臨床8版第16章的生物合成

1、目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄第第 十十 六六 章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis, Transcription轉錄轉錄 (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 。 u此過程把此過程把DNA的堿基序列轉的堿基序列轉抄成抄成RNA 。 目目 錄錄目目 錄錄參與轉錄的物質(zhì)參與轉錄的物質(zhì)原料原料: NTP 模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶聚合酶RNA polymerase, RNA-pol其他蛋白質(zhì)因子及二價金屬離子其他蛋白質(zhì)因子及二價金屬離子目目 錄錄目目 錄錄一、原核生物轉錄的模板

2、一、原核生物轉錄的模板 DNA分子上轉錄出分子上轉錄出RNA的區(qū)段，稱為的區(qū)段，稱為。目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄 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轉錄方向轉錄方向轉錄方向轉錄方向模板鏈和編碼鏈的相對性模板鏈和編碼鏈的相對性目目 錄錄目目 錄錄 目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄 36512 決定哪些基因被轉錄決定哪些基因被轉錄 150618 催化功能催化功能 155613 結合結合DNA模板模板 70263 辨認起始點辨認起始點亞亞 基基分分 子子 量量功功 能能 轉錄起始階段轉錄起始階段轉錄延長階段轉錄延長階段 全酶全酶 (

3、holoenzyme)核心酶核心酶 (core enzyme)目目 錄錄目目 錄錄 目目 錄錄目目 錄錄 1-30-5010-10-40-205 3 3 5 T T G A C A-35 區(qū)區(qū)RNA-pol辨認位點辨認位點(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保護區(qū)聚合酶保護區(qū)結構基因結構基因3 3 開始轉錄開始轉錄(Pribnow box)T A T A A T -10 區(qū)區(qū)n用用RNA聚合酶保護法研究轉錄起始區(qū)聚合酶保護法研究轉錄起始區(qū)RNA聚合酶的移動聚合酶的移動目目 錄錄目目 錄錄原核生物的轉錄過程原核生物的轉錄過程The Process of Transcript

4、ion in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)目目 錄錄目目 錄錄RNA聚合酶的移動聚合酶的移動原核生物的轉錄起始過程原核生物的轉錄起始過程亞基識別亞基識別-35區(qū)區(qū)RNA pol 全酶移向全酶移向-10區(qū)區(qū)及轉錄起始點，及轉錄起始點，打開雙鏈打開雙鏈亞基催化亞基催化合成第一個磷酸二酯鍵合成第一個磷酸二酯鍵 5-pppGpN-OH-3 形成轉錄起始復合物形成轉錄起始復合物RNA pol(2) DNApppGpN-OH（結合松弛）（結合松弛）（結合緊密）（結合緊密）轉錄起始不需引物！轉錄起始不需引物！原核轉錄起始原核轉錄起始RNARNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合 R

5、NA-pol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉錄起始復合物轉錄起始復合物:RNA-Pol（核心酶）-DNA-RNA形成的轉錄復合物l轉錄解鏈范圍10-20bppNMP逐個加入遇到模板為A時加入的是U不是TpRNA-Pol向下游移動時RNA 分子5pppG的 結構仍然保留大腸桿菌的轉錄泡局部結構示意大腸桿菌的轉錄泡局部結構示意目目 錄錄目目 錄錄轉錄過程中轉錄過程中DNA的超螺旋結構變化的超螺旋結構變化轉錄過程中DNA的超螺旋結構變化三、原核生物轉錄延長與蛋白質(zhì)的翻譯同時進行三、原核生物轉錄延長與蛋白質(zhì)的翻譯同時進行在同一在同一DNA模板上，有多個轉錄同時在進行；模板上，有

6、多個轉錄同時在進行；轉錄尚未完成，翻譯已在進行。轉錄尚未完成，翻譯已在進行。 目目 錄錄目目 錄錄 目目 錄錄目目 錄錄 目目 錄錄目目 錄錄n因子的作用原理：因子的作用原理：目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA

7、UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3目目 錄錄目目 錄錄使轉錄終止的機理：使轉錄終止的機理： 使使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；聚合酶變構，轉錄停頓； 使轉錄復合物趨于解離，使轉錄復合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol目目 錄錄目目 錄錄真核生物的轉錄過程真核生物的轉錄過程The Process of Transcription in Eukaryote第三節(jié)第三節(jié)（mRNA前體）前體）（除（除5S rRNA外，外，其它其它rRNA前體）前體）真

