生物化学--RNA的生物合成和加工--课件

第36章 RNA的生物合成和加工(BiosynthesisandprocessingofRNA)一、一、DNA指导下指导下RNA的合成的合成二、二、RNA的转录后加工的转录后加工三、在三、在RNA指导下指导下RNA和和DNA的合成的合成1ppt课件遗传信息的流向2ppt课件转录和转录后的加工 贮贮存存于于DNA中中的的遗遗传传信信息息须须通通过过转转录录和和翻翻译译而而得得到到表表达达。在在转转录录过过程程中中，以以DNA的的一一条条链链作作模模板板，在在RNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，利利用用4种种NTP为为原原料料，合合成成与与模模板板链链互互补补的的RNA分分子子。与与DNA模模板板链链互互补补的的另一条另一条DNA单链为单链为意义链意义链。细细胞胞内内的的各各种种RNA都都是是通通过过转转录录产产生生的的（某某些些RNA病病毒毒除除外外，它它们们有有RNA的的复复制制），转转录录出出的的RNA通通常常需需要要经经过过各各种种加加工工才才能能成成为为成成熟熟的的、有有功功能的能的RNA产物。产物。3ppt课件DNA意义链、模板链和RNA、蛋白质的关系非模板链非模板链模板链模板链非模板链也叫意非模板链也叫意义链或编码链义链或编码链4ppt课件转录的方向与模板链 在在一一个个DNA分分子子长长链链上上有有许许多多基基因因，若若将将DNA分分子子的的两两条条链链分分别别称称为为A链链和和B链链，有有些些基基因因的的模模板板链链位位于于A链链上上，有有些些基基因因的的模模板板链链位位于于B链链上上，这这两两类类基基因因的的转转录录方方向向刚刚好好相相反反（对对DNA双链分子而言）。双链分子而言）。注意：我们在描述一个基因的序列时，描述的是它的意义链。注意：我们在描述一个基因的序列时，描述的是它的意义链。RNA5ppt课件一、DNA指导下RNA的合成 在在DNA指指导导下下合合成成RNA称称为为转转录录。在在DNA长长链链上上有有许许多多基基因因，也也有有许许多多转转录录起起始始点点和和转转录录终终止止点点，形形成成相相应应的的转转录录单单位位。一一个个转转录录单单位位可可以以只只含含一一个个基基因因，称称为为单单顺顺反反子子（monocistron）；也也可可以以含多个基因，称为多顺反子（含多个基因，称为多顺反子（multicistron）。）。在在每每一一个个转转录录起起始始点点附附近近都都有有特特殊殊的的序序列列，只只有有具具有有这这种种特特殊殊序序列列才才能能在在此此处处起起始始转转录录，这这种种特特殊的序列叫启动子（殊的序列叫启动子（promoter）。）。转录单位转录单位6ppt课件转录受到严格的调控 基基因因的的转转录录是是一一种种有有选选择择的的过过程程，随随着着不不同同的的细细胞胞类类型型、生生长长发发育育的的不不同同阶阶段段、外外界界环环境境条条件件的的变变化化而而转转录录不不同同的的基基因因。转转录录是是基基因因表表达达调调控中最重要的层次。控中最重要的层次。7ppt课件核酸合成酶类DNA指导的指导的DNA聚合酶：聚合酶：DNA聚合酶聚合酶（DNA-dircetedDNApolymerase，DDDP）DNA指导的指导的RNA聚合酶：聚合酶：RNA聚合酶聚合酶（DNA-directedRNApolymerase，DDRP）RNA指导的指导的RNA聚合酶：聚合酶：复制酶复制酶（RNA-directedRNApolymerase，RDRP）RNA指导的指导的DNA聚合酶：聚合酶：反转录酶（逆转录酶）反转录酶（逆转录酶）（RNA-directedDNApolymerase，RDDP）8ppt课件（一）DNA指导的RNA聚合酶 DNA指指导导的的RNA聚聚合合酶酶简简称称RNA聚聚合合酶酶，它它以以4种种NTP为为底底物物，需需要要DNA模模板板，RNA链链的的合合成成方方向向也也是是53，5端端的的第第一一个个核核苷苷酸酸的的5位位带带有有3个个磷磷酸酸，其其后后每每加加入入一一个个核核苷苷酸酸脱脱去去一一个个焦焦磷磷酸酸，形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键。RNA链链合合成成的的起起始始不不需要引物。需要引物。RNA聚合酶没有校对功能。聚合酶没有校对功能。9ppt课件大肠杆菌RNA聚合酶 细细菌菌的的mRNA、rRNA和和tRNA都都由由同同一一种种RNA聚聚合合酶酶转转录录。RNA聚聚合合酶酶的的转转录录速速度度在在37约约为为50个个核核苷苷酸酸/s，与与多多肽肽链链的的合合成成速速度度（15个氨基酸个氨基酸/s）大致相当。）大致相当。大大肠肠杆杆菌菌RNA聚聚合合酶酶由由5种种6个个亚亚基基组组成成，2 2，其中其中2 2是是核心酶核心酶。10ppt课件大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质和功能聚合酶各亚基的性质和功能亚基亚基基因基因分子量分子量亚基亚基数目数目功功能能rpoA40,0002酶的装配酶的装配与启动子上游元件及活化因子结合与启动子上游元件及活化因子结合rpoB155,0001结合核苷酸底物结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成rpoC160,0001与模板与模板DNA结合结合rpoD32,00092,0001识别启动子识别启动子促进转录的起始促进转录的起始9,0001未知未知11ppt课件因子的功能 因因子子的的功功能能在在于于引引导导RNA聚聚合合酶酶稳稳定定地地结结合合到到DNA启启动动子子上上，因因子子有有多多种种，不不同同类类型型的的启启动动子子由由不不同同的的因因子子识识别别。