RNA的生物合成(動物生化)課件

第一節(jié)轉錄的概念和轉錄模板轉錄RNADNA

一、轉錄(transcription)以DNA為模板，在RNA聚合酶（RNApolymerase）的作用下合成mRNA，將遺傳信息從DNA分子上轉移到mRNA分子上，這一過程稱為轉錄。

生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

第一節(jié)轉錄的概念和轉錄模板轉錄RNADNA1參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP25′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈(+)模板鏈(-)mRNA蛋白質轉錄翻譯二、轉錄模板

5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c3不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。不對稱轉錄(asymmetrictranscription45335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向5核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第二節(jié)原核生物基因的轉錄一、原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym6RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合7酶的連接和裝配亞基

分子量

每分子酶中所含數(shù)目

功能α365122β1506181與底物NTP結合，延長多核苷酸鏈β′1556131結合DNA模板σ702631辨認起始位點原核生物的RNA聚合酶β利福平作用部位ω100001未知酶的連接和裝配亞基分子量每分子酶功能α8原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5335結構基因調控序列RNA-pol模板DNA上結合RNA聚合酶的部位，稱為啟動子(promoter)。二、原核生物啟動子原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(oper9開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨認位點(recognitionsite)

55RNA聚合酶識別區(qū)結構基因33開始轉錄TTGACA-35區(qū)(Pribnowb101）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。三、原核生物的轉錄過程1）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：三、原核生物的轉錄過程112.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2ω)與模板結合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol-DNA-pppGpN-OH3轉錄起始復合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi轉錄起始過程:2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2ω)122）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi2）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構13“轉錄泡（transcriptionbubble）”“轉錄泡（transcriptionbubble）”14羽毛狀現(xiàn)象在電子顯微鏡下觀察轉錄現(xiàn)象，可以看到同一DNA模板上，有長短不一的新合成的RNA鏈散開成羽毛狀圖形，這說明在同一DNA基因上可以有很多的RNA聚合酶在同時催化轉錄，生成相應的RNA鏈。羽毛狀現(xiàn)象在電子顯微鏡下觀察轉錄現(xiàn)象，可1553DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARN16依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止(缺少polyU)非依賴Rho因子的轉錄終止3）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。分類依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止(缺少polyU)3）轉錄終171.非依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。1.非依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有18莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構19莖環(huán)結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產物釋放。5′pppG5335RNA-pol莖環(huán)結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；5′20ATP2.依賴Rho因子的轉錄終止ATP2.依賴Rho因子的轉錄終止21四、原核生物RNA的轉錄后加工1、mRNA

原核生物的mRNA轉錄后一般不需要加工，轉錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。四、原核生物RNA的轉錄后加工1、mRNA222.rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸內切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶2.rRNA前體的加工

甲基化作用30S前體17StRNA2233、tRNA前體的加工：原核生物的tRNA轉錄后需要加工。包括：（1）由核酸內切酶切除前體上3和5端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐個在3切去附加序列，進行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰轉移酶催化。（4）核苷的一些特定的堿基和戊糖進行修飾。

3、tRNA前體的加工：24一、真核生物的RNA聚合酶

第三節(jié)真核生物基因的轉錄一、真核生物的RNA聚合酶第三節(jié)真核生物基因的轉錄25TATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列二、真核生物基因的啟動子

TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件結26三、真核生物的轉錄過程1）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。三、真核生物的轉錄過程1）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段27轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(282.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋白質，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。

反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。2.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋29參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ303.轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子才與DNA分子結合。3.轉錄起始前復合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直31POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PI322）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。2）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核335------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）轉錄終止——和轉錄后修飾密切相關。5------AAUAAA-5------AAUAAA34復制和轉錄的區(qū)別復制和轉錄的區(qū)別35幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)四、真核生物RNA轉錄后的修飾幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(36（一）mRNA的加工1.首、尾的修飾5端形成帽子結構(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)（一）mRNA的加工5端形成帽子結構(m7GpppG37帽子結構帽子結構385pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸392mRNA的剪接（1）

hnRNA和snRNA核內的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內的蛋白質小分子核糖核酸蛋白體（并接體,splicesome）snRNA2mRNA的剪接（1）hnRNA和snRNA核內的40真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)41（2）外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。（2）外顯子(exon)和內含子(intron)外顯子42雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN43雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡示意圖DNAmRNA雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡示意圖DNAmRNA44（二）rRNA的轉錄后加工轉錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內含子內含子28S5.8S18S（二）rRNA的轉錄后加工轉錄45S-rRNA剪接18S45（三）tRNA的轉錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA（三）tRNA的轉錄后加工tRNA前體RNApolⅢTG46RNAaseP、內切酶RNAaseP、內切酶47tRNA核苷酸轉移酶、連接酶ATPADPtRNA核苷酸轉移酶、連接酶ATPADP48堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的轉位反應如：Uψ（4）脫氨反應如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的49轉錄過程的選擇性抑制劑轉錄過程的選擇性抑制劑50

