简明生物化学原理 课件 第15章 RNA的合成与加工

第15章RNA的合成与加工简明生物化学原理1.RNA的合成细胞核中遗传信息是如何传递给细胞质的？可能性1：基因从核孔中出来，直接参与蛋白质的合成；可能性2：基因将遗传信息传递给一个中间介质，中间介质再参与蛋白质的合成RNA的合成RNA的合成遗传信息传递的中心法则

蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA反应式：n1ATPRNApolymerasen2GTPn3CTPDNA,Mg2+(orMn2+)

n4TTP

RNA+(n1+n2+n3+n4)PPi从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用来说，转录与复制是相同的。主要不同点：转录中不需要RNA引物、以4种三磷酸核糖核苷（NTP）为底物；转录反应一般只用一小段DNA做模板；在转录区，一般都只有一条DNA链可以作为模板。RNA的合成

启动子

终止子模板链（负链，反意义链）编码链（正链，有意义链）非信息区DNA5´5´3´3´两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。RNA的合成起始(pppGorpppA)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

NusA离开识别NusARNA的合成大肠杆菌RNA聚合酶与DNA的相互作用

RNA的合成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)是指RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。利用足迹法(footprint)和DNA测序法可以确定启动子的序

列结构。

RNA的合成足迹法确定启动子序列RNA的合成大肠杆菌启动子共有序列××AGTCTTGACA××××××××××××××××××TAT××××××××××××××ATAAAT××××××AACTGT××××TTA××××××××××××××××Pribnow框-10-35识别区16-19bp5-9bp起点频度：T89A95T45A60A50

T95有助于DNA局部双链解开提供了RNA聚合酶识别的信号频度：T82T84G78A65C54A45RNA的合成终止子和终止因子终止子(terminator)：提供转录停止信号的DNA序列A.不依赖于Rho（

）的终止子B.依赖于Rho（

）的终止子富含G-C系列U大肠杆菌两类终止子的回文结构2.RNA的转录后加工转录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，它们在细胞内必须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。→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。RNA的转录后加工真核细胞mRNA前体的后加工

加工形式5′-端

=加帽3′-端=加尾

内部

=剪接

编码区=编辑

编码区=再编辑

化学修饰RNA的转录后加工5′-加帽反应①开始于mRNA5′-三磷酸的

γ

磷酸根的水解abgO-P-O-P-O-P-OCH25’OOOOOOO---OHO碱基RNA链O-P-O-P-OCH25’OOOOO--OHO碱基RNA链Pi

磷酸水解酶②留下的5′-二磷酸进攻GTP，与GMP形成共价交联，同时释放出PPi.mRNA鸟苷酸转移酶O-P-O-P-OCH25’OOOOO--OHO碱基RNA链PPiO-P-O-P-O-P-OCH2OOOOOOO---OHOHG5’RNA链O-P-O-P-OCH25’OOOOO--OHO碱基-P-OCH2OOO-OHOHG5’不同寻常的5′-5′三磷酸连接③鸟嘌呤随后在N7位置被甲基化，甲基供体为S-腺苷甲硫氨酸

甲基转移酶RNA链O-P-O-P-OCH2OOOOO--OHO碱基-P-OCH2OOO-OHOHGRNA链O-P-O-P-OCH2OOOOO--OHO碱基-P-OCH2OOO-OHOHGCH35‘m(7)GpppN帽子RNA的转录后加工为什么要有帽子？

提高mRNA的稳定性；参与识别起始密码子的过程，提高mRNA的可翻译性；有助于mRNA通过核孔从细胞核运输到细胞质；提高剪接反应的效率。RNA的转录后加工3′-加尾反应加尾反应由两步组成：1)剪切——在3′-UTR一个特定序列上游10-30核苷酸序列的位置切开2)添加腺苷酸（100-200个）产生多聚腺苷酸尾巴

基因的编码序列TATAbox+125-30bpmRNA

翻译区域5′-UTR3′-UTRATG终止密码子加尾信号RNA的转录后加工为什么必须有尾巴？

保护mRNA免受3′-外切核酸酶的消化，提高mRNA的稳定性。

能够与帽子相互作用增强mRNA的可翻译性，提高其翻译的效率；某些本来缺乏终止密码子的mRNA通过加尾反应创造终止密码子。在UG后加尾可产生UGA，在UA后加尾产生UAA；通过选择性加尾调节基因的表达。RNA的转录后加工mRNA前体的剪接

真核生物与原核生物不同，其大部分基因是不连续的断裂基因，包含内含子和外显子，其中内含子是断裂基因的非编码区，需要在转录后通过RNA的剪接后被去除。RNA的剪接方式可以分为：核mRNA的剪接；I型自我剪接；II型自我剪接RNA的转录后加工RNA的转录后加工

类型I自我拼接

类型II自我拼接

核hnRNA的拼接体的拼接

核内tRNA的酶促拼接GTAGURNA的再编码某些有机体在进行蛋白翻译时，mRNA的读码信号在tRNA、rRNA和其它蛋白因子的作用下发生位移，也可以看作tRNA或核糖体跳过了mRNA上的一段核苷酸序列，所以也成为核糖体跳跃，这其实是蛋白合成的一种调控机制。RNA的转录后加工RNA的化学修饰RNA的转录后加工3.逆转录上世纪60年代，HowardTemin观察到某些RNA病毒的复制和增殖受到DNA复制和转录的抑制剂，推测到这些病毒的生活史中有DNA中间物的存在或者有从RNA到DNA的逆转录过程。1970年，Temin和DavidBaltimore各自从RNA肿瘤病毒中纯化到催化以RNA为模板合成DNA的逆转录酶，为逆转录现象的存在提供了最直接的证据。逆转录逆转录的过程与意义中心法则：逆转录所有的RNA肿瘤病毒都是逆转录病毒RNA病毒中的癌基因是宿主细胞正常癌基因的变化形式逆转录病毒的例子：劳氏肉瘤病毒（RSV）猫白血病病毒小鼠乳房癌病毒艾滋病毒（HIV）逆转录逆转录病毒的基因组RNA等同于一个全长的病毒mRNA非编码序列：5‘-端的帽子结构，R序列，U5序列，PBS序列，剪接信号，引发第二条链合成的多聚嘌呤区域（PPT），3’-端的多聚腺苷酸尾巴，3’端U3序列，3'-端末端直接重复序列。编码序列：编码MA、CA和NC的gag基因，编码逆转录酶、整合酶和蛋白酶的pol基因以及编码SU和TM的env基因。逆转录

逆转录酶依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力依赖RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力

以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用。逆转录逆转录过程中cDNA的合成

依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力