生物化學(xué)-RNA的生物合成和加工[優(yōu)制課件]

1、第第 36 章章 RNA的生物合成和加工的生物合成和加工 （轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄） RNA Biosynthesis, Transcription 1行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以生物體以DNA為模板合成為模板合成RNA的過程的過程 。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 RNADNA 經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的RNA有多種，主要的是有多種，主要的是rRNA， tRNA，mRNA，snRNA 和和 hnRNA 2行業(yè)材料 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì) 原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA 酶酶: : RNA聚合酶聚合酶(RNA-pol) 其他蛋白質(zhì)因

2、子其他蛋白質(zhì)因子 3行業(yè)材料 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié) 模板和酶 第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄過程 第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄后加工 第四節(jié) RNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄 4行業(yè)材料 模板和酶模板和酶 第一節(jié)第一節(jié) 5行業(yè)材料 一、轉(zhuǎn)錄模板一、轉(zhuǎn)錄模板 DNA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。 DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA 的一股單鏈，稱為模板鏈的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱，也稱 作負(fù)鏈。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈作負(fù)鏈。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(coding strand)，也稱為正鏈。，也稱為正鏈。 6行業(yè)

3、材料 5GCAGTACATGTC 3 3 c g t g a t g t a c a g 5 5GCAGUACAUGUC 3 NAla Val His Val C 編碼鏈編碼鏈 模板鏈模板鏈 mRNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 翻譯翻譯 7行業(yè)材料 5 5 3 3 3 3 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈 編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 8行業(yè)材料 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 在在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作 模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 ； 模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。模板鏈并非永遠(yuǎn)在

4、同一條單鏈上。 5 3 3 5 模板鏈（含結(jié)構(gòu)基因）模板鏈（含結(jié)構(gòu)基因） 編碼鏈編碼鏈 9行業(yè)材料 二、二、RNA聚合酶聚合酶 （一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶 10行業(yè)材料 核心酶核心酶 全酶全酶 此外，每個此外，每個RNARNA聚合酶還含有聚合酶還含有2 2個個ZnZn離子。離子。 11行業(yè)材料 f亞基由基因亞基由基因rpoZrpoZ編碼，編碼，MrMr為為1.101.1010104 4，曾長期，曾長期 被忽略，甚至許多人不把它作為聚合酶的組分。然被忽略，甚至許多人不把它作為聚合酶的組分。然 而，現(xiàn)在已經(jīng)肯定，而，現(xiàn)在已經(jīng)肯定，亞基是嗜熱水生菌亞基是嗜熱水生菌RNA po

5、lRNA pol必必 不可少的組分，也是體外變性的不可少的組分，也是體外變性的RNA polRNA pol成功復(fù)性所成功復(fù)性所 必需的，它與必需的，它與亞基一起構(gòu)成催化中心，穩(wěn)定其與亞基一起構(gòu)成催化中心，穩(wěn)定其與 亞基的結(jié)合。亞基的結(jié)合。 12行業(yè)材料 E.coliE.coli不同不同因子的性質(zhì)與功能比較因子的性質(zhì)與功能比較 13行業(yè)材料 （二）真核生物的（二）真核生物的RNA聚合酶聚合酶(458)(458) 種類種類 對鵝膏蕈堿對鵝膏蕈堿 的反應(yīng)的反應(yīng) 45S-rRNAhnRNA5S-rRNA tRNA snRNA 耐受耐受極敏感極敏感中度敏感中度敏感 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 14行業(yè)材料 三、啟

6、動子和轉(zhuǎn)錄因子三、啟動子和轉(zhuǎn)錄因子 原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單 位，稱為操縱子位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結(jié)構(gòu)基因，包括若干個結(jié)構(gòu)基因 及其上游的調(diào)控序列。及其上游的調(diào)控序列。 5 3 3 5 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列調(diào)控序列 RNA-pol RNA聚合酶識別聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段 DNA序列，稱為啟動子序列，稱為啟動子(promoter)。 15行業(yè)材料 LOREM IPSUM DOLOR nRNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）稱為轉(zhuǎn)錄因子 (transcriptional factor)。 1

