第十章RNA的生物合成

第十章RNA的生物合成溫州醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室李春洋轉(zhuǎn)錄即以DNA中的一條單鏈為模板，在DNA依賴的RNA聚合酶催化下，以NTP為原料合成RNA的過程；轉(zhuǎn)錄主要包括mRNA、tRNA和rRNA的生物合成，分別提供了蛋白質(zhì)生物合成必需的模板、轉(zhuǎn)運(yùn)體和場所。以RNA為模板合成RNA的過程，稱為RNA復(fù)制，主要見于病毒，是反轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNA病毒在宿主細(xì)胞以病毒RNA為模板合成RNA的方式。A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA產(chǎn)物NTPdNTP原料模板鏈轉(zhuǎn)錄兩股鏈均復(fù)制模板RNA聚合酶酶DNA聚合酶一般不需復(fù)制后加工加工過程轉(zhuǎn)錄后需要加工引物有無復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)半保留復(fù)制不對稱轉(zhuǎn)錄第一節(jié)

轉(zhuǎn)錄的生物合成體系一、DNA模板不對稱轉(zhuǎn)錄兩方面含義：在雙鏈DNA分子上只有一條單鏈被轉(zhuǎn)錄，另一條不被轉(zhuǎn)錄；模板鏈并不永遠(yuǎn)在同一條鏈上。在DNA分子中，往往把能轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段稱為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因的雙鏈中，僅有一股鏈作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA，稱為模板鏈（反意義鏈或負(fù)鏈），堿基序列與mRNA互補(bǔ)；另一條鏈不被轉(zhuǎn)錄稱為編碼鏈（有意義鏈或正鏈），堿基序列與mRNA相同（僅T、U替換）。GCAGTACATGTCCGCCTTAGCcgtcatgtacaggcggaatcg5＇3＇3＇5＇模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄GCAGUACAUGUCCGCCUUAGCmRNA5＇3＇翻譯丙纈組纈精亮絲NC多肽鏈5＇3＇3＇5＇二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶α36512決定那些基因被轉(zhuǎn)錄2β150618催化轉(zhuǎn)錄延長1β＇155613與模板結(jié)合、參與解鏈1σ70263識別起動子、辨認(rèn)起始點(diǎn)1亞基分子量功能每分子酶中所含數(shù)目大腸桿菌RNA聚合酶組分ω10000

不詳1ω全酶核心酶ω（二）真核生物的RNA聚合酶真核生物中的RNA聚合酶目前已發(fā)現(xiàn)三種，它們專一性轉(zhuǎn)錄不同基因，催化合成不同種類的RNA。Ⅰ45S-rRNA耐受核仁ⅡhnRNA極敏感核質(zhì)Ⅲ5S-rRNA，tRNA，snRNA中度敏感核質(zhì)種類對鵝膏蕈堿的反應(yīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物定位真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)三、啟動子啟動子是指DNA分子上被RNA聚合酶特異性識別并結(jié)合形成的起始轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的區(qū)域，還包括一些調(diào)節(jié)蛋白因子的結(jié)合位點(diǎn)。啟動子能夠指導(dǎo)RNA聚合酶同模板正確結(jié)合，活化RNA聚合酶，啟動基因轉(zhuǎn)錄。無論在原核生物還是在真核生物，啟動子控制轉(zhuǎn)錄起始，并可決定某一基因的表達(dá)強(qiáng)度。（一）原核生物的啟動子RNA聚合酶僅能夠在啟動子處結(jié)合，啟動子上的同源性強(qiáng)的序列（保守序列）應(yīng)該是啟動子的功能所必需的。在原核生物的啟動子中有四個(gè)保守性序列。TTGACATATAATAACTGTATATTA3＇-35-10+1（G）轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)啟動子轉(zhuǎn)錄區(qū)Pribnow盒辨認(rèn)點(diǎn)編碼鏈模板鏈5＇3＇5＇5＇3＇（二）真核生物的啟動子GCGC-CAAT-TATA-ATGAATAAA增強(qiáng)子GC盒CAAT盒TATA盒轉(zhuǎn)錄起始內(nèi)含子外顯子修飾點(diǎn)切離加尾真正終止點(diǎn)八聚體RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄的基因-25-75-90第二節(jié)

RNA的生物合成過程一、轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄起始就是RNApol識別啟動子并與之結(jié)合從而啟動RNA合成的過程。（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始過程TTGACATATAATAACTGTATATTA3＇-35-10+1（G）轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)啟動子轉(zhuǎn)錄區(qū)Pribnow盒辨認(rèn)點(diǎn)編碼鏈模板鏈5＇3＇5＇5＇3＇（二）真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的起始過程真核生物，三種RNA聚合酶分別催化不同RNA的合成，每種酶都需要一些蛋白質(zhì)輔助因子，稱為轉(zhuǎn)錄因子。RNApolⅡ最大亞基多肽的C末端氨基酸為（YSPTSPS）n的重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）。轉(zhuǎn)錄因子功

