第十三章rna生物合成和加工

第十三章 RNA生物合成 和 加工本章重点讨论 RNA的生物合成， 对 RNA的合成后加工和 RNA的复制 作一般介绍。思考 第一节第一节 DNA指导下指导下 RNA的合成（转录）的合成（转录）第二节第二节 RNA转录后加工转录后加工第三节第三节 RNA指导下指导下 RNA的合成的合成 (RNA的复制的复制 )第四节第四节 核酸生物合成的抑制剂核酸生物合成的抑制剂遗传信息传递的 中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在 DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过 DNA复制 把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过 转录 传递给 RNA， 再由RNA通过 翻译 转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些 RNA病毒能以自己的 RNA为模板 复制 出新的病毒 RNA， 还有一些 RNA病毒能以其 RNA为模板合成 DNA， 称为 逆转录这是中心法则的补充。中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第一节第一节 DNA指导下指导下 RNA的合成的合成一、转录的 概念二、 RNA聚合酶及催化反应三、 RNA合成过程四、 启动子和转录因子五、 终止子和终止因子转录的概念和 DNA的有义链和反义链转录是在转录是在 DNA的指导下的的指导下的 RNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下，按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板一条与模板 DNA互补的互补的 RNA 的的 过程。过程。 RNA的转录从的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。启动子（ promoter)终止子(terminator)模板链（ templatte strand） 反意义链 (antisense strand)有意义链 (sense strand)非信息区DNA5533大肠杆菌 RNA聚合酶的结构示意图核心酶 ( 2 )起始因子 和模板 DNA结合 起始和催化聚合反应 ？全酶 ( )RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板 DNA5353新 合成 RNARNA合成过程起始双链 DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段5 3RNA启动子（ promoter)终止子(terminator)5RNA聚合酶535 355 3 离开RNA链的延伸图解35RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生 RNA复链 解链有义链模板链（反义链）延长部位真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质 真核生物原核生物mRNA前体转运加工 mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同 启动子不同 转录后 RNA加工修饰不同四、启动子和转录因子启动子启动子 ( promoter)是指是指 RNA聚合酶识别、结聚合酶识别、结合和开始转录的一段合和开始转录的一段 DNA序列。序列。 RNA聚合酶起聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子子 (transcriptional factor)。利用利用 足迹法足迹法 (footprint)和和 DNA测序法可以确定测序法可以确定启动子的序列结构。启动子的序列结构。例：例： 大肠杆菌启动子共有序列的功能大肠杆菌启动子共有序列的功能足迹法确定启动子序列大肠杆菌启动子共有序列的功能AGTCTTGACA AATTTAAATAACTGTAATPribnow框-10-35识别区 16-19bp 5-9bp起点五、终止子和终止因子提供转录停止信号的提供转录停止信号的 DNA序列称为终止子序列称为终止子 ( termter)。 协助协助 RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination factor)。 有有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使 RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)， 这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子终止因子 (antitermination)。例：大肠杆菌的例：大肠杆菌的 两种终止因子两种终止因子 大肠杆菌两类终止子的回文结构A. 不依赖于 Rho（ ）的终止子A. 依赖于 Rho（ ）的终止子富含G-C系列 U第二节第二节 RNA转录后的加工转录后的加工一、 RNA的 加工二、 RNA的 拼接、编辑和再编码三、 RNA生物功能的多样性四、 RNA的降解原核生物中原核生物中 rRNA前体的加工前体的加工甲基化作用专一核酸外切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16S rRNA tRNA 23S rRNA 5S rRNA专一核酸外切酶tRNA前体分子的加工前体分子的加工a、 切除 tRNA前体两端多余的序列：5 端切除几到 10个核苷酸。b、 末端添加： 3-端添加 CCA序列。c、 修饰：形成稀 有 碱基如 DH2 。RNAasePRNAaseF RNAaseP RNAaseFRNAaseDRNAaseDACC 表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用 早 转录本成熟 tRNA加工酵母酪氨酸 tRNA前体的加工真核细胞 mRNA的加工5 “帽子 ” PolyA 3 顺反子 (cistron ) m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 端接上一个 “ 帽子 ”( CAP)结构 3 端添加 PolyA“ 尾巴 ”, 由 RNA末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子 (intron)， 拼接外显子 (extron)二、 RNA的拼接、编辑和再编码大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含子， intron）， 使编码区（即外含子， Exon） 成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。 RNA编码序列的改变称为编辑（ editing）， RNA编码和读码方式的改变称为再编码（ recoding）。 由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。1、 RNA的 拼接2、 RNA的 编辑3、 RNA的 再编码RNA的拼接方式 类型 自我拼接 类型 自我拼接 核 mRNA的拼接体的拼接 核 mRNA的酶促拼接RNA编辑的不同类型和分布编辑类型 机制 存在U的插入与删除 gRNA的转酯反应 锥虫线粒体 mRNAC、 A或 U的插入 多头绒孢菌线粒体的mRNA和 tRNAG的插入 RNA聚合酶重复转录 副粘病毒的 P基因C转变为 U 酶促脱氢 哺乳类肠的 apoPtRNAC转变为 U或 U转变为 C 脱氢或氨基化 植物线粒体 mRNA和 tRNA牛心线粒体 tRNAA转变为 I 脱氨 脑谷氨酸受体亚基 mRNARNA编辑的生物学意义消除移 码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式RNA的再编码 类型 自我拼接 类型 自我拼接 核 mRNA的拼接体的拼接 核 mRNA的酶促拼接三、 RNA生物功能的多样性1、 RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用。2、 RNA具有重要的催化功能和其他持家功能。3、 RNA转录后加工和修饰依赖于各类小 RNA和 其他蛋白质复合物。4、 RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。5、 RNA在生物进化中起重要作用。四、 RNA的降解RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节， rRNA和 tRNA是稳定的 RNA ， 其更新率低； mRNA是不稳定的RNA， 其更新率非常高。因为 mRNA于其编码基因的表达活性直接有关，不同的 RNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞 mRNA的平均半衰期约为 3h, 细胞每一世代中各类 mRNA约周转 10次。细菌 mRNA的半衰期大约只有 1.5min， 以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解 RNA。真核生物 mRNA降解的主要途径首先是 poly(A)尾巴 的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去 5端帽子结构，然后由 5 3方向和 3 5 方向降解 mRNA。噬菌体 Q的合成A. 负链的合成B. 正链的合成病毒的正链复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的负链负链第四节 核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物叶酸类似物碱基和核苷酸类似物烷化剂放腺菌素嵌合剂 与 DNA模板结合的抑制剂 作用于 DNA聚合酶或 RNA集合酶的抑制剂抗菌素 :如利福平、