7、6行業(yè)材料 RNA聚合聚合 酶保護(hù)法酶保護(hù)法 17行業(yè)材料 18行業(yè)材料 開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄 T T G A C A A A C T G T -35 區(qū)區(qū) (Pribnow box) T A T A A T Pu A T A T T A Py -10 區(qū)區(qū) 1-30-5010-10-40-20 5 3 3 5 原核生物啟動子保守序列原核生物啟動子保守序列 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn) (recognition site) 5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 3 3 RNARNA聚合酶全酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶全酶結(jié)合位點(diǎn) 19行業(yè)材料 20行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程 第二節(jié)第二節(jié)

8、21行業(yè)材料 大腸桿菌RNA聚合酶的作 用 起始階段起始階段：在在DNA分子上搜索啟動子，并將分子上搜索啟動子，并將 DNA雙螺旋解開一小段。雙螺旋解開一小段。 延伸階段延伸階段：選擇正確的核苷三磷酸（選擇正確的核苷三磷酸（NTP），）， 催化磷酸二酯鍵的形成。催化磷酸二酯鍵的形成。 終止階段終止階段：檢測檢測RNA 合成的終止信號，停止合成的終止信號，停止 RNA的合成。的合成。 特點(diǎn)：不需引物；無核酸外切酶活性。特點(diǎn)：不需引物；無核酸外切酶活性。 錯誤率高：錯誤率高：1/104105核苷酸核苷酸,是是DNA復(fù)制的復(fù)制的105倍。倍。22 行業(yè)材料 （一）轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄起始需解

9、決兩個問題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題： 1. RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的 起始區(qū)域。起始區(qū)域。 2. DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄 的模板。的模板。 一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程 23行業(yè)材料 RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 24行業(yè)材料 2. DNA雙鏈解開，約解開雙鏈解開，約解開17個堿基對。（酶與個堿基對。（酶與 啟動子結(jié)合的部位是啟動子結(jié)合的部位是AT富集區(qū)，有利于解鏈）富集區(qū)，有利于解鏈） 1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)與模板結(jié)合與模板結(jié)合 5

10、 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi 轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程 3. 3.第一個核苷三磷酸第一個核苷三磷酸( (常常是常常是GTPGTP或或ATP)ATP)結(jié)合到結(jié)合到 全酶上，形成全酶上，形成“啟動子啟動子- -全酶全酶- -核苷三磷酸核苷三磷酸”三元三元 起始復(fù)合物。起始復(fù)合物。 4. 4.第二個核苷酸參入，連結(jié)到第一個核苷酸的第二個核苷酸參入，連結(jié)到第一個核苷酸的 33羥基上，形成了第一個磷酸二酯鍵。羥基上，形成了第一個磷酸二酯鍵。 25行業(yè)材料 因子從全酶上掉下，又去結(jié)合其它的核心酶。因子從全酶上掉下，又去結(jié)合其它的核心酶。 RNApol (

11、2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: 26行業(yè)材料 （二）轉(zhuǎn)錄延長（二）轉(zhuǎn)錄延長 1. 亞基脫落，亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，聚合酶核心酶變構(gòu)， 與模板結(jié)合松弛，沿著與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；模板前移； 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不斷聚合，不斷聚合，RNA鏈鏈 不斷沿不斷沿53方向方向延長。延長。 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 27行業(yè)材料 DNADNA上的解螺旋區(qū)：上的解螺旋區(qū)：在在RNARNA鏈延伸的同時，鏈延伸的同時， RNARNA聚合酶繼續(xù)解開它前方的聚合酶繼續(xù)解開它前方的D

12、NADNA雙螺旋，暴露雙螺旋，暴露 出新的模板鏈，而后面被解開的兩條出新的模板鏈，而后面被解開的兩條DNADNA單鏈又單鏈又 重新形成雙螺旋，重新形成雙螺旋，DNADNA上的解螺旋區(qū)保持約上的解螺旋區(qū)保持約1717個個 堿基對的長度。堿基對的長度。 28行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA 29行業(yè)材料 RNA鏈的延伸圖解 3 5 RNA-DNA雜交螺旋雜交螺旋 聚合酶的移動方向聚合酶的移動方向 新生新生RNA 復(fù)鏈復(fù)鏈 解鏈解鏈 編碼鏈編碼鏈 模板鏈模板鏈 延長部位延長部位 30行業(yè)材料 RNA-DNA

