新陈代谢 RNA的生物合成学习课件

DNA——RNA转录DDRPRNA——RNA复制RDRP第二节

RNA的生物合成一、转录（DNA指导下的RNA合成）（一）转录的概念及特点

1.转录(transcription)：

以DNA为模板合成RNA的过程，遗传信息由此从DNA转移到RNA。转录由RNA聚合酶所催化，并受许多其他蛋白质的激活。细胞含有3种主要类型的RNA:mRNA,tRNA,rRNA。除某些病毒的RNA基因组外，细胞中的所有RNA都是从DNA模板转录而来。原核细胞的mRNA为单顺反子或多顺反子。真核细胞的mRNA为单顺反子。

所有生物mRNA都存在5´端和3´端的非编码区。5´—非编码区——编码区——间隔区——编码区——非编码区—3´AAA……Anm7GpppAUGGUGUAA………………5´3´5´帽子结构密码子3´多聚A尾

5´非编码区编码区

3´非编码区2.特点：模板—DNA的一条链原料—NTPs配对原则—dT-A,dA-U,dG-C,dC-G酶—RNA聚合酶,校对功能有限不需要引物合成方向—5'→3'不对称转录

(1)在DNA双链中,一条链可转录,另一条链不转录;(2)模板链并非永远在同一DNA单链上基因有选择地转录Update：RNA聚合酶的校对机制RNA聚合酶可在两个水平上进行校对：一是借焦磷酸解除去错误掺入的核苷酸，(NMP)n+XPPi→(NMP)n-x+X(NPPP)；二是聚合酶发生熄火，酶向后退，切除一段RNA（包括错配碱基），然后再重新开始转录。

过去以为RNA聚合酶无校对功能，实际上无论是DNA、RNA或蛋白质的合成都有校对功能，并能对错误加以纠正，只不过RNA聚合酶的校对作用十分有限。转录本

只针对已确定的某一基因而言

编码链

模板链

转录本模板链:DNA双链中作为转录模板的单股链,其核苷酸序列与RNA互补。(反义链antisensestrand,负链,Watson链)

编码链:与转录的RNA碱基序列一致的DNA单链,只是T换成U。(有义链sensestrand,正链,Crick链)编码链，有意义链，

Crick链模板链，无意义链，

Watson链转录翻译

复制 转录

两股链均复制 模板链转录

dNTPs

NTPsA-T;G-C A-U;G-CDNA聚合酶 RNA聚合酶半保留复制mRNA,tRNA,rRNA等的DNA模板原料配对聚合酶产物转录与复制的区别3.关于DNA指导的RNA聚合酶——DDRPRNA聚合酶的特点:

a.不需要引物

b.双链DNA做模板活性最强（RNA聚合酶本身就能够促进DNA双链解链）

c.第一个掺入的NTP常为GTP或ATP,转录期间保持完整不产生PPid.转录中有一短暂的DNA-RNA杂交双链,很快解开

e.聚合方向5´→3´f.校对功能有限,17bp(二)原核细胞的转录E.coli中由一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成（mRNA、tRNA

、rRNA和其它小分子RNA）E.coli的RNA聚合酶:

全酶

2

'ω

核心酶

2

'ω

核心酶功能：只催化链的延长,对起始无作用.

α亚基：与启动子结合功能。

β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。

β′亚基：与DNA模板结合功能。

σ因子：识别起始位点。（一旦起始识别后，

因子脱落，核心酶才能延伸）RNA的转录过程：（以大肠杆菌为例）

起始位点的识别

转录起始链的延长转录终止（1）起始位点的识别

RNA的合成不需要引物。

因子起着识别DNA分子上的起始信号（启动子）的作用。启动子－－RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。启动子的结构至少由三部分组成：-35区提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10区是酶的紧密结合位点(富含AT碱基,利于双链打开);第三部分是RNA合成的起始点。

+1

转录起始点

AACTGTATATTATTGACATATAAT5´3´3´5´－35区Sextama

框－10区Pribnow框（2）转录起始

RNA聚合酶全酶结合到DNA模板上,DNA双链解开,加入第一个NTP,形成转录起始复合物。加入的第一个NTP常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。第一个NTP一旦掺入到转录起始点,σ因子就会被释放脱离核心酶。E

-35-10pppG或pppA5＇5＇3＇3＇模板链（3）RNA链的延长

DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA结合比较松弛，沿DNA模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将NTP加到生长的RNA链的3´-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5´

3´。,17bp（4）转录终止

RNA聚合酶遇到DNA模板上触发终止转录的特殊位点(终止子),停止转录,并释放出聚合酶和RNA转录产物。

终止子:提供转录终止信号的DNA序列。

终止因子:协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子(蛋白质)。终止子结构特征：在终止点之前均有一个回文结构,其产生的RNA可形成由茎环构成的发夹结构,该结构使RNA聚合酶延伸速度减慢或停止。终止方式:不依赖ρ因子的转录终止(简单终止子或强终止子)

特点：1)在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。2)富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。不需要ρ因子的终止机制

RNA聚合酶到达终止子的时候暂停；

暂停使发夹结构有时间形成；

发夹结构破坏了RNA聚合酶和它的RNA产物之间的作用；

富含U的序列很容易与模板链解离；

转录复合物解体，转录终止。不需要ρ因子的转录终止b.依赖ρ因子的转录终止(弱终止子)------必需ρ因子存在时才能发生终止作用.

