医学RNA的生物合成培训课件

RNA的生物合成转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。

转录RNADNA

转录与复制相同点模板都为DNA都需依赖DNA的聚合酶都形成磷酸二酯键方向都为5’→3’都遵循碱基互补配对原则转录与复制不同点复制转录原料dNTP（N=AGCT)NTP(N=AGCU)模板两条链全长复制模板链转录(不对称转录)酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNAmRNAtRNArRNA引物RNA引物不需引物碱基配对A=T；C≡GA=U；T=A；C≡G参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA中的模板链酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子及二价金属离子如Mg2+和Mn2+

转录的化学反应DNARNA聚合酶

n(NTP)pppN(NMP)n-1+(n-1)PPi

模板和酶TemplatesandEnzymes第一节一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。

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)，也称作反意义链或Watson链。与mRNA互补相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为有意义链或Crick链。与mRNA一致（除U→T）5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译不对称转录(asymmetrictranscription)

在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。α亚基：决定哪些基因被转录β亚基：结合底物，形成磷酸二酯键（催化）β’亚基：结合模板（开链）（核心酶α2ββ’：参与转录全过程）σ亚基：识别起始点启动子，延长时脱落。二、RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）（一）原核生物（coli）RNA聚合酶

1、有4种(5个)亚基α、β、β’、σ核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

2、原核生物一种酶催化3种RNA的合成（二）真核生物的RNA聚合酶转录过程TheProcessofTranscription第二节一、转录起始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（启动子）

。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板，合成第一个磷酸二酯键。（一）原核生物的转录起始开始转录TTGACAAACTGT-35区TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

转录起始区结构基因3

3

富含A、T利于解链DDRP的移动TTGACATATAATDDRP-40-35-30-25-20-15-10-50+5+10+15+20+25启动子保守序列开始转录转录起始点原核生物的转录起始σ亚基辨认-35区RNApol全酶移向-10区，打开双链合成第一个磷酸二酯键

5’-pppGpN-OH-3’

形成转录起始复合物RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OH（结合松弛）（结合紧密）转录起始不需引物！（二）真核生物的转录起始转录起始上游区段比原核生物多样化RNA-pol不能直接结合模板起始过程比原核生物复杂。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)转录起始前的上游区段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•真核生物RNA-pol需与转录因子(TF)结合后才能结合模板。•相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的TF，分别称为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。•TFⅡ又分为TFⅡA、TFⅡB……等。•TFⅡD是唯一能结合TATA盒的蛋白质。转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成PIC。PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化，RNA-pol离开启动子，进入转录延长阶段。二、转录延长（顺藤摸瓜，照葫芦画瓢）

σ亚基脱落，核心酶构象改变反应式:

RNA聚合酶NTP+(NMP)n(NMP)n+1+PPi模板为A，转录产物相应为U转录复合物:核心酶-DNA-RNA(5’pppGpN-OH3’提供羟基末端)核心酶沿DNA3’向5’移动暂时形成DNA-RNA杂交体，约为12bp，形成一个转录空泡转录产物伸出空泡，最远端pppGpNDNA前方解链；后方重新形成双螺旋5

3

DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶真核生物转录延长过程与原核生物大致相似。有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。

依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止（一）原核生物的转录终止指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。分类三、转录的终止1、依赖ρ因子的转录终止ρ因子：RNA上控制转录终止的蛋白质，有ATPase活性和解螺旋酶活性。过程：ρ因子与RNA转录产物结合，并向RNA3’-端滑动→RNA聚合酶变构停止转录→DNA:RNA杂化双链拆离→转录产物释放2、不依赖ρ因子的转录终止特点：①DNA模板靠近终止处连续A序列，连续A序列前方富含GC互补区②转录产物RNA终止区形成发夹样或鼓槌状茎环结构，3’端连续U区5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构5´pppG53

35RNA-pol茎环结构使转录终止的机理●发夹结构改变RNA聚合酶构象，使酶停止移动；●DNA、RNA各自形成自身双链使杂交体不稳定而分离；●3´端一连串U，U=A配对最不稳定，易从模板上脱落。（二）真核生物转录终止5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNAmRNA转录终止——和转录后修饰密切相关。真核生物的转录后加工Post-transcriptionalModification第三节一、rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S（一）rRNA前体的加工与核糖体亚基的装配真核生物核糖体组成（二）内含子的自我剪接作用具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)1982年，美国ThomasCech在研究四膜虫rRNA自我剪接时发现，同时加拿大的SidneyAltman发现RNaseP分子中的RNA组分有催化活性；1989年分享了Noble化学奖。GOH3´G5´OH5´3´GOH5´3´E1E2I四膜虫rRNA的自我剪接二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目录RNaseP内切酶目录tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

I如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目录三、mRNA的转录后加工RNA-polⅡ的转录产物，前体为核内不均一RNA（hnRNA）。（一）mRNA前体5

端帽子的形成5

端帽子结构(m7GpppGp—)功能：促进mRNA与核蛋白体的结合，保护mRNA免遭5′端外切酶与磷酸酶水解。帽子结构5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi加入polyA切去3’端过剩碱基（核酸外切酶）（二）mRNA前体3

端加上polyA尾巴(polyAtail)功能：增加mRNA的稳定性，维持mRNA作为翻译模板的活性(与mRNA寿命有关)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mRNA（三）mRNA的剪接真核生物的结构基因由若干编码区（外显子）和非编码区（内含子）互相隔开又连续镶嵌而成，为一个由连续氨基酸组成的蛋白质编码。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区外显子:结构基因中能够指导多肽链合成的编码序列。内含子:不能指导多肽链合成的非编码序列。mRN