临床8版第16章的生物合成

1、目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录第第 十十 六六 章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis, Transcription转录转录 (transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 u此过程把此过程把DNA的碱基序列转的碱基序列转抄成抄成RNA 。 目目 录录目目 录录参与转录的物质参与转录的物质原料原料: NTP 模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶聚合酶RNA polymerase, RNA-pol其他蛋白质因子及二价金属离子其他蛋白质因子及二价金属离子目目 录录目目 录录一、原核生物转录的模板

2、一、原核生物转录的模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为。目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录 5 5 3 3 3 3 5 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转录方向转录方向转录方向转录方向模板链和编码链的相对性模板链和编码链的相对性目目 录录目目 录录 目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录 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 基基分分 子子 量量功功 能能 转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段 全酶全酶 (

3、holoenzyme)核心酶核心酶 (core enzyme)目目 录录目目 录录 目目 录录目目 录录 1-30-5010-10-40-205 3 3 5 T T G A C A-35 区区RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 开始转录开始转录(Pribnow box)T A T A A T -10 区区n用用RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区RNA聚合酶的移动聚合酶的移动目目 录录目目 录录原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcript

4、ion in Prokaryote第二节第二节目目 录录目目 录录RNA聚合酶的移动聚合酶的移动原核生物的转录起始过程原核生物的转录起始过程亚基识别亚基识别-35区区RNA pol 全酶移向全酶移向-10区区及转录起始点，及转录起始点，打开双链打开双链亚基催化亚基催化合成第一个磷酸二酯键合成第一个磷酸二酯键 5-pppGpN-OH-3 形成转录起始复合物形成转录起始复合物RNA pol(2) DNApppGpN-OH（结合松弛）（结合松弛）（结合紧密）（结合紧密）转录起始不需引物！转录起始不需引物！原核转录起始原核转录起始RNARNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 R

5、NA-pol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:RNA-Pol（核心酶）-DNA-RNA形成的转录复合物l转录解链范围10-20bppNMP逐个加入遇到模板为A时加入的是U不是TpRNA-Pol向下游移动时RNA 分子5pppG的 结构仍然保留大肠杆菌的转录泡局部结构示意大肠杆菌的转录泡局部结构示意目目 录录目目 录录转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化转录过程中DNA的超螺旋结构变化三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有

6、多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。 目目 录录目目 录录 目目 录录目目 录录 目目 录录目目 录录n因子的作用原理：因子的作用原理：目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA

7、UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3目目 录录目目 录录使转录终止的机理：使转录终止的机理： 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol目目 录录目目 录录真核生物的转录过程真核生物的转录过程The Process of Transcription in Eukaryote第三节第三节（mRNA前体）前体）（除（除5S rRNA外，外，其它其它rRNA前体）前体）真

8、核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，而分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。需依靠众多的转录因子。（二）少数几个反式作用因子的搭配（二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录启动特定基因的转录 转录因子的相互辨认结合，恰如儿童玩具七巧转录因子的相互辨认结合，恰如儿童玩具七巧板那样，搭配得当就能拼出多种不同的图形。板那样，搭配得当就能拼出多种不同的图形。 为了保证转录的准确性，为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录因子。不同基因需不同转录因子。拼板理论拼板理论(piecing theory) ： 一个真核生物基因的转录一个真核生物基因的转录需要需要3至至5个转录因子。

9、转录因个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。结合、转录相应的基因。三三 、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 转录延长中的核小体移位转录延长中的核小体移位四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进

10、行同时进行目目 录录目目 录录第四节第四节真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA目目 录录目目 录录n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)5. RNA RNA编辑编辑(RNA editing)5 端帽子结构端帽子结构(m7GpppGp )（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构一、核不均一一、核不均一RNA经首、尾修

11、饰经首、尾修饰和剪接后成为和剪接后成为mRNA 目目 录录目目 录录5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAMn帽子结构的生成过程：帽子结构的生成过程：5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi目目 录录目目 录录n帽子结构的生成过程：帽子结构的生成过程：目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录加入加入polyApolyA切去切去33端过剩碱端过剩碱基（核酸外切酶）基（核酸外切酶）（二）前体（二）前体mRNA在在3端端特异位点特异位点 断裂并加上多聚腺苷酸尾断裂并加上多聚腺苷酸尾 AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly

