第八章RNA的生物合成转录ppt课件

1、本章内容本章内容第一节第一节 转录的酶和模板转录的酶和模板第二节第二节 转录过程转录过程第三节第三节 真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰转录转录生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 复制和转录的区别复制和转录的区别 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，T

2、-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参与转录的物质参与转录的物质原料原料: 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-pol)(RNA polymerase, RNA-po

3、l)其他蛋白质因子其他蛋白质因子第一节 模板和酶转录转录: :以以DNADNA为模板，在依赖于为模板，在依赖于DNADNA的的RNARNA多聚酶催化下合成与模板互补的多聚酶催化下合成与模板互补的mRNAmRNA链的链的过程。转录是基因实现表达的第一步。过程。转录是基因实现表达的第一步。一、转录模板一、转录模板转录的不对称性就是指以双链转录的不对称性就是指以双链DNADNA中的一条中的一条链作为模板进展转录，从而将遗传信息由链作为模板进展转录，从而将遗传信息由DNADNA传送给传送给RNARNA。能转录出能转录出RNARNA的的DNADNA区段称为构造基因。区段称为构造基因。可以转录可以转录RN

4、ARNA的那条的那条DNADNA链称为模板链，也链称为模板链，也称作有意义链。称作有意义链。 与模板链互补的另一条与模板链互补的另一条DNADNA链称为编码链，链称为编码链，也称为反义链。也称为反义链。 55335模板链模板链编码链编码链55 53 33 35 5模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链构造基因构造基因转录方向转录方向转录方向转录方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译模板链、编码链与转录及翻译的关

5、系模板链、编码链与转录及翻译的关系转录的延续性：转录的延续性：RNARNA转录合成时，以转录合成时，以DNADNA作为模板，在作为模板，在RNARNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下，延续合成一段延续合成一段RNARNA链，各条链，各条RNARNA链之间链之间无需再进展衔接。无需再进展衔接。转录的单向性：转录的单向性：RNARNA转录合成时，只能转录合成时，只能向一个方向进展聚合，所依赖的模板向一个方向进展聚合，所依赖的模板DNADNA链的方向为链的方向为3535，而，而RNARNA链的合链的合成方向为成方向为5353。 二、参与转录合成的酶和蛋白因子参与参与RNARNA转录合成的物质转录合成的

6、物质原料：原料：NTP NTP ATP, UTP, GTP, CTPATP, UTP, GTP, CTP。模板：单链模板：单链DNADNA。酶：酶：RNARNA聚合酶聚合酶DDRPDDRP，RNA-polRNA-pol。其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子等。等。RNARNA聚合酶聚合酶DDRPDDRP这是一种不同于引物酶的依赖这是一种不同于引物酶的依赖DNADNA的的RNARNA聚聚合酶合酶DDRPDDRP。该酶在单链该酶在单链DNADNA模板以及四种核糖核苷酸存模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需求引物，即可从在的条件下，不需求引物，即可从5353聚

7、合聚合RNARNA。 原核生物中的原核生物中的RNARNA聚合酶全酶由五个亚基构聚合酶全酶由五个亚基构成，即成，即2 2。亚基与转录起始点的识别有关，在转录合亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开场后被释放；余下的部分成开场后被释放；余下的部分2 2被称为中心酶，与被称为中心酶，与RNARNA链的聚合有关。链的聚合有关。 真核细胞的RNA聚合酶有三种：分别是RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶。RNA聚合酶、RNA聚合酶分别担任合成rRNA和mRNA， RNA聚合酶那么催化转录生成5srRNA和tRNA。第二节 转录过程RNARNA的转录过程大体可分为起始、延伸和终的转录过程大体可分为起

8、始、延伸和终止三个阶段。转录全过程均需止三个阶段。转录全过程均需RNARNA聚合酶催聚合酶催化，原核生物转录起始需求中心酶加上化，原核生物转录起始需求中心酶加上因因子即全酶参与。延伸过程是中心酶催化下的子即全酶参与。延伸过程是中心酶催化下的核苷酸聚合。核苷酸聚合。RhoRho因子参与转录的终因子参与转录的终止。止。一起始阶段一起始阶段 首先由首先由RNARNA聚合酶的聚合酶的因子识别因子识别DNADNA的启动子部位，并带动的启动子部位，并带动RNARNA聚合酶的全酶与启动子结合，构成聚合酶的全酶与启动子结合，构成复合物，同时使复合物，同时使DNADNA分子的部分构象改分子的部分构象改动，构造松

