生物化學(xué)RNA的生物合成

1、 在生物界，在生物界，RNARNA合成有兩種方式：一是合成有兩種方式：一是DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合合成成, ,生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合合成，此種方式常見(jiàn)于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是成，此種方式常見(jiàn)于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是RNARNA（RNAprecursorRNAprecursor），），需經(jīng)加工過(guò)程（需經(jīng)加工過(guò)程（processingprocessing）方具有方具有生物學(xué)活性。生物學(xué)活性。 DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)錄的概念 DNADNA攜帶的遺傳信息（基因）傳

2、遞給攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNARNA分子的過(guò)程稱(chēng)轉(zhuǎn)錄分子的過(guò)程稱(chēng)轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription ）。）。二二. . RNARNA的機(jī)制的機(jī)制1.1.不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄 不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄: :轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈DNADNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)作不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)作不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。 模板鏈模板鏈( (template strand)template strand)及反意義鏈及反意義鏈( (antisense strand): antisense strand): 指導(dǎo)指導(dǎo)RNARNA合成的合成的D

3、NADNA鏈為模板鏈，又稱(chēng)反意義鏈。鏈為模板鏈，又稱(chēng)反意義鏈。 編碼鏈編碼鏈( (coding strand)coding strand)及有意義鏈及有意義鏈( (sense strand)sense strand)： 不作為轉(zhuǎn)錄的另一條不作為轉(zhuǎn)錄的另一條DNADNA鏈為編碼鏈，又稱(chēng)有意義鏈。鏈為編碼鏈，又稱(chēng)有意義鏈。由于基因分布于不同的由于基因分布于不同的DNADNA單鏈中，即某條單鏈中，即某條DNADNA單鏈對(duì)某個(gè)基因是模單鏈對(duì)某個(gè)基因是模板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。RNARNA在轉(zhuǎn)錄時(shí)每次只轉(zhuǎn)錄在轉(zhuǎn)錄時(shí)每次只轉(zhuǎn)錄DNADNA上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)

4、作部分轉(zhuǎn)錄。上的一部分信息這種轉(zhuǎn)錄方式稱(chēng)作部分轉(zhuǎn)錄。不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類(lèi)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類(lèi)原核生物原核生物-多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋诱婧松镎婧松?單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋尤? . RNARNA聚合酶（聚合酶（DDRPDDRP）( (一一).).RNARNA聚合酶的性質(zhì)聚合酶的性質(zhì)模板模板: : 單鏈單鏈DNADNA模板模板底物：底物： 四種四種NTPNTP輔因子：輔因子： MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+合成方向：合成方向： RNA 53RNA 53作用作用： 連接方式連接方式 3 3，55磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵起始核苷酸起始核苷酸： 5 5 末端的常為末端的常為GTPGTP或或ATPATP

5、( (二二). ). 原核生物（大腸桿菌）的原核生物（大腸桿菌）的RNARNA聚合酶聚合酶全全 酶酶核核 心心 酶酶 識(shí)別起始位點(diǎn)識(shí)別起始位點(diǎn)功能不清楚功能不清楚與與DNADNA模板結(jié)合模板結(jié)合起催化作用起催化作用與啟動(dòng)子結(jié)合與啟動(dòng)子結(jié)合終止因子終止因子( (三三). ). 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶分子量分子量(KDa)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體） 種類(lèi)種類(lèi) 分布分布 A(I)A(I) B(II)B(II) C(III)C(III) 核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 不敏感不敏感 (10(10-3-3 mol/l)高度敏感高度敏感 (10(10-9-9 -10mol/l)中

6、度敏感中度敏感 (10(10-4-5-4-5 mol/l)rRNA(18srRNA(18s ,28s,5.8s)hnRNAhnRNA tRNA,5srRNAtRNA,5srRNA 性質(zhì)性質(zhì) 活性活性5070204010500700700反應(yīng)條件反應(yīng)條件低離子強(qiáng)度要求低離子強(qiáng)度要求Mg2+或或Mn2+高離子強(qiáng)度高離子強(qiáng)度高高M(jìn)n2+濃度濃度鵝膏蕈堿效應(yīng)鵝膏蕈堿效應(yīng) 四四. .啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子( (一一).).啟動(dòng)子啟動(dòng)子( (Promoter)Promoter)35+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10

