RNA的生物合成【生物化学课件】

RNA的生物合成生物化学与分子生物学教研室刘先俊1RNA的生物合成生物化学与分子生物学教研室1转录(transcription)：以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。转录RNADNA

2转录(transcription)：转录RNADNA复制和转录的区别复制转录模板两股链均复制模板链转录（不对称转录)原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNA（半保留复制）mRNA，tRNA，rRNA碱基配对A-T，G-CA-U，T-A，G-C引物需要不需要加工与修饰不需要需要3复制和转录的区别复制转录模板两股链均复制模板链转录（不对称转一、RNA聚合酶

RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNA,

polymerase,DDRP）

以DNA为模板，催化2个游离的NTP

形成3’，5’-磷酸二酯键。

4一、RNA聚合酶

RNA聚合酶——依赖DNA的RNA1.原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌）（1）全酶(holoenzyme)由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成（2）核心酶(coreenzyme)α2ββ’，参与转录的全过程（3）σ亚基亦称σ因子（σfactor)—转录辅助因子识别启动子，不参与转录过程51.原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌）5核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

转录起始阶段转录延长阶段6核心酶全酶转录起始阶段转录延长阶段6σ因子RNA聚合酶中识别及结合启动子的亚基，延长时脱落，不参与转录过程，是转录起始因子，功能是辨认转录起始点。原核生物有多种σ因子，通常以其分子量命名。如σ70。

7σ因子72.真核生物RNA聚合酶类型ⅠⅡⅢ转录产物rRNA:18s,5.8s,28shnRNA，多数核内小RNAtRNA，5srRNA，scRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感高度敏感不同物种敏感性不同Mt线粒体内RNA不敏感，对利福平敏感82.真核生物RNA聚合酶类型转录产物对鹅膏蕈碱Mt模板链：

反意义链（antisense，(-)链）

——以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。编码链：有意义链（sense，（+）链）

——不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。

二、转录模板9模板链：

反意义链（antisense，(-)链）

——以5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’

mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质105’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链不对称转录

1.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。

2.模板链与编码链并非固定不变。

3.转录方向都是5’3’模板链11不对称转录

1.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。(一）启动子（promoter）

转录开始时能与RNA全酶结合的DNA顺序（双链）

1、原核生物启动子的特点:

(1)DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)

(2)-10bp处保守序列

(3)-35bp处-TTGACA-

12(一）启动子（promoter）

转录开始时能与R在DNA的转录起始部位，被转录的第一个核苷酸，通常为+1(一般是嘌呤核苷酸A或G)，其后分别为+2，……等(即下游)。在+1前面的依次为-1、-2……等(即上游)。它们都是针对编码链而定的。

13在DNA的转录起始部位，被转录的第一个核苷酸，通常为141415151）结合部位（-10区）典型结构：-TATAAT-名称：TATA盒子（TATAbox），又名Pribnowbox.频度：T89A89T50A65A65T100作用:RNA聚合酶与启动子牢固结合的部位。-10区序列对转录的效率有显著影响TATAAT→AATAAT，转录效率下降,称为下降突变（downmutation）。TATGTT→TATATT，转录效率上升，为上升突变（upmutation）。

161）结合部位（-10区）162)识别部位（-35区）典型结构：-TTGACA-频度：T82T84G78A65C54A45

其功能是:为RNApol的识别位点。σ亚基识别-35序列，为转录选择模板。

3）起始部位转录开始时编码链上的第一个碱基（+1）在原核中常为A或G172)识别部位（-35区）172.真核生物启动子（1）上游启动序列（调节区）组成：启动子+特定顺式作用元件顺式作用元件：调控基因转录的DNA序列

真核生物启动子1）DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)2）-25区：TATA盒（Hognessbox）3）-70区：CAAT盒182.真核生物启动子18(2)转录因子能直接或间接与RNA聚合酶结合，通过识别順式作用元件而调节启动转录过程的蛋白质分子称为转录因子(transcriptionfactor,TF)。

