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1、Putian University,12级临本,1,第16章,RNA的生物合成RNA Biosynthesis(Transcription),Putian University,12级临本,2,转录：,以DNA的一条链为模板,以四种NTP为原料,在DNA指导的RNA聚合酶的催化下,按碱基互补配对原则合成RNA的过程。,RNA合成的两种方式：,1、DNA指导的 RNA合成。,2、RNA指导的 RNA合成。,转录产物除mRNA、rRNA 和tRNA外，在真核细胞内还有snRNA、miRNA等非编码RNA。,Putian University,12级临本,3,复制和转录的区别,Putian Univ
2、ersity,12级临本,4,原核生物转录的模板和酶Templates&Enzymes in prokaryotic transcription,第一节,Putian University,12级临本,5,RNA转录的体系,（一）、模板:单链DNA,（二）、原料:四种三磷酸核糖核苷（ATP,GTP,CTP,UTP。,（三）、酶：依赖DNA的RNA聚合酶,合成方向53，核苷酸间的连接方式为 3，5-磷酸二酯键。,(四)其他蛋白质因子及Mg2+和Mn2+等,Putian University,12级临本,6,一、原核生物转录的模板,转录模板：以双链DNA中的一条链作为转录模板。该链称为模板链，与其
3、互补的链称为编码链。模板链并非永远在同一单链上。,结构基因：指能转录出RNA的DNA区段。,Putian University,12级临本,7,5GCAGTACATGTC 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,结构基因DNA,RNA链的合成方向为53，所以模板DNA 链的方向为 35，,RNA的合成为连续合成，即转录是连续的。,Putian University,12级临本,8,RNA聚合酶又称DNA指导的RNA聚合酶(DDRP)，其作用是以DNA为模板，催化2个游离的
4、核苷三磷 酸(ATP、GTP、UTP、CTP)形成3，5-磷酸二酯 键。不需要引物，合成方向为53,RNA聚合酶,原核生物只有一种RNA聚合酶,二、原核生物的RNA聚合酶,Putian University,12级临本,9,原核生物的RNA聚合酶的组成,原核生物RNA聚合酶由五个亚基构成。,全酶(holoenzyme),核心酶(core enzyme),识别转录起始点，在转录合成开始后被释放,Putian University,12级临本,10,（一）原核生物的RNA聚合酶各亚基的功能,原核生物RNA聚合酶的活性可被某些抗生素特异 性抑制。如利福平、利福霉素、利迪链霉素等。,Putian Un
5、iversity,12级临本,11,三、模板与酶的辨认结合,转录起始时，RNA聚合酶必须先结合到模板DNA的特异序列（调控序列）上才能启动转录。,对原核生物来说，基因组DNA链上的一个转录区段被看作一个转录单位(transcription unit)，由若干结构基因及调控序列(如启动子)组成。如图：,Putian University,12级临本,12,启动子（promoter）：是DNA分子上一段具有高度 保守的DNA序列。可与RNA聚合酶特异结合而使转录开始。,转录单位：又称操纵子。储存RNA和蛋白质肽链序列信息的结构基因与指导转录起始部位的序列（启动子）和转录终止的序列（终止子）共同组成
6、。,Putian University,12级临本,13,原核生物启动子的两段保守序列,RNA聚合酶的因子辨认的区段。全酶与该区结合形成闭链的启动子复合物；后即滑动至-10区，并启动转录。,Putian University,12级临本,14,第二节,原核生物的转录过程,The Process of Transcription in Prokaryote,Putian University,12级临本,15,(一)、转录起始,转录起始需解决两个问题,原核生物的转录过程分为转录起始、转录延长和转录终止三个部分。,(1)RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,(2)DNA双链解开，使其中
7、的一条链作为转录的模板。,Putian University,12级临本,16,1.亚基识别起始位点，RNA聚合酶以全酶的形式覆盖在原核生物启动子上，形成闭合转录复合体(closed transcription complex)；,2.DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(open transcription complex),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：,Putian University,12级临本,17,二、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链按照53
8、方向不断延伸和加长。,转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）DNA RNA形成的复合物。,Putian University,12级临本,18,Putian University,12级临本,19,三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行,转录尚未完成，翻译已在进行。,在同一DNA模板上，有多 个转录同时在进行；,Putian University,12级临本,20,四、转录终止,原核生物RNA转录合成的终止机制有两种：依赖因子的转录终止。非依赖 因子的转录终止。,1依赖因子的转录终止,因子是一种六聚体蛋白质，能识别转录产物RNA上特异的终止信号-pl
9、oyC，并促使RNA的释放。,因子具有ATP酶活性和解螺旋酶的活性。,Putian University,12级临本,21,2、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。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,RNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACC
