《生物化學(xué)ppt課件》12-RNA的生物合成

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1、第第 十十 二二 章章 RNARNA的生物合成的生物合成55553333E 第 十 二 章5533E1學(xué)習(xí)目的與要求：學(xué)習(xí)目的與要求：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的概念，機(jī)制及過(guò)程的概念，機(jī)制及過(guò)程 2.2.RNARNA轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶的組成，特點(diǎn)及其作用的組成，特點(diǎn)及其作用 3.3.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 4.4.RNARNA的復(fù)制方式的復(fù)制方式重點(diǎn)：重點(diǎn)：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的機(jī)制及過(guò)程的機(jī)制及過(guò)程 2.2.啟動(dòng)子啟動(dòng)子的組成，特點(diǎn)的組成，特點(diǎn) 3 3.終止子的特點(diǎn)及終止方式終止子的特點(diǎn)及終止方式 4.4.RNARN

2、A轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾方式后的加工修飾方式難點(diǎn)：難點(diǎn)：1.1.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的方式后的加工修飾的方式 2 2.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的終止方式的終止方式學(xué)習(xí)目的與要求：2 在生物界，在生物界，RNARNA合成有兩種方式：一是合成有兩種方式：一是DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合合成成,生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合合成，此種方式常見(jiàn)于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是成，此種方式常見(jiàn)于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是RNARNA（RNAprecursorRNAprecursor），），需經(jīng)

3、加工過(guò)程（需經(jīng)加工過(guò)程（processingprocessing）方方具有生物學(xué)活性。具有生物學(xué)活性。第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié).DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成一一一一.轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)錄的概念 DNADNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNARNA分子的過(guò)程稱轉(zhuǎn)錄分子的過(guò)程稱轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription）。）。在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA3二二.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的機(jī)制的機(jī)制1.1.不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄:轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈DNADNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模中只有一

4、條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。模板鏈模板鏈(template strand)template strand)及反意義鏈及反意義鏈(antisense strand):antisense strand):指導(dǎo)指導(dǎo)RNARNA合成的合成的DNADNA鏈為模板鏈，又稱反意義鏈。鏈為模板鏈，又稱反意義鏈。編碼鏈編碼鏈(coding strand)coding strand)及有意義鏈及有意義鏈(sense strand)sense strand)：不作為轉(zhuǎn)錄的另一條不作為轉(zhuǎn)錄的另一條DNADNA鏈為編碼鏈，又稱有意義鏈。鏈為編碼鏈，又稱有意義鏈。由于基

5、因分布于不同的由于基因分布于不同的DNADNA單鏈中，即某條單鏈中，即某條DNADNA單鏈對(duì)某個(gè)基因是模單鏈對(duì)某個(gè)基因是模板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。RNARNA在轉(zhuǎn)錄時(shí)每次只轉(zhuǎn)錄在轉(zhuǎn)錄時(shí)每次只轉(zhuǎn)錄DNADNA上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱作部分轉(zhuǎn)錄。上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱作部分轉(zhuǎn)錄。2 2 2 2.部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄二.RNA轉(zhuǎn)錄的機(jī)制1.不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄:轉(zhuǎn)錄4不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄部分轉(zhuǎn)錄5轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類原核生物原核生物-多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋诱婧松镎婧松?單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋愚D(zhuǎn)錄

6、產(chǎn)物的種類原核生物-多順?lè)醋诱婧松?單順?lè)醋?三三.RNARNA聚合酶聚合酶（DDRPDDRP）(一一).).RNARNA聚合酶的性質(zhì)聚合酶的性質(zhì)模板模板:單鏈單鏈DNADNA模板模板底物：底物：四種四種NTPNTP輔因子：輔因子：MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+合成方向：合成方向：RNA 53RNA 53作用作用：連接方式連接方式 3 3，55磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵起始核苷酸起始核苷酸：55末端的常為末端的常為GTPGTP或或ATPATP三.RNA聚合酶（DDRP）(一).RNA聚合酶的性質(zhì)模板7(二二).).原核生物（大腸桿菌）的原核生物（大腸桿菌）的RNARNA聚合酶聚合酶組成組成組