因因子子的的存存在在对对核核心心酶酶的的构构象象有有较较大大影影响响，它它导导致致RNA聚聚合合酶酶与与DNA的的一一般般序序列列及及启启动动子子序序列列的的亲亲和和力力有有很很大大不不同同，极极大大地地降降低低了了酶酶与与DNA一一般般序序列列的的结结合合常常数数和和停停留留时时间间，同同时时又又大大大大增增加加了了酶酶与与启启动动子子的结合常数和停留时间。的结合常数和停留时间。12ppt课件RNA聚合酶与启动子的结合 全全酶酶可可通通过过扩扩散散与与DNA任任意意部部位位结结合合，这这种种结结合合是是疏疏松松的的，随随后后酶酶结结合合的的DNA部部位位迅迅速速被被置置换换，也也可可以以说说是是酶酶在在DNA上上不不断断地地变变换换结结合合位位点点，直直到到遇遇上上启启动动子子序序列列，随随即即由由疏疏松松结结合合变变成成牢牢固固结结合合。此此处处DNA双双链链被被局局部部解解开开，转转录录开开始始。转转录录开开始始后后因子脱落，转录进入延伸阶段。因子脱落，转录进入延伸阶段。13ppt课件大肠杆菌RNA聚合酶与DNA的相互作用因子与核心酶因子与核心酶全酶全酶全酶与全酶与DNA复合复合物物核心酶钳住核心酶钳住DNA因子脱落因子脱落14ppt课件大肠杆菌的RNA转录17bp15ppt课件起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA启动子（启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开16ppt课件真核生物RNA聚合酶 真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶主主要要有有3类类，通通常常有有814个个亚亚基基，并并含含有有Zn2+。它它们们分分别别负负责责合合成成不不同同类类型型的的RNA,利利用用它它们们对对抑抑制制剂剂-鹅鹅膏膏蕈蕈碱碱的的敏敏感感性性的的差异可以辨别它们。差异可以辨别它们。真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶自自身身不不能能识识别别和和结结合合到到启启动动子子上上，它它也也没没有有因因子子，而而是是需需要要在在启启动动子子上上由由多多种种转转录录因因子子（各各种种参参与与转转录录的的蛋蛋白白质质）和和RNA聚聚合合酶组装成活性转录复合物才能起始转录。酶组装成活性转录复合物才能起始转录。17ppt课件真核生物RNA聚合酶的种类和性质酶的种类酶的种类功功能能对抑制剂的敏感性对抑制剂的敏感性RNA聚合酶聚合酶转转录录45SrRNA前前体体，经经加加工工产生产生5.8S、18S和和28SrRNA对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶转转录录所所有有编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因和和大多数大多数snRNA对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱敏感敏感RNA聚合酶聚合酶转转 录录 小小 RNA的的 基基 因因，包包 括括tRNA、5SrRNA、U6snRNA和和scRNA对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱中等敏感中等敏感18ppt课件真核生物细胞器RNA聚合酶 真真核核细细胞胞的的线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体中中也也有有自自己己的的RNA聚聚合合酶酶，它它们们分分别别转转录录线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体中中的的基基因因。线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体RNA聚聚合合酶酶不不同同于于细细胞胞核核RNA聚聚合合酶酶，它它们们的的结结构构较较简简单单，类类似似于于原原核核生生物物的的RNA聚聚合合酶酶，能能催催化化线线粒粒体体中中和和叶叶绿绿体体中中各各种种RNA的的转转录录，并并被被原核生物原核生物RNA聚合酶的抑制剂利福平等抑制。聚合酶的抑制剂利福平等抑制。19ppt课件（二）启动子和转录因子 利利用用足足迹迹法法（footprint）和和DNA测测序序法法可可以以确定启动子的序列结构。确定启动子的序列结构。DNA-proteincomplexNakedDNAprotein（ArrowsindicateDNasecleavagesites）DenaturedsDNA-Setsoflabeledfragments20ppt课件足迹法测定DNA上蛋白质的结合位点21ppt课件RNA聚合酶与DNA的结合 习习惯惯上上DNA的的序序列列按按其其意意义义链链来来描描述述。