RNA的生物合成和加工.ppt

Chapter36 RNA的生物合成和加工 RNA的生物合成 ？ Transcription of DNA Chapter36 RNA的生物合成与加工 一、在DNA指导下RNA的合成转录 转录-生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需 的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶） 复制和转录的异同点 (transcription) z相同点：1.都以DNA为模板 z 2.原料为核苷酸 z 3.合成方向均为53方向 z 4.都需要依赖DNA的聚合酶 z 5.遵守碱基互补配对规律 z 6.产物为多聚核苷酸链 n不同点： 复制 转录 n模板 两股链均作为模板 模板链作为模板 n原料 dNTP NTP n聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 n产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRNA n配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C n引物 需RNA引物 不需要引物 n方式(特点) 半保留复制 不对称转录 转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位 点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子 terminator），此转录区域称为转录单位。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （一）模板和酶（一）模板和酶 1、转录模板 两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的 一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链.能转录出 mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因.其余的DNA可 能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录。 不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链 并非永远在同一单链上。 反意义链或负链 有意义链或正链 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （一）模板和酶（一）模板和酶 2、 RNA聚合酶 （1）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌 n 分子量为480kD，由四个亚基组成2(全酶) n 去掉亚基称为核心酶 RNA聚合酶各亚基及其功能 （2）真核生物的RNA聚合酶 三种RNA聚合酶,它们专一地转录不同的基因,其转 录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性 反应不同。 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （一）模板和酶（一）模板和酶 2、 RNA聚合酶 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （一）模板和酶（一）模板和酶 3、 RNA聚合酶与模板的辨认结合 n原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录 的,靠其亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保 守序列或一致性序列. 亚基的作用是识别启动子，启动RNA的合成，核心酶的 作用是只能使已开始合成的RNA链延长。（456页表36-1）。 因子识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不 同的转录效率。 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （二）（二）转录过程转录过程 RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个 步骤（请看456页 图36-2） 1、转录的起始 原核生物的转录起始 RNA聚合酶与模板DNA的特定部位，即启动子（promoter ，也称启动基因）的某一部位结合。启动子是指RNA聚合酶能 识别、结合和开始转录的一段DNA序列 。RNA酶结合到DNA 链上，DNA双链部分解开形成转录空泡.原核生物由因子辨认 转录起始位点,真核生物在-35区有5-TTGACA，在-10区有 TATAAT盒 转录起始不需引物, 第一个磷酸二酯键形成后, 亚单位即脱落下来. 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （二）（二）转录过程转录过程 2、转录的延伸 n原核生物和真核生物基本相同 n亚基脱落，核心酶构象改变 nRNA的5 端伸展再转录空泡之外 n模板为A,转录产物相应为U n原核生物的转录和翻译同时进行 一、在DNA指导下RNA的合成转录 （二）（二）转录过程转录过程 3、转录的终止 （1）原核生物转录终止的模式： n 依赖因子(因子能与RNA结合，还具有ATP酶和 解链酶的活性) n不依赖因子 终止区的碱基可形成特殊的结构 nRNA 3形成茎环结构和一串寡聚U （2） 真核生物的转录终止 n编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA n真核生物 mRNA带有polyA尾巴； DNA链的3-端附 近有回文结构，富 含G-C碱基，随后 紧密相连的是A-T 碱基，当以这段终 止信号为模板转录 出的RNA即形成具 有茎环的发夹形结 构，其3-端含有 一串UUUU的 尾巴，这发夹结构 阻碍了聚合酶的进 一步延伸，RNA链 的合成即终止，寡 聚U可能提供信号 使RNA聚合酶脱离 模板。 转录的过程 二、转录后加工 n（一） 真核生物mRNA的转录后加工 n1、首、尾的修饰 n 5-端帽子结构的形(m7GpppG) n0型帽子 n型帽子 n 3-端 poly A尾巴的生成 Chapter36 RNA的生物合成与加工 （一） 真核生物mRNA的转录后加工 2、真核生物mRNA前体的剪接 hnRNA和snRNA hnRNA mRNA snRNA U族 300个核苷酸组成 与核内蛋白质组成snRNP 与内含子的剪切有关 断裂基因(split gene) 外显子(exon) 内含子(intron) Chapter36 RNA的生物合成与加工 二、转录后加工 mRNA 的剪接 套索剪切模式 n（二） 真核生物tRNA的转录后加工 n切除部分序列: 5-端 一段前导序列 反密码子环 一段插入序列 3-端CCA-OH的生成 tRNA核苷酸基转移酶 某些碱基的化学修饰: 甲基化 还原反应 DHU 脱氨反应 Chapter36 RNA的生物合成与加工 二、转录后加工 n（三） 真核生物rRNA转录后加工 真核细胞的 rRNA基因 (rDNA)属于 称为丰富基因 族的DNA序 列，也称为高 度重复序列。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 二、转录后加工 Chapter36 RNA的生物合成与加工 三、相关概念 （一）启动子和转录因子 什么是 启动子 ？ 启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录 的一段DNA系列。 什么是转 录因子？ RNA聚合酶在进行转录时常需要一些辅助因 子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 三、相关概念 （二）终止子和终止因子 什么是 终止子 ？ 提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。 什么是终 止因子？ 协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白 质）则称为终止因子。 有些终止子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，这种现象成为通读(readthrough)； 这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。 所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构 ，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 三、相关概念 （三）核 酶 n核酶（ribozyme）-具有催化活性的 RNA n1982 T.R. Cech 四膜虫 rRNA前体 n1983 S.Altman RNase P对tRNA前体 加工 n锤头状核酶，发夹状核酶 n 人工核酶 (抗感染，抗肿瘤) Chapter36 RNA的生物合成与加工 四、转录过程的调节控制 时序调控和 适应调控 遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化 ，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调 整。 转录水平的调控和翻译水平的调控 关键是转录水平调控 操纵子结 构模型 所谓操纵子即是指细菌基因表达和调控的单位 ，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产 物所识别的控制系列，通常在功能上彼此有关 的编码基因串联在一起，有共同的启动子并受 操纵基因的控制。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成 （一）RNA的复制 以RNA为模板合成RNA ，是病毒RNA的特殊繁殖方式。有 实验指出，当病毒RNA侵入寄主细胞后，这些病毒在RNA复制 酶催化下即可自行复制产生新的病毒RNA。复制酶不存在于正 常大肠杆菌细胞中，只有受感染时，寄主细胞才产生复制酶。 RNA复制酶需要专一性的RNA模板，例如Q噬菌体的 RNA复制酶只能用Q病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA 为模板。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成 （二）RNA的逆转录 （1）什么是逆转录？ 以RNA为模板，按RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通 常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为 逆转录。如劳氏病毒则以RNA为模板反转录为DNA，然后再 从DNA转录为RNA。 （2）逆转录酶：即 “RNA指导的DNA聚合酶” 1970年从致癌RNA病毒中发现逆转录酶，有力地证明了“ 前病毒学说”，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞发 生恶性转化。 Chapter36 RNA的生物合成与加工 四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成 （二）RNA的逆转录 （3）逆转录酶的性质 以RNA作模板，在其上合成一条互补的DNA链，形成RNA- DNA杂种分子（ RNA指导的DNA聚合酶活力）。 在新合成的DNA链上合成另一条互补的DNA链，形成双链 DNA分子（ DNA指导的DNA聚合酶活力）。 核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的RNA