9、驰，解开一段动，构造松驰，解开一段RNARNA双链约双链约1010几个碱基对，暴显露几个碱基对，暴显露DNADNA模板链。模板链。在在DNADNA模板链转录起点碱基的引导下，模板链转录起点碱基的引导下，第一个核糖核苷酸进入相应的位置，配第一个核糖核苷酸进入相应的位置，配对结合。转录起点的碱基多为对结合。转录起点的碱基多为T T或或C C，因，因此第一个结合的此第一个结合的NTPNTP多为多为ATPATP或或GTPGTP。二延伸阶段二延伸阶段 RNA RNA链的延伸是由中心酶催化的。链的延伸是由中心酶催化的。当第一个核糖核苷酸结合后，当第一个核糖核苷酸结合后，因子便从全酶中零因子便从全酶中零落下

10、来。并与另一个中心酶结合成落下来。并与另一个中心酶结合成RNARNA聚合酶全酶，聚合酶全酶，起始另一次转录。零落的起始另一次转录。零落的因子可以反复运用。失因子可以反复运用。失去去因子的中心酶发生构象改动，与因子的中心酶发生构象改动，与DNADNA模板的结模板的结合变得较为松驰，可以沿合变得较为松驰，可以沿DNADNA模板链的下游方向模板链的下游方向即即3535的方向滑动。在中心酶的催化下，的方向滑动。在中心酶的催化下，4 4种核糖核苷酸种核糖核苷酸NTPNTP按照模板链碱基陈列顺序按照模板链碱基陈列顺序的指引依次进入，按照的指引依次进入，按照U-A,A-T,C-GU-A,A-T,C-G的碱基

11、配对原的碱基配对原那么逐个地加到前一个核糖核苷酸的那么逐个地加到前一个核糖核苷酸的3-OH3-OH上，上，并构成磷酸二酯键。随着中心酶不断沿模板链方向并构成磷酸二酯键。随着中心酶不断沿模板链方向滑动，滑动，DNADNA双螺旋逐渐解开暴露模板链，双螺旋逐渐解开暴露模板链，RNARNA链沿链沿5353方向逐渐延伸。此时，已合成的方向逐渐延伸。此时，已合成的RNARNA链从链从5-5-端逐渐与模板链分别，而模板链与编码链重新端逐渐与模板链分别，而模板链与编码链重新结合构成双螺旋结合构成双螺旋( (图图) )。三终止阶段三终止阶段 当中心酶滑行到当中心酶滑行到DNADNA模板链的终止模板链的终止部位即

12、停顿下来不再前进，转录产物部位即停顿下来不再前进，转录产物RNARNA链从转录链从转录复合物上零落下来，就是转录终止。原核生物转录复合物上零落下来，就是转录终止。原核生物转录终止有两种类型：一种是依赖终止有两种类型：一种是依赖因子终止的转录，因子终止的转录，因子能与转录产物因子能与转录产物RNARNA结合，使结合，使RNARNA聚合酶停顿。聚合酶停顿。因子还有因子还有ATPATP酶活性和解螺旋酶活性，它能利用酶活性和解螺旋酶活性，它能利用ATPATP水解释放的能量，使水解释放的能量，使RNARNA链从模板链从模板DNADNA链上拆链上拆开，并从转录复合物中释放出来。另一种是不依赖开，并从转录复

13、合物中释放出来。另一种是不依赖因子终止的转录。在因子终止的转录。在DNADNA模板链上接近终止处有模板链上接近终止处有些特殊碱基序列，即较丰富的些特殊碱基序列，即较丰富的A-TA-T配对区或配对区或G-CG-C配对配对区，是转录终止信号。当中心酶遇到终止信号后，区，是转录终止信号。当中心酶遇到终止信号后，RNARNA转录产物就构成特殊的发夹样构造，阻止中心转录产物就构成特殊的发夹样构造，阻止中心酶的滑动，酶的滑动，RNARNA链的延伸便终止。链的延伸便终止。转录终止后，中心酶也从转录终止后，中心酶也从DNADNA模板链上零落下来，模板链上零落下来，与与因子重新结合为全酶进展下一次的转录。这样因

14、子重新结合为全酶进展下一次的转录。这样合成的合成的RNARNA是初级转录物，即是初级转录物，即RNARNA前体。前体。如前所述，某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制如前所述，某些抗生素如利福霉素和利福平能抑制细菌细菌RNARNA聚合酶，因此能抑制细菌聚合酶，因此能抑制细菌RNARNA的合成。的合成。第三节 转录后的加工和修饰 真核细胞中转录生成的RNA是初级转录产物，均需经过一定程度的加工才具有活性。原核细胞由于没有细胞核，其构造基因是延续的核苷酸序列，转录后产生的RNA很少需求加工处置tRNA例外就转运到核蛋白体上参与蛋白质的合成。新生的无活性的RNA转变为有活性的RNA的过程，称为RNA的成