8、核生物真核生物RNA-pol不與不與DNA分子直接結合，而分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。需依靠眾多的轉錄因子。（二）少數(shù)幾個反式作用因子的搭配（二）少數(shù)幾個反式作用因子的搭配啟動特定基因的轉錄啟動特定基因的轉錄 轉錄因子的相互辨認結合，恰如兒童玩具七巧轉錄因子的相互辨認結合，恰如兒童玩具七巧板那樣，搭配得當就能拼出多種不同的圖形。板那樣，搭配得當就能拼出多種不同的圖形。 為了保證轉錄的準確性，為了保證轉錄的準確性，不同基因需不同轉錄因子。不同基因需不同轉錄因子。拼板理論拼板理論(piecing theory) ： 一個真核生物基因的轉錄一個真核生物基因的轉錄需要需要3至至5個轉錄因子。

9、轉錄因個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合，生成有活性子之間互相結合，生成有活性，有專一性的復合物，再與，有專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。結合、轉錄相應的基因。三三 、真核生物轉錄延長過程中沒有、真核生物轉錄延長過程中沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。 轉錄延長中的核小體移位轉錄延長中的核小體移位四、真核生物的轉錄終止和加尾修飾四、真核生物的轉錄終止和加尾修飾同時進

10、行同時進行目目 錄錄目目 錄錄第四節(jié)第四節(jié)真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA目目 錄錄目目 錄錄n幾種主要的修飾方式：幾種主要的修飾方式：1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修飾修飾(modification)4. 添加添加(addition)5. RNA RNA編輯編輯(RNA editing)5 端帽子結構端帽子結構(m7GpppGp )（一）前體（一）前體mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”結構結構一、核不均一一、核不均一RNA經(jīng)首、尾修

11、飾經(jīng)首、尾修飾和剪接后成為和剪接后成為mRNA 目目 錄錄目目 錄錄5 pppGp5 GpppGppppG ppi鳥苷酸鳥苷酸轉移酶轉移酶5 m7GpppGp甲基轉移酶甲基轉移酶SAMn帽子結構的生成過程：帽子結構的生成過程：5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi目目 錄錄目目 錄錄n帽子結構的生成過程：帽子結構的生成過程：目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄加入加入polyApolyA切去切去33端過剩堿端過剩堿基（核酸外切酶）基（核酸外切酶）（二）前體（二）前體mRNA在在3端端特異位點特異位點 斷裂并加上多聚腺苷酸尾斷裂并加上多聚腺苷酸尾 AAUAAAG/U53Poly(A)信號信號Poly

12、(A)位點位點mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP目目 錄錄目目 錄錄mRNADNAmRNAmRNA目目 錄錄目目 錄錄真核生物結構基因，由若干個真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)編碼區(qū)和和非非編碼區(qū)編碼區(qū)互相間隔開互相間隔開但

13、又但又連續(xù)鑲嵌連續(xù)鑲嵌而成，去除非而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為。 hnRNA和斷裂基因和斷裂基因CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)非編碼區(qū)目目 錄錄目目 錄錄外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子：外顯子：在在斷裂基因斷裂基因及其及其初級轉錄產(chǎn)物初級轉錄產(chǎn)物上出上出現(xiàn)，并表達為現(xiàn)，并表達為成熟成熟RNA的核酸序列的核酸序列。 內(nèi)含子：內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達而在隔斷基因的線性表達而在剪接過程剪接過程中被除去中被除去的核酸序列。的核酸序列。 C

14、ABD目目 錄錄目目 錄錄外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子DNAmRNA轉錄轉錄形成套索形成套索RNA，外顯子靠近，外顯子靠近剪接體剪接體去除套索去除套索RNA，外顯子連接，外顯子連接成熟成熟mRNADNA模板模板hnRNA目目 錄錄目目 錄錄1. 內(nèi)含子形成套索內(nèi)含子形成套索RNA被剪除被剪除 剪接首先涉及套索剪接首先涉及套索RNA的形成，即的形成，即內(nèi)含子區(qū)段彎曲內(nèi)含子區(qū)段彎曲，使相鄰的兩個外顯子互，使相鄰的兩個外顯子互相靠近而利于剪接；還發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子近相靠近而利于剪接；還發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子近3端端的嘌呤甲基化的嘌呤甲基化是形成套索所必需的。是形成套索所必需的。 2. 內(nèi)含子在剪接接口處剪除內(nèi)含子在剪接接口

