新陳代謝 RNA的生物合成學(xué)習(xí)課件

DNA——RNA轉(zhuǎn)錄DDRPRNA——RNA復(fù)制RDRP第二節(jié)

RNA的生物合成一、轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）（一）轉(zhuǎn)錄的概念及特點(diǎn)

1.轉(zhuǎn)錄(transcription)：

以DNA為模板合成RNA的過程，遺傳信息由此從DNA轉(zhuǎn)移到RNA。轉(zhuǎn)錄由RNA聚合酶所催化，并受許多其他蛋白質(zhì)的激活。細(xì)胞含有3種主要類型的RNA:mRNA,tRNA,rRNA。除某些病毒的RNA基因組外，細(xì)胞中的所有RNA都是從DNA模板轉(zhuǎn)錄而來。原核細(xì)胞的mRNA為單順反子或多順反子。真核細(xì)胞的mRNA為單順反子。

所有生物mRNA都存在5′端和3′端的非編碼區(qū)。5′—非編碼區(qū)——編碼區(qū)——間隔區(qū)——編碼區(qū)——非編碼區(qū)—3′AAA……Anm7GpppAUGGUGUAA………………5′3′5′帽子結(jié)構(gòu)密碼子3′多聚A尾

5′非編碼區(qū)編碼區(qū)

3′非編碼區(qū)2.特點(diǎn)：模板—DNA的一條鏈原料—NTPs配對原則—dT-A,dA-U,dG-C,dC-G酶—RNA聚合酶,校對功能有限不需要引物合成方向—5'→3'不對稱轉(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Update：RNA聚合酶的校對機(jī)制RNA聚合酶可在兩個水平上進(jìn)行校對：一是借焦磷酸解除去錯誤摻入的核苷酸，(NMP)n+XPPi→(NMP)n-x+X(NPPP)；二是聚合酶發(fā)生熄火，酶向后退，切除一段RNA（包括錯配堿基），然后再重新開始轉(zhuǎn)錄。

過去以為RNA聚合酶無校對功能，實(shí)際上無論是DNA、RNA或蛋白質(zhì)的合成都有校對功能，并能對錯誤加以糾正，只不過RNA聚合酶的校對作用十分有限。轉(zhuǎn)錄本

只針對已確定的某一基因而言

編碼鏈

模板鏈

轉(zhuǎn)錄本模板鏈:DNA雙鏈中作為轉(zhuǎn)錄模板的單股鏈,其核苷酸序列與RNA互補(bǔ)。(反義鏈antisensestrand,負(fù)鏈,Watson鏈)

編碼鏈:與轉(zhuǎn)錄的RNA堿基序列一致的DNA單鏈,只是T換成U。(有義鏈sensestrand,正鏈,Crick鏈)編碼鏈，有意義鏈，

Crick鏈模板鏈，無意義鏈，

Watson鏈轉(zhuǎn)錄翻譯

復(fù)制 轉(zhuǎn)錄

兩股鏈均復(fù)制 模板鏈轉(zhuǎn)錄

dNTPs

NTPsA-T;G-C A-U;G-CDNA聚合酶 RNA聚合酶半保留復(fù)制mRNA,tRNA,rRNA等的DNA模板原料配對聚合酶產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別3.關(guān)于DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶——DDRPRNA聚合酶的特點(diǎn):

a.不需要引物

b.雙鏈DNA做模板活性最強(qiáng)（RNA聚合酶本身就能夠促進(jìn)DNA雙鏈解鏈）

c.第一個摻入的NTP常為GTP或ATP,轉(zhuǎn)錄期間保持完整不產(chǎn)生PPid.轉(zhuǎn)錄中有一短暫的DNA-RNA雜交雙鏈,很快解開

e.聚合方向5′→3′f.校對功能有限,17bp(二)原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄E.coli中由一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成（mRNA、tRNA

、rRNA和其它小分子RNA）E.coli的RNA聚合酶:

全酶

2

'ω

核心酶

2

'ω

核心酶功能：只催化鏈的延長,對起始無作用.

