北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章 rna生物合成zwg

Chapter13,RNABiosynthesisRNA生物合成——轉(zhuǎn)錄朱衛(wèi)國北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系復(fù)制叉Chapter13,RNABiosynthesis1

2概述轉(zhuǎn)錄體系：DNA模板DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程起始階段、鏈的延長、鏈的終止轉(zhuǎn)錄后的加工過程信使RNA(mRNA)的加工轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)的加工核蛋白體RNA（rRNA)的加工RNA復(fù)制概述3概述DNA和RNA異同點DNARNA磷酸磷酸磷酸堿基腺嘌呤（A）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）戊糖D-2脫氧核糖（dR）D-核糖概述DNA和RNA異同點DNARNA磷酸磷酸磷4核蛋白體RNA(rRNA)75-80%：以核蛋白體的形式參與蛋白質(zhì)生物合成，是蛋白質(zhì)合成的場所。轉(zhuǎn)運RNA（tRNA)10-25%：

在蛋白質(zhì)生物合成過程中轉(zhuǎn)運氨基酸。信使RNA(mRNA)2-3%：作為蛋白質(zhì)合成的直接模板。不均一核RNA（hnRNA)：成熟mRNA的前體。小核RNA(snRNA)：參與hnRNA的剪接和轉(zhuǎn)運。小胞漿RNA(只在真核生物中存在）：蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組成成分。RNA種類核蛋白體RNA(rRNA)75-80%：RNA種類5DNA轉(zhuǎn)錄RNA前體加工成熟RNA的過程

RNA合成的兩種方式：1.DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄）。2.RNA指導(dǎo)的RNA合成（RNA復(fù)制）。DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制分子生物學(xué)中心法則DNA轉(zhuǎn)錄RNA前體加工成熟RNA的6轉(zhuǎn)錄——以DNA為模板，按堿基配對原則（A-U、T-A、G-C、C-G)合成RNA鏈的過程。DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄——以DNA為模板，按堿基配對原則（A-U、T-A、G-7第一節(jié)轉(zhuǎn)錄作用一、轉(zhuǎn)錄作用及特點轉(zhuǎn)錄體系：

DNA模板、NTP、

RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）、無機離子（Mg2+、Mn2+）、某些蛋白質(zhì)因子。連接方式--3’,

5’磷酸二酯鍵。合成方向：5’-3’不需要引物參與第一節(jié)轉(zhuǎn)錄作用一、轉(zhuǎn)錄作用及特點轉(zhuǎn)錄體系：DNA模板8復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中堿基配對規(guī)律：復(fù)制AT,CG轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中堿基配對規(guī)律：復(fù)制9合成方向：5’3’合成部位：細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄特點：不對稱轉(zhuǎn)錄合成方向：5’3’10兩條鏈都是模板鏈嗎？兩條鏈都是模板鏈嗎？11不對稱轉(zhuǎn)錄——DNA只能以雙鏈中固定的一條鏈（模板鏈）為模板轉(zhuǎn)錄RNA,這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄——DNA只能以雙鏈中12北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg13模板鏈templetestrend：指導(dǎo)RNA合成的DNA為模板鏈，又稱反意義鏈。編碼鏈(序列與RNA相同）：與模板鏈互補的另一條DNA鏈無轉(zhuǎn)錄功能，其序列與轉(zhuǎn)錄的RNA序列相同，又稱有意義鏈。模板鏈templetestrend：指導(dǎo)RNA合成的DNA145’……GCAGTAGCATTC……..3’3’……cgtcatgta

cag……..5’5’……GCAGUACAUGUC..…..3’N……Ala.Val.His.Val……CDNARNA肽轉(zhuǎn)錄翻譯編碼鏈模板鏈5’……GCAGTAGCATTC……..3’5’……G15編碼鏈和模板鏈?zhǔn)且粋€相對的概念：

在一個包含多個基因的雙鏈DNA分子中，各個基因的模板并不是全在同一條鏈上，在某個基因節(jié)段以某一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄，而在另一個基因節(jié)段可以另一條鏈為模板。(同一個基因多是一條編碼鏈）?；駻基因B基因C基因D編碼鏈模板鏈雙鏈DNA編碼鏈和模板鏈?zhǔn)且粋€相對的概念：基因A基因B基因C基因D16

圖13-1轉(zhuǎn)錄作用Transcriptionbubble(RNApolymerase)AntisencestrandSensestrand轉(zhuǎn)錄泡（17個堿基對）Transcriptionbubble(RNApol17二DNA模板特點：1.轉(zhuǎn)錄起始點：

