第六章 核酸化学yu代谢4课件

第八节RNA的生物合成transcriptionP280

第八节RNA的生物合成transcriptionP280一、DNA指导下RNA的合成（一）转录的概念（二）RNA聚合酶及催化反应（三）RNA合成过程（四）启动子和转录因子（五）终止子和终止因子一、DNA指导下RNA的合成（一）转录的概念（一）转录的概念和DNA的有义链和反义链

转录是在DNA的指导下、RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA

的过程。一个转录单位：RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。

启动子（promoter)

终止子(terminator)模板链（templattestrand）：用于转录的链

反意义链(antisensestrand)有意义链(sensestrand)编码链非信息区DNA5´5´3´3´（一）转录的概念和DNA的有义链和反义链转录是在D（二）大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图

核心酶(α2ββ

)起始因子β

——和模板DNA结合，与转录的终止有关β——起始和催化聚合反应α——？

-—与启动子结合，参与转录起始。全酶(α2ββ

)细菌RNA聚合酶可被药物抑制（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。（二）大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(αRNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´3´新合成RNARNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´（三）大肠杆菌R

N

A合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段5

3

RNA

启动子（promoter)

终止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

离开（三）大肠杆菌R

N

A合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二RNA链的延伸图解3´5´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链编码链（有义链）模板链（反义链）延长部位RNA链的延伸图解3´5´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动真核生物和原核生物转录的差别

DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA

真核生物中转录与复制在不同的区域

RNA聚合酶不相同

启动子不同

转录后RNA加工修饰不同真核生物和原核生物转录的差别

DNA核核糖体新生蛋白质真核生（四）启动子和转录因子

启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。

转录因子(transcriptionalfactor)

：RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。

例：大肠杆菌启动子共有序列的功能（四）启动子和转录因子启动子(promoter)大肠杆菌启动子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××××××××××××××××AAT××××××××××××××TTAAAT××××××AACTGT××××AAT××××××××××××××××Pribnow框-10-35识别区16-19bp5-9bp起点有助于双链解开大肠杆菌启动子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××（五）终止子和终止因子终止子(termter)：

提供转录停止信号的DNA序列。终止因子(terminationfactor)协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。通读(readthrough)

：有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录。抗终止因子(antitermination)：引起抗终止作用的蛋白质。例：大肠杆菌的两种终止因子

（五）终止子和终止因子终止子(termter)：提供转录大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（

）的终止子A.依赖于Rho（

）的终止子富含G-C系列UP282大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（）的终止二、RNA转录后的加工（一）RNA的加工（二）RNA的拼接、编辑和再编辑（三）RNA生物功能多样性（四）RNA的降解二、RNA转录后的加工（一）RNA的加工（一）原核生物中rRNA前体的加工

甲基化作用专一核酸外切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA专一核酸外切酶（一）原核生物中rRNA前体的加工

甲基化作用30S前体17tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：

5’—端切除几到10个核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修饰：形成稀有碱基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC

表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示异构化酶的作用

tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：b早转录本成熟tRNA加工酵母酪氨酸tRNA前体的加工早转录本成熟tRNA加工酵母酪氨酸tRNA前体的加工真核细胞mRNA的加工5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子(cistron)

m7G-5´ppp-N-3´pAAAAAAA-OH

5′端接上一个“帽子”(CAP)结构

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化

剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)P22真核细胞mRNA的加工5´“帽子”PolyA3´顺反子（二）RNA的拼接、编辑和再编码

大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物需要通过拼接，去除非编码序列（即内含子，intron），使编码区（即外显子，Exon）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。

RNA编码序列的改变称为编辑（editing），

RNA编码和读码方式的改变称为再编码（recoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。（二）RNA的拼接、编辑和再编码大多数的真核基因都是

RNA编辑的生物学意义

消除移码突变等基因突变的危害

增加了基因产物的多样性

与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式RNA编辑的生物学意义（三）RNA生物功能的多样性1、RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用。2、RNA具有重要的催化功能和其他持家功能。3、RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其他蛋白质复合物。4、RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。5、RNA在生物进化中起重要作用。（三）RNA生物功能的多样性1、RNA在遗传信息的翻译中起着（四）RNA的降解

RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNA和tRNA是稳定的RNA，更新率低；mRNA是不稳定的RNA，更新率非常高。因为mRNA与其编码基因的表达活性直接有关，不同的RNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细胞每一世代中各类mRNA约周转10次。细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。细胞中存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5

