RNA生物合成课件

RNA生物合成

转录【目的与要求】1、掌握转录的概念与特点2、掌握并能叙述原核生物与真核生物中RNA聚合酶的组成及功能3、掌握RNA转录过程4、掌握mRNA,tRNA与rRNA转录后加工过程DNA复制与转录的比较复制转录相同点模板两股链均复制模板链转录合成方式半保留复制不对称转录原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶碱基配对A-T，G-CA-U，T-A，G-C产物半保留的双链DNA单链RNA不同点以DNA为模板遵循碱基配对原则都需依赖DNA的聚合酶聚合过程都是生成磷酸二酯键新链合成方向为5’→3’第二节转录一、转录:由DNA指导的RNA合成,DNA以碱基互补原则，决定合成RNA的全部碱基成分及排列顺序，将DNA模板上的遗传信息传递到RNA分子的过程1、反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向5‘→3’。连接方式---3‘,5’磷酸二酯键2、特点：不对称转录---DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录

模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链

编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链5’…GCAGTACATGTC…3’3’…cgtcatgtacag…5’DNA5’…GCAGUACAUGUC…3’mRNAN…AlaValHisVal…C多肽链转录翻译编码链模板链3、原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U4、合成过程:连续，方向：5'→3'5、合成部位：细胞核内二、原核RNA聚合酶组成：RNA聚合酶由5个亚基构成，α2ββ‘σ为全酶（分子量为480kD），α2ββ’为核心酶作用：识别DNA分子中转录的起始部位。促进与模板链结合，并使DNA双链打开17bp。催化NTP的聚合，完成一条RNA链的聚合反应。识别转录终止信号，停止聚合反应，参与转录水平的调控决定基因转录的特异性亚基

分子量

每分子酶中所含数目

功能α365122β1506181与转录全过程有关β′1556131结合DNA模板σ702631辨认起始位点原核RNA聚合酶各个亚基的作用特点1.聚合速率慢，30-85NTP/秒2.缺乏外切酶活性,无校对功能，错误率10-63.不同的σ因子识别不同的启动子4.可被药物抑制（利福平）人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物三、真核RNA聚合酶

真核较原核的酶复杂，已清楚的有RNAPolⅠ,Ⅱ,Ⅲ及Mt四型组成和功能：均由多亚基构成，聚合酶Ⅱ主要负责mRNA的合成；PolⅠ主要负责rRNA的合成；PolⅢ主要负责tRNA和5srRNA的合成四、启动子与终止子（一）启动子1、原核启动子：约55bp,分为起始点（startsite）、结合部位、识别部位起始点：转录起始部位以+1表示，转录的第1个核苷酸常为嘌呤---G,A

结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5‘-TATAAT-3’,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所

识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5'-TTGACA-3',s因子识别此部位*-35和-10都是大致位点启动子：RNA聚合酶结合DNA的部位，包括一些转录调控组件TTGACA盒子TATA盒子启动子区结构基因-10bp+1转录初级转录物RNA-35bp（二）终止信号特点：终止部位含GC富集区与AT富集区,它们分别形成发卡结构和连续的U区，以终止转录

蛋白ρ因子辅助识别终止信号，参与终止五、转录过程----转录起始1.RNA聚合酶与启动子的结合（σ亚基辨认-35区）2.DNA双链的打开RNApol（全酶移向-10区）3.RNA链上合成第一个磷酸二酯键5’-pppGpN-OH-3’σ亚基脱落转录过程(二）延长转录泡：是由DNA双链,RNA聚合酶与新合成的转录本RNA局部形成的结构,它贯穿于延长过程的始终

过程：在起始阶段形成第一个磷酸二酯键后，RNA聚合酶核心酶沿模板向下游移动，核苷酸之间以3',5'磷酸二酯键相连，合成方向5'→3'，合成的RNA自3'末端逐步延长。合成出的RNA与DNA形成杂交分子,约12bp，因结合不紧很易脱离

（三）终止合成移到终止信号时,酶不滑动,聚合停止,转录完成

特点：ρ因子参与的终止：r因子与RNA产物中富含C的部位结合,并诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动;ρ因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的释放（一）原核生物的转录终止1.依赖ρ因子的转录终止2.不依赖ρ因子的转录终止ρ因子1.识别结合富含C的RNA链功能2.ATPase活性3.解螺旋酶活性四真核生物转录特点启动子复杂,某些基因不含TATAbox，由起动序列参与基本转录的开始顺式作用元件:真核生物中转录起始中起转录调控作用的DNA序列