以病毒RNA為模板，在RNA復制酶催化下，以四種NTP為底物，按堿基配對原則，以5’3’方向合成互補鏈的全序列。RNA復制以病毒RNA為模板，在RNA復制酶催化下，以四種NT51使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得52使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得53轉錄、有義鏈、反義鏈概念；掌握RNA的轉錄過程：起始位點和識別、起始、延伸、終止；轉錄后加工；了解RNA的復制。

本章重點轉錄、有義鏈、反義鏈概念；掌握RNA的轉錄54第一節(jié)轉錄的概念和轉錄模板轉錄RNADNA

一、轉錄(transcription)以DNA為模板，在RNA聚合酶（RNApolymerase）的作用下合成mRNA，將遺傳信息從DNA分子上轉移到mRNA分子上，這一過程稱為轉錄。

生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

第一節(jié)轉錄的概念和轉錄模板轉錄RNADNA55參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP565′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈(+)模板鏈(-)mRNA蛋白質轉錄翻譯二、轉錄模板

5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c57不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。不對稱轉錄(asymmetrictranscription585335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向59核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)第二節(jié)原核生物基因的轉錄一、原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym60RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合61酶的連接和裝配亞基

分子量

每分子酶中所含數(shù)目

功能α365122β1506181與底物NTP結合，延長多核苷酸鏈β′1556131結合DNA模板σ702631辨認起始位點原核生物的RNA聚合酶β利福平作用部位ω100001未知酶的連接和裝配亞基分子量每分子酶功能α62原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5335結構基因調控序列RNA-pol模板DNA上結合RNA聚合酶的部位，稱為啟動子(promoter)。二、原核生物啟動子原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(oper63開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨認位點(recognitionsite)

55RNA聚合酶識別區(qū)結構基因33開始轉錄TTGACA-35區(qū)(Pribnowb641）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。三、原核生物的轉錄過程1）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：三、原核生物的轉錄過程652.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2ω)與模板結合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol-DNA-pppGpN-OH3轉錄起始復合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi轉錄起始過程:2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2ω)662）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi2）轉錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構67“轉錄泡（transcriptionbubble）”“轉錄泡（transcriptionbubble）”68羽毛狀現(xiàn)象在電子顯微鏡下觀察轉錄現(xiàn)象，可以看到同一DNA模板上，有長短不一的新合成的RNA鏈散開成羽毛狀圖形，這說明在同一DNA基因上可以有很多的RNA聚合酶在同時催化轉錄，生成相應的RNA鏈。羽毛狀現(xiàn)象在電子顯微鏡下觀察轉錄現(xiàn)象，可6953DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶53DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARN70依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止(缺少polyU)非依賴Rho因子的轉錄終止3）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。分類依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止(缺少polyU)3）轉錄終711.非依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。1.非依賴Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有72莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構73莖環(huán)結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產物釋放。5′pppG5335RNA-pol莖環(huán)結構使轉錄終止的機理使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；5′74ATP2.依賴Rho因子的轉錄終止ATP2.依賴Rho因子的轉錄終止75四、原核生物RNA的轉錄后加工1、mRNA

原核生物的mRNA轉錄后一般不需要加工，轉錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。四、原核生物RNA的轉錄后加工1、mRNA762.rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸內切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶2.rRNA前體的加工

甲基化作用30S前體17StRNA2773、tRNA前體的加工：原核生物的tRNA轉錄后需要加工。包括：（1）由核酸內切酶切除前體上3和5端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐個在3切去附加序列，進行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰轉移酶催化。（4）核苷的一些特定的堿基和戊糖進行修飾。

3、tRNA前體的加工：78一、真核生物的RNA聚合酶

第三節(jié)真核生物基因的轉錄一、真核生物的RNA聚合酶第三節(jié)真核生物基因的轉錄79TATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列二、真核生物基因的啟動子

TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件結80三、真核生物的轉錄過程1）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。三、真核生物的轉錄過程1）轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段81轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子順式作用元件(822.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋白質，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。

反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。2.轉錄因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋83參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ

參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ843.轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子才與DNA分子結合。3.轉錄起始前復合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直85POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉錄的PI862）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。2）轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核875------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA3）轉錄終止——和轉錄后修飾密切相關。5------AAUAAA-5------AAUAAA88復制和轉錄的區(qū)別復制和轉錄的區(qū)別89幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)四、真核生物RNA轉錄后的修飾幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(90（一）mRNA的加工1.首、尾的修飾5端形成帽子結構(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)（一）mRNA的加工5端形成帽子結構(m7GpppG91帽子結構帽子結構925pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸932mRNA的剪接（1）

hnRNA和snRNA核內的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內的蛋白質小分子核糖核酸蛋白體（并接體,splicesome）snRNA