王鏡巖高級生化RNA的生物合成和加工

本章提要1、DNA指導(dǎo)下的RNA的生物合成即轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA2、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工通過一系列加工和修飾過程成為成熟的，具有功能的RNA分子的過程。3、RNA指導(dǎo)下的RNA和DNA合成即RNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄本文檔共40頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分一、DNA指導(dǎo)下的RNA合成（轉(zhuǎn)錄）1、DNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶2、啟動子和轉(zhuǎn)錄因子3、終止子和終止因子4、轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制5、RNA生物合成的抑制劑本文檔共40頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分轉(zhuǎn)錄單位1、RNA轉(zhuǎn)錄起始于DNA模板一個特定起點(diǎn)，并在另一個終點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域為轉(zhuǎn)錄單位。2、一個轉(zhuǎn)錄單位可是多基因，也可是單基因。3、轉(zhuǎn)錄起始由啟動子控制，終止由終止子控制，轉(zhuǎn)錄通過DNA指導(dǎo)由RNA聚合酶實現(xiàn)。本文檔共40頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（一）DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶1、由RNA聚合酶催化的反應(yīng)NTP＋(NMP)nRNA聚合酶(NMP)n+1+PPiRNA

延伸的RNA2、DNA是RNA合成的模板（1）用于轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈為模板鏈，或稱負(fù)鏈；對應(yīng)的鏈為編碼鏈，即正鏈；轉(zhuǎn)錄方向為5’3’。（2）轉(zhuǎn)錄過程中形成局部DNA-RNA雜交分子，轉(zhuǎn)錄后DNA重新形成雙螺旋。Mg2+本文檔共40頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分轉(zhuǎn)錄方向為5’3’本文檔共40頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分3、RNA聚合酶有多種亞基，每種亞基具有特定功能原核生物RNA聚合酶舉例：原核生物RNA聚合酶各亞基性質(zhì)與功能（1）原核生物中由一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成（2）RNA聚合酶全酶由核心酶(2、、’亞基)和亞基組成，還有與兩個Zn原子（3）核心酶(2、、’亞基)只能延長RNA鏈，不具起始合成能力；不同細(xì)菌亞基不同；亞基在決定RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄中起關(guān)鍵作用本文檔共40頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分大腸桿菌RNA聚合酶本文檔共40頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分大腸桿菌RNA聚合酶與DNA的相互作用及RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程

（1）識別階段：RNA聚合酶在亞基引導(dǎo)下結(jié)合于DNA啟動子

（2）起始階段：DNA雙螺旋局部解開

（3）延伸階段：核心酶向前移動，亞基脫落；RNA不斷合成

（4）終止階段

（5）RNA和RNA聚合酶從DNA上脫落轉(zhuǎn)錄泡本文檔共40頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分真核RNA聚合酶1、RNA聚合酶I：轉(zhuǎn)錄45SrRNA前體，加工形成5.8SrRNA，18SrRNA，28SrRNA2、RNA聚合酶II：轉(zhuǎn)錄編碼蛋白質(zhì)的基因和大多核內(nèi)小RNA的基因3、RNA聚合酶III：轉(zhuǎn)錄小RNA的基因：5SrRNA，tRNA等本文檔共40頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（二）啟動子和轉(zhuǎn)錄因子1、啟動子(Promoter)：DNA上與轉(zhuǎn)錄起始相關(guān)，RNA聚合酶與之專一結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄的核苷酸順序。研究方法：footprint2、轉(zhuǎn)錄因子：RNA酶轉(zhuǎn)錄需一系列蛋白因子幫助，其作用或是識別DNA上的作用位點(diǎn)，或是識別其它因子，或是識別RNA聚合酶。名詞：startpoint,upstream,downstream本文檔共40頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分原核生物啟動子結(jié)構(gòu)1、亞基能直接和啟動子的上面兩序列相互作用；2、兩序列位于DNA雙螺旋同一側(cè)；3、其間距離改變將影響因子的作用力而改變轉(zhuǎn)錄起始效率（強(qiáng)啟動子，弱啟動子）。啟動子上的兩個保守順序

-10區(qū)(Pribnow框)5’TATAAT3’-35區(qū)5’TTGACA3’本文檔共40頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分真核生物的啟動子1、三類啟動子：分別由RNA聚合酶I、II、III轉(zhuǎn)錄。2、真核生物啟動子由轉(zhuǎn)錄因子而不是由RNA聚合酶識別，多種轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶在起點(diǎn)上形成起始復(fù)合物而促進(jìn)轉(zhuǎn)達(dá)錄。名詞：cis-actingelementtrans-actingfactor本文檔共40頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分1、I類啟動子：由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄，控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄；由兩部分保守序列構(gòu)成：核心啟動子和上游控制元件。2、III類啟動子：由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄，5S和tRNA及胞質(zhì)小RNA基因的啟動子位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)下游，即在基因內(nèi)部——基因內(nèi)啟動子。真核生物的啟動子本文檔共40頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分3、II類啟動子：涉及眾多編碼蛋白質(zhì)基因表達(dá)的控制。（1）基本啟動子：TATAbox或Goldberg-Hognessbox（2）起始子：轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)處的保守序列。本文檔共40頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分RNA聚合酶II和轉(zhuǎn)錄因子在啟動子上的裝配本文檔共40頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（三）終止子和終止因子1、終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列。原核生物的終止子前有一回文結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物的RNA形成由莖環(huán)構(gòu)成的發(fā)夾結(jié)構(gòu).