α亞基：與啟動子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

β′亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ因子：識別起始位點(diǎn)。（一旦起始識別后，

因子脫落，核心酶才能延伸）RNA的轉(zhuǎn)錄過程：（以大腸桿菌為例）

起始位點(diǎn)的識別

轉(zhuǎn)錄起始鏈的延長轉(zhuǎn)錄終止（1）起始位點(diǎn)的識別

RNA的合成不需要引物。

因子起著識別DNA分子上的起始信號（啟動子）的作用。啟動子－－RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。啟動子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35區(qū)提供了RNA聚合酶全酶識別的信號；-10區(qū)是酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)(富含AT堿基,利于雙鏈打開);第三部分是RNA合成的起始點(diǎn)。

+1

轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

AACTGTATATTATTGACATATAAT5′3′3′5′－35區(qū)Sextama

框－10區(qū)Pribnow框（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NTP,形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。加入的第一個NTP常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。第一個NTP一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn),σ因子就會被釋放脫離核心酶。E

-35-10pppG或pppA5＇5＇3＇3＇模板鏈（3）RNA鏈的延長

DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與DNA結(jié)合比較松弛，沿DNA模板移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將NTP加到生長的RNA鏈的3′-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從5′

3′。,17bp（4）轉(zhuǎn)錄終止

RNA聚合酶遇到DNA模板上觸發(fā)終止轉(zhuǎn)錄的特殊位點(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)錄終止信號的DNA序列。

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))。終止子結(jié)構(gòu)特征：在終止點(diǎn)之前均有一個回文結(jié)構(gòu),其產(chǎn)生的RNA可形成由莖環(huán)構(gòu)成的發(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。終止方式:不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止(簡單終止子或強(qiáng)終止子)

特點(diǎn)：1)在終止點(diǎn)之前具有一段富含G-C的回文區(qū)域。2)富含G-C的區(qū)域之后是一連串的dA堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的RNA鏈的末端為一連串U（連續(xù)6個）。不需要ρ因子的終止機(jī)制

RNA聚合酶到達(dá)終止子的時候暫停；

暫停使發(fā)夾結(jié)構(gòu)有時間形成；

發(fā)夾結(jié)構(gòu)破壞了RNA聚合酶和它的RNA產(chǎn)物之間的作用；

富含U的序列很容易與模板鏈解離；

轉(zhuǎn)錄復(fù)合物解體，轉(zhuǎn)錄終止。不需要ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止b.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止(弱終止子)------必需ρ因子存在時才能發(fā)生終止作用.

特點(diǎn):終止子后無連續(xù)的A，無回文區(qū)域或回文區(qū)域短。在ρ因子作用下，ATP酶水解，釋放能量，使新生RNA與模板脫落。依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

真核細(xì)胞的RNA聚合酶酶類分布產(chǎn)物分子量反應(yīng)條件ⅡIⅢ核仁核質(zhì)核質(zhì)5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNA、多數(shù)核內(nèi)小RNAtRNA5SrRNA500000~700000~700000－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)胞的轉(zhuǎn)錄作用真核生物的啟動子是由轉(zhuǎn)錄因子而非RNA聚合酶識別！

2006年10月4日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，美國科學(xué)家羅杰·科恩伯格因在“真核轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)”研究領(lǐng)域所作出的貢獻(xiàn)而獨(dú)自獲得2006年諾貝爾化學(xué)獎。（四）轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制放線菌素D是原核和真核細(xì)胞RNA聚合酶的專一抑制劑。放線菌素D可插入雙鏈DNA分子相鄰的堿基對之間，與DNA形成非共價的復(fù)合物，抑制其模板功能（低濃度抑制轉(zhuǎn)錄，較高濃度抑制復(fù)制）。這類抑制劑包括放線菌素,烷化劑,嵌入染料等。利福平是原核細(xì)胞RNA聚合酶的抑制劑。

利福平與原核生物RNA聚合酶

亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄過程中RNA鏈的延長反應(yīng),但并不抑制真核生物RNA的合成。類似的抑制劑尚有利鏈霉素。

α-鵝膏蕈堿是真核細(xì)胞RNA聚合酶的抑制劑。

它通過真核細(xì)胞RNA聚合酶Ⅱ,阻斷細(xì)胞核的mRNA合成,但對原核細(xì)胞的RNA合成無影響.真核細(xì)胞RNA聚合酶II抑制劑白毒傘含有有毒的環(huán)狀十肽——鵝膏蕈堿這種蘑菇口味不錯，卻是致命的！

