RNA的生物合成【生物化學(xué)課件】

RNA的生物合成生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室劉先俊1轉(zhuǎn)錄(transcription)：以DNA單鏈為模板，NTP為原料，在DNA依賴的RNA聚合酶催化下合成RNA鏈的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

2復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄)原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）mRNA，tRNA，rRNA堿基配對A-T，G-CA-U，T-A，G-C引物需要不需要加工與修飾不需要需要3一、RNA聚合酶

RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNA,

polymerase,DDRP）

以DNA為模板，催化2個游離的NTP

形成3’，5’-磷酸二酯鍵。

41.原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌）（1）全酶(holoenzyme)

由4種(5個)亞基α2ββ’σ組成（2）核心酶(coreenzyme)α2ββ’，參與轉(zhuǎn)錄的全過程（3）σ亞基

亦稱σ因子（σfactor)—轉(zhuǎn)錄輔助因子識別啟動子，不參與轉(zhuǎn)錄過程5核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄延長階段6σ因子

RNA聚合酶中識別及結(jié)合啟動子的亞基，延長時脫落，不參與轉(zhuǎn)錄過程，是轉(zhuǎn)錄起始因子，功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點。原核生物有多種σ因子，通常以其分子量命名。如σ70。

72.真核生物RNA聚合酶類型ⅠⅡⅢ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA:18s,5.8s,28shnRNA，多數(shù)核內(nèi)小RNAtRNA，5srRNA，scRNA對鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感高度敏感不同物種敏感性不同

Mt線粒體內(nèi)RNA不敏感，對利福平敏感8模板鏈：

反意義鏈（antisense，(-)鏈）

——以該鏈中的DNA堿基順序指導(dǎo)RNA的合成即被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈。編碼鏈：有意義鏈（sense，（+）鏈）

——不被轉(zhuǎn)錄的那條DNA鏈，但其堿基順序除T代替U外，其余與mRNA相同。

二、轉(zhuǎn)錄模板95’-----GCAGTACATGTC-----3’編碼鏈

DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板鏈5’-----GCAGUACAUGUC-----3’

mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白質(zhì)10不對稱轉(zhuǎn)錄

1.DNA雙鏈上，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股不轉(zhuǎn)錄。

2.模板鏈與編碼鏈并非固定不變。

3.轉(zhuǎn)錄方向都是5’3’模板鏈11

(一）啟動子（promoter）

轉(zhuǎn)錄開始時能與RNA全酶結(jié)合的DNA順序（雙鏈）

1、原核生物啟動子的特點:

(1)DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點的5’端區(qū)(上游區(qū))

(2)-10bp處保守序列

(3)-35bp處-TTGACA-

12在DNA的轉(zhuǎn)錄起始部位，被轉(zhuǎn)錄的第一個核苷酸，通常為+1(一般是嘌呤核苷酸A或G)，其后分別為+2，……等(即下游)。在+1前面的依次為-1、-2……等(即上游)。它們都是針對編碼鏈而定的。

1314151）結(jié)合部位（-10區(qū)）典型結(jié)構(gòu)：-TATAAT-名稱：TATA盒子（TATAbox），又名Pribnowbox.頻度：T89A89T50A65

A65T100作用:RNA聚合酶與啟動子牢固結(jié)合的部位。

-10區(qū)序列對轉(zhuǎn)錄的效率有顯著影響TATAAT→AATAAT，轉(zhuǎn)錄效率下降,稱為下降突變（downmutation）。TATGTT→TATATT，轉(zhuǎn)錄效率上升，為上升突變（upmutation）。

162)識別部位（-35區(qū)）典型結(jié)構(gòu)：-TTGACA-頻度：T82T84G78A65C54A45

其功能是:

為RNApol的識別位點。

σ亞基識別-35序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板。

3）起始部位轉(zhuǎn)錄開始時編碼鏈上的第一個堿基（+1）在原核中常為A或G172.真核生物啟動子（1）上游啟動序列（調(diào)節(jié)區(qū)）組成：啟動子+特定順式作用元件順式作用元件：調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的DNA序列

真核生物啟動子1）DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點的5’端區(qū)(上游區(qū))2）-25區(qū)：TATA盒（Hognessbox）3）-70區(qū)：CAAT盒18(2)轉(zhuǎn)錄因子能直接或間接與RNA聚合酶結(jié)合，通過識別順式作用元件而調(diào)節(jié)啟動轉(zhuǎn)錄過程的蛋白質(zhì)分子稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor,TF)。

