-RNA的生物合成-转录.pptx

2024/10/13 周日1 第五章第五章 RNA生物合成生物合成 （RNA Biosynthesis）（转录）（转录）2024/10/13 周日2转转录录：在在RNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，以以一一段段DNA链链为为模模板板合合成成RNA，从从而而将将DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息传传递递给给RNA的过程。的过程。rRNA tRNA mRNA snRNA HnRNA2024/10/13 周日3DNA 转录RNA2024/10/13 周日4复制和转录的区别复制和转录的区别 2024/10/13 周日5 是指以双链是指以双链DNA中的一条链作为模板进中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由行转录，从而将遗传信息由DNA传递给传递给RNA。对对于于不不同同的的基基因因来来说说，其其转转录录信信息息可可以以存在于两条不同的存在于两条不同的DNA链上。链上。（一）转录的不对称性（一）转录的不对称性一、转录的特点一、转录的特点：第一节第一节 转录的模板和酶转录的模板和酶2024/10/13 周日6能够转录能够转录RNA的那条的那条DNA链称为链称为模板链模板链，也称作也称作有意义链有意义链或或Watson链链。而与之而与之互补的另一条互补的另一条DNA链称为链称为编码链编码链，也称为也称为反义链反义链或或Crick链链。模板链模板链编码链编码链5533552024/10/13 周日75 53 33 35 5模板模板链编码链编码链模板模板链转录方向转录方向转录方向转录方向模板链和编码链的相对性模板链和编码链的相对性2024/10/13 周日85GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 5编码链编码链模板链模板链mRNA5GCAGUACAUGUC 3转录转录NAla Val His Val C蛋白质蛋白质翻译翻译模板链、编码链与转录及翻译的关系模板链、编码链与转录及翻译的关系2024/10/13 周日9RNA转录合成时，以转录合成时，以DNA作为模板，在作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链。链。（二）转录的连续性（二）转录的连续性2024/10/13 周日10RNA转录合成时，只能向一个方向进行转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板聚合，所依赖的模板DNA链的方向为链的方向为35，而，而RNA链的合成方向为链的合成方向为53。（三）转录的单向性（三）转录的单向性2024/10/13 周日11RNA转录合成时，只能以转录合成时，只能以DNA分子中的分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。点和特定的终止位点。特定起始点和特定终止点之间的特定起始点和特定终止点之间的DNA链链构成一个构成一个转录单位转录单位，通常由转录区和有，通常由转录区和有关的调节顺序构成。关的调节顺序构成。（四）有特定的起始和终止位点（四）有特定的起始和终止位点2024/10/13 周日12原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:单链单链DNA酶酶:RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子1、参与转录的物质参与转录的物质：二、二、RNA聚合酶聚合酶2024/10/13 周日13这是一种不同于引物酶的依赖这是一种不同于引物酶的依赖DNA的的RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）。该酶在单链该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从酸存在的条件下，不需要引物，即可从53聚合聚合RNA。2、RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）2024/10/13 周日14原核生物中的原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚聚合酶全酶由五个亚基构成，即基构成，即 2。亚基与转录起始点的识别亚基与转录起始点的识别有关，在转录有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分合成开始后被释放；余下的部分（2）被称为）被称为核心酶核心酶，与与RNA链的链的聚合聚合有关。有关。（1）原核生物的）原核生物的RNA聚合酶聚合酶2024/10/13 周日15核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)原核生物原核生物RNARNA聚合酶的全酶和核心酶聚合酶的全酶和核心酶2024/10/13 周日16真核生物中的真核生物中的RNA聚合酶可按其对聚合酶可按其对-鹅膏鹅膏蕈碱蕈碱的敏感性而分为三种，它们均由的敏感性而分为三种，它们均由1012个大小不同的亚基所组成，结构非常复个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。杂，其功能也不同。（2）真核生物的）真核生物的RNA聚合酶聚合酶2024/10/13 周日17在真核生物中，转录的起始过程较为复杂。现已在真核生物中，转录的起始过程较为复杂。现已发现数百种蛋白因子与发现数百种蛋白因子与RNA转录合成有关，这些转录合成有关，这些蛋白因子被统称为蛋白因子被统称为反式作用因子。