7、序列序列Pribnow框框1.1.啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)2.2.真真/ /原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物原核生物真核生物真核生物位置位置起始部位起始部位識(shí)別識(shí)別部位部位結(jié)合部位結(jié)合部位特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)位置位置Sextama Sextama 框框3535序列序列1010序列序列PribnowPribnow框框7070序列序列+1+1+1+1HognessHogness框框2525序列序列CAANCAAN序列序列生物生物組成組成( (二二).).轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：RNARNA聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子聚合酶起轉(zhuǎn)錄需要的蛋白質(zhì)輔助因子1.1.通用轉(zhuǎn)錄

8、因子通用轉(zhuǎn)錄因子/ /基本轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)錄因子（GTFGTF）：）：識(shí)別起動(dòng)子識(shí)別起動(dòng)子 如：如：TFII-XTFII-X（ X= A-F X= A-F）6 6種種 IIII類(lèi)啟動(dòng)必需類(lèi)啟動(dòng)必需( (RNARNA聚合酶聚合酶IIII識(shí)別的識(shí)別的) )2.2.轉(zhuǎn)錄輔助因子：識(shí)別啟動(dòng)子上游元件轉(zhuǎn)錄輔助因子：識(shí)別啟動(dòng)子上游元件五五. .終止子和終止因子終止子和終止因子( (terminater/terminators)terminater/terminators)終止子的結(jié)構(gòu)終止子的結(jié)構(gòu)( (二二).).轉(zhuǎn)錄的終止方式轉(zhuǎn)錄的終止方式1. 1. 弱終止子：弱終止子：依賴(lài)依賴(lài)因子（終止因子因子（終止因

9、子) ) 的終止的終止 NusANusA蛋白識(shí)別蛋白識(shí)別DNADNA鏈上的終止信號(hào)，在鏈上的終止信號(hào)，在因子幫助因子幫助終止。終止。 2. 2. 強(qiáng)終止子：強(qiáng)終止子：( 1 )( 1 )在終止點(diǎn)之前具有一段富含在終止點(diǎn)之前具有一段富含G-CG-C的回文區(qū)域。的回文區(qū)域。 （2 2）富含）富含G-CG-C的區(qū)域之后是一連串的的區(qū)域之后是一連串的dAdA堿基序列，它們堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的RNARNA鏈的末端為一連串鏈的末端為一連串U U（連續(xù)連續(xù)6 6個(gè)）個(gè)）。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)有兩種情況錄終止信號(hào)有兩種情況RNARNA的過(guò)程的過(guò)程( (一一).).RNARNA的的1.1.核心酶在核心酶在亞基參

10、與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)別部位亞基參與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)別部位 2.2.全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合, ,解鏈解鏈3.3.滑向起始點(diǎn)滑向起始點(diǎn), ,轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷. . ( (二二).).RNARNA的的1.1.亞基從全酶中解離亞基從全酶中解離 2.2.核心酶的構(gòu)象發(fā)生變化，與模板核心酶的構(gòu)象發(fā)生變化，與模板DNADNA的結(jié)合變得較為松弛，的結(jié)合變得較為松弛， 以一定速度沿以一定速度沿3 3，5 5，方向滑動(dòng)方向滑動(dòng) 3.3.NTPNTP為底物，在為底物，在RNARNA鏈鏈

11、3 3，OHOH末端上生成磷酸二酯鍵末端上生成磷酸二酯鍵 ( (三三).).RNARNA的的1.1.RNARNA聚合酶滑動(dòng)到模板的終止部位時(shí)，酶的作用受阻聚合酶滑動(dòng)到模板的終止部位時(shí)，酶的作用受阻2.2.RNARNA聚合酶核心酶模板上脫落聚合酶核心酶模板上脫落3. 3. RNARNA鏈釋放鏈釋放 -35-10pppG或pppA5 55 53 33 3模板鏈模板鏈E 原核生物原核生物的的mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄后一般轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。進(jìn)行翻譯（半壽期短）。第二節(jié)、第二節(jié)、RNARNA轉(zhuǎn)錄后加工修飾轉(zhuǎn)錄后加工修飾一一. . 真核真核mRNA