13、RNA-DNA雜交區(qū)：剛合成出來的雜交區(qū)：剛合成出來的RNARNA鏈與解開的鏈與解開的DNADNA模模 板鏈之間可形成一小段板鏈之間可形成一小段RNA-DNARNA-DNA雜交區(qū)。隨著核心酶的移雜交區(qū)。隨著核心酶的移 動，動，RNARNA鏈不斷地延伸，雜交區(qū)也往前延伸，但后面的雜鏈不斷地延伸，雜交區(qū)也往前延伸，但后面的雜 交區(qū)隨著交區(qū)隨著DNADNA雙螺旋的恢復(fù)，雙螺旋的恢復(fù)，RNARNA鏈逐漸被置換出來，因此鏈逐漸被置換出來，因此 ，雜交區(qū)也保持著固定一小段。，雜交區(qū)也保持著固定一小段。 31行業(yè)材料 5 3 DNA 原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象 核糖體核糖體

14、 RNA RNA聚合酶聚合酶 32行業(yè)材料 f依賴依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 f不依賴不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 （三）轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止 指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停頓下來不模板上停頓下來不 再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫 落下來。落下來。 分類分類 33行業(yè)材料 A T P 1. 依賴依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 34行業(yè)材料 因子是因子是基因編碼的蛋白質(zhì)，是一種酶，基因編碼的蛋白質(zhì)，是一種酶，在在 水解水解ATP的情況下，它沿著的情況下，它沿著53方向轉(zhuǎn)錄物方向轉(zhuǎn)錄物 的的3端前進(jìn)，直

15、到遇到暫停在終止點(diǎn)位置的端前進(jìn)，直到遇到暫停在終止點(diǎn)位置的 RNA聚合酶。隨后聚合酶。隨后因子通過解鏈酶的活性因子通過解鏈酶的活性 解開轉(zhuǎn)錄泡（解開轉(zhuǎn)錄泡（transcription bubble）上的）上的 RNA/DNA形成的雜交雙螺旋，使形成的雜交雙螺旋，使RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 物得到釋放，從而終止轉(zhuǎn)錄。物得到釋放，從而終止轉(zhuǎn)錄。 依賴因子（rho factor）的終止子 35行業(yè)材料 2.不依賴不依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿模板上靠近終止處，有些特殊的堿 基序列，轉(zhuǎn)錄出基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成特殊產(chǎn)物形成特殊 的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)

16、錄。的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。 36行業(yè)材料 這類終止子結(jié)構(gòu)上有這類終止子結(jié)構(gòu)上有2個特征個特征 （2）發(fā)夾結(jié)構(gòu)末端緊跟）發(fā)夾結(jié)構(gòu)末端緊跟6個連續(xù)的個連續(xù)的U，這，這 發(fā)發(fā) 夾結(jié)構(gòu)阻礙了聚合酶的進(jìn)一步延伸，夾結(jié)構(gòu)阻礙了聚合酶的進(jìn)一步延伸，RNA 鏈的合成就終止，酶和鏈的合成就終止，酶和 mRNA就從模板就從模板 DNA上釋放。上釋放。 （1）DNA鏈的鏈的3端附近有回文結(jié)構(gòu)，富端附近有回文結(jié)構(gòu)，富 含含G-C堿基，隨后緊跟的是堿基，隨后緊跟的是A-T堿基，堿基， 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄而形成的錄而形成的RNA具有莖環(huán)的發(fā)夾具有莖環(huán)的發(fā)夾 形結(jié)構(gòu)形結(jié)構(gòu)。 不依賴于因子的終止 37行業(yè)材料 回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu) AT富集區(qū)

