《RNA的生物合成k》PPT课件.ppt

第十一章,RNA的生物合成 RNA Biosynthesis ( Transcription ),RNA生物合成的方式,RNA复制 转录,转录,复制和转录的相同点,1.都是酶促的核苷酸聚合过程。 2.都是以DNA为模板。 3.都是依赖DNA的聚合酶。 4.聚合过程都是生成磷酸二酯键。 5.都是从5向3方向延伸的多聚核苷酸链。 6.都遵从碱基互补配对规律。,复制和转录的区别,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,产物,RNA,DNA,酶,NTP,dNTP,原料,两股链,模板,复制,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,，,G,-,C,配对,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,产物,RNA-pol,DNA-pol,酶,NTP,dNTP,原料,其中一条链,模板,转录,复制,引物 需要 不需要,合成方式 半保留复制 不对称转录,参与转录的物质：,原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA 酶 : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子,原核生物转录的模板和酶,第一节,一、转录模板,（一）结构基因,5 3,3 5,结构基因,一、转录模板,（一）结构基因 DNA分子上能转录出RNA的区段，称为结构基因。,（二）不对称转录,5 3,3 5,模板链,模板链,结构基因,不对称转录,（二）不对称转录,在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。,（三）模板链和编码链,5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,不对称转录,（三）模板链和编码链,DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链。,相对的另一股单链是编码链。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,二、RNA聚合酶,（一）RNA聚合酶能直接启动RNA链的合成,( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPi,RNA,延长的RNA,1、催化反应,2、不需要引物,核心酶 （参与延长）,全酶 (参与起始),转录起始阶段,转录延长阶段,（二）组成,（二）组成,核心酶 （参与延长）,全酶 (参与起始),转录起始阶段,转录延长阶段,（二）组成,三、模板与酶的辨认、结合,5 3,3 5,（一）操纵子,原核的转录单位，称为操纵子(operon)。,操纵子,若干个结构基因 调控序列,启动子,53,35,结构基因,调控序列,（二）启动子 1、概念 转录开始进行时，RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。,2、组成,转录起始点,T T G A C A,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T,-10 区,1,-30,-50,10,-10,-40,-20,5 3 ,3 5 ,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点 (recognition site),5,5,RNA聚合酶保护区,结构基因,3,3,2、组成,转录起始点：+1 -10 区：结合区，Pribnow盒，TATAAT -35 区：识别区, TTGACA,（三）模板与酶的辨认、结合过程,原核生物的转录过程,第二节,一、转录起始,2. DNA双链局部解开，形成开放转录复合体；,1. RNA-pol全酶与模板结合，形成闭合转录复合体；,3. 在RNA-pol作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,转录起始过程：,二、 转录延长,1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，沿着DNA模板前移；,2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,二、 转录延长,（1）转录空泡：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,转录延长：,（2）转录方向,5,3,DNA,（3）羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行； 转录尚未完成，翻译已在进行。,这种形状说明：,E.coli的转录起始和延长,三、转录终止,（一）依赖因子的转录终止,Rho因子,ATP酶的活性 解螺旋酶的活性,A T P,1、RNA-pol在DNA模板上停顿下来 2、转录产物RNA从转录复合物中脱落,（二） 非依赖 Rho因子的转录终止,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖因子终止的普遍现象。,茎环结构使转录终止的机理：,1、 使RNA聚合酶变构，转录停顿； 2、使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。,真核生物的转录过程,第三节,真核生物的转录过程比原核复杂。 二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。,一、 真核生物RNA-pol,真核生物的RNA聚合酶,二、转录起始,真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化; 转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。,（一）转录起始前的上游区段,一个典型的真核生物基因上游序列:,顺式作用元件(cis-acting element),1、概念：DNA分子上调节转录的各种组分。,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,AATAAA,TATA盒（TATA box）：Hogness 盒 CAAT盒（ CAAT box）： GC盒（ GC box）：,启动子上游元件,启动子的核心序列：,增强子,2、顺式作用元件组成,（二） 转录因子,1、反式作用因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子。 2、转录因子 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。,TF,TF,TF,TF,参与RNA-pol转录的TF,（三） 转录起始前复合物,真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物。,RNA-polTF模板,PIC的形成,（四）拼板理论(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要3-5个TF。TF之间互相结合，生成有活性有专一性的复合物，再与RNA-pol搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,三 、转录延长,有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。,四、转录终止,终止阶段 和转录后修饰密切相关,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,真核生物的转录终止及加尾修饰,真核生物RNA的加工,第四节,一、mRNA的加工,（一）5-末端加入“帽”结构（m7GpppGp）,5 pppGp,1、帽子结构的生成过程：,帽子结构：,2、帽子结构的意义：,使mRNA免遭核酸酶的攻击； 与帽结合蛋白质复合体结合，参与翻译起始。,（二）3端加上多聚腺苷酸尾（polyA尾）,终止阶段 和转录后修饰密切相关,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,RNA,5,3,核酸内切酶,5,3,多聚A聚合酶,5,AAAAA-OH 3,ATP,ppi,2、 polyA尾结构的意义：,保护mRNA的3 端。 有利于mRNA 从胞核向胞浆转运。 有利于维持mRNA作为翻译模板的活性。,（三）剪接,1. hnRNA和断裂基因,（1） hnRNA：核内的初级mRNA称为杂化核RNA,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,（2）断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,2. 外显子(exon)和内含子(intron),外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。 内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,3. mRNA的剪接,（1）概念 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,（2）剪接部位,GU.AAG,外1,外2,5,3,内含子,5端剪接部位,3端剪接部位,分支点, 组成,（3）剪接体,核内的蛋白质,小分子核糖核酸蛋白体 （剪接体snRNP ）,snRNA U1 , U2 U4 , U5, U6,形成和作用,GU.AAG,外1,外2,5,3,内含子,snRNP U1,snRNP U2,snRNP U4 , U5, U6,配合,（四） mRNA的编辑,（四） mRNA的编辑,mRNA上的遗传信息经过核苷酸的插入、删除或置换，使一种mRNA翻译成不同的蛋白，这