7、成組成分子量分子量分子量分子量功能功能功能功能全全 酶酶核核 心心 酶酶 數(shù)目數(shù)目數(shù)目數(shù)目2 21 11 11 11 136.536.5KDKD150150KDKD160160KDKD7070KDKD1111KDKD識(shí)別起始位點(diǎn)識(shí)別起始位點(diǎn)功能不清楚功能不清楚與與DNADNA模板結(jié)合模板結(jié)合起催化作用起催化作用與啟動(dòng)子結(jié)合與啟動(dòng)子結(jié)合6 64646KDKD終止因子終止因子(二).原核生物（大腸桿菌）的RNA聚合酶組成分子量功能全8(三三).).真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶分子量分子量(KDa)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體）種類種類 分布分布 A(I)A(I)B(II)B(II

8、)C(III)C(III)核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 不敏感不敏感 (10(10-3-3 mol/l)高度敏感高度敏感(10(10-9-9-10mol/l)中度敏感中度敏感(10(10-4-5-4-5 mol/l)rRNA(18srRNA(18s,28s,5.8s)hnRNAhnRNA tRNA,5srRNAtRNA,5srRNA 性質(zhì)性質(zhì) 活性活性5070204010500700700反應(yīng)條件反應(yīng)條件低離子強(qiáng)度要求低離子強(qiáng)度要求Mg2+或或Mn2+高離子強(qiáng)度高離子強(qiáng)度高高M(jìn)n2+濃度濃度鵝膏蕈堿效應(yīng)鵝膏蕈堿效應(yīng)(三).真核生物的RNA聚合酶分子量(KDa)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前9四四.啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因

9、子啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子(一一).).啟動(dòng)子啟動(dòng)子(Promoter)Promoter)35+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框1.1.啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)四.啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子(一).啟動(dòng)子(Promoter)35102.2.真真/原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物原核生物真核生物真核生物位置位置起始部位起始部位識(shí)別識(shí)別部位部位結(jié)合部位結(jié)合部位特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)位置位置Sextama Sextama 框框3535序列序列1010序列序列PribnowPribnow框框70

10、70序列序列+1+1+1+1HognessHogness框框T/CT/CT/CT/CT/CT/CT/CT/C2525序列序列CAANCAAN序列序列生物生物組成組成2.真/原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物真核生物位置起始部位11(二二).).轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：RNARNA聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子1.1.通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子/基本轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)錄因子（GTFGTF）：）：識(shí)別起動(dòng)子識(shí)別起動(dòng)子 如：如：TFII-XTFII-X（X=A-F X=A-F）6 6種種 IIII類啟動(dòng)必需類啟動(dòng)必需(RNARNA聚合酶聚合酶IIII識(shí)別的識(shí)別的

11、)2.2.轉(zhuǎn)錄輔助因子：識(shí)別啟動(dòng)子上游元件轉(zhuǎn)錄輔助因子：識(shí)別啟動(dòng)子上游元件(二).轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助12五五.終止子和終止因子終止子和終止因子(terminater/terminators)terminater/terminators)(一一一一).).).).終止子的結(jié)構(gòu)終止子的結(jié)構(gòu)五.終止子和終止因子(terminater/terminat13(二二).).轉(zhuǎn)錄的終止方式轉(zhuǎn)錄的終止方式1.1.弱終止子：弱終止子：依賴依賴因子（終止因子因子（終止因子)的終止的終止 NusANusA蛋白識(shí)別蛋白識(shí)別DNADNA鏈上的終止信號(hào)，在鏈上的終止信號(hào)，在因子幫助因子幫

12、助終止。終止。2.2.強(qiáng)終止子：強(qiáng)終止子：(1)(1)在終止點(diǎn)之前具有一段富含在終止點(diǎn)之前具有一段富含G-CG-C的回文區(qū)域。的回文區(qū)域。（2 2）富含）富含G-CG-C的區(qū)域之后是一連串的的區(qū)域之后是一連串的dAdA堿基序列，它們堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的RNARNA鏈的末端為一連串鏈的末端為一連串U U（連續(xù)連續(xù)6 6個(gè)）個(gè)）。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)有兩種情況錄終止信號(hào)有兩種情況(二).轉(zhuǎn)錄的終止方式1.弱終止子：依賴因子（終止因子)14六六六六.RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的過(guò)程的過(guò)程(一一).).RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的的起始起始起始起始1.1.核心酶在核心酶在亞基參與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)

13、別部位亞基參與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)別部位 2.2.全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合,解鏈解鏈3.3.滑向起始點(diǎn)滑向起始點(diǎn),轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷.(二二).).RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的的延伸延伸延伸延伸1.1.亞基從全酶中解離亞基從全酶中解離 2.2.核心酶的構(gòu)象發(fā)生變化，與模板核心酶的構(gòu)象發(fā)生變化，與模板DNADNA的結(jié)合變得較為松弛，的結(jié)合變得較為松弛，以一定速度沿以一定速度沿3 3，55，方向滑動(dòng)方向滑動(dòng) 3.3.NTPNTP為底物，在為底物，在RNARNA鏈鏈3 3，O

