RNA的生物合成1课件

第16章RNA的生物合成RNABiosynthesis(Transcription)第16章RNA的生物合成1一、教学目的在掌握原核生物转录的基础上，熟悉真核生物RNA转录后的加工修饰。二、教学要求1、掌握RNA生物合成的模板、原核生物RNA聚合酶的组成及转录的过程。2、熟悉真核生物RNA聚合酶的分类及其功能和转录后的加工修饰。3、了解RNA复制的概念，RNA聚合酶的抑制剂，真核生物转录起始和终止。一、教学目的2在生物界，RNA合成有两种方式：

一是DNA指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependentRNAsynthesis)，也叫RNA复制(RNAreplication),由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式。在生物界，RNA合成有两种方式：

一是DNA指导的RNA合成3转录(transcription)是生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

转录(transcription)是生物体以DNA为模板4小结复制和转录的区别小结5参与转录的物质：原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质：原料:NTP(ATP,UTP,GT6原核生物转录的模板和酶Templates&EnzymesinProkaryoticTranscription第一节原核生物转录的模板和酶第一节7一、原核生物转录的模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。转录的这种选择性称为不对称转录(asymmetrictranscription)，它有两方面含义：1.在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；2.其二是模板链并非总是在同一单链上。一、原核生物转录的模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结85′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···c95

3

3

5

模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对称转录53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对10二、RNA合成由RNA聚合酶催化（一）RNA聚合酶能直接启动RNA链的合成DNA依赖的RNA聚合酶(DDRP)催化合成RNA；RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。

(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPiRNA延长的RNA二、RNA合成由RNA聚合酶催化（一）RNA聚合酶能直接启动11DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。RNA聚合酶作用特点DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶12（二）RNA聚合酶由多个亚基组成（二）RNA聚合酶由多个亚基组成13核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)

转录起始阶段转录延长阶段核心酶全酶转录起始阶段转录延长阶段14案例

案例

15案例利福平为利福霉素类半合成广谱抗菌药，通用名：利福平片，英文名：RIFAMPICINTABLETS。抗结核病药，本品为糖衣片。除去包衣后显橙红色或暗红色。对多种病原微生物均有抗菌活性。利福平口服吸收良好，服药后1.5～4小时血药浓度达峰值。本品与其他抗结核药联合用于各种结核病的初治与复治，包括结核性脑膜炎的治疗。利福平与依赖DNA的RNA多聚酶的β亚单位牢固结合，抑制细菌RNA的合成，防止该酶与DNA结合，从而阻断RNA转录过程，使DNA和蛋白的合成停止。案例利福平为利福霉素类半合成广谱抗菌药，通用名：利福平片，英16案例利福平发明于1965年，利福平的发现使结核病的治疗又发生了一次更大的飞跃，有的专家对利福平的抗结核作用评价非常高，认为现在抗痨治疗已进入利福平时代，并认为过去要手术治疗的结核病，有了利福平完全可以不需手术而把病情控制下来。我们在实际工作中，已证明利福平是一种很好的抗痨药。利福平的灭菌特性为：它与结核菌的菌体核糖核酸聚合酶结合后，干扰脱氧核糖核酸及蛋白质的合成，从而达到了灭菌的目的。另外，利福平还对好多种细菌有抗菌作用，所以，利福平不仅可以治疗结核病还可以在其他疾病中起抗菌消炎作用。案例利福平发明于1965年，利福平的发现使结核病的治疗又发生17三、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上起动转录转录是不连续、分区段进行的。每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。5

3

3

5

结构基因调控序列RNA-pol三、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上起动转录转录是不连续、18调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录起始的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转录，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法。调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控19RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护法20开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

用RNA聚合酶保护法研究转录起始区开始转录TTGACA-35区(Pribnowb21RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:22原核生物的转录过程TheProcessofTranscriptioninProkaryote第二节原核生物的转录过程第二节23RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、转录起始需要RNA聚合酶全酶转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。一、转录起始24E.coli的转录起始和延长E.coli的转录起始和延长252.DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(opentranscriptioncomplex)

；1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合转录复合体(closedtranscriptioncomplex)

；3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

转录起始复合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi转录起始过程：2.DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(opentr26第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心27二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行1.

亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP

(NMP)n+1+PPi二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行1.亚基28转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA转录空泡(transcriptionbubble)：RNA29转录延长：转录延长：305

3

DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN31依赖Rho因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止三、原核生物转录终止分为依赖ρ(Rho)因子与非依赖ρ因子两大类转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：依赖Rho因子的转录终止三、原核生物转录终止分为依赖ρ(R32ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。ρ因子能结合RNA，又以对polyC的结合力最强。ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。（一）依赖ρ因子的转录终止ρ因子：ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。（33ρ因子的作用原理：ρ因子的作用原理：34目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合35（二）非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。（二）非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，365`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构是非依赖ρ因子终止的普遍现象。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC37茎环结构使转录终止的机理：使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG53

35RNA-pol茎环结构使转录终止的机理：使RNA聚合酶变构，转录停顿；538真核生物的转录过程TheProcessofTranscriptioninEukaryote第三节真核生物的转录过程第三节39真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，40一、真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶真核生物具有3种不同的RNA聚合酶:RNA聚合酶Ⅰ（RNAPolⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNAPolⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNAPolⅢ）一、真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶真核生物具有3种41真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶42二、转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-actingelement)。二、转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与（一）43一个典型的真核生物基因上游序列:5’3’调控序列TATA盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA一个典型的真核生物基因上游序列:5’3’调控序列TATA盒I44顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstreampromoterelements)或promoter-proximalelements)等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATAbox)。通常认为这就是启动子的核心序列。顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstreamp45许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子(intiator，Inr)。启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。增强子是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列。许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录46转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(ci47真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录的基因及其转录起始上游序列真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录的基因及其转录起始上游序列48（二）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。（二）转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋49参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ50三、真核生物转录延长过程中没有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，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。三、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象真核生物51教学要求

课堂小结，布置复习思考题的内容，执业医师资格考试题的讨论；

执业医师资格考试真题

1．一个操纵子通常含有2002A．一个启动序列和一个编码基因B．一个启动序列和数个编码基因C．数个启动序列和一个编码基因D．数个启动序列和数个编码基因E．两个启动序列和数个编码基因本题正确答案：B教学要求课堂小结，布置复习思考题的内容，52执业医师资格考试真题2.原核生物DNA分子上能被RNA聚合酶特异结合的部位叫作2000A．外显子B．增强子C．密码子D．终止子E．启动子本题正确答案：E执业医师资格考试真题2.原核生物DNA分子上能被RNA聚合酶53真核生物RNA的加工Post-transcriptionalModificationofEukaryoticRNA第四节真核生物RNA的加工第四节54真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primar55几种主要的修饰方式：1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.

修饰(modification)4.

添加(addition)几种主要的修饰方式：1.剪接(splicing)2.剪切56一、真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接（一）前体mRNA在5’-末端加入“帽”结构大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种酶，加帽酶(cappingenzyme)和甲基转移酶(methyltransferase)催化完成。

一、真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接（一）前体mR57帽子结构：帽子结构：585pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成过程：5ppGp…磷酸酶

Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸59帽子结构的意义：可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；也能与帽结合蛋白质复合体(cap-bindingcomplexofprotein)结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。帽子结构的意义：可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；60（二）前体mRNA在3’端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾

1.

hnRNA

和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA（二）前体mRNA在3’端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾161尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。polyA的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其polyA长度为100至200个核苷酸之间，也有少数例外。前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。62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而成，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因。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续632.外显子(exon)和内含子(intron)外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子：在64鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN65鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA664.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为并接体①4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子67•RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）