端帽子结构，然后由5

-3

方向和3

-5

方向降解mRNA。（四）RNA的降解RNA降解是涉及到基因表达的一个重要

三、RNA的复制大多数植物病毒和许多动物病毒和噬菌体是以RNA为遗传物质，称RNA病毒RNA的复制：能在病毒RNA指导下合成新的RNA。

RNA复制酶具有很高的模板专一性，只识别病毒自身的RNA，对寄主细胞或其他病毒的RNA无反应。P286

三、RNA的复制P286逆逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转译整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞丢失被膜丢失衣壳逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白被膜蛋白逆转录酶逆逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转译噬菌体Q

的合成

A.负链的合成B.正链的合成病毒的正链复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的负链负链噬菌体Q的合成

A.负链的合成B.正链的合成病毒的正链DNA和RNA合成的比较DNA和RNA合成的比较第九节核酸合成的抑制剂

核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物：----抗菌和抗肿瘤药物叶酸类似物：----抗菌和抗肿瘤药物碱基和核苷酸类似物：--抗肿瘤抗病毒药物烷化剂放线菌素嵌合剂

与DNA模板结合的抑制剂

作用于DNA聚合酶或RNA集合酶的抑制剂抗菌素:如利福平、曲张霉素肽类化合物：-鹅膏蕈碱P287第九节核酸合成的抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物：DNA转录RNA前体加工成熟RNA的过程

RNA合成的两种方式：

1、DNA指导的

RNA合成。

2、

RNA指导的

RNA合成。第一节转录作用一、转录作用及特点由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分子的过程为转录作用。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、转录特点：不对称转录（asymmetrictranscription）：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。RNA生物合成小结DNA转录RNA前体加工成熟RNA的过程*模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA模板链。编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA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。原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的A在RNA中变为U

合成过程是连续的，方向：5’3’

合成部位：细胞核内二、原核RNA聚合酶[组成]：5个亚基，

2’为全酶，2’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。*模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA模板链。[特点]：

聚合速率慢，30~85NTP/秒。缺乏外切酶活性,无校对功能，错误率10-6。

不同的

识别不同的启动子。例：

32识别热休克启动子。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Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ及Mt4型。[组成]：均由多亚基构成，聚合酶Ⅱ中的某个亚基与原核聚合酶的

亚基高度同源。四、启动子及终止子（promoter,terminator,stopsignal）（一）启动子1、原核启动子：[结构]约55bp,分为起始点（startsite）、结合部位、识别部位。[功能]

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。[特点]：聚合速率慢，30~85NTP/秒。

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’,

因子识别此部位。2、真核启动子结构（以RNApolⅡ为例）

于-25处含AT富集区,共有序列TATAA（TATAbox）

-70处含共有序列CAAT,还含许多其它box,例如

GCbox,E-box等。

含增强子[enhancer]和静息子[silencsr]RNApolⅠ和RNApolⅢ与聚合酶Ⅱ所识别的启动子差异较大。（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

因子辅助识别终止信号，参与终止。结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5’-TA五、转录过程（以原核为例）（一）起始

RNA聚合酶-σ识别起始位点↓

核心酶与DNA结合↓E

以核心酶DNA构象改变→局部双链打开17bp→NTP形成3’,5’二酯键形式沿

DNA滑动

因子可再次与核心酶结合，循环使用。(二）延长形成转录泡----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。E与DNA模板互补的NTP

3’,5’磷酸二酯键相连合成方向5’3’第六章核酸化学yu代谢4课件合成出的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]

参与的终止：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;

因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的释放。其它终止方式：GC区形成发卡结构，聚U区使配对不稳定,RNA产物的释放。（四）真核生物转录特点启动子复杂,某些基因不含TATAbox。顺式作用元件[cis-acting-element]:指影响自身基因表达活性的DNA序列。合成出的RNA与DNA形成杂交分子,约12bp，因结合不紧很

形成转录起始复合物，需多种蛋白因子参与。转录因子[transcriptionfactor]与反式作用因子[trans-actingfactor]: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。起始前复合物的形成[pre-initiationcomplex,PIC]

转录终止序列，在3’端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，RNA在转录终止序列处被切断。第二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（cleavage,splicing）末端添加核苷酸（terminaladditing）修饰（modification）：在碱基和核糖上进行化学修饰。

RNA编辑（RNAediting）

形成转录起始复合物，需多种蛋白因子参与。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[monocistronic],一个mRNA仅编码一种蛋白质。外显子[exon]---在真核生物基因中编码蛋白质的序列。内含子[intron]---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[hetorogenousRNA]-----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。一、mRNA前体的加工（二）mRNA前体加工过程原核：多顺反子mRNA真核：单独的顺反子。1.5’末