19（二）終止子提供轉(zhuǎn)錄終止的DNA序列。原核生物的終止子有2類：依賴Rho因子的終止子不依賴Rho因子的終止子終止子的序列特征回文結(jié)構(gòu)不依賴Rho因子的終止子：回文結(jié)構(gòu)(富含GC)+連續(xù)6-8個A依賴Rho因子的終止子：回文結(jié)構(gòu)(GC少）+無規(guī)則序列20212）DNA雙鏈局部解開，酶與模板結(jié)合；1）RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合：識別啟動子的識別部位，核心酶結(jié)合在結(jié)合部位；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+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi三、轉(zhuǎn)錄過程（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過程1.轉(zhuǎn)錄的起始階段22第一個磷酸二酯鍵生成后，σ亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，酶沿DNA鏈前移，進(jìn)入延長階段。232.轉(zhuǎn)錄延長階段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。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+

PPi24轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol

（核心酶）

····DNA····RNA253.轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。1）依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

目前認(rèn)為，ρ因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，結(jié)合后ρ因子和RNA聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放。26272）不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止使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。5′pppG5335RNA-pol28（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過程與原核生物比較：1.真核生物RNA聚合酶有3種；2.RNA聚合酶不直接結(jié)合模板，識別轉(zhuǎn)錄起始部位的是轉(zhuǎn)錄因子；3.轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化；4.轉(zhuǎn)錄終止與轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。2930

四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級RNA轉(zhuǎn)錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初級RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功能的成熟的RNA。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。31幾種主要的加工方式：1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)32（一）真核前體mRNA的加工核內(nèi)的初級mRNA稱為核內(nèi)不均一RNA或雜化核RNA(heteronuclearRNA,hnRNA)。1.5’-末端加入“帽”結(jié)構(gòu)7-甲基鳥嘌呤核苷酸殘基332．3′-末端“加尾”：絕大多數(shù)真核生物mRNA的3′-末端都有一長串的腺苷酸，通常稱之為多聚A尾巴（polyAtail），其長度約為100～300個核苷酸。34353．mRNA的剪接：1）斷裂基因(splitegene)

真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(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。2）外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)

36374．內(nèi)部堿基或核糖的修飾：部位胞漿與細(xì)胞核內(nèi)主要方式甲基化位置核糖的2′-OH位上或嘌呤堿基上修飾后統(tǒng)稱為修飾堿基。但mRNA分子中的修飾堿基并不太多。385、RNA編輯（RNAediting）

轉(zhuǎn)錄后，對mRNA進(jìn)行添加、去除或置換核苷酸，從而改變來自DNA模板的遺傳信息、翻譯生成不同于DNA所規(guī)定的氨基酸序列。3940二、tRNA的加工修飾

1．前體tRNA分子的剪切和剪接：412．添加或暴露3′端的-CCA結(jié)構(gòu)：成熟tRNA分子的3′末端都有一個CCA-OH的結(jié)構(gòu)。1）前體tRNA分子內(nèi)部即存在CCA，它是tRNA基因編碼的，經(jīng)酶切后暴露其CCA—OH。2）通過tRNA核苷酸基轉(zhuǎn)移酶（tRNA

nucleotidyl

transferases），以ATP和CTP為原料。真核和部分原核生物即以這種方式形成3′端的-CCA結(jié)構(gòu)。423.稀有堿基的生成稀有堿基的形成可發(fā)生在成熟tRNA分子中，但大多數(shù)是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后的加工修飾階段。由特定的酶催化完成。主要方式：1）甲基化：甲基化堿基2）核苷內(nèi)部的轉(zhuǎn)位反應(yīng)：假尿嘧啶3）還原反應(yīng)：二氫尿嘧啶4）脫氨反應(yīng)：I43三、rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工真核生物rRNA的基因

(rDNA)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

成簇縱列串聯(lián)排列重復(fù)序列DNA核質(zhì):--不需加工

5srRNA

核仁:--加工

5.8srRNA

28srRNA

18srRNA

44rDNA內(nèi)含子基因間隔18s5.8s28s每個重復(fù)單位45s轉(zhuǎn)錄物3種rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNA轉(zhuǎn)錄加工4546自我剪接