RNA的生物合成課件-002

上海市精品課程系列----生物化學(xué)第四章

RNA的生物合成上海市精品課程系列----生物化學(xué)第四第四章RNA的生物合成4.1

概述4.2原核生物RNA的合成4.3

真核生物RNA的合成4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制第四章RNA的生物合成4.1概述4.2原核生物RN24.1

概述轉(zhuǎn)錄的基本概念轉(zhuǎn)錄的方式轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比較4.1概述轉(zhuǎn)錄的基本概念轉(zhuǎn)錄的方式轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比3轉(zhuǎn)錄的基本概念以DNA分子中一條鏈的部分片段為模板，按照堿基配對(duì)原則，按5’→3’方向合成出一條與模板DNA鏈互補(bǔ)的RNA分子的過程。4.1

概述轉(zhuǎn)錄的基本概念以DNA分子中一條鏈的部分片段為模板，按照堿基4轉(zhuǎn)錄的部位真核生物：細(xì)胞核

原核生物：核質(zhì)區(qū)核仁：rRNA

核質(zhì)：mRNA，tRNA原料：NTP模板：DNA

酶：RNA聚合酶其它蛋白質(zhì)因子參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)4.1

概述轉(zhuǎn)錄的部位真核生物：細(xì)胞核核仁：rRNA原料：N5轉(zhuǎn)錄的反應(yīng)n1ATP

n2GTPRNA聚合酶

n3CTPDNA

n4UTPRNA

+(n1+n2+n3+n4)PPi底物或原料酶模板產(chǎn)物4.1

概述轉(zhuǎn)錄的反應(yīng)n1ATP

n2GTPR6不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄區(qū)只有一小段DNA的一條鏈作為模板鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄的方式4.1

概述不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄區(qū)只有一小段DNA的一條鏈作為模板鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)錄7模板鏈（反義鏈、負(fù)鏈）：可作為轉(zhuǎn)錄模板的DNA的一條鏈，與轉(zhuǎn)錄的RNA反義，編碼鏈?zhǔn)轻槍?duì)某一基因而言。編碼鏈（有義鏈、正鏈）：不參與轉(zhuǎn)錄的DNA的一條鏈，其序列與轉(zhuǎn)錄的RNA相同，只是編碼鏈中的T在RNA中為U。4.1

概述模板鏈（反義鏈、負(fù)鏈）：可作為轉(zhuǎn)錄模板的DNA的一條鏈，與轉(zhuǎn)8模板鏈不固定在DNA的某一條鏈上，而是兩條鏈中交互出現(xiàn)，使轉(zhuǎn)錄也交替出現(xiàn)。轉(zhuǎn)錄單位：DNA鏈上從啟動(dòng)子直到終止子為止的序列。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位包括一個(gè)或幾個(gè)基因。4.1

概述模板鏈不固定在DNA的某一條鏈上，而是兩條鏈中交互出現(xiàn)，使轉(zhuǎn)9比較點(diǎn)復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條母鏈DNADNA雙鏈中反意義的一條鏈，只發(fā)生在一部分基因上合成原料

dNTP（A、G、C、T）NTP（A、G、C、U）合成產(chǎn)物

DNAmRNA、tRNA、rRNA引物需要一段RNA引物不需要引物配對(duì)

A—T；C—G；A—U；T—A；G—C；調(diào)控區(qū)存在復(fù)制產(chǎn)物序列中存在轉(zhuǎn)錄開始位點(diǎn)的上游聚合酶

DNA聚合酶RNA聚合酶（無校對(duì)功能）共同點(diǎn)①都以DNA作模板；②都需核苷酸作原料，都從5’向3’延長；③產(chǎn)物都是長長的聚核苷酸鏈；④都遵從堿基配對(duì)規(guī)律；⑤都需要依賴DNA的聚合酶。轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的比較4.1

概述比較點(diǎn)復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條母鏈DNADNA雙鏈104.2

原核生物RNA的合成參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件轉(zhuǎn)錄的基本過程4.2原核生物RNA的合成參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件轉(zhuǎn)11RNA聚合酶特點(diǎn)以DNA為模板都以四種三磷酸核苷為底物和原料都遵循DNA與RNA之間的堿基配對(duì)原則RNA鏈的延長方向是5’→3’的連續(xù)合成需要Mg2+或Mn2+離子不需要引物缺乏3’→5’外切酶活性參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件4.2

原核生物RNA的合成RNA聚合酶特點(diǎn)以DNA為模板參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件12大腸桿菌RNA聚合酶啟動(dòng)子

a2bb’s（全酶）=a2bb’（核心酶）+

s

識(shí)別DNA上轉(zhuǎn)錄起始信號(hào)的堿基序列（啟動(dòng)子）

與啟動(dòng)子結(jié)合，決定哪個(gè)基因被轉(zhuǎn)錄與DNA模板結(jié)合催化磷酸二酯鍵的形成，與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)4.2

