RNA的生物合成x课件.pptx

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1、第 八 章,RNA的生物合成（转录）,1,谢谢观赏,2019-6-25,第 八 章RNA的生物合成1谢谢观赏2019-6-25,论述题,全面讨论复制与转录的异同试述转录后加工,2,谢谢观赏,2019-6-25,论述题全面讨论复制与转录的异同2谢谢观赏2019-6-25,转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。,转录,3,谢谢观赏,2019-6-25,转录 (transcription) 转录RNADNA,复制和转录的区别,4,谢谢观赏,2019-6-25,复制和转录的区别 4谢谢观赏2019-6-25,参与转录的物质,原料: NTP (ATP, UTP,

2、GTP, CTP) 模板: DNA酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子,5,谢谢观赏,2019-6-25,参与转录的物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP,模板和酶Templates and Enzymes,第一节,6,谢谢观赏,2019-6-25,模板和酶第一节6谢谢观赏2019-6-25,一、转录模板,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作反义链。相对的另一股单链是编码链(codin

3、g strand)，也称为有意义链。,7,谢谢观赏,2019-6-25,一、转录模板 DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,8,谢谢观赏,2019-6-25,5GCAGTACATGTC 33 c,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,9,谢谢观赏,2019-6-25,53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向9谢,不对称转录(asymmetric trans

4、cription),在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 ；模板链并非永远在同一条单链上。,10,谢谢观赏,2019-6-25,不对称转录(asymmetric transcription,二、RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,11,谢谢观赏,2019-6-25,二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶11谢谢观赏20,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),12,谢谢观赏,2019-6-25,核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzym,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,13,谢谢观赏,2019-6-2

5、5,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 13谢谢观赏2019-6,（二）真核生物的RNA聚合酶,14,谢谢观赏,2019-6-25,（二）真核生物的RNA聚合酶 14谢谢观赏2019-6-25,三、模板上酶的辨认、结合,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。,15,谢谢观赏,2019-6-25,三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单,RNA聚合酶保护法,目录,16,谢谢观赏,2019-6-25,RNA聚合酶保护法目录1

6、6谢谢观赏2019-6-25,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点(recognition site),17,谢谢观赏,2019-6-25,开始转录T T G A C A-35 区(Pribnow b,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,18,谢谢观赏,2019-6-25,TATA盒 CAAT盒 GC盒 增强子 顺式作用元件 结,转录过程The Process of Transcripti

7、on,第二节,19,谢谢观赏,2019-6-25,转录过程 第二节 19谢谢观赏2019-6-25,（一）转录起始,转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,一、原核生物的转录过程,20,谢谢观赏,2019-6-25,（一）转录起始转录起始需解决两个问题：一、原核生物的转录过程,2. DNA双链解开,1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合,3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物,RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,转录起始复合物:,5-pppG -OH + NTP

8、 5-pppGpN - OH 3 + ppi,转录起始过程,目录,21,谢谢观赏,2019-6-25,2. DNA双链解开1. RNA聚合酶全酶(2)与,（二）转录延长,1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；,2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,22,谢谢观赏,2019-6-25,（二）转录延长1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,目录,23,谢谢观赏,2019-6

9、-25,转录空泡(transcription bubble)：RNA,目录,24,谢谢观赏,2019-6-25,目录24谢谢观赏2019-6-25,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,25,谢谢观赏,2019-6-25,53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN,依赖Rho ()因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止,（三）转录终止,指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,分类,26,谢谢观赏,2019-6-25,依赖Rho ()因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶,A T P,1.

10、 依赖 Rho因子的转录终止,27,谢谢观赏,2019-6-25,A T P1. 依赖 Rho因子的转录终止27谢谢观赏201,2. 非依赖 Rho因子的转录终止,DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。,28,谢谢观赏,2019-6-25,2. 非依赖 Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.