15、熟转录后的加工，包括链的断裂、拼接和化学修饰等。一、mRNA的转录后加工真核生物mRNA转录后，需进展5-端和3-端的修饰以及对hnRNA进展剪接。一首尾修饰 指在mRNA的5-端加“帽，3-端加“尾。5-端加“帽是在核内进展的，在hnRNA的5-末端加上一个m7GpppG“帽构造，其功能与蛋白质生物合成的起始有关。mRNA3-末端接上一段约30200个polyA,该构造称为“尾，其功能是引导mRNA由细胞核向细胞质转移。二mRNA的剪接 真核细胞的mRNA前体称核内不均一RNA(hnRNA)，它是由断裂基因转录的，包含有内含子和外显子的区段，所以其分子量比成熟的mRNA大几倍，甚至数十倍。剪

16、接就是把hnRNA中的内含子除去，把外显子拚接起来，成为具有翻译功能的模板mRNA。二、tRNA的转录后加工 1、切除多余的核苷酸. 2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,衔接酶进展衔接。 3、修饰与3末端加-CCA: 修饰包括甲基化,脱氨基,复原反响等，在核苷酸基转移酶催化下完成3末端添加CCA。 第一节第一节 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质一、合成原料：蛋白质生物合成的原料是氨基酸。氨基酸在mRNA的指引下逐一聚合。聚合过程中，氨基酸需由tRNA携带。蛋白质合成的全过程是在由rRNA和蛋白质所组成的核蛋白体大分子上进展的。也就是说，蛋白质的生物合成，是需求mRNA为模板、

17、tRNA为运载体、核蛋白体为装配场所共同协调完成的。此外，翻译过程还需众多的蛋白质因子和酶的参与。二、RNA一mRNAmRNA是翻译的直接模板。在mRNA分子中，核苷酸的陈列顺序包含有多肽链中氨基酸的陈列顺序。mRNA经过其模板作用传送DNA的遗传信息，即引导蛋白质多肽链的合成。作为指点蛋白质生物合成的模板，mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码。遗传密码共有64种，其中：起始密码起始密码: AUG: AUG终止密码终止密码: UAA: UAA，UAGUAG，UGAUGA 密码子的第二位密码子的第二位 密密码码子子的的第第一一位位(5端端 UCAG密密

18、码码子子的的第第三三位位(3）端端 UU C A G CU C A G AU C A G GU C A G 遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点：1. 1. 通用性通用性 蛋白质生物合成的整套密码，从原蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。密码的通用性进一步核生物到人类都通用。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。证明各种生物进化自同一祖先。 2.2.延续性延续性 指编码蛋白质氨基酸序列的各个三指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码延续阅读，密码间既无延续也无交联体密码延续阅读，密码间既无延续也无交叉。叉。3. 3. 简并性同一氨基酸存在多个不同的遗传密简并性同一氨基

19、酸存在多个不同的遗传密码的景象称为遗传密码的简并性。码的景象称为遗传密码的简并性。遗传密码的简并性在坚持遗传稳定性上具有遗传密码的简并性在坚持遗传稳定性上具有重要意义。重要意义。4. 4. 摆动性：转运氨基酸的摆动性：转运氨基酸的tRNAtRNA的反密码需的反密码需求经过碱基互补与求经过碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码反平上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与密码之间经常不严行配对结合，但反密码与密码之间经常不严厉遵守碱基配对规律，称为摆动配对。厉遵守碱基配对规律，称为摆动配对。二二 tRNA tRNA ：tRNAtRNA是转运氨基酸的工具是转运氨基酸的工具 一切一切tRNAtRNA的二

20、级构造均是三叶草形，其氨基的二级构造均是三叶草形，其氨基酸臂的酸臂的3-CCA-OH3-CCA-OH是氨基酸的结合位点，是氨基酸的结合位点，反密码环顶端的反密码子与反密码环顶端的反密码子与mRNAmRNA上的密码上的密码子配对结合。子配对结合。tRNAtRNA携带的氨基酸，是由携带的氨基酸，是由mRNAmRNA上三联体密码决议的，因此，上三联体密码决议的，因此，tRNAtRNA可可将氨基酸准确地带到指定的位置。将氨基酸准确地带到指定的位置。氨基酸臂氨基酸臂反密码环反密码环tRNAtRNA三rRNA与蛋白质构成核蛋白体是蛋白质合成的场所 rRNA是一类分子量不等的非均一性RNA，它们与多种蛋白质