原核生物RNA的合成大腸桿菌RNA聚合酶啟動(dòng)子a2bb’s（全酶）=13利福平和利福霉素可與b亞基結(jié)合，阻止RNA鏈的延伸，從而抑制轉(zhuǎn)錄的發(fā)生。肝素是一種多價(jià)陰子化合物，能與b’亞基結(jié)合，從而在體外抑制轉(zhuǎn)錄作用。

s70：轉(zhuǎn)錄大多數(shù)基因

4.2

原核生物RNA的合成利福平和利福霉素可與b亞基結(jié)合，阻止RNA鏈的延伸，從而抑制14啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)4.2

原核生物RNA的合成RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的DNA上一段特殊的核苷酸序列，位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近。RNA聚合酶結(jié)合部位s因子識(shí)別結(jié)合部位典型啟動(dòng)子啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)4.2原核生物RNA的合成RNA聚合酶識(shí)別和15RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合4.2

原核生物RNA的合成RNA聚合酶能與-35和-10區(qū)中的堿基及DNA主鏈中的磷酸基相接觸；與保守序列差別較遠(yuǎn)的啟動(dòng)子活性較弱；破壞啟動(dòng)子功能的突變中有75%是改變了保守序列中的堿基，其余25%為離保守序列較近的。RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合4.2原核生物RNA的合成R16s因子與啟動(dòng)子4.2

原核生物RNA的合成s因子結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域分別參與了和編碼鏈的接觸、熔鏈反應(yīng)以及與核心酶相互作用。-35區(qū)作為啟動(dòng)子的識(shí)別域，-10區(qū)為“解鏈域”。s70被證明其Tyr425、Tyr430、Trp433、Trp434等四個(gè)氨基酸殘基直接與啟動(dòng)子-10區(qū)的TATAAT序列作用，解開DNA雙螺旋。s因子與啟動(dòng)子4.2原核生物RNA的合成s因子結(jié)構(gòu)的不17負(fù)超螺旋正超螺旋轉(zhuǎn)錄泡3’5’啟動(dòng)起始延伸

終止4.2

原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的基本過程負(fù)超螺旋正超螺旋轉(zhuǎn)錄泡3’184.2

原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)啟動(dòng)子由RNA聚合酶全酶結(jié)合于啟動(dòng)子而被啟動(dòng)，形成閉合二元復(fù)合物。4.2原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)啟動(dòng)子由RNA聚合194.2

原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的起始局部解鏈（約17個(gè)堿基對(duì)）第一個(gè)核苷三磷酸結(jié)合到全酶上“啟動(dòng)子-全酶-核苷三磷酸”三元復(fù)合物第二個(gè)核苷三磷酸參入，形成第一個(gè)磷酸二酯鍵s因子從全酶上掉下，核心酶在DNA鏈上向下游滑動(dòng)開放二元復(fù)合物“核心酶-DNA-RNA”三元復(fù)合物4.2原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的起始局部解鏈第一個(gè)核苷20鏈的延伸轉(zhuǎn)錄泡編碼鏈RNA

聚合酶模板鏈轉(zhuǎn)錄方向活性部位RNA-DNA

雜合雙鏈解開螺旋恢復(fù)螺旋4.2

原核生物RNA的合成鏈的延伸轉(zhuǎn)錄泡編碼鏈RNA

聚合酶模板鏈轉(zhuǎn)錄方向活性部位RN21轉(zhuǎn)錄的終止4.2

原核生物RNA的合成終止子：

DNA分子上一段終止轉(zhuǎn)錄的特殊核苷酸序列。終止依賴于RNA產(chǎn)物，而不是由轉(zhuǎn)錄中DNA序列來決定。轉(zhuǎn)錄的終止4.2原核生物RNA的合成終止子：DNA分22依賴r因子的終止不依賴r因子的終止4.2

原核生物RNA的合成共同序列特征：在轉(zhuǎn)錄終止前有一段回文結(jié)構(gòu)，之間由幾個(gè)堿基隔開，因此轉(zhuǎn)錄的RNA片段會(huì)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，阻止聚合酶前進(jìn)。依賴r因子的終止不依賴r因子的終止4.2原核生物RNA234.2

原核生物RNA的合成不依賴r因子的終止4.2原核生物RNA的合成不依賴r因子的終止244.2

原核生物RNA的合成依賴r因子的終止r因子：活性形式為六聚體，亞基具有一個(gè)RNA結(jié)合域和ATP水解域。六聚體具有依賴ATP的解旋酶活性。4.2原核生物RNA的合成依賴r因子的終止r因子：活性254.3