11、3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,29,谢谢观赏,2019-6-25,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC,茎环结构使转录终止的机理,使RNA聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。,30,谢谢观赏,2019-6-25,茎环结构使转录终止的机理 使RNA聚合酶变构，转录

12、停顿；5,二、真核生物的转录起始,（一）转录起始,真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。,31,谢谢观赏,2019-6-25,二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),1. 转录起始前的上游区段,AATAAA,切离加尾,转录终止点,修饰点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚体,32,谢谢观赏,2019-6-25,转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子顺式

13、作用元件(,2. 转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。,33,谢谢观赏,2019-6-25,2. 转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋,参与RNA-pol转录的TF,34,谢谢观赏,2019-6-25,参与RNA-pol转录的TF 34谢谢观赏2019-6-,3. 转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC),真核生物RNA

14、-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。,35,谢谢观赏,2019-6-25,3. 转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,36,谢谢观赏,2019-6-25,POL-TFFAB由RNA-Pol 催化转录的PI,4. 模板理论(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶

15、搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,37,谢谢观赏,2019-6-25,4. 模板理论(piecing theory) 一个真核生物,（二）转录延长,真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。,RNA-pol前移处处都遇上核小体。,转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。,38,谢谢观赏,2019-6-25,（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,39,谢谢观赏,2019-6-25,RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录

16、延长中的,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,（三）转录终止, 和转录后修饰密切相关。,40,谢谢观赏,2019-6-25,5-AAUAAA-5 -AAUAAA,真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification,第三节,41,谢谢观赏,2019-6-25,真核生物的转录后修饰第三节41谢谢观赏2019-6-25,几种主要的修饰方式,1. 剪接(splicing),2. 剪切(cleavage),3. 修饰(m

17、odification),4. 添加(addition),42,谢谢观赏,2019-6-25,几种主要的修饰方式1. 剪接(splicing)2. 剪切(,一、真核生物mRNA的转录后加工,（一）首、尾的修饰,5端形成 帽子结构(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),43,谢谢观赏,2019-6-25,一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰 5端,帽子结构,44,谢谢观赏,2019-6-25,帽子结构44谢谢观赏2019-6-25,5 pppGp,帽子结构的生成,45,谢谢观赏,2019-6-25,5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷

18、酸,（二）mRNA的剪接,1. hnRNA 和 snRNA,核内的初级mRNA称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)snRNA (small nuclear RNA),46,谢谢观赏,2019-6-25,（二）mRNA的剪接1. hnRNA 和 snRNA 核内的,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,47,谢谢观赏,2019-6-25,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔

19、开但又连续,2. 外显子(exon)和内含子(intron),外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,48,谢谢观赏,2019-6-25,2. 外显子(exon)和内含子(intron) 外显子48,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,目录,49,谢谢观赏,2019-6-25,鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,目录,50,谢谢观赏,2019-6-25

20、,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录5,3. 内含子的分类,根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。,I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。,51,谢谢观赏,2019-6-25,3. 内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子,4. mRNA的剪接, 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,snRNP与hnRNA结合成为并接体,目录

21、,52,谢谢观赏,2019-6-25,4. mRNA的剪接 除去hnRNA中的内含子，将外显子,53,谢谢观赏,2019-6-25,UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2,pG-OH(ppG-OH, pppG-OH),剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification),54,谢谢观赏,2019-6-25,G-OHU-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应, RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。,5. mRNA的编辑(mRNA ed

22、iting),55,谢谢观赏,2019-6-25, RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有,二、tRNA的转录后加工,tRNA前体,目录,56,谢谢观赏,2019-6-25,二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNA pol TGG,目录,57,谢谢观赏,2019-6-25,RNAaseP、内切酶目录57谢谢观赏2019-6-25,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,目录,58,谢谢观赏,2019-6-25,tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录58谢谢观赏20,碱基修饰,目录,59,谢谢观赏,2019-6-25,碱基修饰（2）还原反应 如：U DHU （3）

23、核苷内的,三、rRNA的转录后加工,60,谢谢观赏,2019-6-25,三、rRNA的转录后加工转录45S - rRNA剪接18S,四、核 酶,具有酶促活性的RNA称为核酶。,核酶(ribozyme),61,谢谢观赏,2019-6-25,四、核 酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(riboz,四膜虫rRNA内含子的二级结构,四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式,5-端核苷酸序列,62,谢谢观赏,2019-6-25,四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪,最简单的核酶二级结构槌头状结构(hammerhead structure),底物部分,通常为60个核苷酸左右同一分子上

24、包括有催化部份和底物部份 催化部份和底物部份组成锤头结构,除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。,63,谢谢观赏,2019-6-25,最简单的核酶二级结构槌头状结构底物部分通常为60个核苷酸,核酶研究的意义,核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶 。,64,谢谢观赏,2019-6-25,核酶研究的意义64谢谢观赏2019-6-25,人工设计的核酶,粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列箭头表示切断点,目录,65,谢谢观赏,2019-6-25,人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子目录65谢谢观赏2019,66,谢谢观赏,2019-6-25,66谢谢观赏2019-6-25,