12、mRNA前體的加工前體的加工I IIIII拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子拼接去除內(nèi)含子，連接外顯子二二. . rRNArRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工rRNArRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。 加工過(guò)程：加工過(guò)程：1.1.剪切作用：剪切作用： 需核酸酶參與。需核酸酶參與。2.2.甲基化修飾：修飾在堿基上。甲基化修飾：修飾在堿基上。 原核原核rRNArRNA加工加工：rRNArRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNAtRNA真核真核rRNArRNA加工加工： 1.51.5S S自成體系加工少無(wú)修飾和剪接。自成體系加工少無(wú)修

13、飾和剪接。 2.452.45S S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。1.1.原核生物原核生物rRNArRNA前體加工前體加工2.2.真核生物真核生物rRNArRNA前體加工前體加工三三. . tRNAtRNA前體的加工前體的加工tRNAtRNA前體在前體在tRNAtRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNAtRNA分子分子1.31.3- -末端末端 5 5- -末端及間隔區(qū)切除末端及間隔區(qū)切除2. 32. 3- -末端末端加上加上CCACCA3. 3. 堿基的修飾：堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用甲基化、脫氨和還原作用某些某

14、些RNARNA病毒可以以自身病毒可以以自身RNARNA為模板進(jìn)行復(fù)制。為模板進(jìn)行復(fù)制。不同的不同的RNARNA病毒復(fù)制方式不同病毒復(fù)制方式不同5 -RNA5 3 3 + RNA釋放釋放釋放釋放35 3 3 5 5 + RNA+ RNA- RNA-RNA及及 + RNA的合成方向均為的合成方向均為5 3第三節(jié)、第三節(jié)、RNARNA的復(fù)制合成（的復(fù)制合成（RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成）合成）如：如：+ +RNARNA的復(fù)制的復(fù)制不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄三三. . RNARNA聚合酶（聚合酶（DDRPDDRP）( (一一).).RNARNA聚合酶的性質(zhì)聚合酶的性質(zhì)模板模板: : 單鏈單鏈DN

15、ADNA模板模板底物：底物： 四種四種NTPNTP輔因子：輔因子： MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+合成方向：合成方向： RNA 53RNA 53作用作用： 連接方式連接方式 3 3，55磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵起始核苷酸起始核苷酸： 5 5 末端的常為末端的常為GTPGTP或或ATPATP( (三三). ). 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶分子量分子量(KDa)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體） 種類(lèi)種類(lèi) 分布分布 A(I)A(I) B(II)B(II) C(III)C(III) 核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 不敏感不敏感 (10(10-3-3 mol/l)高度敏感高度敏感 (1

16、0(10-9-9 -10mol/l)中度敏感中度敏感 (10(10-4-5-4-5 mol/l)rRNA(18srRNA(18s ,28s,5.8s)hnRNAhnRNA tRNA,5srRNAtRNA,5srRNA 性質(zhì)性質(zhì) 活性活性5070204010500700700反應(yīng)條件反應(yīng)條件低離子強(qiáng)度要求低離子強(qiáng)度要求Mg2+或或Mn2+高離子強(qiáng)度高離子強(qiáng)度高高M(jìn)n2+濃度濃度鵝膏蕈堿效應(yīng)鵝膏蕈堿效應(yīng) 四四. .啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子( (一一).).啟動(dòng)子啟動(dòng)子( (Promoter)Promoter)35+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT533

17、5序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框1.1.啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)五五. .終止子和終止因子終止子和終止因子( (terminater/terminators)terminater/terminators)終止子的結(jié)構(gòu)終止子的結(jié)構(gòu)RNARNA的過(guò)程的過(guò)程( (一一).).RNARNA的的1.1.核心酶在核心酶在亞基參與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)別部位亞基參與下，辯別啟動(dòng)子的識(shí)別部位 2.2.全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合全酶與識(shí)別部位結(jié)合，滑向結(jié)合部位與模板緊密結(jié)合, ,解鏈解鏈3.3.滑向起始點(diǎn)滑向起始點(diǎn), ,轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷轉(zhuǎn)錄從起始點(diǎn)開(kāi)始，合成第一個(gè)三磷酸核苷. . ( (二二).).RNARNA的的1.1.亞基從全酶中解離亞基