19(2)转录因子19（二）终止子提供转录终止的DNA序列。原核生物的终止子有2类：依赖Rho因子的终止子不依赖Rho因子的终止子终止子的序列特征回文结构不依赖Rho因子的终止子：回文结构(富含GC)+连续6-8个A依赖Rho因子的终止子：回文结构(GC少）+无规则序列20（二）终止子2021212）DNA双链局部解开，酶与模板结合；1）RNA聚合酶全酶(2)与模板结合：识别启动子的识别部位，核心酶结合在结合部位；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三、转录过程（一）原核生物的转录过程1.转录的起始阶段222）DNA双链局部解开，酶与模板结合；1）RNA聚合酶全酶(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。23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2.转录延长阶段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+PPi242.转录延长阶段1）亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA25转录空泡(transcriptionbubble)：RNA3.转录终止转录终止指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。1）依赖ρ因子的转录终止

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。263.转录终止2627272）不依赖Rho因子的转录终止使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-pol282）不依赖Rho因子的转录终止5´pppG5335（二）真核生物的转录过程与原核生物比较：1.真核生物RNA聚合酶有3种；2.RNA聚合酶不直接结合模板，识别转录起始部位的是转录因子；3.转录起始上游区段比原核生物多样化；4.转录终止与转录后修饰密切相关。29（二）真核生物的转录过程293030

四、真核生物RNA的转录后加工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。31四、真核生物RNA的转录后加工几种主要的加工方式：1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)32几种主要的加工方式：1.剪接(splicing)2.剪切（一）真核前体mRNA的加工核内的初级mRNA称为核内不均一RNA或杂化核RNA(heteronuclearRNA,hnRNA)。1.5’-末端加入“帽”结构7-甲基鸟嘌呤核苷酸残基33（一）真核前体mRNA的加工7-甲基鸟嘌呤核苷酸残基332．3′-末端“加尾”：绝大多数真核生物mRNA的3′-末端都有一长串的腺苷酸，通常称之为多聚A尾巴（polyAtail），其长度约为100～300个核苷酸。342．3′-末端“加尾”：3435353．mRNA的剪接：1）断裂基因(splitegene)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。2）外显子(exon)和内含子(intron)

363．mRNA的剪接：3637374．内部碱基或核糖的修饰：部位胞浆与细胞核内主要方式甲基化位置核糖的2′-OH位上或嘌呤碱基上修饰后统称为修饰碱基。但mRNA分子中的修饰碱基并不太多。384．内部碱基或核糖的修饰：385、RNA编辑（RNAediting）

转录后，对mRNA进行添加、去除或置换核苷酸，从而改变来自DNA模板的遗传信息、翻译生成不同于DNA所规定的氨基酸序列。395、RNA编辑（RNAediting）

转录后，4040二、tRNA的加工修饰

1．前体tRNA分子的剪切和剪接：41二、tRNA的加工修饰

1．前体tRNA分子的剪切和剪接：42．添加或暴露3′端的-CCA结构：成熟tRNA分子的3′末端都有一个CCA-OH的结构。1）前体tRNA分子内部即存在CCA，它是tRNA基因编码的，经酶切后暴露其CCA—OH。2）通过tRNA核苷酸基转移酶（tRNAnucleotidyltransferases），以ATP和CTP为原料。真核和部分原核生物即以这种方式形成3′端的-CCA结构。422．添加或暴露3′端的-CCA结构：423.稀有碱基的生成稀有碱基的形成可发生在成熟tRNA分子中，但大多数是发生在转录后的加工修饰阶段。由特定的酶催化完成。主要方式：1）甲基化：甲基化碱基2）核苷内部的转位反应：假尿嘧啶3）还原反应：二氢尿嘧啶4）脱氨反应：I433.稀有碱基的生成43三、rRNA转录后的加工真核生物rRNA的基因(rDNA)转录产物

成簇纵列串联排列重复序列DNA核质:--不需加工5srRNA核仁:--加工5.8srRNA

28srRNA

18srRNA44三、rRNA转录后的加工真核生物rRNA的基因成簇纵列串联排rDNA内含子基因间隔18s5.8s28s每个重复单位45s转录物3种rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNA转录加工45rDNA内含子基因间隔18s5.8s28s每个重复单位45s4646自我剪接通过自身形成的