富含G-C回文區(qū)域。2）富含G-C區(qū)域之后是

7、一連串dA堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄RNA鏈末端為一連串U（連續(xù)6個(gè)）。也許提供信號(hào)使酶脫離模板第24頁第24頁第25頁第25頁b. 依賴 因子轉(zhuǎn)錄終止(弱終止子) -必需因子存在時(shí)才干發(fā)生終止作用. 特點(diǎn): 終止子后無連續(xù)A，無回文區(qū)域或回文區(qū)域短,回文結(jié)構(gòu)不含富有G-C區(qū). 在因子作用下，ATP酶水解，釋放能量，使新生RNA與模板脫落。含有RNA-DNA解螺旋酶活力.第26頁第26頁第27頁第27頁辨認(rèn)終止子需要一些特殊輔助因子,其中Nus A 因子可提升終止效率,增進(jìn)RNA聚合酶在終止子位置上停止.Nus A 可與RNA聚合酶關(guān)鍵酶結(jié)合, 形成a2 bbNus A復(fù)合物, s 可取代Nus A

8、,形成a2 bb s. 轉(zhuǎn)錄終止時(shí), Nus A結(jié)合到關(guān)鍵酶上,由Nus A辨認(rèn)終止子序列. 轉(zhuǎn)錄終止后, RNA聚合酶脫離模板, Nus A又被s取代, 由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物和終止復(fù)合物循環(huán).第28頁第28頁有些終止子作用可被特異因子所制止，使酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀（ readthrough）能夠引起抗終止作用蛋白質(zhì)稱為抗終止因子（antitermination factors）第29頁第29頁 真核細(xì)胞RNA聚合酶酶類分布產(chǎn) 物分子量反應(yīng)條件I核仁核質(zhì)核質(zhì)5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNA snRNAtRNA 5S rRNA U6 snRNA scR

9、NA(細(xì)胞質(zhì)小RNA）500 000700 000700 000低離子強(qiáng)度,要求Mg2+或Mn2+高離子強(qiáng)度高M(jìn)n2+濃度(三)真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄作用第30頁第30頁燈刷染色體 第31頁第31頁（四）轉(zhuǎn)錄過程選擇性克制 放線菌素D是原核和真核細(xì)胞RNA聚合酶專一克制劑。 放線菌素D可插入雙鏈DNA分子相鄰堿基對(duì)之間，與DNA形成非共價(jià)復(fù)合物，克制其模板功效（低濃度克制轉(zhuǎn)錄，較高濃度克制復(fù)制）。這類克制劑包括放線菌素,烷化劑,嵌入染料等。第32頁第32頁 利福平是原核細(xì)胞RNA聚合酶克制劑。 利福平與原核生物RNA聚合酶亞基結(jié)合，克制轉(zhuǎn)錄過程中RNA鏈延長反應(yīng),但并不克制真核生物RNA合成。類似克制劑

10、尚有利鏈霉素。第33頁第33頁 -鵝膏蕈堿是真核細(xì)胞RNA聚合酶克制劑。 它是通過真核細(xì)胞RNA聚合酶,阻斷細(xì)胞核mRNA合成,但對(duì)原核細(xì)胞RNA合成無影響.第34頁第34頁(五) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物“加工”1. rRNA前體轉(zhuǎn)錄后加工原核細(xì)胞30S前體17S25S16S23S5S真核細(xì)胞45S前體18S28S5.8S真核生物5S rRNA生成通過另外路徑。第35頁第35頁四膜蟲rRNA前體自我剪接機(jī)制L19RNA形成5-GMP(或G)3-OH充當(dāng)親核基團(tuán)襲擊5斷裂點(diǎn)5外顯子3-OH成為親核基團(tuán)，完畢剪接反應(yīng)第36頁第36頁 2、tRNA前體加工： 原核與真核生物tRNA轉(zhuǎn)錄后都需要加工，包括：(1)由

11、核酸內(nèi)切酶切除前體上3和5端上多出核苷酸;(2)由核酸外切酶逐一在3切去附加序列，進(jìn)行修剪。(3)3端添加CCAOH序列，由核苷酰轉(zhuǎn)移酶催化。 （接受活化AA）(4)對(duì)核苷一些特定堿基和戊糖進(jìn)行修飾。 第37頁第37頁第38頁第38頁3. 真核細(xì)胞mRNA加工真核細(xì)胞mRNA三個(gè)特點(diǎn)。真核mRNA加工普通要通過四步： (1) 5加帽(capping)； (2) 3加尾(tailing)； (3)剪接(splicing): 切除內(nèi)含子(intron cleavage )； (4) 修飾(modification): 對(duì)一些堿基進(jìn)行甲基化。第39頁第39頁 (1) 5 -端加帽磷酸水解酶鳥苷轉(zhuǎn)移酶

12、鳥嘌呤7甲基轉(zhuǎn)移酶2氧甲基轉(zhuǎn)移酶第40頁第40頁(2) 3加尾(tailing)特異核酸內(nèi)切酶多聚A 聚合酶第41頁第41頁(3) 切除內(nèi)含子(intron cleavage )snRNA(核內(nèi)小RNA)參與切除內(nèi)含子。snRNA功效類似一個(gè)暫時(shí)模板,它使兩個(gè)外顯子轉(zhuǎn)錄RNA片段末端靠在一起,為正確位點(diǎn)拼接作準(zhǔn)備,一個(gè)拼接錯(cuò)誤可使mRNA下游區(qū)遺傳密碼改變,造成產(chǎn)生不完善蛋白分子不良后果.U1:一組小核內(nèi)核糖核蛋白（ snRNP ）功效為剪接核內(nèi)mRNA前體。由幾條多肽鏈和一個(gè)RNA分子構(gòu)成，含有一個(gè)互補(bǔ)于內(nèi)含子接納體-供體連接點(diǎn)片段。已擬定其它組員包括U2 U4 U5 U6。第42頁第42頁

13、 GU-AG規(guī)律: 內(nèi)含子堿基以GU開始,AG終止。第43頁第43頁第44頁第44頁(4)修飾(modification): 對(duì)一些堿基進(jìn)行甲基化。主要是N6-甲基腺嘌呤,也許對(duì)mRNA 前體加工起辨認(rèn)作用(對(duì)翻譯不是必需).第45頁第45頁 二、RNA復(fù)制 (RNA指導(dǎo)RNA合成)一些RNA病毒 (如大腸桿菌噬菌體f 2, MS2, R17, Q和灰質(zhì)炎病毒), 能夠以本身RNA為模板進(jìn)行復(fù)制。(一)RNA復(fù)制酶RNA指導(dǎo)RNA聚合酶,稱RNA聚合酶或RNA復(fù)制酶. 這類酶有在病毒感染宿主細(xì)胞后由宿主細(xì)胞產(chǎn)生，有由病毒自己編碼.RNA鏈合成方向: 53模板:只以病毒RNA為模板, 不能以宿主RNA為模板.第46頁第46頁f2系列噬菌體RNA復(fù)制兩個(gè)階段（1）其單鏈RNA可充當(dāng)mRNA，利用寄主中核糖體合成外殼蛋白和復(fù)制酶亞基。（2）復(fù)制酶亞基可與來自寄主細(xì)胞亞基自動(dòng)裝配成RNA復(fù)制酶，可進(jìn)行RNA復(fù)制，以分子中單鏈RNA為模板（正鏈），復(fù)制出一條新RNA鏈（負(fù)