特点:终止子后无连续的A，无回文区域或回文区域短。在ρ因子作用下，ATP酶水解，释放能量，使新生RNA与模板脱落。依赖ρ因子的转录终止

真核细胞的RNA聚合酶酶类分布产物分子量反应条件ⅡIⅢ核仁核质核质5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNA、多数核内小RNAtRNA5SrRNA500000~700000~700000－低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度(三)真核细胞的转录作用真核生物的启动子是由转录因子而非RNA聚合酶识别！

2006年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，美国科学家罗杰·科恩伯格因在“真核转录的分子基础”研究领域所作出的贡献而独自获得2006年诺贝尔化学奖。（四）转录过程的选择性抑制放线菌素D是原核和真核细胞RNA聚合酶的专一抑制剂。放线菌素D可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，与DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。这类抑制剂包括放线菌素,烷化剂,嵌入染料等。利福平是原核细胞RNA聚合酶的抑制剂。

利福平与原核生物RNA聚合酶

亚基结合，抑制转录过程中RNA链的延长反应,但并不抑制真核生物RNA的合成。类似的抑制剂尚有利链霉素。

α-鹅膏蕈碱是真核细胞RNA聚合酶的抑制剂。

它通过真核细胞RNA聚合酶Ⅱ,阻断细胞核的mRNA合成,但对原核细胞的RNA合成无影响.真核细胞RNA聚合酶II抑制剂白毒伞含有有毒的环状十肽——鹅膏蕈碱这种蘑菇口味不错，却是致命的！

食用6~24小时之后，开始出现强痉挛和腹泻第3天出现假恢复第4或第5天，死亡随时发生，除非进行肝移植(五)转录产物的“后加工”基因转录的直接产物被称为初级转录物。初级转录物一般是无功能的，需在细胞内经历一些结构和化学的变化即所谓的转录后加工以后才会有功能。转录后加工可能是RNA的功能所必需的，也可能提供基因表达调控的一种手段。RNA所能经历的后加工方式可达10种以上，但后加工反应的本质要么是增减一些核苷酸序列，要么是修饰某些特定的核苷酸。1.rRNA前体的转录后加工原核细胞30S前体17S25S16S23S5S真核细胞45S前体18S28S5.8S真核生物5SrRNA的生成通过另外的途径。rRNA前体的后加工原核生物

----剪切(核酸内切酶切除)、修剪(核酸外酶切除)和修饰真核生物

1)剪切、修剪和修饰

（需要snoRNA）

2)剪接

（某些真核生物，如四膜虫）原核细胞rRNA前体的后加工真核细胞核rRNA前体的后加工

2、tRNA前体的加工原核与真核生物的tRNA转录后都需要加工,包括:(1)由核酸内切酶切除前体上3

和5

端上多余的核苷酸，进行剪切;(2)由核酸外切酶逐个在3

切去附加序列，进行修剪；(3)3

端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化；

（接受活化的AA）(4)对核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。tRNA前体的后加工原核生物

1)剪切和修剪

2)修饰

3)添加CCA(如果需要)真核生物

1)剪切和修剪

2)修饰

3)添加CCA4)剪接(某些真核生物)大肠杆菌

tRNATyr的后加工酵母Pre-tRNA的剪接3.真核细胞mRNA的加工真核生物细胞质mRNA的三个结构特点：

(1)一般是单顺反子，序列中无内含子，但其前体中含内含子；

(2)大多数在3′端有

Poly(A)“尾巴”；

(3)5′端有“帽子”结构。帽子结构(capstructure)是指翻译后附加到真核生物细胞核mRNA5′端的7-甲基鸟苷通过5′-5′三磷酸与转录物的起始(5′)核苷酸连接而成的结构。真核mRNA前体的加工一般要经过四步：

(1)5′加帽(capping)；

(2)3′加尾(tailing)；

(3)剪接(splicing):切除内含子(introncleavage)，连接相邻外显子;(4)修饰(modification):对某些碱基进行甲基化。另外，还有发生在编码区的编辑。

（编辑（Editing）是在mRNA外显子序列上发生的遗传信息的改变。）

(1)5′-端加帽(2)3′加尾(tailing)●特异核酸内切酶●多聚A聚合酶只有poly(A)聚合酶是一种非依赖模板的RNA聚合酶(3)

切除内含子(introncleavage)snRNA(核内小RNA)参与切除内含子。snRNA的功能类似一个暂时的模板,它使两个外显子转录的RNA片段的末端靠在一起,为正确位点拼接作准备,一个拼接错误可使mRNA下游区的遗传密码改变,造成产生不完善蛋白分子的不良后果。U1:一组小的核内核糖核蛋白（snRNP

）功能为剪接核内mRNA前体。由几条多肽链和一个RNA分子组成，含有一个互补于内含子的接纳体-供体连接点的片段。已确定的其他成员包括U2、U4、U5和U6。GT-AG规律:内含子的碱基以GT开始,AG终止。（对应于RNA为GU-AG）

GT-AG规律只适合于绝大多数真核生物编码蛋白质的核基因！(4)修饰(modification):对某些碱基进行甲基化。主要是N6-甲基腺嘌呤,可能对mRNA前体加工起识别作用(对翻译不是必需的).

二、RNA的复制(RNA指导的RN