《生物化学》课件-RNA的生物合成

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,总结,遗传信息传递的中心法则,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DNA指导下RNA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DNA的指导下的RNA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。,启动子（promoter),终止子(terminator),模板链（templattestrand）反意义链(antisensestrand),有意义链(sensestrand),非信息区,DNA,5,5,3,3,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,A,C,G,A,C,G,U,U,模板DNA,5,3,新合成RNA,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),RNA链的延伸图解,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,四、启动子和转录因子,启动子(promoter)是指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(transcriptionalfactor)。利用足迹法(footprint)和DNA测序法可以确定启动子的序列结构。例：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,起点,五、终止子和终止因子,提供转录停止信号的DNA序列称为终止子(termter)。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(terminationfactor)。有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(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antitermination)。例：大肠杆菌的两种终止子,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,原核生物中rRNA前体的加工,甲基化作用专一核酸外切酶,30S前体,17S,tRNA,25S,专一核酸外切酶,16SrRNA,tRNA,23SrRNA,5SrRNA,专一核酸外切酶,tRNA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。,RNAaseP,RNAaseF,RNAaseP,RNAaseF,RNAaseD,RNAaseD,ACC,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”,PolyA3,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mRNA,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53方向和35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,烷化剂放腺菌素扁平结构插入到DNA双螺旋结构中两个连续的dGdC对之间，从而抑制RNA链的延长。嵌合剂可插入双链DNA相邻碱基对之间,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、曲张霉素RNA聚合酶的亚基相结合肽类化合物：-鹅膏蕈碱,DNA和R