RNA的生物合成PPT課件資料

RNA的生物合成

（轉(zhuǎn)錄）

RNABiosynthesis(Transcription)

轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

第一節(jié)原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)

模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子一、轉(zhuǎn)錄模板

結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)

DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段模板鏈(templatestrand)

DNA雙鏈中能轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，也稱作反意義鏈或Watson鏈。編碼鏈(codingstrand)

相對(duì)的另一股單鏈也稱為有意義鏈或Crick鏈。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯DNA5335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)錄方向不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)

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；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。啟動(dòng)子原核生物一個(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)。RNA聚合酶保護(hù)法目錄開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TT

GACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAAT

PuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)利福平專一和β亞基結(jié)合有證據(jù)表明，大腸桿菌RNA聚合酶還有第五個(gè)亞基(ω亞基)存在，其功能不詳。二、原核生物的RNA聚合酶σ因子：識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子，起始轉(zhuǎn)錄β亞基：催化形成磷酸二酯鍵β′亞基：結(jié)合DNAα亞基：組裝RNA聚合酶（N端結(jié)構(gòu)域）增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄作用（C端結(jié)構(gòu)域）

7版269頁(yè)表11-2：α

決定哪些基因轉(zhuǎn)錄決定哪些基因轉(zhuǎn)錄的是σ因子不是α亞基

RNA聚合酶σ因子有多種，識(shí)別和結(jié)合啟動(dòng)子，決定基因的轉(zhuǎn)錄

328頁(yè)：不同的σ因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活因子基因功用-35順序間隔距離-10順序σ70rpoD正常狀態(tài)TTGACA10-18bpTATAATσ32rpoH熱休克CNCTTGAA13-15bpCCCCATNTσ54rpoN氮的利用CTGGNA6bpTTCGAE.coli的不同σ因子識(shí)別不同的共同順序通過(guò)不同的σ亞基，原核細(xì)胞能協(xié)同相關(guān)基因的表達(dá)，使細(xì)胞適應(yīng)其所處的環(huán)境。

三、RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合

第二節(jié)原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(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、轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全酶2.DNA雙鏈解開(kāi)17個(gè)鹼基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-OH3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi二、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)可同時(shí)進(jìn)行翻譯1.亞基脫落，RNA–pol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

+PPi轉(zhuǎn)錄復(fù)合物３、轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA目錄53DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止三、轉(zhuǎn)錄的終止有兩種方式指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ATP1.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止ATP酶和解旋酶活性2.非依賴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。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)

第三節(jié)真核生物的轉(zhuǎn)錄一、真核生物有三種RNA聚合酶所有真核生物的RNA聚合酶都有幾個(gè)不同的大亞基和十幾個(gè)小亞基釀酒酵母的聚合酶Ⅱ羧基末端結(jié)構(gòu)域

(carboxyl-terminaldomain,CTD)RNA聚合酶Ⅱ最大亞基的羧基末端有一段共有序列為YSPTSPS

重復(fù)序列片段Y、S、T的羥基可磷酸化這一序列在RNA聚合酶Ⅱ中是獨(dú)一無(wú)二的。所有真核生物的RNA聚合酶Ⅱ都具有CTD，只是共有序列的重復(fù)程度不同。去磷酸化的CTD在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用。噬菌體T7RNA聚合酶由T7噬菌體第一組基因編碼（DE3)

是一條單鏈多肽轉(zhuǎn)錄T7的第二組、第三組基因識(shí)別特定的T7啟動(dòng)子二、轉(zhuǎn)錄起始需要啟動(dòng)子、RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子轉(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不直接結(jié)合模板，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子１、順式作用元件(cis-actingelement)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八聚體無(wú)典型TATA盒的啟動(dòng)子，以GC盒代替：管家基因發(fā)育調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄起始子和下游元件

PyPyANT/APyPy參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)RNA聚合酶Ⅰ識(shí)別的啟動(dòng)子：

—30區(qū)有高度保守的TTA序列

—16為GRNA聚合酶Ⅲ識(shí)別的啟動(dòng)子：

啟動(dòng)子不在編碼序列的上游，在編碼基因的的轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)2.

