生化RNA的生物合成公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

l DNARNA 转录转录 DDRP l RNARNA 复制复制 RDRP 第二节第二节 RNA生物合成生物合成第1页第1页一、转录（一、转录（DNA指导下指导下RNA合成）合成）（一）转录概念及特点（一）转录概念及特点 1.1.转录：转录：以以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA过程，遗传信息由此从过程，遗传信息由此从DNADNA转移到转移到RNARNA。转录产物有转录产物有mRNA、tRNA、rRNA。原核细胞原核细胞mRNA为单顺反子或多顺反子。为单顺反子或多顺反子。真核细胞真核细胞mRNA为单顺反子。为单顺反子。所有生物所有生物mRNAmRNA都存在都存在5 5端和端和3 3端非编码区端非编码区.第2页第2页2.2.特点：特点：l模板模板DNADNA一条链一条链 模板链：模板链：DNA双链中作为转录模板单股链，其核苷酸序双链中作为转录模板单股链，其核苷酸序列与列与RNA互补。（互补。（反反 义义 链，负链，链，负链，Watson链）链）编码链：编码链：与转录与转录RNA碱基序列一致碱基序列一致DNA单链，只是单链，只是T 换成换成U。（。（有有 义义 链链，正链，正链，Crick链）链）l原料原料NTPNTPl配对原则配对原则 dT-A,dA-U,dG-C,dC-G dT-A,dA-U,dG-C,dC-Gl酶酶RNARNA聚合酶聚合酶,无校正功效无校正功效l不需要引物不需要引物l合成方向合成方向 5 533第3页第3页只针对已拟定某一基因而言只针对已拟定某一基因而言编码链编码链模板链模板链转录本转录本第4页第4页l不对称转录不对称转录 （1）在）在DNA双链中，一条链可转录，另一条链双链中，一条链可转录，另一条链不转录不转录 （2）模板链并非永远在同一）模板链并非永远在同一DNA单链上。单链上。l基因有选择地转录基因有选择地转录转录本转录本 第5页第5页 复制复制 转录转录 两股链均复制两股链均复制 模板链转录模板链转录 dNTP NTPA-T;G-C A-U;G-CDNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶半保留复制半保留复制 mRNA,tRNA,rRNA等等DNA模板模板原料原料配对配对聚合酶聚合酶产物产物转录与复制区别转录与复制区别第6页第6页3.关于关于DNA指导指导RNA聚合酶聚合酶DDRPl RNA聚合酶特点聚合酶特点第7页第7页 a.不需要引物不需要引物 b.双链双链DNA做模板活性最强做模板活性最强 c.第一个掺入第一个掺入NTP常为常为GTP或或ATP,转录期间保转录期间保持完整不产生持完整不产生PPi.d.转录中有一短暂转录中有一短暂DNA-RNA杂交双链杂交双链,不久解不久解开开 e.聚合方向聚合方向 5 3第8页第8页第9页第9页(二二)原核细胞转录原核细胞转录E.coli中由一个中由一个RNA聚合酶催化聚合酶催化所有所有RNA合成合成（mRNA、t RNA、rRNA和其它小分子和其它小分子RNA）E.coliRNA聚合酶聚合酶:全酶全酶 2 关键酶关键酶 2 关键酶功效：关键酶功效：只催化链延长只催化链延长,对起始无作用对起始无作用.亚基：亚基：与与启动子启动子结合功效。结合功效。亚基：亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。酸二酯键。亚基：亚基：与与DNA模板结合功效。模板结合功效。因子：因子：辨认起始位点。辨认起始位点。（一旦起始辨认后，（一旦起始辨认后，因因子脱落，关键酶才干延伸）子脱落，关键酶才干延伸）第10页第10页第11页第11页RNARNA转录过程转录过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）l 起始位点辨认起始位点辨认l 转录起始转录起始l 链延长链延长l 转录终止转录终止第12页第12页第13页第13页（1 1）起始位点辨认）起始位点辨认 RNARNA合成不需要合成不需要引物引物。