15、處剪除 大多數(shù)內(nèi)含子都以大多數(shù)內(nèi)含子都以GU為為5 端的起始端的起始，而其而其末端則為末端則為AG-OH-3 ；5 GUAG-OH-3 稱為剪接接口（稱為剪接接口（splicing junction）或）或邊界序列。邊界序列。 目目 錄錄目目 錄錄3. 剪接過程需兩次轉酯反應剪接過程需兩次轉酯反應 目目 錄錄目目 錄錄4. 剪接體是內(nèi)含子剪接場所剪接體是內(nèi)含子剪接場所目目 錄錄目目 錄錄5. 前體前體mRNA分子有剪切和剪接兩種模式分子有剪切和剪接兩種模式 前體前體mRNA分子的加工除上述剪接外，還有一分子的加工除上述剪接外，還有一種剪切（種剪切（cleavage）模式。）模式。（1）剪接剪接

16、(splicing)（2）剪切剪切(cleavage)目目 錄錄目目 錄錄6. 前體前體mRNA分子可發(fā)生可變剪接分子可發(fā)生可變剪接 許多前體許多前體mRNA分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成熟的分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成熟的mRNA，翻譯成相應的一種多肽；有些則可剪切或（和），翻譯成相應的一種多肽；有些則可剪切或（和）剪接加工成結構有所不同的剪接加工成結構有所不同的mRNA，這一現(xiàn)象稱為，這一現(xiàn)象稱為可變剪可變剪接接，又稱，又稱選擇性剪接選擇性剪接。真核細胞基因的前體真核細胞基因的前體mRNA交替加工的兩種機制交替加工的兩種機制 （四）（四）mRNA編輯是對基因的編輯是對基因的 編碼序列進行轉錄后加工編

17、碼序列進行轉錄后加工目目 錄錄目目 錄錄轉錄轉錄45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S二、真核二、真核rRNA前體經(jīng)過剪前體經(jīng)過剪 接形成不同類別的接形成不同類別的rRNAtRNA前體前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA三、真核生物前體三、真核生物前體tRNA的加的加 工包括核苷酸的堿基修飾工包括核苷酸的堿基修飾RNaseP內(nèi)切酶內(nèi)切酶tRNA核苷酸核苷酸轉移酶、連接酶轉移酶、連接酶ATPADP堿基修飾堿基修飾（2）還原反應）還原反應 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉

18、位反應）核苷內(nèi)的轉位反應 如：如：U （4）脫氨反應）脫氨反應 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） 四、四、RNA催化一些真核和原核基因內(nèi)催化一些真核和原核基因內(nèi)含子的自剪接含子的自剪接目目 錄錄目目 錄錄五、五、RNA在細胞內(nèi)的降解有多種途徑在細胞內(nèi)的降解有多種途徑（一）依賴于脫腺苷酸化的（一）依賴于脫腺苷酸化的mRNA降解是重要的降解是重要的mRNA代謝途徑代謝途徑目目 錄錄目目 錄錄（二）無義介導的（二）無義介導的mRNA降解是重要的真核降解是重要的真核細胞細胞mRNA質(zhì)量監(jiān)控機制質(zhì)量監(jiān)控機制 真核細胞真核細胞mRNA的的異常剪接異常剪接可能會產(chǎn)生可能會產(chǎn)生無義的終止密無義的終止密碼子碼子，由此產(chǎn)生的，由此產(chǎn)生的mRNA降解稱為降解稱為無義介導的無義介導的mRNA降解降解，是廣泛存在的，是廣泛存在的mRNA質(zhì)量監(jiān)控的重要機制。質(zhì)量監(jiān)控的重要機制。那些含有那些含有提前終止密碼子提前終止密碼子的的mRNA會被會被選擇性清除選擇性清除。 1