轉(zhuǎn)錄在DNA模板上的特殊部位開始的，這個部位稱為轉(zhuǎn)錄起始點，習(xí)慣上常以+1表示。上游：從轉(zhuǎn)錄起始點逆轉(zhuǎn)錄方向的區(qū)域。下游：從轉(zhuǎn)錄起始點順轉(zhuǎn)錄的方向的區(qū)域。2.啟動子：是位于轉(zhuǎn)錄起始點上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶的識別和結(jié)合部位，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要作用。決定了被轉(zhuǎn)錄基因的啟動頻率和精確性。二DNA模板特點：1.轉(zhuǎn)錄起始點：182.1原核生物啟動子

Pribnowbox(TATAAT-3’)結(jié)合部位識別部位上游(Upstream)下游（Downstream)轉(zhuǎn)錄出的第一個氨基酸的堿基通常是嘌呤方向與RNA聚合酶結(jié)合的部位AT多易松散RNA聚合酶σ特異識別部位2.1原核生物啟動子Pribnowbox19北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg20-25處含AT富集區(qū),共有序列TATAA（TATAbox）-70處含共有序列CAAT2.2真核生物啟動子又稱Hognessbox結(jié)合部位影響轉(zhuǎn)錄起始頻率調(diào)節(jié)區(qū)和結(jié)構(gòu)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū)稱GC盒/CAAT盒-25處含AT富集區(qū),共有序列TATAA（TATAbox21北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg22北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg23北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg24北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg253.終止子：在指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的DNA分子中，具有停止轉(zhuǎn)錄作用的部位稱為～，或終止信號。發(fā)夾結(jié)構(gòu)。4.增強子：DNA鏈上增強轉(zhuǎn)錄作用的序列。5.抑制子（靜息子）：DNA鏈上抑制轉(zhuǎn)錄作用的序列。6.結(jié)構(gòu)基因：能轉(zhuǎn)錄出mRNA，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基因。3.終止子：在指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的DNA分子中，具有停止轉(zhuǎn)錄作用的26編碼鏈模板鏈其他調(diào)節(jié)元件增強子（+）靜息子（-）CCAATTATA結(jié)構(gòu)基因5’3’調(diào)節(jié)表達基礎(chǔ)表達（啟動子）轉(zhuǎn)錄起始部位+1-40～-110-253’5’真核生物基因結(jié)構(gòu)特點調(diào)節(jié)序列編碼鏈模板鏈其他調(diào)增強子（+）CCAATTATA結(jié)構(gòu)基因5’27北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg28北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg29北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg30北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg31

32三DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（以大腸桿菌為例）1）結(jié)構(gòu)：

全酶有五個亞基組成，為2’；全酶去除亞基后，即為核心酶（2’）。2）功能：亞基：又稱因子，識別并結(jié)合啟動子，協(xié)助轉(zhuǎn)錄的起始。又稱起始因子。核心酶：催化合成RNA，參與RNA鏈的延伸。三DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（33TATAAT’TTGACA-35+1+20原核生物的RNA聚合酶全酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合DNA雙鏈已打開，因子尚未脫落TATAAT’TTGACA-35+1+20原核生343）特點：聚合速率慢，30－85NTP/秒。缺乏外切酶活性，無校對功能，錯誤率10-4不同的識別不同的啟動子。利福平與RNA聚合酶的亞基專一性結(jié)合，可抑制結(jié)核菌的RNA合成。人的RNA聚合酶對利福平不敏感。利用此特點可研制殺菌藥物。3）特點：352.真核生物RNA聚合酶：較原核的酶復(fù)雜，已清楚的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。真核生物RNA聚合酶對利福平不敏感2.真核生物RNA聚合酶：真核生物RNA聚合酶對利福平不敏36北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg37起始階段延長階段終止階段第二節(jié)轉(zhuǎn)錄過程起始階段第二節(jié)轉(zhuǎn)錄過程38起始階段（以原核為例）：