因子因子起着辨认起着辨认DNADNA分子上起分子上起始信号（始信号（启动子启动子）作用。）作用。启动子启动子RNARNA聚合酶辨认、结合和开始转录一段聚合酶辨认、结合和开始转录一段DNADNA序列。序列。典型启动子结构至少由三部分构成：典型启动子结构至少由三部分构成：-35-35区区提供了提供了RNARNA聚合酶全酶辨认信号；聚合酶全酶辨认信号；-10-10区区是酶紧密结合位点（富含是酶紧密结合位点（富含ATAT碱基碱基，利于双链打开），利于双链打开）;第三部分是第三部分是RNARNA合成起始点合成起始点。+1 转录起始点转录起始点 AACTGTATATTA TTGACATATAAT533535区区 Sextama 框框10区区Pribnow框框第14页第14页第15页第15页（2 2）转录起始）转录起始 RNARNA聚合酶全酶结合到聚合酶全酶结合到DNADNA模板上模板上,DNA,DNA双链解双链解开开,加入第一个加入第一个NTP,NTP,形成转录起始复合物。形成转录起始复合物。加入第一个加入第一个NTPNTP常是常是GTPGTP或或ATPATP，很少是，很少是CTPCTP，不用不用UTPUTP。第一个。第一个NTPNTP一旦掺入到转录起始点一旦掺入到转录起始点,因子因子就会被释放脱离关键酶。就会被释放脱离关键酶。E-35-10pppG或或pppA5 55 53 33 3模板链模板链第16页第16页第17页第17页（3 3）RNARNA链延长链延长 DNA DNA分子和酶分子发生构象改变，关键酶与分子和酶分子发生构象改变，关键酶与DNADNA结合比结合比较松弛，沿较松弛，沿DNADNA模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将酸，将NTPNTP加到生长加到生长RNARNA链链3 3-OH-OH端，催化形成磷酸二酯键。端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从转录延伸方向从5 5 3 3。第18页第18页第19页第19页第20页第20页（4 4）转录终止）转录终止 RNARNA聚合酶碰到聚合酶碰到DNADNA模板上触发终止转录特模板上触发终止转录特殊位点殊位点(终止子终止子)，停止转录，停止转录,并释放出聚合酶和并释放出聚合酶和RNARNA转录产物。转录产物。终止子终止子:提供转录终止信号提供转录终止信号DNADNA序列序列.终止因子终止因子:帮助帮助RNARNA聚合酶辨认终止信号辅助聚合酶辨认终止信号辅助因子因子(蛋白质蛋白质).).终止信号可被终止信号可被RNARNA聚合酶或辅助因聚合酶或辅助因子所辨认子所辨认.终止信号位于已转录信号中终止信号位于已转录信号中.终止子结构特性：在终止点之前都有一个终止子结构特性：在终止点之前都有一个回回文结构文结构,其产生其产生RNA可形成由可形成由茎环构成发夹结构茎环构成发夹结构,该结构使该结构使RNA聚合酶延伸速度减慢或停止。聚合酶延伸速度减慢或停止。第21页第21页第22页第22页第23页第23页终止方式终止方式:a.a.不依赖不依赖因子转录终止因子转录终止(简朴终止子或强终止子简朴终止子或强终止子)特点：特点：1 1）在终止点之前含有一段富含）在终止点之前含有一段富含G-CG-C回回文区域。文区域。2 2）富含）富含G-CG-C区域之后是一连串区域之后是一连串dAdA碱基碱基序列，它们转录序列，它们转录RNARNA链末端为一连串链末端为一连串U U（连续（连续6 6个）个）。也许提供信号使酶脱离模板也许提供信号使酶脱离模板第24页第24页第25页第25页b.依赖依赖 因子转录终止因子转录终止(弱终止子弱终止子)-必需必需因子因子存在时才干发生终止作用存在时才干发生终止作用.特点特点:终止子后无终止子后无连续连续A A，无，无回文区域回文区域或回文区域或回文区域短短,回文结构不含富有回文结构不含富有G-CG-C区区.在在因子作用下，因子作用下，ATPATP酶水酶水解，释放能量，使新生解，释放能量，使新生RNARNA与模板脱落。含有与模板脱落。含有RNA-DNARNA-DNA解螺解螺旋酶活力旋酶活力.