2、終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子（蛋白質(zhì)）。4、大腸桿菌兩類終止子：（1）依賴Rho因子：（2）不依賴RhoA因子：寡聚U系列：提供信號使RNA聚合酶脫離模板本文檔共40頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分不依賴Rho因子的終止子結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)本文檔共40頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止本文檔共40頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分抗終止子：引起抗終止作用的蛋白質(zhì)，結(jié)合到RNA聚合酶上，阻止其停頓，使酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。這樣的現(xiàn)象稱為通讀?？菇K止作用是生物對其不同發(fā)育階段的基因的表達(dá)進(jìn)行控制的一種手段。其他如枯草桿菌采用更換亞基的辦法，噬菌體T7采用更換RNA聚合酶的方法等等。本文檔共40頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（四）RNA生物合成的抑制劑1、嘌呤和嘧啶類似物直接抑制核苷酸生物合成有關(guān)的酶類，或摻入核酸分子形成異常DNA或RNA2、DNA模板功能的抑制物能與DNA結(jié)合，使其失去模板功能，從而抑制其轉(zhuǎn)錄或復(fù)制。有烷化劑，放線菌素，嵌入染料3、RNA聚合酶抑制物有利福平，利鏈菌素，-鵝膏蕈堿本文檔共40頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分二、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過一系列變化，變?yōu)槌墒霷NA分子。包括：鏈的裂解，末端切除和特殊結(jié)構(gòu)形成，核苷修飾和糖苷鍵改變，以及拼接和編輯等過程。1、原核生物中RNA的加工2、真核生物中RNA的加工3、RNA的拼接、編輯和再編碼4、RNA生物功能的多樣性5、RNA的降解分子生物學(xué)一般子解本文檔共40頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（一）原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工1、rRNA前體加工大腸桿菌有7個轉(zhuǎn)錄單位，分散于基因組各處。每個單位由16S，23S，5SrRNA及一或幾個tRNA的基因組成。轉(zhuǎn)錄時形成一個完整的轉(zhuǎn)錄前體，然后經(jīng)過RNaseIII切割形成各種RNA。如下頁圖：本文檔共40頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分甲基化本文檔共40頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分2、tRNA前體加工（1）由核酸內(nèi)切酶在其前體兩端切斷；（2）核酸外切酶從3’端逐個切去附加順序，并修剪；（3）在其3’末端加上——CCA；（4）核苷酸的修飾和異構(gòu)化。如圖：本文檔共40頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分本文檔共40頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分3、mRNA前體加工多順反子轉(zhuǎn)錄；即多個基因轉(zhuǎn)錄成一條mRNA.大多一經(jīng)轉(zhuǎn)錄可直接作為模板進(jìn)行翻譯，不需加工。本文檔共40頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分（二）真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工1、rRNA前體加工經(jīng)RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一個長的rRNA前體，再行切割和加工。其成熟過程中可被甲基化（位置在2’-OH上），以及假尿苷酸化和切割作用均由核仁小RNA(snRNA）指導(dǎo)。本文檔共40頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分哺乳動物的18S，28S，5.8SrRNA構(gòu)成一個轉(zhuǎn)錄單位本文檔共40頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分2、tRNA前體加工與原核生物的加工相似，但其基因數(shù)目比原核要大得多。如大腸桿菌有60個tRNA基因，而人有1300個。本文檔共40頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分3、mRNA前體加工（1）其轉(zhuǎn)錄為單順反子轉(zhuǎn)錄；（2）其模板DNA大都有內(nèi)含子；（3）原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是極大的前體，在核內(nèi)加工中形成分子在小不等的核不均一RNA（hnRNA)，其中一部分進(jìn)入胞質(zhì)變成成熟mRNA。本文檔共40頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分由hnRNA轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA包括：（1）5’端形成帽子結(jié)構(gòu)；（穩(wěn)定作用）（2）在鏈的3’端切斷并加上多聚A尾；（防止酶的降解作用）（3）剪去內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄而來的序列，并連接外顯子；（4）鏈內(nèi)部核苷的甲基化。本文檔共40頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分本文檔共40頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分本文檔共40頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分三在RNA指導(dǎo)下的RNA和DNA的合成本文檔共40頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分三在RNA指導(dǎo)下的RNA和DNA的合成（一）以RNA為模板合成RNA：RNA復(fù)制RNA病毒的自身復(fù)制過程（二）以RNA為模板合成DNA：逆轉(zhuǎn)錄關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)：1、RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力2、DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力3、核糖核酸酶H活力：專門水解RNA-DNA雜合分子中的RNA本文檔共40頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分病毒復(fù)制過程本文檔共40頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分*遺傳密碼1、DNA是遺傳信息的攜帶分子2、RNA傳遞和加工遺傳信息3、蛋白質(zhì)是生物體各項具體功能的主要執(zhí)行者*遺傳密碼指與蛋白質(zhì)氨基酸相對應(yīng)的核苷酸三聯(lián)體（三個相連的核苷酸）的序列。本文檔共40頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\2點(diǎn)57分*遺傳密碼基本特性

（第37章遺傳密碼部分內(nèi)容）1、基本單位：5’3’方向的不重疊，無標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體。具有64個密碼子（43），其中61個對應(yīng)20種氨基酸，其余3個為終止密碼子（UAA，UAG，UGA）。2、具有簡并性：即同一個氨基酸由兩個或更多個密碼子的現(xiàn)象。對應(yīng)于同一個氨