《RNA生物合成y》PPT课件.ppt

第十章 RNA生物合成 周口师范学院生命科学系 (200. 11),主要内容,第一节 DNA指导下RNA的合成（转录） 第二节 RNA转录后加工 第三节 RNA指导下RNA的合成(RNA的复制) 第四节 核酸生物合成的抑制剂,DNA dependent DNA polymeraseDDDP DNA dependent RNA polymeraseDDRP RNA dependent RNA polymeraseRDRP RNA dependent DNA polymeraseRDDP,DNA,复制（DDDP）,转录（DDRP）,翻译,RNA,复制（RDRP）,反转录（RDDP）,第一节 DNA转录,一、转录的概念 二、RNA聚合酶及催化反应 三、RNA合成过程,转录的概念,转录是在 DNA的指导下和RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。 RNA的转录从DNA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。,DNA的有义链和反义链,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,DNA,5,5,3,3,模板链：双链DNA中具有转录活性的的链称为模板链，又称反义链（或负链）。 编码链：双链DNA中无转录活性的链称为编码链，又称有义链（或正链）。,a、相同点： 都需要模板 都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或dNTP） 合成方向都是53,转录与复制的比较,b、转录DNA复制的不同点,转录不需引物； 只转录DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子,operon)； 双链DNA中只有一条链具有转录活性（称为模板链）； 哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。 RNA聚合酶无校对功能。,大肠杆菌的RNA聚合酶,二、RNA聚合酶及催化反应,由5种亚基2组成全酶；没有、亚基的酶称为核心酶，只催化链的延长；称为起始因子，能识别DNA链的转录起始信号（启动子）,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(2 ),大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的功能,原核细胞RNA的催化反应,1960年，RNA 聚合酶被发现。在E.coli 中，RNA 聚合酶催化RNA的合成需要： 模板：双链或单链 DNA 活性单体物质：四种NTP 二价金属离子：Mg2+或Mn2+，在生物体中(in vivo）发现的是Mg2+ 合成方向：5 3,解螺旋,恢复螺旋,转录泡,模板链,编码链,RNA聚合酶作用示意图,RNA聚合酶催化的反应,A,C,G,A,C,G,U,U,模板DNA,5,3,新合成RNA,酶类,分布,产物,-鹅膏蕈碱 对酶的作用,分子量,反应条件,I,核仁,核质,核质,rRNA 5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA,mRNAsnRNA,tRNA 5SrRNA,不抑制,低浓度抑制,高浓度抑制,500000 700000,700 000,_,低离子强度,要求Mg2+或Mn2+,高离子强度,高Mn2+浓度,真核细胞的RNA聚合酶,同样，真核RNA聚合酶无校对功能。,RNA聚合酶的特点,反应底物：NTP，DNA为模板、Mg2+促进聚 合反应。 RNA聚合酶不需要引物，合成方向53 。 真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同. 利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性； - 鹅膏蕈碱抑制真核生物RNA聚合酶活性。,起始位点的识别 转录起始 链的延伸 转录终止,三、RNA的转录过程：（以大肠杆菌为例）,起始位点的识别与启动子,RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有亚基时就会选择正确的起点。 亚基起着识别DNA分子上的起始信号（启动子）的作用。,启动子-指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列,RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子(transcriptional factor)。,启动子的结构至少由三部分组成： -35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始点。,转录起始,RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点， 亚基就会被释放脱离核心酶。,因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放,下一页,上一页,RNA转录起始,RNA链的延伸,延伸：核心酶沿着DNA链由3 5 的方向移动， RNA链沿5 3延长，转录区间的DNA双链解螺旋，而转录完的区间DNA又恢复双螺旋结构.,RNA链的延伸图解,转录终止与终止子,终止子:在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNA序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。,终止：核心酶到达终止子，RNA与核心酶从DNA上脱落.,需要因子（终止因子，协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质）， 因子能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用是阻止RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。,不依赖于因子。强终止子序列有两个明显的特征：（1）在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。,弱终止子：缺少回文结构,强终止子：有回文结构,大肠杆菌两类终止子的回文结构,A. 不依赖于Rho（）的终止子,B. 依赖于Rho（）的终止子,富含G-C,系列U,不依赖-因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。,RNA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,RNA,启动子（promoter),终止子(terminator),DNA和RNA合成的比较,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,mRNA,mRNA, 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,第二节 RNA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,一 转录产物的加工,在细胞内，由RNA聚合酶合成的原始转录物（primary transcript）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。,rRNA前体的加工 tRNA前体的加工 真核mRNA前体的加工,rRNA前体的加工,加工过程： a 剪切作用：需核酸酶参与。 B 甲基化修饰：修饰在碱基上。 C 自我剪接：一种核酶的作用。 原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产 物中含tRNA 真核rRNA加工： A.5S自成体系加工少，无修饰和剪接。 B.45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。,原核生物rRNA转录前体的加工,甲基化,核酸内切酶,核酸外切酶,真核生物rRNA转录前体的加工,核酸外切酶,甲基化,核酸内切酶和外切酶,tRNA前体的加工,包括：核酸外切酶从两端向内切去多余序列；在3-端加CCAOH序列;核苷酸的修饰与异构化；核酸内切酶切除居间序列。,真核mRNA前体的加工,（1）hnRNA被剪接 把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（DNA上的编码序列）拼接上，真核生物一般为不连续（断裂）基因（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）3端添加polyA “尾巴”；,（3）5端连接“帽子”结构（m7G5ppp5NmpNp-）；,（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。,真核细胞mRNA的加工,5 “帽子”,PolyA 3,顺反子(cistron ),AAAAAAA-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（即外显子，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。,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mRNA C、A或U的插入 多头绒孢菌线粒体的 mRNA和tRNA G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apoPtRNA C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tRNA A转变为I 脱氨 脑谷氨酸受体亚基mRNA,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。,第三节 RNA复制（噬菌体Q和灰质炎病毒）,概念：某些RNA病毒以自身RNA为模板合成与自身RNA完全相同RNA分子的过程称为RNA的复制。,两个阶段:,（1）病毒RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和复制酶的亚基。,（2）复制酶的亚基与来自宿主细胞的亚基自 动装配成RNA复制酶，进行RNA复制，通常以分子中 单链RNA为模板（正链），复制出一条新的RNA链 （负链），然后以负链为模板复制出大量正链，再 与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。,RNA复制酶的催化性质,以四种NTP为底物； 专一性地选择病毒RNA为模板； 按5 3的方向合成病毒RNA； 无外切酶活性（即无校对功能）。,下一页,上一页,病毒RNA的复制方式,1）病毒含正链RNA：进入宿主细胞后先进行病毒RNA复制酶和有关病毒蛋白质的合成（借助于宿主细胞的蛋白质合成体系），然后进行RNA的复制，再装配病毒颗粒。如：噬菌体Q和灰质炎病毒。 2）病毒含负链RNA和复制酶：这类病毒进入宿主细胞后，先进行RNA的复制合成正链RNA，再以正链RNA为模板合成病毒蛋白