-35区5′-TATA(TATA盒)-70～-110区CAAT盒GC盒（真核TATA序列的位置不像原核-35和-10那样典型，某些真核生物基因也可以没有TATA序列）转录因子与反式作用因子转录因子与反式作用因子:调节基因表达的蛋白为转录因子；它们与特异的顺式作用元件相互作用,并激活另一基因的转录TATATFIIDTFIIATFIIBRNA-polII/TFIIFTFIIEPIC12345转录起始复合物结合顺序真核转录的转录终止序列，在3'端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，mRNA在转录终止序列处被切断AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUGAAUAAAGUGUGUG酶切加尾信号GC丰富序列AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUG酶切(继续转录，但5’端没有“帽子”，产物被降解）加尾转录后的加工原核RNA不需加工，边转录边翻译真核RNA需要加工rRNAtRNAmRNA5’加帽3’加尾剪接在转录过程中转录后进行第三节真核生物转录后的加工意义：转录生成的前体RNA,无生物学活性,需加工变为成熟、有活性的RNA加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、修饰、RNA编辑

一、mRNA前体的加工

（一）生成特点：原核：mRNA是多顺反子(polycistronic),每分子RNA中含几种蛋白质信息，RNA寿命短，转录没完时翻译即开始

例:乳糖操纵子，含Z,Y,A三个基因,分别编码半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶

真核：单顺反子,一个mRNA仅编码一种蛋白质

外显子:在真核生物基因中编码蛋白质的序列

内含子:非编码蛋白的序列,因其插于外显子之间又称插入序列,居间序列

hnRNA:为mRNA的前体,转录物中外显子与内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA（二）mRNA前体加工过程

真核：

5‘末端帽子

部位：核内

3‘端多聚A尾部位：核内,胞质有酶也可进行

剪接作用

部位：胞核甲基化(甲基化发生在剪接之前,在非编码区分子中含1-2个m6A)RNA编辑(某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板,遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑)原核：多顺反子mRNA在RNaseⅢ作用下转变为单独的顺反子5’加帽pi5’pppG…磷酸酶ppi5’pG…pppG5’GpppG…甲基化酶＋CH3mGpppG…OHOH帽1帽0帽2NNNNOH2NCH3+OHHCH2HOPOPOPOPPPN1N2N3OOHOOHOOHOCH3OCH32'OH79H甲基鸟苷5’，5’-三磷酸3’加尾AAUAAAAAAAAAAAA……….加尾AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUGAAUAAAGUGUGUG酶切转录的终止加尾信号GC丰富序列polyA尾（约20～200个A）AAAAAA断裂基因：真核生物的基因由若干个编码区和非编码区互相隔开但又连续镶嵌而成外显子（exon):基因中出现在mRNA的序列内含子（intron）：基因中不出现于mRNA而被剪接掉的序列核内不均一RNA（hnRNA）：真核生物中编码蛋白质基因的初级转录本，包括5’帽子、3’poly(A)尾、外显子、内含子，经剪接加工成为mRNA剪接剪接:在细胞核内,hnRNA剪切掉内含子,将多个外显子连接为成熟mRNA的过程为剪接例:同一转录本,在不同的组织,因剪接差异产生各自不同的mRNA剪接的本质：磷酸酯键的转移剪接特点：剪接部位的结构为内含子末端的特定序列，分布在内含子的三个部位，5‘端剪切点为GU;3’端剪切点为AG；靠近3‘端含A序列的分支点mRNA的剪接：

hnRNA被剪接体作用，剪除内含子、连接外显子，产生成熟的mRNA的过程外显子内含子DNAmRNA转录形成套索RNA，外显子靠近剪接体去除套索RNA，外显子连接成熟mRNAmRNA的剪接套索结构外显子外显子内含子内含子5’端断开前一个外显子的3’末端攻击下后个外显子的5末端’前后外显子的连接二、tRNA前体的加工

1、切除多余的核苷酸：RNasep切除5'端多余的核苷酸；RnaseD切除3'端多余的核苷酸2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,连接酶进行连接3、修饰与3‘末端加-CCA:修饰包括甲基化,脱氨基,还原反应等，在核苷酸基转移酶催化下完成3’末端添加CCAtRNA的加工内含子编码区内切核酸酶外切核酸酶PPP53-OH3’DNA内含子初级转录物3端加CCA-OH3P

除去内含子（内切酶与连接酶）CCA-OH

3成熟tRNA5CCA-OH内含子5’和3’端的酶切3’加上CCA去掉内含子特异部位碱基的加工三、rRNA前体的加工

（一）特点：

1、rRNA拷贝多,原核5-10个拷贝;真核:果蝇260个拷贝;Hela细胞1100个拷贝

2、rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列（二）加工过程1、剪切作用：需核酸酶参与

2、甲基化修饰：修饰在碱基上

3、自我剪接：一种核酶的作用

5S的加工变化不大

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：1.5S自成体系加工少无修饰和剪接。

2.45S加工中含剪切和甲基化