反式作用因子。在反式作用因子中，直接或间接参与转录起始复在反式作用因子中，直接或间接参与转录起始复合体的形成的蛋白因子被称为合体的形成的蛋白因子被称为转录因子（转录因子（TF）。）。不同的不同的RNA聚合酶存在相应的转录因子，如与聚合酶存在相应的转录因子，如与RNA聚合酶聚合酶相关的转录因子包括相关的转录因子包括 TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TFH等。等。3、转录因子、转录因子2024/10/13 周日18真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶转录因子及其功能转录因子及其功能2024/10/13 周日19原核生物中的终止因子原核生物中的终止因子蛋白是一种六聚体的蛋蛋白是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为白质，亚基的分子量为50kd。该蛋白因子能识别转录终止信号，并与该蛋白因子能识别转录终止信号，并与RNA紧紧密结合，导致密结合，导致RNA的释放。的释放。4、终止因子、终止因子2024/10/13 周日20（一）转录起始（一）转录起始转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：1.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。始区域。2.DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。模板。第三节第三节 真核生物真核生物RNA的生物合成过程的生物合成过程2024/10/13 周日211.转录起始的上游区段：转录起始的上游区段：真真核核生生物物的的转转录录起起始始点点上上游游-25bp区区也也存存在在一一段段富富含含TA的的顺顺序序，被被称称为为Hogness盒盒或或TATA盒盒，通常认为是启动子的核心序列。通常认为是启动子的核心序列。除除此此之之外外，在在真真核核生生物物中中还还可可见见到到其其他他带带共共性性的的序列，如序列，如CAAT盒盒及及GC盒盒等。等。2024/10/13 周日22真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列2024/10/13 周日23真真核核生生物物转转录录起起始始时时，首首先先由由TFD的的TBP亚亚基基识识别别并并结结合合TATA盒盒，然然后后在在其其他他转转录录因因子子的的配配合合下下，与与RNA聚聚合合酶酶组组装装形形成成转转录录起起始始前前复复合合物物(PIC)。2.转录起始过程：转录起始过程：2024/10/13 周日24RNA聚合酶聚合酶催化第一个磷酸二酯键形成。催化第一个磷酸二酯键形成。RNA聚合酶聚合酶的的羧基末端结构域羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸合酶向下游移动延伸RNA链。链。2024/10/13 周日25（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长真核生物转录延长过程与原核生物类过程与原核生物类似，但由于存在核似，但由于存在核小体的高级结构，小体的高级结构，故在转录延长过程故在转录延长过程中可观察到核小体中可观察到核小体移位和解聚现象。移位和解聚现象。2024/10/13 周日26二、转录延长2024/10/13 周日27（三）转录终止（三）转录终止真核生物转录终止与转录后修饰，即真核生物转录终止与转录后修饰，即poly A尾巴结构的添加密切相关。尾巴结构的添加密切相关。在在poly A修饰位点的下游存在一组共同序修饰位点的下游存在一组共同序列列AATAAA和和GTGTGT，为转录终，为转录终止的识别修饰位点。止的识别修饰位点。在转录越过修饰点后，在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处链在修饰点处被切断，随即进行加帽和加尾修饰。被切断，随即进行加帽和加尾修饰。2024/10/13 周日28真核生物真核生物RNARNA的转录终止的转录终止5-AAUAAA-5-AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修止的修饰点点55333 3加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA2024/10/13 周日29 1加帽加帽(adding cap)：在在mRNAmRNA的的5-5-端端加加上上m m7 7GTPGTP的的结结构构。此此过过程程发发生生在细胞核内，即在细胞核内，即HnRNAHnRNA即可进行加帽。即可进行加帽。加加工工过过程程首首先先是是在在磷磷酸酸酶酶的的作作用用下下，将将5-5-端端的的磷磷酸酸基基水水解解，然然后后再再加加上上鸟鸟苷苷三三磷磷酸酸，形形成成GpppNGpppN的结构，再对的结构，再对G G进行甲基化。进行甲基化。一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰第四节第四节第四节第四节 真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰2024/10/13 周日30 Pi5 ppGp磷酸酶磷酸酶5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽子结构的生成帽子结构的生成2024/10/13 周日31 2加尾加尾(adding tail)：这一过程也是细胞核内完成，首先由核这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去酸外切酶切去3-端一些过剩的核苷酸，端一些过剩的核苷酸，然后再加入然后再加入polyA。