第26页第26页第27页第27页辨认终止子需要一些特殊辅助因子,其中Nus A 因子可提升终止效率,增进RNA聚合酶在终止子位置上停止.Nus A 可与RNA聚合酶关键酶结合,形成a2 bbNus A复合物,s 可取代Nus A,形成a2 bb s.转录终止时,Nus A结合到关键酶上,由Nus A辨认终止子序列.转录终止后,RNA聚合酶脱离模板,Nus A又被s取代,由此形成RNA聚合酶起始复合物和终止复合物循环.第28页第28页有些终止子作用可被特异因子所制止，有些终止子作用可被特异因子所制止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（读（readthroughreadthrough）l能够引起抗能够引起抗终止作用蛋白质称为终止作用蛋白质称为抗抗终止终止因子因子（antitermination factorsantitermination factors）第29页第29页l 真核细胞真核细胞RNARNA聚合酶聚合酶酶类酶类分布分布产产 物物分子量分子量反应条件反应条件I核仁核仁核质核质核质核质5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNA snRNAtRNA 5S rRNA U6 snRNA scRNA(细胞细胞质小质小RNA）500 000700 000700 000低离子强度低离子强度,要要求求Mg2+或或Mn2+高离子强度高离子强度高高Mn2+浓度浓度(三三)真核细胞转录作用真核细胞转录作用第30页第30页灯刷染色体 第31页第31页（四）转录过程选择性克制（四）转录过程选择性克制 放线菌素放线菌素D是原核和真核细胞是原核和真核细胞RNA聚合酶专一聚合酶专一克制剂。克制剂。放线菌素放线菌素D可插入双链可插入双链DNA分子相邻碱基对之分子相邻碱基对之间，与间，与DNA形成非共价复合物，克制其形成非共价复合物，克制其模板功效模板功效（低浓度克制转录，较高浓度克制复制）。这类克（低浓度克制转录，较高浓度克制复制）。这类克制剂包括制剂包括放线菌素放线菌素,烷化剂烷化剂,嵌入染料嵌入染料等。等。第32页第32页 利福平利福平是原核细胞是原核细胞RNA聚合酶聚合酶克制剂。克制剂。利福平与原核生物利福平与原核生物RNA聚合酶聚合酶 亚基亚基结合，克结合，克制转录过程中制转录过程中RNA链延长反应链延长反应,但并不克制真核生但并不克制真核生物物RNA合成。类似克制剂尚有利链霉素。合成。类似克制剂尚有利链霉素。第33页第33页 -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱是是真核细胞真核细胞RNA聚合酶聚合酶克制剂。克制剂。它是通过真核细胞它是通过真核细胞RNA聚合酶聚合酶,阻断细胞核阻断细胞核mRNA合成合成,但对原核细胞但对原核细胞RNA合成无影响合成无影响.第34页第34页(五五)转录产物转录产物“加工加工”1.rRNA前体转录后加工前体转录后加工原核细胞原核细胞30S前体前体17S25S16S23S5S真核细胞真核细胞45S前体18S28S5.8S真核生物真核生物5S rRNA生成通过另外路径。生成通过另外路径。第35页第35页四膜虫四膜虫rRNA前体自我剪接机制前体自我剪接机制L19RNA形成形成5-GMP(或或G)3-OH充当亲核充当亲核基团袭击基团袭击5断裂点断裂点5外显子外显子3-OH成为亲核基成为亲核基团，完毕剪接反应团，完毕剪接反应第36页第36页 2 2、tRNAtRNA前体加工：前体加工：原核与真核生物原核与真核生物tRNAtRNA转录后都需要加工，包括：转录后都需要加工，包括：(1)(1)由核酸内切酶切除前体上由核酸内切酶切除前体上3 3 和和5 5 端上多出核端上多出核苷酸苷酸;(2)(2)由核酸外切酶逐一在由核酸外切酶逐一在3 3 切去附加序列，进行修切去附加序列，进行修剪。剪。(3)(3)3 端添加端添加CCACCAOHOH序列，由核苷酰转移酶催化。序列，由核苷酰转移酶催化。（接受活化（接受活化AAAA）(4)(4)对核苷一些特定碱基和戊糖进行修饰。对核苷一些特定碱基和戊糖进行修饰。