RNA的生物合成x課件

1、第 八 章RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）1謝謝觀賞2019-6-25第 八 章RNA的生物合成1謝謝觀賞2019-6-25論述題全面討論復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同試述轉(zhuǎn)錄后加工2謝謝觀賞2019-6-25論述題全面討論復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同2謝謝觀賞2019-6-25轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程 。 轉(zhuǎn)錄RNADNA 3謝謝觀賞2019-6-25轉(zhuǎn)錄 (transcription) 轉(zhuǎn)錄RNADNA 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 4謝謝觀賞2019-6-25復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 4謝謝觀賞2019-6-25參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板:

2、DNA酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子5謝謝觀賞2019-6-25參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP, GTP模板和酶Templates and Enzymes第一節(jié)6謝謝觀賞2019-6-25模板和酶第一節(jié)6謝謝觀賞2019-6-25一、轉(zhuǎn)錄模板 DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene)。 DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱作反義鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(coding strand)，也稱為有意義鏈。 7謝謝觀賞2

3、019-6-25一、轉(zhuǎn)錄模板 DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯8謝謝觀賞2019-6-255GCAGTACATGTC 33 c5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向9謝謝觀賞2019-6-2553模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向9謝不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription) 在DNA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

4、板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。10謝謝觀賞2019-6-25不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶11謝謝觀賞2019-6-25二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶11謝謝觀賞20核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)12謝謝觀賞2019-6-25核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzymRNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 13謝謝觀賞2019-6-25RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 13謝謝觀賞2019-6（二）真核生物的RNA聚合酶 14謝謝觀賞2019-6-25（二）真

5、核生物的RNA聚合酶 14謝謝觀賞2019-6-25三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。 5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-polRNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為啟動(dòng)子(promoter)。15謝謝觀賞2019-6-25三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單RNA聚合酶保護(hù)法目錄16謝謝觀賞2019-6-25RNA聚合酶保護(hù)法目錄16謝謝觀賞2019-6-25開(kāi)始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)(Pribnow box)T A T

6、 A A T Pu A T A T T A Py-10 區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognition site) 55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因3317謝謝觀賞2019-6-25開(kāi)始轉(zhuǎn)錄T T G A C A-35 區(qū)(Pribnow b TATA盒 CAAT盒 GC盒 增強(qiáng)子 順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因-GCGC-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列18謝謝觀賞2019-6-25 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增強(qiáng)子 順式作用元件 結(jié)轉(zhuǎn)錄過(guò)程The Process of Transcription 第二節(jié)

7、 19謝謝觀賞2019-6-25轉(zhuǎn)錄過(guò)程 第二節(jié) 19謝謝觀賞2019-6-25（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程20謝謝觀賞2019-6-25（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程2. DNA雙鏈解開(kāi)1. RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合 3. 在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + pp

8、i轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程目錄21謝謝觀賞2019-6-252. DNA雙鏈解開(kāi)1. RNA聚合酶全酶(2)與（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1. 亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移； 2. 在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi22謝謝觀賞2019-6-25（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1. 亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶） DNA RNA目錄23謝謝觀賞2019-6-25轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA目錄24謝謝觀

9、賞2019-6-25目錄24謝謝觀賞2019-6-2553DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶25謝謝觀賞2019-6-2553DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARN依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。 分類26謝謝觀賞2019-6-25依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶A T P1. 依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止27謝謝觀賞2019-6-25A T P1. 依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止27謝謝觀賞2012. 非依賴

10、Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。28謝謝觀賞2019-6-252. 非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU.

11、UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)29謝謝觀賞2019-6-255UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5pppG5 335RNA-pol30謝謝觀賞2019-6-25莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；5二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直

12、接結(jié)合模板，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。31謝謝觀賞2019-6-25二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒 增強(qiáng)子順式作用元件(cis-acting element)1. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 AATAAA切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 修飾點(diǎn) 外顯子 翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體32謝謝觀賞2019-6-25轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒 增強(qiáng)子順式作用元件(2. 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DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-acting factors)。

13、 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)。 33謝謝觀賞2019-6-252. 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DNA的蛋參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的TF 34謝謝觀賞2019-6-25參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的TF 34謝謝觀賞2019-6-3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 35謝謝觀賞2019-6-253. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物真核生物RNA-pol不與DNA分子直POL-TFFAB由RNA

14、-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA復(fù)合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC組裝完成，TFH使CTD磷酸化36謝謝觀賞2019-6-25POL-TFFAB由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的PI4. 模板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。 37謝謝觀賞2019-6-254. 模板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核

15、膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。 38謝謝觀賞2019-6-25（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向39謝謝觀賞2019-6-25RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。40謝謝觀賞2019-

16、6-255-AAUAAA-5 -AAUAAA真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptional Modification第三節(jié)41謝謝觀賞2019-6-25真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾第三節(jié)41謝謝觀賞2019-6-25幾種主要的修飾方式1. 剪接(splicing)2. 剪切(cleavage)3. 修飾(modification)4. 添加(addition)42謝謝觀賞2019-6-25幾種主要的修飾方式1. 剪接(splicing)2. 剪切(一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾 5端形成 帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)

17、43謝謝觀賞2019-6-25一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾 5端帽子結(jié)構(gòu)44謝謝觀賞2019-6-25帽子結(jié)構(gòu)44謝謝觀賞2019-6-255 pppGp5 GpppGppppG ppi鳥(niǎo)苷酸轉(zhuǎn)移酶5 m7GpppGp甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5 ppGp磷酸酶 Pi45謝謝觀賞2019-6-255 pppGp5 GpppGppppG ppi鳥(niǎo)苷酸（二）mRNA的剪接1. hnRNA 和 snRNA 核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)snRNA (small nuclear RNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白

18、體（并接體, splicesome）snRNA46謝謝觀賞2019-6-25（二）mRNA的剪接1. hnRNA 和 snRNA 核內(nèi)的真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 斷裂基因(splite gene)CABD編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)47謝謝觀賞2019-6-25真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)2. 外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron) 外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在

19、剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。 48謝謝觀賞2019-6-252. 外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron) 外顯子48雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾目錄49謝謝觀賞2019-6-25雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄50謝謝觀賞2019-6-25雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄53. 內(nèi)含子的分類 根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4類。 I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的 rRNA基因；II：

20、也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA； III：是常見(jiàn)的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子； IV：是tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過(guò)程需酶及ATP。51謝謝觀賞2019-6-253. 內(nèi)含子的分類 根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子4. mRNA的剪接 除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結(jié)合成為并接體目錄52謝謝觀賞2019-6-254. mRNA的剪接 除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U553謝謝觀賞2019-6

21、-25UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) (twice transesterification) 54謝謝觀賞2019-6-25pG-OHU-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。5. mRNA的編輯(mRNA editing) 人類apo B基因

22、 mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apo B100（分子量為500 000）腸道細(xì)胞apo B48（分子量為240 000）mRNA編輯55謝謝觀賞2019-6-25 RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄56謝謝觀賞2019-6-25二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNA pol TGGRNAaseP、內(nèi)切酶目錄57謝謝觀賞2019-6-25RNAaseP、內(nèi)切酶目錄57謝謝觀賞2019-6-25tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄58謝謝觀賞2019-6-25tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄58謝謝觀賞20堿基修飾（2）還原反應(yīng) 如：U D