polyA结构与结构与mRNA的半寿期有关。的半寿期有关。2024/10/13 周日32（二）（二）mRNA的剪接的剪接鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图mRNADNA2024/10/13 周日331.断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区区 A、B、C、D非非编码区区真真核核生生物物结结构构基基因因，由由若若干干个个编编码码区区和和非非编编码码区区互互相相间间隔隔开开但但又又连连续续镶镶嵌嵌而而成成，去去除除非非编编码码区区再再连连接接后后，可可翻翻译译出出由由连连续续氨氨基基酸酸组组成成的的完完整蛋白质，这些基因称为整蛋白质，这些基因称为断裂基因断裂基因。2024/10/13 周日34外外显子子(exon)和和内内含子含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。(结构基因结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序中能够指导多肽链合成的编码顺序)内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。(不能指导多肽链合成的不能指导多肽链合成的非编码顺序非编码顺序)。2024/10/13 周日35内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为子分为4类。类。I：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核生物的核生物的 rRNA基因；基因；II：也也发发现现于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体，转转录录产产物物是是mRNA；III：是是常常见见的的形形成成套套索索结结构构后后剪剪接接，大大多多数数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子；IV：是是tRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子，剪接过程需酶及子，剪接过程需酶及ATP。2024/10/13 周日36核内带有外显子和内含子编码序列的初级核内带有外显子和内含子编码序列的初级RNA转录产物称为转录产物称为杂化核杂化核RNA(hnRNA)。hnRNA经剪接加工除去内含子编码序列并将经剪接加工除去内含子编码序列并将外显子编码序列连接起来才能形成成熟外显子编码序列连接起来才能形成成熟mRNA。snRNA为核内小为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如作分类和命名，如U1、U2等。等。snRNA与核内与核内蛋白质组装形成蛋白质组装形成小核蛋白体（小核蛋白体（snRNP），），参与参与hnRNA的剪接加工。的剪接加工。2.hnRNA和和snRNA：2024/10/13 周日373.hnRNA的剪接过程：的剪接过程：snRNP与与hnRNA结合成为剪接体。结合成为剪接体。2024/10/13 周日38 剪接体结构调整，剪接体结构调整，U2和和U6形成催化中形成催化中心，发生转酯反应。心，发生转酯反应。2024/10/13 周日39UpAGpU外外显子子1内内含子含子外外显子子2pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次第一次转酯反反应第二次第二次转酯反反应G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应2024/10/13 周日40鸡卵卵清清蛋蛋白基因白基因hnRNA首、尾修首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰2024/10/13 周日41 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工。分化加工。4.mRNA的编辑的编辑(mRNA editing)人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝肝apo B100（分子量（分子量为500 000）肠道道细胞胞apo B48（分子量（分子量为240 000）mRNA编辑编辑2024/10/13 周日42二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：1.剪接。剪接。2.切断。切断。3.3-末端末端-CCA序列添加。序列添加。4.化学修饰。化学修饰。2024/10/13 周日43tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNAtRNAtRNA前体的转录合成前体的转录合成2024/10/13 周日44tRNAtRNA前体的切断和剪接加工前体的切断和剪接加工2024/10/13 周日45tRNA3-tRNA3-末端末端-CCA-CCA序列的添加序列的添加2024/10/13 周日46tRNAtRNA的碱基修饰的碱基修饰（2）还原反原反应 如：如：U DHU （3）核）核苷内苷内的的转位反位反应 如：如：U （4）脱氨脱氨反反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）2024/10/13 周日47三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工2024/10/13 周日48 rRNA前体