10、AGCCUUUUU.3,Putian University,12级临本,22,第三节,真核生物RNA的生物合成,The Biosynthesis of Eukaryote RNA,Putian University,12级临本,23,一、真核生物的RNA聚合酶,真核生物的RNA聚合酶有：RNApol、RNApol、RNApol，分别催化不同类型RNA的合成，转录产物是各类RNA的前体，无活性，无功能，需在细胞核内加工。,Putian University,12级临本,24,二、真核生物的转录过程,真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转 录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。,(一)、转录起始
11、,在真核基因转录的起始阶段，RNA-pol不能直 接识别启动子，而是由转录因子识别启动子。,转录因子(TF)：反式作用因子的一种，转录起始所需 要的、非RNA聚合酶本身组分的、直接 或间接结合RNA聚合酶的称为转录因子。,真核生物的RNA pol I、RNA pol II、RNA pol III所对应的TF分别为TFI、TFII、TFIII。,Putian University,12级临本,25,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。,真核生物的转录起始点上游-25bp区存在一段富含TA的序列，被称为Hogness盒或
12、TATA盒，通常认为是真核生物启动子的核心序列。,转录因子与特异的顺式作用元件相互作用,激活另一基因的转录。,Putian University,12级临本,26,增强子，是DNA上一小段可与蛋白质结合的区域，与蛋白质结合之后，基因的转录作用将会加强。增强子可能位于基因上游，也可能位于下游。且不一定接近所要作用的基因，甚至不一定与基因位于同一染色质。这是因为染色质的缠绕结构，使序列上相隔很远的位置也有机会相互接触。,Putian University,12级临本,27,沉默子(silencer)：沉默子是具有抑制基因转录功能的DNA序列，被调控蛋白结合后阻断了转录起始复合物的形成或活化，使基因
13、表达活性关闭。终止子(terminator T)是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在一个操纵元中至少在构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。,Putian University,12级临本,28,真核生物转录起始时，首先由TFD的TBP亚 基识别并结合TATA盒，然后在其他转录因子的 配合下，与RNA聚合酶 组装形成转录起始前 复合物(pre-initiation complex,PIC)。,转录起始前复合物的形成(了解),RNApol催化的转录为例,Putian University,12级临本,29,转录起始前复合物形成后，RNA聚合酶催化第一个磷酸二酯键形成。同时TFH使RN
14、A聚合酶的羧基末端结构域(CTD)磷酸化，RNApol的CTD磷酸化后才能离开启动子区域向下移动，进入转录的延长阶段。,真核生物因有核膜相隔，没有 转录与翻译同步的现象。又由 于存在核小体的高级结构，故 在转录延长过程中可观察到核 小体移位和解聚现象。,2、转录延长,Putian University,12级临本,30,5-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,真核生物转录终止与转录后修饰密切相关。,3、转录终止（了解）,转录越过修饰点，RNA链在该点被
15、切断，随即进行加帽和加尾修饰。,Putian University,12级临本,31,真核生物RNA的加工和降解,第四节,The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA,Putian University,12级临本,32,几种主要的修饰方式：,1.剪接(splicing),2.剪切(cleavage),3.修饰(modification),4.添加(addition),真核生物转录生成的前体RNA,无生物学活性,需加工变为成熟、有活性的RNA。加工主要在细胞核中进行。,Putian University,12级临本,33,一、mRNA的转录后
16、加工,（一）首、尾的修饰,1加帽(adding cap)：,即在mRNA的5-端加上7-甲基鸟嘌呤的帽子结构。,7甲基鸟苷三磷酸帽子结构,2加尾(adding tail)：,即3-端加入polyA尾巴。,AAAA-OH3,polyA尾巴结构,Putian University,12级临本,34,mRNA的剪接(splicing),剪接：去除初级转录产物上的内含子，把外显子连 接为成熟RNA的过程。,断裂基因(split gene)：指真核生物中由编码区和非编码区相间排列而成，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的结构基因。,Putian University,12级临本,
17、35,RNA编辑：指某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生成具有正确翻译功能的模板,这种遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA编辑。,（四）、RNA编辑（RNA editing）,例:血浆脂蛋白的apo B编辑作用,未编辑 mRNA,编辑 后mRNA,肝,小肠,Putian University,12级临本,36,二、rRNA的转录后加工,真核生物rRNA由5.8s、28s、18s三种rRNA基因组成一个转录单位，但彼此被间隔区分开。如图：,Putian University,12级临本,37,三、tRNA前体的加工,Putian Univ
18、ersity,12级临本,38,（1）甲基化：A mA,（2）还原反应：U DHU,（3）核苷内的转位反应：U,（4）脱氨反应：AI,碱基修饰的方式：,Putian University,12级临本,39,四、核酶,具有催化活性的RNA称为核酶。,核酶(ribozyme),Putian University,12级临本,40,四膜虫rRNA内含子的二级结构,四膜虫rRNA的剪接采用自身剪接方式,5-端核苷酸序列,Putian University,12级临本,41,四膜虫前rRNA的自身剪接过程,Putian University,12级临本,42,最简单的核酶二级结构锤头结构(hammerhead structure),底物部分,通常为60个核苷酸左右同一分子上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,Putian University,12级临本,43,核酶研究的意义,核酶的发现，对中心法则作了重要补充；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。,