轉(zhuǎn)錄因子

反式作用因子(trans-actingfactors)

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)百種轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的上游因子（upstreamfactors)與GC、CAAT等順式作用元件結(jié)合的蛋白質(zhì)可誘導(dǎo)因子（induciblefactors)

與應(yīng)答元件結(jié)合，只在特殊生理情況下誘導(dǎo)產(chǎn)生的反式作用因子參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ因子

TFⅡD:TBP:結(jié)合TATA盒

TAF:輔助TBP與DNA的結(jié)合TFⅡA:與TBP結(jié)合，穩(wěn)定TBP與TATA盒的結(jié)合TFⅡB:引導(dǎo)TFⅡD與TFⅡF/聚合酶Ⅱ的連接TFⅡF:有類似σ因子的作用，先和RNAPolyⅡ結(jié)合，引導(dǎo)聚合酶到啟動(dòng)子TFⅡE:是結(jié)合與轉(zhuǎn)錄所必需的TFⅡH:激酶活性，磷酸化最大亞基的CTD

解螺旋酶活性3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,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。

POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.拼板理論(piecingtheory)

少數(shù)幾個(gè)反式作用因子（可誘導(dǎo)因子和上游因子）相互作用再與基本轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶搭配有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因經(jīng)濟(jì)、節(jié)省三、轉(zhuǎn)錄延伸沒(méi)有轉(zhuǎn)錄、翻譯同步現(xiàn)象１.真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。2.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。

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5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA······3mRNA四、轉(zhuǎn)錄終止和加尾同步進(jìn)行——

和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

真核生物轉(zhuǎn)錄后修飾第四節(jié)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)mRNA的剪接主要是去除內(nèi)含子1.

hnRNA

和斷裂基因核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)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(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)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)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。

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)錄后修飾目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄３.mRNA的剪接是除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。目錄剪接體（并接體，Spliceosome)：hnRNA剪接的場(chǎng)所

snRNA－蛋白復(fù)合體（Smallnuclearribonuclearproteins,snRNP)

1.

snRNA(smallnuclearRNA)U1-snRNPU2-snRNPU4-snRNPU5-snRNPU6-snRNPU:識(shí)別hnRNA堿基序列并結(jié)合，拉近反應(yīng)點(diǎn)

2.蛋白質(zhì)

組裝剪接體，提供ATP剪接口序列：外顯子/GU-內(nèi)含子－AG/外顯子

AG/GUAAGU-內(nèi)含子－YNCURAC-YnNAG/G

R：嘌呤Y：嘧啶剪接中的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

pG-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)

(twicetransesterification)

U1-snRNP與內(nèi)含子５′序列結(jié)合U2-snRNP與套索支序列結(jié)合U6-snRNP/U4snRNPU6-snRNP與內(nèi)含子５′序列結(jié)合,U6-snRNP與U2-snRNP結(jié)合，U1-snRNP/U4snRNP脫落U5-snRNP與第一外顯子３和第二外顯子５結(jié)合具有剪接活性時(shí)：U2-snRNPU5-snRNPU6-snRNP真核mRNA前體剪接機(jī)制

7版284頁(yè)：

第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)需要細(xì)胞核內(nèi)的含鳥(niǎo)苷酸pGppGpppG的輔酶……pG則取代E1成為５′端

７版

286頁(yè)：

內(nèi)含子的５端和３端的邊界序列分別和U1和U2的snRNA配對(duì)。大多數(shù)真核生物mRNA前體分子經(jīng)過(guò)加工只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA，翻譯成相應(yīng)的一種多肽。有些真核生物mRNA前體能被加工成不同的mRNA，這種真核生物mRNA前體分子具有一個(gè)以上的、加多聚腺苷酸的斷裂和聚腺苷酸化的位點(diǎn)或/和選擇性剪接(alternativesplicing)模式，這是一種真核生物mRNA前體分子產(chǎn)生一種以上mRNA的選擇性加工機(jī)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