σ因子與核心酶組成全酶，識別起始位點并與啟動子結(jié)合→DNA局部構(gòu)象改變→解開一段DNA雙鏈，形成轉(zhuǎn)錄空泡→RNA聚合酶進入轉(zhuǎn)錄起始部位→轉(zhuǎn)錄開始→σ因子從復(fù)合物脫落，與新的核心酶結(jié)合，起始另一次轉(zhuǎn)錄→σ因子脫落→核心酶沿DNA鏈向下游移動。轉(zhuǎn)錄空泡：也稱為轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，就是RNA的核心酶、DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體與DNA復(fù)制不同的是，RNA合成不需引物。σ因子必需脫落，否則核心酶不滑動，RNA鏈不能延長。因子可再次與核心酶結(jié)合，循環(huán)使用。起始階段（以原核為例）：39開始1.RNA聚合酶因子識別轉(zhuǎn)錄起點（啟動子）識別部位，RNA聚合酶核心酶結(jié)合在啟動子的結(jié)合部位(啟動子)打開螺旋（17個核苷酸），形成聚合酶-DNA-RNA復(fù)合體。開始1.RNA聚合酶因子識別轉(zhuǎn)錄起點（啟動子）識別部位，402.σ因子脫落，并重復(fù)利用.RNA聚合酶移動沿5`→3`轉(zhuǎn)錄RNA鏈。17bp螺旋解開長度12bpDNA-RNA復(fù)合體長度3.DNA螺旋前開、后合,RNA延長，不斷脫離DNA。(終止子)4.識別終止信號（終止子），結(jié)束轉(zhuǎn)錄，各自分離。2.σ因子脫落，并重復(fù)利用.RNA聚合酶移動沿5`→3`轉(zhuǎn)41真核生物1基因→1RNA真核生物1基因→1RNA42真核生物的起始比原核生物的起始要復(fù)雜。除RNA聚合酶以外，要有復(fù)雜的DNA-蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間的相互作用PICPICpre-initiationcomplex--RNAPolII,TF真核生物的起始比原核生物的起始要復(fù)雜。除RNA聚合酶以外，要43原料：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)延長方向：5’－3’規(guī)則：堿基互補配對過程：核心酶沿DNA模板鏈向下游方向滑動，每滑動一個核苷酸的距離，一個NTP按堿基互補關(guān)系進入模板，與先前的NTP形成一個磷酸二酯鍵，如此一個一個延長下去。核心酶滑過的部位，DNA鏈很快恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程相似。二延長階段：原料：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)二延長44起始延長終止起始延長終止45RNA聚合酶模板鏈DNA解鏈編碼鏈DNA再螺旋NTP解鏈與復(fù)合相互進行RNA聚合酶模板鏈DNA解鏈編碼鏈DNA再螺旋NTP解鏈與復(fù)46三終止階段：1.當(dāng)核心酶滑動到DNA模板的轉(zhuǎn)錄終止部位（終止信號）時，不再滑動，轉(zhuǎn)錄完成。2.新合成的RNA鏈、核心酶、因子等從模板釋放，釋放的核心酶可以與σ因子結(jié)合，參與下一次轉(zhuǎn)錄過程。終止信號特點：終止部位含GC富集區(qū)與AT富集區(qū),形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，以終止轉(zhuǎn)錄。蛋白（U)因子參與終止：輔助識別終止信號；誘使RNA聚合酶構(gòu)象改變停止滑動;因子的解螺旋酶活性使RNA產(chǎn)物釋放。三終止階段：47北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg48

