RNA的生物合成实用教案

1、转录转录(zhun l) (transcription) (zhun l) (transcription) 生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。 转转录录(zhun l)RNADNA 第1页/共47页第一页，共48页。复制(fzh)和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，

2、T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制第2页/共47页第二页，共48页。参与转录(zhun l)(zhun l)的物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: DNA: DNA酶酶: RNA: RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-

3、pol)(RNA polymerase, RNA-pol)其他其他(qt)(qt)蛋白质因子蛋白质因子第3页/共47页第三页，共48页。模板模板(mbn)(mbn)和酶和酶Templates and EnzymesTemplates and Enzymes第4页/共47页第四页，共48页。一、转录(zhun l)(zhun l)模板 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录双链中按碱基配对规律能指引转录(zhun l)生成生成RNA的一股单链，称为模板链的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作反义链，也称作反义链(antisence strand)。相对的。相对的另一股单链

4、是编码链另一股单链是编码链(coding strand)，也称为有意，也称为有意义链。义链。 第5页/共47页第五页，共48页。5GCAGTACATGTC 33 c g t c a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链模板(mbn)链mRNA蛋白质转录(zhun l)翻译(fny)第6页/共47页第六页，共48页。5 5 3 3 3 3 5 5 模板模板(mbn)链链编码链编码链编码链编码链模板模板(mbn)链链结构结构(jigu)(jigu)基基因因转录方向转录方向第7页/共47页第七页，共48页。不对称(duchn)(duc

5、hn)转录(asymmetric (asymmetric transcription) transcription) 在在DNA分子双链上某一区段分子双链上某一区段(q dun)，一股链，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录用作模板指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。第8页/共47页第八页，共48页。二、RNA聚合酶（一）原核(yun h)(yun h)生物的RNARNA聚合酶 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分

6、分 子子 量量功功 能能第9页/共47页第九页，共48页。核心核心(hxn)酶酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 原核RNA聚合酶 RNA聚合酶由5个亚基构成(guchng)，2为全酶， 2为核心酶。第10页/共47页第十页，共48页。RNA聚合酶全酶在转录起始聚合酶全酶在转录起始(q sh)区的结合区的结合 第11页/共47页第十一页，共48页。转录转录(zhun l)(zhun l)过程过程The Process of The Process of TranscriptionTranscription第12页/共47页第十二页，共48页。（一）转录(zhun

7、l)(zhun l)起始转录起始需解决两个问题转录起始需解决两个问题(wnt)：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、原核生物的转录(zhun l)(zhun l)过程第13页/共47页第十三页，共48页。2. DNA双链解开双链解开(ji ki)1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板与模板(mbn)结合结合 3. 在在RNA聚合酶作用下发生聚合酶作用下发生(fshng)第一次聚合反第一次聚合反应，形成转录起始复合物应，形成转录起始复合物RNApol

8、 ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi转录起始过程第14页/共47页第十四页，共48页。（二）转录(zhun l)延长1. 亚基脱落亚基脱落(tulu)，RNApol聚合酶核心聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前模板前移；移； 2. 在核心在核心(hxn)酶作用下，酶作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延长。链不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi第15页/共47页第十五页，共48页。转录

9、转录(zhun l)(zhun l)空泡空泡(transcription bubble)(transcription bubble)：RNA-pol （核心(hxn)酶） DNA RNA目 录35第16页/共47页第十六页，共48页。目 录第17页/共47页第十七页，共48页。5 3 DNA原核生物转录过程原核生物转录过程(guchng)中的羽毛状中的羽毛状现象现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶第18页/共47页第十八页，共48页。 依赖依赖(yli)Rho ()因子的转录终止因子的转录终止 非依赖非依赖(yli)Rho因子的转录终止因子的转录终止（三）转录(zhun l)(zhun l

10、)终止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下来不再模板上停顿下来不再(b zi)前进，转录产物前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱链从转录复合物上脱落下来。落下来。 分类第19页/共47页第十九页，共48页。二、真核生物的转录(zhun (zhun l)l)起始（一）转录(zhun l)起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样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，化，转录起始时，RNA-polRNA-pol不直接结合不直接结合(jih)(jih)模板，模板，其起始过程比原核生物复杂。其起始过程比原核生物复杂。第20页/共47页第二十页，共48页。真核生物(shng