選擇性剪接(alternativesplicing)４.mRNA的編輯(mRNAediting)

RNA編輯（RNAediting）是RNA轉(zhuǎn)錄后改變mRNA序列的一種加工修飾方式

介導(dǎo)RNA編輯的機(jī)制有兩種：

位點(diǎn)特異性脫氨基作用

引導(dǎo)RNA（guideRNAs）指導(dǎo)的尿嘧啶的插入或刪除。?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(differentialRNAprocessing)。人類apoB基因mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯位點(diǎn)特異性脫氨基作用1.脫氨酶將胞嘧啶脫氨變?yōu)槟蜞奏?/p>

1253位胞嘧啶密碼CAA中的C

變?yōu)榻K止密碼UAA中的U2.脫氨酶也可將A脫氨變?yōu)镮,I與C配對(duì)3.脫氨酶具有組織特異性引導(dǎo)RNA指導(dǎo)的尿嘧啶插入或刪除

引導(dǎo)RNA（guideRNA,gRNA）：

從線粒體中分離出一些長(zhǎng)約60個(gè)nt的RNA，能與被編輯的mRNA序列互補(bǔ)，作為U插入或缺失的編輯模板

引導(dǎo)RNA與mRNA序列互補(bǔ)，多或少一個(gè)A

酶復(fù)合物由一個(gè)核酸內(nèi)切酶、一個(gè)末端尿苷酰轉(zhuǎn)移酶和一個(gè)RNA連接酶組成

引導(dǎo)RNA指導(dǎo)尿嘧啶的插入編輯前RNA和引導(dǎo)RNA在待編輯區(qū)兩側(cè)進(jìn)行配對(duì)，引導(dǎo)RNA提供了尿嘧啶插入的模板.GAGAAAAGAAAAGGCUUUAACUUCAG轉(zhuǎn)錄與引導(dǎo)RNA配對(duì)配對(duì)缺口處的A即是插入U(xiǎn)的模版mRNA釋放GAGAAAAGAAAUUUAUGUUGUCUUUUAACUUCAGmRNAmRNA引導(dǎo)RNA引導(dǎo)RNA編輯前RNA編輯前RNAGAGAAAAGAAAAGGCTTTAACTTCAGGAGAAAAGAAAAGGCUUUAACUUCAG

UAAUAAAUUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUGAAGUUGAGAAAAGAAAUUUAUGUUGUCUUUUAACUUCAG

UAAUAAAUUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUGAAGUUmRNA引導(dǎo)RNA

錐蟲(chóng)線粒體細(xì)胞色素氧化酶的亞基Ⅱ初生轉(zhuǎn)錄物插入了4個(gè)尿嘧啶核苷酸，使原來(lái)的讀碼框架發(fā)生移動(dòng)

DNA編碼鏈序列GAGAA

mRNA序列GAU

UGUAUA

氨基酸序列DCI二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄剪切RNasePRNaseD剪接tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄添加堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU

（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)

如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：AI

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目錄三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S

第三節(jié)核酶

Section3Ribozyme內(nèi)含子的分類

（6版）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（自剪接）；

II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA（自剪接）；

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。在其他單細(xì)胞生物體、線粒體、葉綠體的rRNA前體，一些噬菌體的mRNA前體及細(xì)菌tRNA前體也發(fā)現(xiàn)有自身剪接的內(nèi)含子。按剪接機(jī)制的不同可分為組Ⅰ內(nèi)含子(groupⅠintron)和組Ⅱ內(nèi)含子(groupⅡintron)。核酶

具有催化功能的RNA稱為核酶（ribozyme)

具有催化功能的DNA成為脫氧核酶核酶具有特定的立體結(jié)構(gòu)-錘頭、發(fā)卡、斧頭天然核酶是單鏈，人工核酶是雙鏈Ｎ是除Ｇ以外的任一堿基脫氧核酶