17、富集區(qū) GC富集區(qū)富集區(qū) 不依賴不依賴因子的因子的 終止子結(jié)構(gòu)終止子結(jié)構(gòu) 38行業(yè)材料 莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。 5 pppG 5 3 3 5 RNA-pol 39行業(yè)材料 RNARNA合成過程合成過程 起始起始 雙鏈雙鏈DNA 局部解開局部解開 磷酸二酯磷酸二酯 鍵形成鍵形成 終止階段終止階段 解鏈區(qū)到達(dá)解鏈區(qū)到達(dá) 基因終點(diǎn)基因終點(diǎn) 延長階段延長階段 5 3 RNA 啟動子（啟動子（ promoter) 終止子終止子 (terminator)

18、 5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 離開離開 40行業(yè)材料 二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程 （一）轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物 多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol不直接結(jié)合模不直接結(jié)合模 板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。 41行業(yè)材料 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 -GCGC-CAAT-TATA 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 真核生物啟動子保守序列真核生物啟動子保守序列 1. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)

19、段轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 42行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件(cis-acting element) AATAAA 切離加尾切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 修飾點(diǎn)修飾點(diǎn) 外顯子外顯子 翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn) 內(nèi)內(nèi) 含含 子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體 43行業(yè)材料 2. 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段 DNA的蛋白質(zhì)，或具有識別的蛋白質(zhì)，或具有識別RNA聚合酶的作聚合酶的作 用，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子用，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為

20、反式作用因子 (trans-acting factors)。又稱為轉(zhuǎn)錄因子。又稱為轉(zhuǎn)錄因子 (transcriptional factors, TF)。 44行業(yè)材料 3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不與不與DNA分子直接結(jié)分子直接結(jié) 合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子幫助間接結(jié)合合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子幫助間接結(jié)合 到到DNA分子上。分子上。 45行業(yè)材料 POL- TFF A B 由由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的起始前復(fù)合物催化轉(zhuǎn)錄的起始前復(fù)合物 Pol- TFF H E TBP TAF TFD-A-B-DNA復(fù)合物復(fù)合物 TATA A B TBP

21、TAF TATA H E CTD-P 起始前復(fù)合物組裝完成，起始前復(fù)合物組裝完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化 RNA-Pol RNA-Pol 羧基端羧基端 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 46行業(yè)材料 （二）轉(zhuǎn)錄延長（二）轉(zhuǎn)錄延長 真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相 似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 47行業(yè)材料 5 -AAUAAA- 5 -AAUAAA- 核酸酶核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol AATAAA GTGTGTG 轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn) 5 5 3 3 3 3 加尾加尾 AAAAA

22、AA 3 mRNA （三）轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。 48行業(yè)材料 DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較 性性 質(zhì)質(zhì) 復(fù)復(fù) 制制 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 相相 同同 點(diǎn)點(diǎn) 模模 板板 兩股兩股DNA單鏈均作為模板單鏈均作為模板 為模板鏈為模板鏈 原原 料料 dNTP NTP 合成方式合成方式 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 聚合酶種類聚合酶種類 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 RNA引物引物 需要需要 不需要不需要 產(chǎn)產(chǎn) 物物 半保留的雙鏈半保留的雙鏈DNA 單鏈單鏈RNA 不不 同同 點(diǎn)點(diǎn) 需要需要DNA為模板為模板 需要核苷三磷酸為原料需

23、要核苷三磷酸為原料 遵循堿基配對原則遵循堿基配對原則 新鏈合成方向均為新鏈合成方向均為53 49行業(yè)材料 1.1.嘌呤和嘧啶類似物嘌呤和嘧啶類似物 核酸代謝的拮抗物： 抑制核酸合成有關(guān)的酶酶 摻入核酸分子形成異常核酸異常核酸 如：6-巰基嘌呤、硫鳥嘌呤、2.6二氨基嘌呤、 8-氮鳥嘌呤、5-氟尿嘧啶 、6-氮尿嘧啶 進(jìn)入體內(nèi)變成相應(yīng)的核苷酸表現(xiàn)抑制作用 三、三、RNARNA生物合成的抑制劑生物合成的抑制劑 P469P469 50行業(yè)材料 2.DNA2.DNA模板功能的抑制物模板功能的抑制物 （1 1）烷化劑）烷化劑 （2 2）放線菌素）放線菌素D（actinomycin D） 與與DNADNA