真核生物RNA的合成參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件轉(zhuǎn)錄的基本過程4.3真核生物RNA的合成參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件轉(zhuǎn)264.3

真核生物RNA的合成種類分布合成的RNA類型對(duì)a-鵝膏蕈堿的敏感性I核仁

rRNA

不敏感

II核質(zhì)

hnRNA低濃度敏感III核質(zhì)

tRNA，5SrRNA

高濃度敏感Mt線粒體線粒體RNAs

不敏感與RNA聚合酶II特異性結(jié)合，從而抑制磷酸二酯鍵的形成。用于真核細(xì)胞RNA聚合酶的識(shí)別或RNA聚合酶II的定量等。真核RNA聚合酶參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件4.3真核生物RNA的合成種類分布合成的RNA類型對(duì)a274.3

真核生物RNA的合成真核啟動(dòng)子TATA盒決定轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的選擇。CAAT盒與轉(zhuǎn)錄起始頻率有關(guān)。4.3真核生物RNA的合成真核啟動(dòng)子TATA盒決定轉(zhuǎn)錄284.3

真核生物RNA的合成增強(qiáng)子能增強(qiáng)啟動(dòng)子的活性，可存在于啟動(dòng)子上游或下游。4.3真核生物RNA的合成增強(qiáng)子能增強(qiáng)啟動(dòng)子的活性，可294.3

真核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的基本過程轉(zhuǎn)錄因子可與RNA聚合酶II形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始過程。4.3真核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的基本過程轉(zhuǎn)錄304.3

真核生物RNA的合成TFIID能與啟動(dòng)子結(jié)合，并吸引其它轉(zhuǎn)錄因子及聚合酶進(jìn)到轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)。

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物4.3真核生物RNA的合成TFIID能與啟動(dòng)子結(jié)合，并314.3

真核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶II所轉(zhuǎn)錄的基因在最后一個(gè)外顯子下游都具有一個(gè)加poly-A的信號(hào)AATAAA序列，而RNA聚合酶II一般在該位點(diǎn)下游停止轉(zhuǎn)錄。

4.3真核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶II所324.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工RNA的自我剪切與催化4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工真核生33原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRNA原核生物的結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)編碼序列，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA絕大數(shù)不需加工修飾。原核生物沒有核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯是偶聯(lián)的，往往轉(zhuǎn)錄還未完成已開始翻譯。原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRN34rRNA4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制

7個(gè)編碼rRNA的操縱子分散于基因組中，組成基本相

同，均含有16S-23S-5S的三個(gè)rRNA分子。

16SrRNA后有1-2個(gè)tRNA基因，23S和5SrRNA后有0、

1或2個(gè)tRNA基因。

rRNA4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制7個(gè)編碼rRNA的354.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制rRNA在修飾酶催化下進(jìn)行堿基的甲基化修飾；rRNA前體被RNaseIII、RNaseE、RNaseP、RNaseF等

剪切成一定鏈長的rRNA分子；rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體的大、小亞基。

4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制rRNA在修飾酶催化下進(jìn)行36tRNA4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制tRNA前體被tRNA剪切酶切

成一定大小的tRNA分子；成熟tRNA分子中的稀有堿基

是通過修飾形成的；3’-末端加上CCA。tRNA4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制tRNA前體被tR37真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后加工與修飾4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRNA真核mRNA被合成達(dá)到20-40bp時(shí)就開始進(jìn)入加工階段。

真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRNA真384.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5’-端加帽

3’-端加尾甲基化剪接4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5’-端加帽394.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5’-端加帽帽子結(jié)構(gòu)是翻譯起始所必要的，為核糖體

識(shí)別mRNA提供了信號(hào)；協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合使翻譯

從AUG開始；增加mRNA穩(wěn)定性，免遭5’外切

核酸酶的降解。RNA三磷酸酶mRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶mRNA（核苷-2’）甲基轉(zhuǎn)移酶4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5’-端加帽帽子結(jié)構(gòu)是翻譯404.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制帽子0：7-甲基鳥苷以5’-5’三磷酸鍵與RNA的5’-端相連形成m7GpppN。

帽子1：RNA的第1位核苷酸的2’-O位也甲基化，形成m7GpppNm。

帽子2：RNA的第1、2位核苷酸的2’-O位均甲基化，形成m7GpppNmNm。

4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制帽子0：7-甲基鳥苷以5’-541尾巴結(jié)構(gòu)4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制3’-端加尾3’端AAUAA、YGUGUGYY（Y為嘧啶）序列作為mRNA3’-端加polyA尾的信號(hào)。RNaseIII在加尾信號(hào)下游11-30bp處切斷磷酸二酯鍵。polyA聚合酶催化在3’-OH上逐一引入100-250個(gè)A。