第37页第37页第38页第38页3.真核细胞真核细胞mRNA加工加工真核细胞真核细胞mRNA三个特点。三个特点。l真核真核mRNA加工普通要通过四步：加工普通要通过四步：(1)5加帽加帽(capping)；(2)3加尾加尾(tailing)；(3)剪接剪接(splicing):切除内含子切除内含子(intron cleavage)；(4)修饰修饰(modification):对一些碱基进行甲基化。对一些碱基进行甲基化。第39页第39页 (1)5-端端加加帽帽磷酸水解酶鸟苷转移酶鸟嘌呤7甲基转移酶2氧甲基转移酶第40页第40页l(2)3加尾加尾(tailing)特异核酸内切酶特异核酸内切酶多聚多聚A 聚合酶聚合酶第41页第41页l(3)切除内含子切除内含子(intron cleavage)lsnRNA(核内小核内小RNA)参与切除内含子。参与切除内含子。lsnRNA功效类似一个暂时模板功效类似一个暂时模板,它使两个外显子它使两个外显子转录转录RNA片段末端靠在一起片段末端靠在一起,为正确位点拼接作为正确位点拼接作准备准备,一个拼接错误可使一个拼接错误可使mRNA下游区遗传密码下游区遗传密码改变改变,造成产生不完善蛋白分子不良后果造成产生不完善蛋白分子不良后果.lU1:一组小核内核糖核蛋白（一组小核内核糖核蛋白（snRNP）l功效为剪接核内功效为剪接核内mRNA前体。由几条多肽链和一前体。由几条多肽链和一个个RNA分子构成，含有一个互补于内含子接纳体分子构成，含有一个互补于内含子接纳体-供体连接点片段。供体连接点片段。l已拟定其它组员包括已拟定其它组员包括U2 U4 U5 U6。第42页第42页 GU-AG规律规律:内含子碱基以内含子碱基以GU开始开始,AG终止。终止。第43页第43页第44页第44页l(4)修饰修饰(modification):对一些碱基进行甲基化。对一些碱基进行甲基化。l主要是主要是N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤,也许对也许对mRNA 前体加工起前体加工起辨认作用辨认作用(对翻译不是必需对翻译不是必需).第45页第45页 二、二、RNA复制复制(RNA指导指导RNA合成合成)l一些一些RNA病毒病毒(如如大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体f 2,MS2,R17,Q和灰质炎病毒和灰质炎病毒),能够以本身能够以本身RNA为模板进行为模板进行复制。复制。l(一一)RNA复制酶复制酶lRNA指导指导RNA聚合酶聚合酶,称称RNA聚合酶或聚合酶或RNA复制复制酶酶.这类酶有在病毒感染宿主细胞后由宿主细胞这类酶有在病毒感染宿主细胞后由宿主细胞产生，有由病毒自己编码产生，有由病毒自己编码.lRNA链合成方向链合成方向:53l模板模板:只以病毒只以病毒RNA为模板为模板,不能以宿主不能以宿主RNA为为模板模板.第46页第46页lf2f2系列噬菌体系列噬菌体RNARNA复制两个阶段复制两个阶段（1 1）其单链）其单链RNARNA可充当可充当mRNAmRNA，利用寄主中核糖体合成，利用寄主中核糖体合成外外壳蛋白壳蛋白和和复制酶复制酶亚基。亚基。（2 2）复制酶）复制酶亚基可与来自寄主细胞亚基亚基可与来自寄主细胞亚基 自动自动装配成装配成RNARNA复制酶复制酶，可进行，可进行RNARNA复制，以分子中单链复制，以分子中单链RNARNA为模板（为模板（正链正链），复制出一条新），复制出一条新RNARNA链（负链），链（负链），再复制出再复制出正链正链，与外壳蛋白组装成新噬菌体颗粒。，与外壳蛋白组装成新噬菌体颗粒。5 RNA-5 3 3 RNA+释放释放释放释放3 5 3 3 5 5 RNA+RNA+RNA-lRNA-及及 RNA+合成方向均为合成方向均为53 正链正链RNA:用做翻译模板用做翻译模板mRNA;负链负链RNA:与正链互补与正链互补RNA 第47页第47页第48页第48页 三、多核苷酸磷酸化酶三、多核苷酸磷酸化酶(无模板无模板RNA合成合成)(自学内容自学内容)n NDP (NMP)n n Pi多核苷酸磷酸化酶多核苷酸磷酸化酶第49页第49页第50页第50页