24、形成非共價復(fù)合物形成非共價復(fù)合物 其作用如同阻遏蛋白抑制其作用如同阻遏蛋白抑制DNADNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。 色霉素色霉素A A3 3、橄欖霉素、光神霉素、橄欖霉素、光神霉素 （3 3）嵌入染料）嵌入染料 使使DNADNA在復(fù)制時缺失或增添一個核苷酸，在復(fù)制時缺失或增添一個核苷酸， 導(dǎo)致移碼突變，并能抑制導(dǎo)致移碼突變，并能抑制RNARNA鏈的起始。鏈的起始。 51行業(yè)材料 抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌RNA聚合酶活性聚合酶活性 52行業(yè)材料 某些常用的轉(zhuǎn)錄抑制劑某些常用的轉(zhuǎn)錄抑制劑 抑制劑抑制劑 靶酶靶酶 抑制作用抑制作用 利福霉素利福霉素 細(xì)菌的全酶細(xì)菌的全酶 與與亞基結(jié)合阻止起始亞基結(jié)合阻止起始

25、 利鏈霉素利鏈霉素 細(xì)菌的核心酶細(xì)菌的核心酶 與與亞基結(jié)合阻止延長亞基結(jié)合阻止延長 放線菌素放線菌素D 真核真核DNA 與與DNA結(jié)合并阻止延長結(jié)合并阻止延長 -鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿 真核真核RNA Pol 與與RNA聚合酶聚合酶結(jié)合結(jié)合 53行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 第三節(jié)第三節(jié) 54行業(yè)材料 幾種主要的修飾方式幾種主要的修飾方式 1. 拼接拼接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage) 3. 修飾修飾(modification)4. 添加添加(addition) 55行業(yè)材料 tRNA和和rRNA被加工的證據(jù)被加工的證據(jù) rRNA和tRNA有以下三點(diǎn)特性： 1） 所有RNA初

26、級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5末端均是5-三磷酸，而成熟rRNA和 tRNA分子的5末端是5單磷酸； 2）rRNA和tRNA分子比初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物小很多； 3）所有tRNA含有稀有堿基。 56行業(yè)材料 （一）rRNA的加工 原核生物原核生物rRNArRNA轉(zhuǎn)錄初始物轉(zhuǎn)錄初始物: : rRNArRNA基因和基因和tRNAtRNA基因組成混合操縱子：基因組成混合操縱子： 16SrDNA 23SrDNA 5SrDNA tDNA16SrDNA 23SrDNA 5SrDNA tDNA 加工加工 RNARNA酶酶對轉(zhuǎn)錄初始物切割對轉(zhuǎn)錄初始物切割 再加工成熟再加工成熟 原核生物有原核生物有7個個轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位 57行業(yè)材料

27、RNaseRNaseRNaseE 甲基化堿基甲基化堿基 甲基化核糖甲基化核糖 58行業(yè)材料 (二)tRNA的加工 大腸桿菌染色體有大腸桿菌染色體有tRNAtRNA基因約基因約6060個個 f原核生物原核生物tRNAtRNA轉(zhuǎn)錄初始物轉(zhuǎn)錄初始物: : tRNAtRNA基因基因: : 型型- tRNA - tRNA 有有 3-CCA-OH3-CCA-OH 型型- tRNA - tRNA 無無 3-CCA-OH3-CCA-OH tRNAtRNA轉(zhuǎn)錄初始物轉(zhuǎn)錄初始物: : 與與rRNArRNA相連相連 幾個相同幾個相同( (不同不同)tRNA)tRNA連在一起連在一起 多順反子轉(zhuǎn)錄單位多順反子轉(zhuǎn)錄單位

