生物化學(xué)第三版14RNA生物合成

2023/4/11第一節(jié)轉(zhuǎn)錄的基本特征轉(zhuǎn)錄是遺傳信息由DNA向RNA傳遞的過程，即一股DNA的堿基序列按照堿基配對(duì)原則指導(dǎo)RNA聚合酶合成與之序列互補(bǔ)RNA的過程。轉(zhuǎn)錄是中心法則的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA在DNA與蛋白質(zhì)之間建立聯(lián)系。參與轉(zhuǎn)錄的主要物質(zhì)第一頁，共30頁。2023/4/12轉(zhuǎn)錄的基本特征1.選擇性轉(zhuǎn)錄：細(xì)胞在不同的生長(zhǎng)階段，根據(jù)生存條件和代謝需要轉(zhuǎn)錄不同的基因，因而表達(dá)的只是基因組的一部分。2.不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：DNA的每一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)都只有一股鏈可以被轉(zhuǎn)錄。模板鏈/負(fù)鏈/反義鏈：被轉(zhuǎn)錄，序列與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物互補(bǔ)。編碼鏈/正鏈/有義鏈：不被轉(zhuǎn)錄，序列與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一致。雙鏈DNA每一股鏈都可能含指導(dǎo)RNA合成的模板。3.轉(zhuǎn)錄后加工：初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物大多數(shù)需要經(jīng)過進(jìn)一步加工都能成為成熟RNA分子。初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)牪加工過程稱為轉(zhuǎn)錄后加工。人類腺病毒基因組包括早期基因E1A、E1B、E2A、E2B、E3和E4以及晚期基因L1、L2、L3、L4和L5早期基因在病毒感染后的復(fù)制前開始轉(zhuǎn)錄。第二頁，共30頁。2023/4/13書寫DNA堿基序列時(shí)只寫出一條鏈——編碼鏈；編碼鏈上位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的核苷酸編為+1號(hào)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的方向第三頁，共30頁。2023/4/14第二節(jié)RNA聚合酶1.RNA聚合酶特點(diǎn)第四頁，共30頁。2023/4/152.原核生物RNA聚合酶（

2‘

）

核心酶：一種；2000個(gè)

因子：原核生物的轉(zhuǎn)錄起始因子亞基功能啟動(dòng)裝配，識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子元件含活性中心，催化形成磷酸二酯鍵'結(jié)合DNA模板70協(xié)助核心酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子元件協(xié)助核心酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子元件第五頁，共30頁。2023/4/16生物化學(xué)第三版第六頁，共30頁。2023/4/173.真核生物RNA聚合酶聚合酶定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物-鵝膏蕈堿Ⅰ核仁28S,5.8S,18SrRNA極不敏感Ⅱ核質(zhì)mRNA,snRNA非常敏感Ⅲ核質(zhì)5SrRNA,tRNA,snRNA中等敏感第七頁，共30頁。2023/4/18第三節(jié)大腸桿菌RNA的轉(zhuǎn)錄合成包括起始、延長(zhǎng)、終止和后加工四個(gè)階段。一、轉(zhuǎn)錄起始（需要RNA聚合酶全酶）二、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（需要核心酶）三、轉(zhuǎn)錄終止（有的需要ρ因子）四、轉(zhuǎn)錄后加工第八頁，共30頁。2023/4/19一、轉(zhuǎn)錄起始1.啟動(dòng)子：RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列，具有方向性。.Sextama框：共有序列：TTGACA，－35區(qū)；是RNA聚合酶依靠σ因子識(shí)別并初始結(jié)合的位點(diǎn)，RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)。第九頁，共30頁。2023/4/110Pribnow框：共有序列：TATAAT－10區(qū)；是RNA聚合酶牢固結(jié)合的位點(diǎn)，，又稱為RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)，富含A-T，容易解鏈，有利于啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄－35區(qū)與－10區(qū)的間距影響啟動(dòng)效率，而且影響更大，相隔17nt時(shí)啟動(dòng)效率最高第十頁，共30頁。2023/4/1112.起始過程結(jié)合：全酶通過因子與啟動(dòng)子－35區(qū)結(jié)合，形成閉合復(fù)合體解鏈：全酶向下游移動(dòng)從－10區(qū)將DNA雙鏈解開約17bp，形成開放復(fù)合體合成：全酶根據(jù)模板鏈指令獲取第一、二個(gè)NTP，催化形成3‘,5’-磷酸二酯鍵，其中第一個(gè)核苷酸一定是GTP或ATP，尤以GTP為常見釋放：RNA聚合酶全酶催化合成8～9nt的RNA片段后，σ因子脫落，導(dǎo)致核心酶構(gòu)象改變，與啟動(dòng)子的結(jié)合松馳，核心酶沿著模板鏈向下游移動(dòng)，把轉(zhuǎn)錄帶入延長(zhǎng)階段。第十一頁，共30頁。2023/4/112二、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)RNA的3‘端始終與模板鏈結(jié)合，形成長(zhǎng)約8bp的RNA-DNA的雜交體，而5’端則脫離模板鏈甩出，已經(jīng)轉(zhuǎn)錄完畢的DNA模板鏈與編碼鏈重新結(jié)合。第十二頁，共30頁。2023/4/113三、轉(zhuǎn)錄終止1.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有兩個(gè)特征：有一段連續(xù)的U序列，與模板鏈以A-U配對(duì)結(jié)合；U序列之前有一段富含G－C的回文序列，可以形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)。莖環(huán)結(jié)構(gòu)一方面削弱A-U結(jié)合力，使RNA容易釋放；另一方面改變RNA與核心酶的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄終止。第十三頁，共30頁。2023/4/1142.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止：這類終止子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物沒有連續(xù)的U序列，但有一個(gè)富含CA的rut元件。需要ρ因子協(xié)助終止轉(zhuǎn)錄。ρ因子具有依賴RNA的ATP酶和依賴ATP的解旋酶活性，可以與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，使RNA-DNA雜交體解鏈，RNA釋放第十四頁，共30頁。2023/4/115Figure26.16:Rhofactor(p)-dependenttermination.