防止核酸外切酶降解mRNA信息序列，可能與mRNA的運(yùn)輸有關(guān)。

尾巴結(jié)構(gòu)4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制3’-端加尾3’端AA424.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制甲基化真核mRNA往往有甲基化位點(diǎn)，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。這種甲基化修飾對(duì)翻譯沒有必要，可能在mRNA前體加工中起識(shí)別作用。4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制甲基化真核mRNA往往有甲基化434.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制剪接內(nèi)含子的切除

外顯子的拼接成熟mRNA——單順反子4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制剪接內(nèi)含子的切除成熟mRN444.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制GU-AG規(guī)律：所有內(nèi)含子都是以GU開始，以AG告終的保守序列。

mRNA前體的內(nèi)含子末端序列剪接位點(diǎn)突變引起剪切錯(cuò)誤，剪切位點(diǎn)突變導(dǎo)致地中海貧血癥。4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制GU-AG規(guī)律：所有內(nèi)含子都是454.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制U系列snRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖核蛋白顆粒（RNP）。U-snRNA參與hnRNA的剪接過程，U1、U2、U4、U5、U6可能都與hnRNA的加工有關(guān)。snRNP和其他輔助蛋白共同組成一個(gè)剪接體，對(duì)內(nèi)含子3’和5’剪接位點(diǎn)和分支點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和剪接作用。

4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制U系列snRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形464.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRNA前體在snRNP等參與下，內(nèi)含子中分支點(diǎn)部位的腺苷酸殘基的2’-OH自動(dòng)攻擊內(nèi)含子5’端與外顯子1連接的磷酸二酯鍵，切下外顯子1。腺苷酸原來的3’,5’-磷酸二酯鍵依然存在，加上此2’,5’-磷酸二酯鍵連接后，在腺苷酸處出現(xiàn)了一個(gè)套索。

已被切下的外顯子1的3’-OH攻擊內(nèi)含子3’-端與外顯子2間的3’,5’-磷酸二酯鍵使其斷裂，內(nèi)含子以套索的形式被切下。外顯子1和2相互連接。4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制mRNA前體在snRNP等參與47rRNA4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制真核生物rRNA基因有幾十至幾千個(gè)拷貝數(shù)串聯(lián)重復(fù)。其中18SrRNA、28SrRNA和5.8SrRNA基因成簇排列組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開，由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄成一個(gè)rRNA前體。rRNA4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制真核生物rRNA基因有484.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5SrRNA基因也成簇排列，存在于另一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，間隔區(qū)不被轉(zhuǎn)錄，由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄（內(nèi)部啟動(dòng)子）。4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制5SrRNA基因也成簇排列，494.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制甲基化切割甲基的存在是初級(jí)轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)變成熟的rRNA的標(biāo)志。4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制甲基化切割甲基的存在是初級(jí)轉(zhuǎn)錄504.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制人類的45SrRNA與小鼠的45SrRNA加工方式不同。酵母rRNA加工途徑4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制人類的45SrRNA與小鼠的51tRNA4.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制tRNA基因成簇排列，被間隔區(qū)分開，由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄。真核生物轉(zhuǎn)錄生成的tRNA前體需進(jìn)行加工修飾才有生物活性。tRNA的剪接需要獨(dú)立的核酸酶和連接酶活性。由內(nèi)切酶保證內(nèi)含子識(shí)別的專一性，在內(nèi)含子兩個(gè)末端進(jìn)行tRNA的剪接。

tRNA4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制tRNA基因成簇排524.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制

核酸內(nèi)切酶切斷內(nèi)含子-

外顯子邊界，產(chǎn)生2’-3’-

環(huán)形磷酸和5’-OH；環(huán)形磷酸打開產(chǎn)生2’-磷

酸和3’-OH，5’-OH末端

磷酸化；內(nèi)含子釋放，tRNA半

分子折疊成一個(gè)含5’-磷

酸及一個(gè)3’-OH裂口的

類tRNA結(jié)構(gòu)；

連接酶縫合裂口，磷酸

酶除去2’-磷酸；

堿基修飾；3’-OH連接CCA結(jié)構(gòu)。

ACC4.4轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制核酸內(nèi)切酶切斷內(nèi)含子-AC534.4

轉(zhuǎn)錄后加工及其機(jī)制RNA的自我剪切與催化主要存在于核中，化學(xué)本質(zhì)是RN