21、相互镶嵌，结合成为显微镜下可见的核蛋白体颗粒，是氨基酸聚合成肽链的场所。核蛋白体由大、小亚基构成。大亚基有转肽酶活性和两个tRNA结合部位，一个是结合肽酰-tRNA的部位P位，另一个是结合氨基酰-tRNA的部位A位。小亚基有结合模板mRNA的功能，在大小亚基之间有包容mRNA的部位，核蛋白体能沿着mRNA53方向阅读遗传密码。三个与三个与tRNAtRNA结合的位点：结合的位点： A A位：又称受位或氨酰基位，可与新进入的氨位：又称受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰基酰tRNAtRNA结合；由大、小亚基成分构成。结合；由大、小亚基成分构成。 P P位：又称给位或肽酰基位，可与延伸中的肽位：又称给

22、位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基酰基tRNAtRNA结合；由大、小亚基成分构成。结合；由大、小亚基成分构成。 E E位：又称排出位，空载位：又称排出位，空载tRNAtRNA脱离核蛋白体前脱离核蛋白体前的结合位点；主要由大亚基成分构成。的结合位点；主要由大亚基成分构成。核蛋白体大、小亚基的功能核蛋白体大、小亚基的功能原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式原核生物翻译过程中核蛋白体构造方式A位：氨基酰位位：氨基酰位P位：肽酰位位：肽酰位E位：排出位位：排出位二转肽酶二转肽酶 该酶实践上是核蛋白体大亚基上的该酶实践上是核蛋白体大亚基上的蛋白质，能催化大亚基蛋白质，能催化大亚基P P位上的肽酰位上的肽酰-

23、tRNA-tRNA的肽酰基的肽酰基转移到转移到A A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA-tRNA的氨基上，使酰基与氨基的氨基上，使酰基与氨基结合构成肽键，延伸肽链。结合构成肽键，延伸肽链。三其它因子和供能物质三其它因子和供能物质1. 1.蛋白因子起始因子蛋白因子起始因子IFIF与多肽链合成起始有与多肽链合成起始有关的蛋白因子称为起始因子。关的蛋白因子称为起始因子。作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNAtRNA及模及模板板mRNAmRNA结合。结合。 延伸因子延伸因子EFEF与多肽链合成的延伸过程与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白因子称为延伸因子。有关的蛋白因子称

24、为延伸因子。EFEF的作用主要促使氨基酰的作用主要促使氨基酰tRNAtRNA进入核蛋白的进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。受体，并可促进移位过程。 释放因子释放因子RFRF与多肽链合成终止并使之与多肽链合成终止并使之从核蛋白体上释放相关的蛋白因子称为释放从核蛋白体上释放相关的蛋白因子称为释放因子。因子。RFRF的生物学功能主要有：的生物学功能主要有：识别终止密码，如识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。诱导转肽酶改动为酯酶活性，相当于催诱导转肽酶改动为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子化肽

25、酰基转移到水分子-OH-OH上，使肽链上，使肽链从核蛋白体上释放。从核蛋白体上释放。 多肽链合成时，需多肽链合成时，需ATPATP、GTPGTP作为供能物作为供能物质，并需质，并需Mg2+Mg2+、K+K+参与。参与。氨基酸活化时需耗费氨基酸活化时需耗费2 2分子高能磷酸键，肽分子高能磷酸键，肽键构成时又耗费键构成时又耗费2 2分子高能磷酸键，故缩分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需耗费合一分子氨基酸残基需耗费4 4分子高能磷分子高能磷酸键。酸键。 2.2.供能物质和无机离子供能物质和无机离子第二节 蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成过程包括三大步骤：蛋白质生物合成过程包括三大步骤：氨基酸

26、的活化与搬运；氨基酸的活化与搬运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。本节主要引见活化氨基酸在核蛋白体上的缩本节主要引见活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程，这一过程包括多肽链合成的起始、合过程，这一过程包括多肽链合成的起始、延伸和终止三个阶段。延伸和终止三个阶段。 氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶IF-3IF-1A U G53IF-2GTP3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )tRNA( fMet-tRNAimet )

27、结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1A U G53起始起始 fMet-tRNAimet fMet-tRNAimet以及以及IF2-GTPIF2-GTP一同，识别结一同，识别结合小亚基合小亚基P P位，并对应模板位，并对应模板mRNAmRNA的起始密码的起始密码AUGAUG。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4. 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合体构成：核蛋白体大亚基结合，起始复合体构成：A U G53 IF2结合的结合的GTP被水解，三种被水解，三种IF脱离，脱离，50S大亚大亚基与基与30S小亚基、模板小亚基、模板mRNA以及起始以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。构成起始复合体。进进位位转转位位成肽成肽核蛋白体循环的反响过