14、HOH末端上生成磷酸二酯鍵末端上生成磷酸二酯鍵 (三三).).RNARNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的的終止終止終止終止1.1.RNARNA聚合酶滑動(dòng)到模板的終止部位時(shí)，酶的作用受阻聚合酶滑動(dòng)到模板的終止部位時(shí)，酶的作用受阻2.2.RNARNA聚合酶核心酶模板上脫落聚合酶核心酶模板上脫落3.3.RNARNA鏈釋放鏈釋放 六.RNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程(一).RNA轉(zhuǎn)錄的起始1.核心酶在15-35-10pppG或pppA55553333模板鏈模板鏈E 起始起始延伸延伸終止終止-35-10pppG或pppA5533模板鏈E起始16識(shí)別識(shí)別解鏈解鏈起始起始延伸延伸終止終止識(shí)別17原核生物原核生物的的mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄

15、后一般轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。進(jìn)行翻譯（半壽期短）。第二節(jié)、第二節(jié)、RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工修飾轉(zhuǎn)錄后加工修飾一一.真核真核mRNAmRNA前體的加工前體的加工1.5-1.5-1.5-1.5-末端加上帽子結(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)末端加上帽子結(jié)構(gòu)0 0 0 0型：型：型：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NpNpNpNpI I型：型：型：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NmpNpNmpNpNmpNpNmpNpIIII型：型：型

16、：型：m m m m7 7 7 7G G G G5555pppppppppppp5555NmpNmpNmpNmpNmpNmpNmpNmp2.3-2.3-2.3-2.3-末端加上末端加上末端加上末端加上polyApolyApolyApolyA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)真核生物加上：真核生物加上：真核生物加上：真核生物加上：150-200 150-200 150-200 150-200A A A A原核生物加上：原核生物加上：原核生物加上：原核生物加上：50-100 50-100 50-100 50-100A A A A原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即第二節(jié)、183.3.3.3.拼接去除

17、內(nèi)含子，連接外顯子拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子3.拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子19二二.rRNArRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工rRNArRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。加工過(guò)程：加工過(guò)程：1.1.剪切作用：剪切作用：需核酸酶參與。需核酸酶參與。2.2.甲基化修飾：修飾在堿基上。甲基化修飾：修飾在堿基上。原核原核rRNArRNA加工加工：rRNArRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNAtRNA真核真核rRNArRNA加工加工：1.51.5S S自成體系加工少無(wú)修飾和剪接。自成體系加工少無(wú)修飾和剪接。2.452.45S

18、S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。二.rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工rRNA基因之間以縱向串聯(lián)的201.1.原核生物原核生物rRNArRNA前體加工前體加工2.2.真核生物真核生物rRNArRNA前體加工前體加工P45P45RNaseIIIRNaseIIIRNaseMRNaseM1616s stRNAtRNA1616s s2323s s5 5s stRNAtRNA2323s s5 5s sP30P30P17.5P17.5P25P25P7P71.原核生物rRNA前體加工2.真核生物rRNA前體加工P421三三.tRNAtRNA前體的加工前體的加工tRNAtRNA前

19、體在前體在tRNAtRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNAtRNA分子分子1.3-1.3-末端末端 5-5-末端及間隔區(qū)切除末端及間隔區(qū)切除2.3-2.3-末端末端加上加上CCACCA3.3.堿基的修飾：堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用甲基化、脫氨和還原作用三.tRNA前體的加工tRNA前體在tRNA剪切酶的作用22某些某些RNARNA病毒可以以自身病毒可以以自身RNARNA為模板進(jìn)行復(fù)制。為模板進(jìn)行復(fù)制。不同的不同的RNARNA病毒復(fù)制方式不同病毒復(fù)制方式不同5-RNA5 3 3+RNA釋放釋放釋放釋放35 3 3 5 5+RNA+RNA-RNA-RNA及及+RNA的合成方向均為的合成方向均為5 3第三節(jié)、第三節(jié)、RNARNA的復(fù)制合成（的復(fù)制合成（RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成）合成）如：如：+RNARNA的復(fù)制的復(fù)制某些RNA病毒可以以自身RNA為模板進(jìn)行復(fù)制。5-RNA23