圖12-8ρ因子的終止作用北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg493.其它終止方式：GC區(qū)形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，聚U區(qū)使配對不穩(wěn)定,RNA產(chǎn)物的釋放。3.其它終止方式：50轉(zhuǎn)錄起始延長終止轉(zhuǎn)錄起始延長終止51加工——使粗品RNA（沒有功能）→成品（有生物功能）方式——剪切、拼接，修飾，添加甲基（rRNA)第三節(jié)轉(zhuǎn)錄后的加工過程轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）加工——使粗品RNA（沒有功能）→成品（有生物功能）第三節(jié)52北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg53一信使RNA（mRNA）的加工（真核生物為例）剪切與剪接：hnRNA切去部分核苷酸片段（內(nèi)含子）并聯(lián)接其余片段加“帽”：mRNA5’末端特殊結(jié)構(gòu)，7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸（m7GTP）加“尾”：3’末端多聚腺苷酸的尾堿基的修飾：mRNA中含少量稀有堿基，如甲基化堿基等一信使RNA（mRNA）的加工剪切與剪接：hnRNA切去54信使RNA生成特點：原核是多順反子（多作用子）--幾個結(jié)構(gòu)基因利用共同啟動子，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可生成幾種蛋白質(zhì)；真核生物的mRNA是單順反子名，一條mRNA只能生成一個肽鏈。信使RNA生成特點：55mRNA前體的加工（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)原核生物轉(zhuǎn)錄生成的初級mRNA僅進行簡單的加工及多順反子裂解為單順反子即可。真核生物較為復(fù)雜：5’加帽，3’端加尾，剪切內(nèi)含子，甲基化以及核苷酸編輯mRNA前體的加工（heterogeneousnucle56A.5’’端加帽結(jié)構(gòu)的生成加帽在細胞核內(nèi)進行的。三磷酸末端的pppNp-僅磷酸酶水解成雙磷酸成ppNP然后在鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶作用下與尿苷反應(yīng)生成GpppNp,再后，再甲基化酶作用下生成m7GpppNmpA.5’’端加帽結(jié)構(gòu)的生成加帽在細胞核內(nèi)進行的。57B.3’端多聚A的生成該過程也是在細胞核內(nèi)進行的。RNA+nATP----RNA(AMP)n+nPPiB.3’端多聚A的生成該過程也是在細胞核內(nèi)進行的。58C.SplicingmRNAhnRNA內(nèi)含子的起始序列是GU,終止序列是AGC.SplicingmRNAhnRNA內(nèi)含子的起始序列是G59D.甲基化的作用E.RNAeditingD.甲基化的作用60基因假基因基因外區(qū)域Exon外顯子——DNA結(jié)構(gòu)基因中具有表達活性的編碼序列Intron內(nèi)含子——無表達活性，不能編碼相應(yīng)氨基酸的序列斷裂基因：真核細胞基因為斷裂基因，由編碼區(qū)和非編碼區(qū)相間隔組成?；蚣倩蚧蛲鈪^(qū)域Exon外顯子——DNA結(jié)構(gòu)基因中61北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg62基因中的外顯子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞環(huán)閉合內(nèi)含子區(qū)域?；蛑械耐怙@子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞63（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）粗品RNA5`加帽子3`加尾巴剪切(內(nèi)含子對應(yīng)部分)，拼接(外顯子對應(yīng)部分)成熟的mRNA（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）粗品RNA564GorAPPPOHOHGuanylyltransferaseMethyltransferaseCapping&methylationPhosphataseP+PPGorAPPPOHOHGuanylyltransfer65GorA保護mRNA5‘端，加強翻譯GorA保護mRNA5‘端，加強翻譯66北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg67RNA穿出細胞核，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)錄翻譯RNA穿出細胞核，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)錄翻譯68二tRNA前體的加工主要方式有：剪切：去除多余核苷酸剪接：去除初級轉(zhuǎn)錄本中的內(nèi)含子，再連接3’末端加-CCA結(jié)構(gòu)二tRNA前體的加工主要方式有：691 23 4 5 6 71 23 70cutsatthe5'endcutsatthe3'endCCA-OH3‘a(chǎn)ddition：tRNAnucleotidyltransferasecutsatthe5'endcutsatthe71tRNA的加工過程tRNA的加工過程72原核生物：rRNA的前體經(jīng)核酸酶作用后，生成23S、5S和16SrRNA。真核生物：rRNA的前體經(jīng)核酸酶作用后，生成28S、5.8S和18SrRNA。5SrRNA自成體系，在成熟過程中加工甚少。rRNA的加工也包括堿基的修飾。三rRNA前體的加工原核生物：rRNA的前體經(jīng)核酸酶作用后，生成23S、三73原核rRNA的加工過程原核rRNA的加工過程74真核生物rRNA前體的加工真核生物rRNA前體的加工75北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg76北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg77原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄的異同點原核生物真核生物RNA聚合酶1種多種啟動子不同的啟動子間有相當(dāng)大的同源性各種啟動子之間差別很大啟動子通常位于基因的上游聚合酶III的啟動子位于被轉(zhuǎn)錄的序列之中過程聚合酶直接與啟動子結(jié)合聚合酶通過轉(zhuǎn)錄因子的相互作用結(jié)合沒有增強子有增強子終止由GC富集區(qū)形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)終止靠特殊的核酸內(nèi)切酶切割產(chǎn)物特點轉(zhuǎn)錄單位常常含有多個基因只含有一個基因原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄的異同點原核生物真核生物RNA聚合酶178轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的比較復(fù)制轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP主要酶和因子DNA聚合酶、拓撲異構(gòu)酶引物酶、解鏈酶、DNA連接酶、DNA結(jié)合蛋白RNA聚合酶、ρ因子等模板DNADNA鏈延長方向5’→3’5’→3’方式半保留復(fù)制不對稱轉(zhuǎn)錄配對方式A=T;G=CA=U;G=C產(chǎn)物DNARNA加工過程一般不需復(fù)制后加工轉(zhuǎn)錄后加工分別形成mRNA、tRNA和rRNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的比較復(fù)制轉(zhuǎn)錄原料dNTPNTP主要酶和因子DNA79DNA聚合酶逆轉(zhuǎn)錄酶RNA聚合酶RNA復(fù)制酶模板DNARNADNARNA原料dNTPdNTPNTPNTP特點依賴DNA的聚合酶依賴RNA的聚合酶依賴DNA的聚合酶依賴RNA的聚合酶相同點都是在核苷酸之間形成磷酸二酯鍵延伸方向都是5’→3’都是遵循堿基互補配對的原則DNA聚合酶逆轉(zhuǎn)錄酶RNA聚合酶RNA復(fù)制酶模板DNARNA80第四節(jié)RNA的復(fù)制某些生物（個別噬菌體、RNA病毒）由RNA攜帶遺傳信息，進入宿主細胞后，RNA以自身為模板，由RNA復(fù)制酶催化、以4種NTP為底物，復(fù)制RNA的過程。RNA復(fù)制酶(RNAreplicase)又稱RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（RNAdirectedRNApolymerase)。第四節(jié)RNA的復(fù)制某些生物（個別噬菌體、RNA病毒）由RN81病毒RNARNA互補鏈新病毒RNA復(fù)制復(fù)制翻譯病毒蛋白RNA復(fù)制酶組裝成新病毒兩次復(fù)制，形成病毒RNA，病毒RNARNA互補鏈新病毒RNA復(fù)制復(fù)制翻譯病毒蛋白RNA82DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯?逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制中心法則重點DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯?逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制中心法則重點83思考題試解釋轉(zhuǎn)錄、RNA的不對稱轉(zhuǎn)錄、外顯子、內(nèi)含子、啟動子、模板鏈、編碼鏈。簡述RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程。以mRNA為例，說明轉(zhuǎn)錄后的加工過程。試比較復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同點。試比較DNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、RNA聚合酶 RNA復(fù)制酶的異同點。思考題試解釋轉(zhuǎn)錄、RNA的不對稱轉(zhuǎn)錄、外顯子、內(nèi)含子、啟動子84