28、 59行業(yè)材料 加工 RNARNA酶酶 RNARNA酶酶F F RNARNA酶酶D D RNARNA酶酶P P tRNAtRNA核苷轉(zhuǎn)移酶核苷轉(zhuǎn)移酶 切開切開rDNArDNA、tDNAtDNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 間隔序列間隔序列 從從33端切斷前體分子端切斷前體分子 核酸外切酶核酸外切酶, ,切除切除型型tRNA tRNA 3-CCA-OH3-CCA-OH下游序列下游序列 （核酸（核酸+ +蛋白）蛋白） （M1RNAM1RNA） 內(nèi)切酶，內(nèi)切酶，tRNA5tRNA5端成熟酶端成熟酶 催化催化型型tRNAtRNA形成形成穩(wěn)定的穩(wěn)定的3-3- CCA-OHCCA-OH “斬頭斬頭”，去尾，剪接，去尾

29、，剪接，3-末端添加，化學(xué)修飾末端添加，化學(xué)修飾 60行業(yè)材料 原核生物原核生物tRNA前體分子的加工前體分子的加工 b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。 c、修飾：形成稀、修飾：形成稀有有堿基如堿基如DH2 。 。 RNAaseP RNAaseFRNAaseP RNAaseF RNAaseD RNAaseD A C C 表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核酸內(nèi)切酶的作用 表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示異構(gòu)化酶的作用表示異構(gòu)化酶的作用 61行業(yè)材料 （三）三） mRNA的加工的加工 原核細(xì)胞的原核細(xì)胞的mRNA通常沒有

30、轉(zhuǎn)錄后的加工過程。通常沒有轉(zhuǎn)錄后的加工過程。 62行業(yè)材料 真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工 63行業(yè)材料 f4種種rRNA，是兩個轉(zhuǎn)錄單位。，是兩個轉(zhuǎn)錄單位。 f18S、5.8S和和28SrRNA的前體是的前體是45S（一個轉(zhuǎn)錄單（一個轉(zhuǎn)錄單 位）。位）。 f5SrRNA是單獨(dú)的一個轉(zhuǎn)錄單位。是單獨(dú)的一個轉(zhuǎn)錄單位。 f核仁是其轉(zhuǎn)錄、加工和裝配成核糖體的場所。核仁是其轉(zhuǎn)錄、加工和裝配成核糖體的場所。 一、一、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 64行業(yè)材料 40S亞基亞基60S亞基亞基 大多數(shù)真核細(xì)胞大多數(shù)真核細(xì)胞 為成熟的為成熟的 28S 18S 5.8S rRNA 的共同前體的共同前

31、體 rRNA 由核酶催化進(jìn)行自身剪接由核酶催化進(jìn)行自身剪接 65行業(yè)材料 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 45S - rRNA 剪接剪接 18S - rRNA 5.8S和和28S-rRNA rDNA 內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S 32S 多數(shù)真核生物的多數(shù)真核生物的rRNA基因不存在內(nèi)含子，基因不存在內(nèi)含子， 有些含有內(nèi)含子但并不轉(zhuǎn)錄，如果蠅。有些含有內(nèi)含子但并不轉(zhuǎn)錄，如果蠅。 四膜蟲可以自動切去內(nèi)含子四膜蟲可以自動切去內(nèi)含子 66行業(yè)材料 tRNA前體前體 RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCC DNA 二、二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 RNA聚合酶聚合酶 催化合成催

32、化合成 67行業(yè)材料 RNAaseP、 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 68行業(yè)材料 tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移核苷酸轉(zhuǎn)移 酶、連接酶酶、連接酶 ATP ADP 69行業(yè)材料 堿基修飾堿基修飾 （2）還原反應(yīng)）還原反應(yīng) 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：U （4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am （1）甲基化）甲基化 （1 1） （1 1） （3 3） （2 2） （4 4） 約有約有10%需要酶促修飾需要酶促修飾 70行業(yè)材料 三、真核生物三、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 核內(nèi)的初級核內(nèi)的初級mRNA稱為稱為核不均一核不均一RNA (hnRNA) 定