能TFⅡATFⅡBTFⅡDTFⅡETFⅡFTFⅡH穩(wěn)定TFⅡD和DNA的結(jié)合，激活TBP亞基結(jié)合模板鏈，起始RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合，和TFⅡE/F相互作用TBP亞基識別TATA，將RNA聚合酶Ⅱ組入復(fù)合體中TAFs識別特殊啟動子結(jié)合在RNA聚合酶Ⅱ的前部，使復(fù)合體的保護(hù)區(qū)延伸到下游大亞基有解旋酶活性，小亞基和RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合使其加入復(fù)合體具有激酶活性，可磷酸化RNA聚合酶Ⅱ的CTD，使其逸出、延伸參與RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡTFⅡI識別Inr，起始TFⅡF/D結(jié)合TFⅡSRNA合成延伸TFⅡJ在TFF后加入復(fù)合體，不改變DNA的結(jié)合方式二、轉(zhuǎn)錄的延長轉(zhuǎn)錄延長階段的反應(yīng)包括：聚合酶向轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游移動，指導(dǎo)核苷酸之間磷酸二酯鍵形成；轉(zhuǎn)錄區(qū)的模板形成局部單鏈區(qū)以便于轉(zhuǎn)錄。三、轉(zhuǎn)錄的終止（一）原核生物轉(zhuǎn)錄的終止1.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止+ATP2.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止UUUUUUUUUCGGGGCGAGCCCCGCRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物AGCCCGCGCGGGCTTTTTTTTTCGCCCGAAAAAAAAATCGGGCG5＇編碼鏈5＇模板鏈3＇3＇終止子（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄終止RNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55335------AAUAAA-5------AAUAAA--特異性核酸內(nèi)切酶-GUGUGUGAAAAAAA······3mRNA第三節(jié)

真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后的加工一、前體mRNA的加工原核生物中轉(zhuǎn)錄翻譯相隨進(jìn)行，多基因的mRNA生成后，絕大部分直接作為模板翻譯各個(gè)基因所編碼的蛋白質(zhì)，不需要再加工。真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯的時(shí)間和空間都不相同，且許多真核生物基因是不連續(xù)的（斷裂基因）。真核生物不連續(xù)基因中的插入序列，稱為內(nèi)含子；被內(nèi)含子隔開的基因序列稱為外顯子。一個(gè)基因的外顯子和內(nèi)含子都轉(zhuǎn)錄在初始轉(zhuǎn)錄本RNA分子中，初始轉(zhuǎn)錄本經(jīng)加工除掉內(nèi)含子，再經(jīng)其他修飾轉(zhuǎn)化為mRNA。（一）核不均一RNA在真核細(xì)胞核內(nèi)可分離到一類含量很高，相對分子質(zhì)量很大但不穩(wěn)定的RNA，稱為核不均一RNA（hnRNA）。有證據(jù)表明，hnRNA是mRNA的前體，但不是初始轉(zhuǎn)錄本，而是已經(jīng)通過初步加工，但尚未切除內(nèi)含子。（二）真核生物mRNA的前體加工1.加帽5pppGp…5GpppGp…pppGPPi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi2.加尾RNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55335------AAUAAA-5------AAUAAA--特異性核酸內(nèi)切酶-GUGUGUGAAAAAAA······3mRNA3.mRNA前體的剪接真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干編碼區(qū)（外顯子）和非編碼區(qū)（內(nèi)含子）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。形成成熟的有功能的mRNA最后的過程是去除內(nèi)含子并將外顯子連接起來（剪接），內(nèi)含子的切除往往是從新生轉(zhuǎn)錄物出現(xiàn)就開始的，其發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄完成之前。AGGUAAGUUACUAACCAGG5＇內(nèi)含子外顯子1外顯子2+A

AGOHp3＇pGU

A

AGp2-OH5＇3-OHA

AGppGU5＇3＇剪接反應(yīng)中，既無水解作用的發(fā)生，又無磷酸二酯鍵數(shù)目的改變，實(shí)質(zhì)上是兩次磷酸酯鍵的位置轉(zhuǎn)移，稱為二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。二、rRNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪切18S-rRNA5.8S和28S-rRNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18SrDNA三、tRNA轉(zhuǎn)錄后加工1.tRNA前體的剪接和拼接2.堿基的修飾3.3＇-OH連接-CCA結(jié)構(gòu)四、RNA編輯RNA編輯是遺傳信息在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生改變，由一個(gè)基因產(chǎn)生不止一種蛋白質(zhì)，增加了mRNA的遺傳信息容量。編輯加工方式包括在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，改變了初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的編碼特性，從而翻譯出氨基酸序列不同的多種蛋白質(zhì)。RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途的，故也稱為分化加工。5＇…CAA

CUG

CAG

ACA

UAU

AUG

AUA

CAA

UUU

GAU

CAG