Chapter13,RNABiosynthesisRNA生物合成——轉(zhuǎn)錄朱衛(wèi)國北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系復(fù)制叉Chapter13,RNABiosynthesis85

86概述轉(zhuǎn)錄體系：DNA模板DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程起始階段、鏈的延長、鏈的終止轉(zhuǎn)錄后的加工過程信使RNA(mRNA)的加工轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)的加工核蛋白體RNA（rRNA)的加工RNA復(fù)制概述87概述DNA和RNA異同點DNARNA磷酸磷酸磷酸堿基腺嘌呤（A）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）戊糖D-2脫氧核糖（dR）D-核糖概述DNA和RNA異同點DNARNA磷酸磷酸磷88核蛋白體RNA(rRNA)75-80%：以核蛋白體的形式參與蛋白質(zhì)生物合成，是蛋白質(zhì)合成的場所。轉(zhuǎn)運RNA（tRNA)10-25%：

在蛋白質(zhì)生物合成過程中轉(zhuǎn)運氨基酸。信使RNA(mRNA)2-3%：作為蛋白質(zhì)合成的直接模板。不均一核RNA（hnRNA)：成熟mRNA的前體。小核RNA(snRNA)：參與hnRNA的剪接和轉(zhuǎn)運。小胞漿RNA(只在真核生物中存在）：蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組成成分。RNA種類核蛋白體RNA(rRNA)75-80%：RNA種類89DNA轉(zhuǎn)錄RNA前體加工成熟RNA的過程

RNA合成的兩種方式：1.DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄）。2.RNA指導(dǎo)的RNA合成（RNA復(fù)制）。DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制分子生物學(xué)中心法則DNA轉(zhuǎn)錄RNA前體加工成熟RNA的90轉(zhuǎn)錄——以DNA為模板，按堿基配對原則（A-U、T-A、G-C、C-G)合成RNA鏈的過程。DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄——以DNA為模板，按堿基配對原則（A-U、T-A、G-91第一節(jié)轉(zhuǎn)錄作用一、轉(zhuǎn)錄作用及特點轉(zhuǎn)錄體系：

DNA模板、NTP、

RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）、無機離子（Mg2+、Mn2+）、某些蛋白質(zhì)因子。連接方式--3’,