11、w)的RNA聚合酶分三类RNA聚合酶: 存在于核仁(h rn)中，转录rRNARNA聚合酶: 存在(cnzi)于核质中，转录大多数基因，RNA聚合酶: 存在于核质中，转录很少几种基因如 tRNA基因如5SrRNA基因。第21页/共47页第二十一页，共48页。转录转录(zhun l)起始点起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子增强子顺式作用顺式作用(zuyng)元件元件(cis-acting element)1. 转录起始前的上游转录起始前的上游(shngyu)区区段段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1

12、 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体第22页/共47页第二十二页，共48页。参与(cny)RNA-pol(cny)RNA-pol转录的TF TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使C

13、TD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子2. 转录转录(zhun l)因子因子(transcriptional factors, TF) 第23页/共47页第二十三页，共48页。3. 转录(zhun l)起始前复合物(pre-initiation comple

14、x, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合分子直接结合，而需依靠众多，而需依靠众多(zhngdu)的转录因子。的转录因子。 第24页/共47页第二十四页，共48页。POL-TFFAB由RNA-Pol 催化(cu hu)转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装(z zhun)完成，TFH使CTD磷酸化第25页/共47页第二十五页，共48页。（二）转录(zhun l)延长没有转录与翻译没有转录与翻译(fny)(fny)同步的现象同步的现象。 第26页/共47页第二十六页，共48页。

15、5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录转录(zhun l)终止的修饰点终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）转录(zhun l)终止 和转录和转录(zhun l)后修饰密切相关后修饰密切相关。第27页/共47页第二十七页，共48页。真核生物真核生物(shngw)(shngw)的转录的转录后修饰后修饰Post-transcriptional Post-transcriptional ModificationModification第28页/共47页第二十八页，共48页。一、真核生物

16、(shngw)mRNA(shngw)mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰(xish)(xish) 5端形成端形成(xngchng) 帽子结构帽子结构(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)第29页/共47页第二十九页，共48页。帽子(mo zi)结构第30页/共47页第三十页，共48页。5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构(jigu)的的生生成成5 ppGp磷酸酶 Pi第31页/共47页第三十一页，共48页。3端加多聚腺苷酸尾结构(jigu)第32页/共47页第三十二

17、页，共48页。（二）mRNAmRNA的剪接(jinji)(jinji)1. hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级(chj)mRNA称为杂化核称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) snRNA (small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体, , splicesome）snRNA第33页/共47页第三十三页，共48页。真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌编码区互相间隔开但又连续镶嵌(xingqin)(xingqin

18、)而成而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨，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基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。因。 断裂基因(splite gene)CABD编码编码(bin m)区区 A、B、C、D非编码区非编码区第34页/共47页第三十四页，共48页。2. 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子外显子 在断裂基因及其初级转录在断裂基因及其初级转录(zhun l)产物上出现产物上出现，并表达为成熟，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 内含子内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核隔断基

19、因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。酸序列。 第35页/共47页第三十五页，共48页。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白(dnbi)(dnbi)基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰(xish)(xish)hnRNA剪接剪接(jinji)成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰目 录第36页/共47页第三十六页，共48页。鸡卵清蛋白成熟(chngsh)mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目 录第37页/共47页第三十七页，共48页。3. mRNA的剪接的剪接(jinji) 除去除去(ch q)hnRNA中的内含子，将外显子连接中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合结

20、合(jih)成为并接体成为并接体目 录第38页/共47页第三十八页，共48页。UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5第39页/共47页第三十九页，共48页。二、tRNAtRNA的转录(zhun l)(zhun l)后加工tRNA前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目 录第40页/共47页第四十页，共48页。RNAaseP、内切酶目 录第41页/共47页第四十一页，共48页。tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目 录第42页/共47页第四十二页，共48页。碱基修饰(xish)（2）还原反应）还原反应