33、義：定義：mRNA的原初轉(zhuǎn)錄物是相對分子量極大的前提，的原初轉(zhuǎn)錄物是相對分子量極大的前提， 在核內(nèi)加工過程中形成大小不等的中間體，即在核內(nèi)加工過程中形成大小不等的中間體，即hnRNA 特點(diǎn)：特點(diǎn)：平均分子長度為平均分子長度為8-10Kb左右。比左右。比mRNA的平均的平均 長度長度(1.8-2Kb）要大）要大4-5倍。倍。 hnRNA僅有總量的僅有總量的1/2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，其余的都在轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，其余的都在 核內(nèi)被降解掉。核內(nèi)被降解掉。 71行業(yè)材料 LOREM IPSUM DOLOR hnRNA是mRNA的前體，證據(jù)是： (1) hnRNA和mRNA有相同的序列； (2) hnRNA在體

34、外能作為模板翻譯蛋白； (3) 兩者5端都有帽子結(jié)構(gòu)，表明二者為相同的聚合酶所合成； (4) 兩者的3端都有多聚腺苷有尾巴。 72行業(yè)材料 （一）首、尾的修飾（一）首、尾的修飾 5 端形成端形成 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ) 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 加工過程包括：加工過程包括：首、尾、剪接、甲基化首、尾、剪接、甲基化 73行業(yè)材料 帽子結(jié)構(gòu) (m7GpppGp ) 74行業(yè)材料 5 pppGp 5 GpppGp pppG ppi 鳥苷酸鳥苷酸 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 5 m7GpppGp 甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶 SAM 帽帽 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 的的

35、 生生 成成 5 ppGp 磷酸酶磷酸酶 Pi 以以5- 5三磷酸相連三磷酸相連 作用作用:穩(wěn)定穩(wěn)定mRNA 5端端 和翻譯的起始有關(guān)和翻譯的起始有關(guān) 75行業(yè)材料 步驟步驟1 步驟步驟2 作用位置作用位置 加尾:3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 作用：穩(wěn)定作用：穩(wěn)定mRNAmRNA，mRNAmRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式 76行業(yè)材料 四、四、RNA生物功能的多樣性（核酶）生物功能的多樣性（核酶） 具有酶促活性的具有酶促活性的RNA稱為核酶。稱為核酶。 核酶核酶(ribozyme) Cech和和Altman獲得了獲得了1989年度的諾貝爾

36、化學(xué)獎年度的諾貝爾化學(xué)獎 77行業(yè)材料 四膜蟲四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu) 四膜蟲四膜蟲rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式 5 -端核苷酸序列端核苷酸序列 78行業(yè)材料 最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)錘頭狀結(jié)構(gòu)錘頭狀結(jié)構(gòu) (hammerhead structure) 底物部分底物部分 通常為通常為60個核苷酸左右個核苷酸左右 同一分子上包括有催化同一分子上包括有催化 部份和底物部份部份和底物部份 催化部份和底物部份組催化部份和底物部份組 成錘頭結(jié)構(gòu)成錘頭結(jié)構(gòu) 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用 自我剪接方式。自我剪接

37、方式。 79行業(yè)材料 核酶研究的意義核酶研究的意義 f核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充； f核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)； f利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶 。 80行業(yè)材料 第四節(jié)第四節(jié) RNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄(P491) 81行業(yè)材料 - RNA的復(fù)制是指的復(fù)制是指 病毒基因組病毒基因組RNA的復(fù)制的復(fù)制(真真 核生物核生物RNA的復(fù)制只是極個別的現(xiàn)象的復(fù)制只是極個別的現(xiàn)象) - 概念概念:由由RNA復(fù)制酶復(fù)制酶(RNA replicase)催化催化,以以 病毒病毒 RNA為模板的為模板的RNA合成合成。 - RNA病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)繁殖時病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)繁殖時, 即進(jìn)行即進(jìn)行RNA 復(fù)制。復(fù)制。 一、 RNA的復(fù)制 82行業(yè)材料 以四種以四種NTPNTP為底物；為底物； 專一性地選擇病毒專一性地選擇病毒RNARNA為模板；為模板； 按按5 35 3的方向的方向合成病毒合成病毒RNARNA； 無外切酶活性（即無校對功能）。無外切酶活性（即無校對功能）。 RNA復(fù)制酶的催化性質(zhì) 83行業(yè)材料 病毒RNA的復(fù)制方式: 1 1、病毒含正鏈、病毒含正鏈RNARNA：進(jìn)入宿主細(xì)胞后先進(jìn)行病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后先