5’磷酸二酯鍵。合成方向：5’-3’不需要引物參與第一節(jié)轉(zhuǎn)錄作用一、轉(zhuǎn)錄作用及特點轉(zhuǎn)錄體系：DNA模板92復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中堿基配對規(guī)律：復(fù)制AT,CG轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中堿基配對規(guī)律：復(fù)制93合成方向：5’3’合成部位：細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄特點：不對稱轉(zhuǎn)錄合成方向：5’3’94兩條鏈都是模板鏈嗎？兩條鏈都是模板鏈嗎？95不對稱轉(zhuǎn)錄——DNA只能以雙鏈中固定的一條鏈（模板鏈）為模板轉(zhuǎn)錄RNA,這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄——DNA只能以雙鏈中96北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg97模板鏈templetestrend：指導(dǎo)RNA合成的DNA為模板鏈，又稱反意義鏈。編碼鏈(序列與RNA相同）：與模板鏈互補的另一條DNA鏈無轉(zhuǎn)錄功能，其序列與轉(zhuǎn)錄的RNA序列相同，又稱有意義鏈。模板鏈templetestrend：指導(dǎo)RNA合成的DNA985’……GCAGTAGCATTC……..3’3’……cgtcatgta

cag……..5’5’……GCAGUACAUGUC..…..3’N……Ala.Val.His.Val……CDNARNA肽轉(zhuǎn)錄翻譯編碼鏈模板鏈5’……GCAGTAGCATTC……..3’5’……G99編碼鏈和模板鏈?zhǔn)且粋€相對的概念：

在一個包含多個基因的雙鏈DNA分子中，各個基因的模板并不是全在同一條鏈上，在某個基因節(jié)段以某一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄，而在另一個基因節(jié)段可以另一條鏈為模板。(同一個基因多是一條編碼鏈）?；駻基因B基因C基因D編碼鏈模板鏈雙鏈DNA編碼鏈和模板鏈?zhǔn)且粋€相對的概念：基因A基因B基因C基因D100

圖13-1轉(zhuǎn)錄作用Transcriptionbubble(RNApolymerase)AntisencestrandSensestrand轉(zhuǎn)錄泡（17個堿基對）Transcriptionbubble(RNApol101二DNA模板特點：1.轉(zhuǎn)錄起始點：

轉(zhuǎn)錄在DNA模板上的特殊部位開始的，這個部位稱為轉(zhuǎn)錄起始點，習(xí)慣上常以+1表示。上游：從轉(zhuǎn)錄起始點逆轉(zhuǎn)錄方向的區(qū)域。下游：從轉(zhuǎn)錄起始點順轉(zhuǎn)錄的方向的區(qū)域。2.啟動子：是位于轉(zhuǎn)錄起始點上游的一段核苷酸序列，是RNA聚合酶的識別和結(jié)合部位，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要作用。決定了被轉(zhuǎn)錄基因的啟動頻率和精確性。二DNA模板特點：1.轉(zhuǎn)錄起始點：1022.1原核生物啟動子

Pribnowbox(TATAAT-3’)結(jié)合部位識別部位上游(Upstream)下游（Downstream)轉(zhuǎn)錄出的第一個氨基酸的堿基通常是嘌呤方向與RNA聚合酶結(jié)合的部位AT多易松散RNA聚合酶σ特異識別部位2.1原核生物啟動子Pribnowbox103北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg104-25處含AT富集區(qū),共有序列TATAA（TATAbox）-70處含共有序列CAAT2.2真核生物啟動子又稱Hognessbox結(jié)合部位影響轉(zhuǎn)錄起始頻率調(diào)節(jié)區(qū)和結(jié)構(gòu)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū)稱GC盒/CAAT盒-25處含AT富集區(qū),共有序列TATAA（TATAbox105北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg106北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg107北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg108北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg1093.終止子：在指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的DNA分子中，具有停止轉(zhuǎn)錄作用的部位稱為～，或終止信號。發(fā)夾結(jié)構(gòu)。4.增強子：DNA鏈上增強轉(zhuǎn)錄作用的序列。5.抑制子（靜息子）：DNA鏈上抑制轉(zhuǎn)錄作用的序列。6.結(jié)構(gòu)基因：能轉(zhuǎn)錄出mRNA，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的基因。3.終止子：在指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的DNA分子中，具有停止轉(zhuǎn)錄作用的110編碼鏈模板鏈其他調(diào)節(jié)元件增強子（+）靜息子（-）CCAATTATA結(jié)構(gòu)基因5’3’調(diào)節(jié)表達基礎(chǔ)表達（啟動子）轉(zhuǎn)錄起始部位+1-40～-110-253’5’真核生物基因結(jié)構(gòu)特點調(diào)節(jié)序列編碼鏈模板鏈其他調(diào)增強子（+）CCAATTATA結(jié)構(gòu)基因5’111北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg112北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg113北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg114北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg115