12、(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP目目 录录目目 录录mRNADNAmRNAmRNA目目 录录目目 录录真核生物结构基因，由若干个真核生物结构基因，由若干个编码区编码区和和非非编码区编码区互相间隔开互相间隔开但

13、又但又连续镶嵌连续镶嵌而成，去除非而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为的完整蛋白质，这些基因称为。 hnRNA和断裂基因和断裂基因CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区目目 录录目目 录录外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子：外显子：在在断裂基因断裂基因及其及其初级转录产物初级转录产物上出上出现，并表达为现，并表达为成熟成熟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隔断基因的线性表达而在剪接过程剪接过程中被除去中被除去的核酸序列。的核酸序列。 C

14、ABD目目 录录目目 录录外显子外显子内含子内含子DNAmRNA转录转录形成套索形成套索RNA，外显子靠近，外显子靠近剪接体剪接体去除套索去除套索RNA，外显子连接，外显子连接成熟成熟mRNADNA模板模板hnRNA目目 录录目目 录录1. 内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪除 剪接首先涉及套索剪接首先涉及套索RNA的形成，即的形成，即内含子区段弯曲内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接；还发现内含子近相靠近而利于剪接；还发现内含子近3端端的嘌呤甲基化的嘌呤甲基化是形成套索所必需的。是形成套索所必需的。 2. 内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口

15、处剪除 大多数内含子都以大多数内含子都以GU为为5 端的起始端的起始，而其而其末端则为末端则为AG-OH-3 ；5 GUAG-OH-3 称为剪接接口（称为剪接接口（splicing junction）或）或边界序列。边界序列。 目目 录录目目 录录3. 剪接过程需两次转酯反应剪接过程需两次转酯反应 目目 录录目目 录录4. 剪接体是内含子剪接场所剪接体是内含子剪接场所目目 录录目目 录录5. 前体前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式 前体前体mRNA分子的加工除上述剪接外，还有一分子的加工除上述剪接外，还有一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。（1）剪接剪接

16、(splicing)（2）剪切剪切(cleavage)目目 录录目目 录录6. 前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子可发生可变剪接 许多前体许多前体mRNA分子经过加工只产生一种成熟的分子经过加工只产生一种成熟的mRNA，翻译成相应的一种多肽；有些则可剪切或（和），翻译成相应的一种多肽；有些则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的剪接加工成结构有所不同的mRNA，这一现象称为，这一现象称为可变剪可变剪接接，又称，又称选择性剪接选择性剪接。真核细胞基因的前体真核细胞基因的前体mRNA交替加工的两种机制交替加工的两种机制 （四）（四）mRNA编辑是对基因的编辑是对基因的 编码序列进行转录后加工编

17、码序列进行转录后加工目目 录录目目 录录转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S二、真核二、真核rRNA前体经过剪前体经过剪 接形成不同类别的接形成不同类别的rRNAtRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加的加 工包括核苷酸的碱基修饰工包括核苷酸的碱基修饰RNaseP内切酶内切酶tRNA核苷酸核苷酸转移酶、连接酶转移酶、连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转

18、位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4） 四、四、RNA催化一些真核和原核基因内催化一些真核和原核基因内含子的自剪接含子的自剪接目目 录录目目 录录五、五、RNA在细胞内的降解有多种途径在细胞内的降解有多种途径（一）依赖于脱腺苷酸化的（一）依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解是重要的降解是重要的mRNA代谢途径代谢途径目目 录录目目 录录（二）无义介导的（二）无义介导的mRNA降解是重要的真核降解是重要的真核细胞细胞mRNA质量监控机制质量监控机制 真核细胞真核细胞mRNA的的异常剪接异常剪接可能会产生可能会产生无义的终止密无义的终止密码子码子，由此产生的，由此产生的mRNA降解称为降解称为无义介导的无义介导的mRNA降解降解，是广泛存在的，是广泛存在的mRNA质量监控的重要机制。质量监控的重要机制。那些含有那些含有提前终止密码子提前终止密码子的的mRNA会被会被选择性清除选择性清除。 1