終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚U的長(zhǎng)短有關(guān)。第十五頁，共30頁。2023/4/116Figure9.48RhohasanN-terminalRNA-bindingdomainandaC-terminalATPasedomain.AhexamerintheformofagappedringbindsRNAalongtheexterioroftheN-terminaldomains.The5’endoftheRNAisboundbyasecondarybindingsiteintheinteriorofthehexamer.第十六頁，共30頁。2023/4/117Figure9.28RhofactorpursuesRNApolymerasealongtheRNAandcancauseterminationwhenitcatchestheenzymepausingatarho-dependentterminator.

9.10Howdoesrhofactorwork?第十七頁，共30頁。2023/4/118Figure9.49showsthatafterbindingtotherutsite,itusesitshelicaseactivity,drivenbyATPhydrolysis,totranslocatealongRNAuntilitreachestheRNA-DNAhybridstretchinRNApolymerase.Thenitunwindstheduplexstructure.WedonotknowwhetherthisactionissufficienttoreleasethetranscriptorwhetherrhoalsointeractswithRNApolymerasetohelpreleaseRNA.第十八頁，共30頁。2023/4/119四、轉(zhuǎn)錄后加工大腸桿菌mRNA基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物即為mRNA，一般不需要加工。rRNA、tRNA前體需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工。第十九頁，共30頁。2023/4/120第四節(jié)真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工一、mRNA前體斷裂基因：編碼序列不連續(xù)。內(nèi)含子：存在于基因、初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，在轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)物中已被切除的序列。外顯子：基因、初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)物中都存在的序列，在轉(zhuǎn)錄區(qū)及初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子交替連接。1.加帽2.加尾3.剪接●修飾●編輯第二十頁，共30頁。2023/4/121參與5‘外顯子剪接參與mRNA向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)40S小亞基的識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)增加mRNA的穩(wěn)定性，阻止核酸外切酶對(duì)mRNA的降解第二十一頁，共30頁。2023/4/1222.加尾Poly（A）尾，80～250nt參與mRNA向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)參與蛋白質(zhì)合成的起始和終止增加mRNA的穩(wěn)定性，阻止核酸外切酶對(duì)mRNA的降解①RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄過加尾位點(diǎn)之后，一個(gè)由內(nèi)切核酸酶、poly(A)聚合酶、加尾信號(hào)識(shí)別蛋白等構(gòu)成的多酶復(fù)合體與加尾信號(hào)結(jié)合②內(nèi)切核酸酶從加尾位點(diǎn)處切斷RNA③poly(A)聚合酶在RNA的3‘端合成80～250nt的poly(A)尾加尾信號(hào)：加尾位點(diǎn)：加尾信號(hào)下游10～30ntGT第二十二頁，共30頁。2023/4/123第二十三頁，共30頁。2023/4/1243. 剪接除去內(nèi)含子，連接外顯子。第二十四頁，共30頁。2023/4/125二、rRNA前體第二十五頁，共30頁。2023/4/126真核pre-rRNA基因特點(diǎn)串聯(lián)排列，由2~30kb的非轉(zhuǎn)錄區(qū)隔開轉(zhuǎn)錄區(qū)按18S→5.8S→28S排列三者之間的插入序列在轉(zhuǎn)錄后加工時(shí)切除并迅速降解(同原核)MCB-12-525第二十六頁，共30頁。2023/4/127真核pre-rRNA基因特點(diǎn)MCB-12-526第二十七頁，共30頁。2023/4/128真核rRNA