116三DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（以大腸桿菌為例）1）結(jié)構(gòu)：

全酶有五個亞基組成，為2’；全酶去除亞基后，即為核心酶（2’）。2）功能：亞基：又稱因子，識別并結(jié)合啟動子，協(xié)助轉(zhuǎn)錄的起始。又稱起始因子。核心酶：催化合成RNA，參與RNA鏈的延伸。三DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（117TATAAT’TTGACA-35+1+20原核生物的RNA聚合酶全酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合DNA雙鏈已打開，因子尚未脫落TATAAT’TTGACA-35+1+20原核生1183）特點：聚合速率慢，30－85NTP/秒。缺乏外切酶活性，無校對功能，錯誤率10-4不同的識別不同的啟動子。利福平與RNA聚合酶的亞基專一性結(jié)合，可抑制結(jié)核菌的RNA合成。人的RNA聚合酶對利福平不敏感。利用此特點可研制殺菌藥物。3）特點：1192.真核生物RNA聚合酶：較原核的酶復(fù)雜，已清楚的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。真核生物RNA聚合酶對利福平不敏感2.真核生物RNA聚合酶：真核生物RNA聚合酶對利福平不敏120北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg121起始階段延長階段終止階段第二節(jié)轉(zhuǎn)錄過程起始階段第二節(jié)轉(zhuǎn)錄過程122起始階段（以原核為例）：

σ因子與核心酶組成全酶，識別起始位點并與啟動子結(jié)合→DNA局部構(gòu)象改變→解開一段DNA雙鏈，形成轉(zhuǎn)錄空泡→RNA聚合酶進入轉(zhuǎn)錄起始部位→轉(zhuǎn)錄開始→σ因子從復(fù)合物脫落，與新的核心酶結(jié)合，起始另一次轉(zhuǎn)錄→σ因子脫落→核心酶沿DNA鏈向下游移動。轉(zhuǎn)錄空泡：也稱為轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，就是RNA的核心酶、DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體與DNA復(fù)制不同的是，RNA合成不需引物。σ因子必需脫落，否則核心酶不滑動，RNA鏈不能延長。因子可再次與核心酶結(jié)合，循環(huán)使用。起始階段（以原核為例）：123開始1.RNA聚合酶因子識別轉(zhuǎn)錄起點（啟動子）識別部位，RNA聚合酶核心酶結(jié)合在啟動子的結(jié)合部位(啟動子)打開螺旋（17個核苷酸），形成聚合酶-DNA-RNA復(fù)合體。開始1.RNA聚合酶因子識別轉(zhuǎn)錄起點（啟動子）識別部位，1242.σ因子脫落，并重復(fù)利用.RNA聚合酶移動沿5`→3`轉(zhuǎn)錄RNA鏈。17bp螺旋解開長度12bpDNA-RNA復(fù)合體長度3.DNA螺旋前開、后合,RNA延長，不斷脫離DNA。(終止子)4.識別終止信號（終止子），結(jié)束轉(zhuǎn)錄，各自分離。2.σ因子脫落，并重復(fù)利用.RNA聚合酶移動沿5`→3`轉(zhuǎn)125真核生物1基因→1RNA真核生物1基因→1RNA126真核生物的起始比原核生物的起始要復(fù)雜。除RNA聚合酶以外，要有復(fù)雜的DNA-蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間的相互作用PICPICpre-initiationcomplex--RNAPolII,TF真核生物的起始比原核生物的起始要復(fù)雜。除RNA聚合酶以外，要127原料：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)延長方向：5’－3’規(guī)則：堿基互補配對過程：核心酶沿DNA模板鏈向下游方向滑動，每滑動一個核苷酸的距離，一個NTP按堿基互補關(guān)系進入模板，與先前的NTP形成一個磷酸二酯鍵，如此一個一個延長下去。核心酶滑過的部位，DNA鏈很快恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程相似。二延長階段：原料：NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)二延長128起始延長終止起始延長終止129RNA聚合酶模板鏈DNA解鏈編碼鏈DNA再螺旋NTP解鏈與復(fù)合相互進行RNA聚合酶模板鏈DNA解鏈編碼鏈DNA再螺旋NTP解鏈與復(fù)130三終止階段：1.當(dāng)核心酶滑動到DNA模板的轉(zhuǎn)錄終止部位（終止信號）時，不再滑動，轉(zhuǎn)錄完成。2.新合成的RNA鏈、核心酶、因子等從模板釋放，釋放的核心酶可以與σ因子結(jié)合，參與下一次轉(zhuǎn)錄過程。終止信號特點：終止部位含GC富集區(qū)與AT富集區(qū),形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，以終止轉(zhuǎn)錄。蛋白（U)因子參與終止：輔助識別終止信號；誘使RNA聚合酶構(gòu)象改變停止滑動;因子的解螺旋酶活性使RNA產(chǎn)物釋放。三終止階段：131北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg132