食用6~24小時之后，開始出現(xiàn)強(qiáng)痙攣和腹瀉第3天出現(xiàn)假恢復(fù)第4或第5天，死亡隨時發(fā)生，除非進(jìn)行肝移植(五)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“后加工”基因轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物被稱為初級轉(zhuǎn)錄物。初級轉(zhuǎn)錄物一般是無功能的，需在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)歷一些結(jié)構(gòu)和化學(xué)的變化即所謂的轉(zhuǎn)錄后加工以后才會有功能。轉(zhuǎn)錄后加工可能是RNA的功能所必需的，也可能提供基因表達(dá)調(diào)控的一種手段。RNA所能經(jīng)歷的后加工方式可達(dá)10種以上，但后加工反應(yīng)的本質(zhì)要么是增減一些核苷酸序列，要么是修飾某些特定的核苷酸。1.rRNA前體的轉(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5SrRNA的生成通過另外的途徑。rRNA前體的后加工原核生物

----剪切(核酸內(nèi)切酶切除)、修剪(核酸外酶切除)和修飾真核生物

1)剪切、修剪和修飾

（需要snoRNA）

2)剪接

（某些真核生物，如四膜蟲）原核細(xì)胞rRNA前體的后加工真核細(xì)胞核rRNA前體的后加工

2、tRNA前體的加工原核與真核生物的tRNA轉(zhuǎn)錄后都需要加工,包括:(1)由核酸內(nèi)切酶切除前體上3

和5

端上多余的核苷酸，進(jìn)行剪切;(2)由核酸外切酶逐個在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；

（接受活化的AA）(4)對核苷的一些特定的堿基和戊糖進(jìn)行修飾。tRNA前體的后加工原核生物

1)剪切和修剪

2)修飾

3)添加CCA(如果需要)真核生物

1)剪切和修剪

2)修飾

3)添加CCA4)剪接(某些真核生物)大腸桿菌

tRNATyr的后加工酵母Pre-tRNA的剪接3.真核細(xì)胞mRNA的加工真核生物細(xì)胞質(zhì)mRNA的三個結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

(1)一般是單順反子，序列中無內(nèi)含子，但其前體中含內(nèi)含子；

(2)大多數(shù)在3′端有

Poly(A)“尾巴”；

(3)5′端有“帽子”結(jié)構(gòu)。帽子結(jié)構(gòu)(capstructure)是指翻譯后附加到真核生物細(xì)胞核mRNA5′端的7-甲基鳥苷通過5′-5′三磷酸與轉(zhuǎn)錄物的起始(5′)核苷酸連接而成的結(jié)構(gòu)。真核mRNA前體的加工一般要經(jīng)過四步：

(1)5′加帽(capping)；

(2)3′加尾(tailing)；

(3)剪接(splicing):切除內(nèi)含子(introncleavage)，連接相鄰?fù)怙@子;(4)修飾(modification):對某些堿基進(jìn)行甲基化。另外，還有發(fā)生在編碼區(qū)的編輯。

（編輯（Editing）是在mRNA外顯子序列上發(fā)生的遺傳信息的改變。）

(1)5′-端加帽(2)3′加尾(tailing)●特異核酸內(nèi)切酶●多聚A聚合酶只有poly(A)聚合酶是一種非依賴模板的RNA聚合酶(3)

切除內(nèi)含子(introncleavage)snRNA(核內(nèi)小RNA)參與切除內(nèi)含子。snRNA的功能類似一個暫時的模板,它使兩個外顯子轉(zhuǎn)錄的RNA片段的末端靠在一起,為正確位點(diǎn)拼接作準(zhǔn)備,一個拼接錯誤可使mRNA下游區(qū)的遺傳密碼改變,造成產(chǎn)生不完善蛋白分子的不良后果。U1:一組小的核內(nèi)核糖核蛋白（snRNP

）功能為剪接核內(nèi)mRNA前體。由幾條多肽鏈和一個RNA分子組成，含有一個互補(bǔ)于內(nèi)含子的接納體-供體連接點(diǎn)的片段。已確定的其他成員包括U2、U4、U5和U6。GT-AG規(guī)律:內(nèi)含子的堿基以GT開始,AG終止。（對應(yīng)于RNA為GU-AG）

GT-AG規(guī)律只適合于絕大多數(shù)真核生物編碼蛋白質(zhì)的核基因！(4)修飾(modification):對某些堿基進(jìn)行甲基化。主要是N6-甲基腺嘌呤,可能對mRNA前體加工起識別作用(對翻譯不是必需的).

二、RNA的復(fù)制(RNA指導(dǎo)的RN