圖12-8ρ因子的終止作用北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg1333.其它終止方式：GC區(qū)形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，聚U區(qū)使配對不穩(wěn)定,RNA產(chǎn)物的釋放。3.其它終止方式：134轉(zhuǎn)錄起始延長終止轉(zhuǎn)錄起始延長終止135加工——使粗品RNA（沒有功能）→成品（有生物功能）方式——剪切、拼接，修飾，添加甲基（rRNA)第三節(jié)轉(zhuǎn)錄后的加工過程轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）加工——使粗品RNA（沒有功能）→成品（有生物功能）第三節(jié)136北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg137一信使RNA（mRNA）的加工（真核生物為例）剪切與剪接：hnRNA切去部分核苷酸片段（內(nèi)含子）并聯(lián)接其余片段加“帽”：mRNA5’末端特殊結(jié)構(gòu)，7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸（m7GTP）加“尾”：3’末端多聚腺苷酸的尾堿基的修飾：mRNA中含少量稀有堿基，如甲基化堿基等一信使RNA（mRNA）的加工剪切與剪接：hnRNA切去138信使RNA生成特點：原核是多順反子（多作用子）--幾個結(jié)構(gòu)基因利用共同啟動子，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可生成幾種蛋白質(zhì)；真核生物的mRNA是單順反子名，一條mRNA只能生成一個肽鏈。信使RNA生成特點：139mRNA前體的加工（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)原核生物轉(zhuǎn)錄生成的初級mRNA僅進行簡單的加工及多順反子裂解為單順反子即可。真核生物較為復(fù)雜：5’加帽，3’端加尾，剪切內(nèi)含子，甲基化以及核苷酸編輯mRNA前體的加工（heterogeneousnucle140A.5’’端加帽結(jié)構(gòu)的生成加帽在細胞核內(nèi)進行的。三磷酸末端的pppNp-僅磷酸酶水解成雙磷酸成ppNP然后在鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶作用下與尿苷反應(yīng)生成GpppNp,再后，再甲基化酶作用下生成m7GpppNmpA.5’’端加帽結(jié)構(gòu)的生成加帽在細胞核內(nèi)進行的。141B.3’端多聚A的生成該過程也是在細胞核內(nèi)進行的。RNA+nATP----RNA(AMP)n+nPPiB.3’端多聚A的生成該過程也是在細胞核內(nèi)進行的。142C.SplicingmRNAhnRNA內(nèi)含子的起始序列是GU,終止序列是AGC.SplicingmRNAhnRNA內(nèi)含子的起始序列是G143D.甲基化的作用E.RNAeditingD.甲基化的作用144基因假基因基因外區(qū)域Exon外顯子——DNA結(jié)構(gòu)基因中具有表達活性的編碼序列Intron內(nèi)含子——無表達活性，不能編碼相應(yīng)氨基酸的序列斷裂基因：真核細胞基因為斷裂基因，由編碼區(qū)和非編碼區(qū)相間隔組成?；蚣倩蚧蛲鈪^(qū)域Exon外顯子——DNA結(jié)構(gòu)基因中145北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg146基因中的外顯子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞環(huán)閉合內(nèi)含子區(qū)域?；蛑械耐怙@子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞147（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）粗品RNA5`加帽子3`加尾巴剪切(內(nèi)含子對應(yīng)部分)，拼接(外顯子對應(yīng)部分)成熟的mRNA（剪切、拼接針對個別沒能避免內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNA）粗品RNA5148GorAPPPOHOHGuanylyltransferaseMethyltransferaseCapping&methylationPhosphataseP+PPGorAPPPOHOHGuanylyltransfer149GorA保護mRNA5‘端，加強翻譯GorA保護mRNA5‘端，加強翻譯150北醫(yī)本科課件《生物化學(xué)》第13章rna生物合成zwg151RNA穿出細胞核，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)