从从左左到到右右相相当当于于53方方向向。转转录录单单位位的的起起点点核核苷苷酸酸编编号号为为+1，往往右右依依次次为为+2,+3,从从+1往往5上上游游编编号号依依次次为为-1,-2,当当RNA聚聚合合酶酶全全酶酶最最初初与与DNA结结合合时时，它它覆覆盖盖的的长长度度为为7580bp，从从启启动动子子的的-55+20。在在转转录录起起始始阶阶段段结结束束时时，因因子子被被释释放放，核核心心酶酶覆覆盖盖的的长长度度约约为为60bp。到到核核心心酶酶再再向向前前移移动动若若干干核核苷苷酸酸后后，核核心酶进入延伸阶段，只覆盖心酶进入延伸阶段，只覆盖3040bp。22ppt课件大肠杆菌RNA聚合酶在转录的起始阶段缩短覆盖DNA的长度23ppt课件原核生物启动子 在在原原核核基基因因启启动动子子中中，有有一一个个位位于于-10的的pribnow box（TATAAT）和和位位于于-35的的sextamabox（TTGACA）。这这两两个个序序列列是是决决定定启启动动子子强强度度的的重重要要因因素素。Pribnowbox是是RNA聚聚合合酶酶的的牢牢固固结结合合位位点点及及解解链链位位点点，sextamabox是是RNA聚聚合合酶酶的的识识别别位位点点。在在-10区区和和-35区区之之间间的的序序列列并并不不重重要要，然然而而这这两两个个区区之之间间的的距距离离却却十十分分重重要要。天天然然启启动动子子中中这这段段距距离离大大多多为为1520bp，实实验验表表明明这这段段距距离离为为17bp时转录效率最高。时转录效率最高。24ppt课件大肠杆菌启动子共有序列的功能sextamaboxpribnowbox25ppt课件含70的RNA聚合酶识别的几个启动子rrnBP126ppt课件大肠杆菌不同因子识别具有不同共有序列的启动子基因基因因子因子用途用途-35序列序列间隔间隔-10序列序列rpoD70通用通用TTGACA1618bpTATAATrpoH32热休克热休克CCCTTGAA1315bpCCCGATNTrpoEE热休克热休克未知未知未知未知未知未知rpoN54氮源氮源CTGGNA6bpTTGCAfli AF鞭毛鞭毛CTAAA15bpGCCGATAA27ppt课件真核生物启动子 真真核核生生物物启启动动子子有有3类类，分分别别由由RNA聚聚合合酶酶、起起始始转转录录，起起始始转转录录需需要要许许多多转转录录因因子的参与，启动子的识别也是靠转录因子的作用。子的参与，启动子的识别也是靠转录因子的作用。类类别别启启动动子子控控制制的的基基因因有有许许多多拷拷贝贝，往往往往成簇存在。成簇存在。RNA聚合酶聚合酶转转录录45SrRNA前前体体，经经加加工工产生产生5.8S、18S和和28SrRNA28ppt课件类别启动子的结构 类别类别启动子由两部分保守序列组成：启动子由两部分保守序列组成：1.1.核核心心启启动动子子（corepromoter）位位于于转转录录起起点点附附近近，从从-45+20；2.上上游游控控制制元元件件（upstreamcontrolelement）位位于于-180-107。两两部部分分都都有有富富含含GC的的区区域域。RNA聚聚合合酶酶对对其其转录需要两种转录因子的参与。转录需要两种转录因子的参与。29ppt课件真核生物类别启动子的转录因子 UBF1和和SL1是是参参与与类类别别启启动动子子转转录录的的两两种种转转录录因因子子，其中其中UBF1为单链蛋白，为单链蛋白，SL1为四聚体蛋白。为四聚体蛋白。30ppt课件真核生物的类别启动子类别类别启动子包含启动子包含4 4类控制元件：类控制元件：基本启动子（基本启动子（basalpromoter）起始子（起始子（initiator）上游元件（上游元件（upstreamelement）应答元件（应答元件（responseelement）RNA聚合酶聚合酶转转录录所所有有编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因和和大多数大多数snRNA31ppt课件几种真核基因的基本启动子 类类别别启启动动子子中中的的基基本本启启动动子子序序列列为为中中心心在在-25 -30左左右右的的7bp保保守守区区，根根据据基基本本启启动动子子中中保保守守序序列的特点，也将其称为列的特点，也将其称为TATABOX。32ppt课件RNA聚合酶和转录因子在启动子上的装配TF:transcriptionfactor33ppt课件34ppt课件转录起始复合物的装配CTD:C-terminaldomain35ppt课件起始子 起起始始子子是是转转录录起起始始点点处处的的一一个个保保守守序序列列，其其共有序列如下共有序列如下PyPyANPyPy+1TA36ppt课件上游元件和应答元件见见P463表表36-437ppt课件真核生物类别启动子 类类别别启启动动子子涉涉及及一一些些小小分分子子RNA的的转转录录。5S rRNA、tRNA以以及及scRNA（small cytosolRNA）基基因因的的启启动动子子位位于于转转录录起起始始点点的的下下游游，即即在在基基因因的的转转录录区区域域内内部部。snRNA（smallnuclearRNA）基基因因的的启启动动子子在在转转录录起起始始点点的的上上游，与通常的启动子类似游，与通常的启动子类似。爪爪蟾蟾5SrRNA基因的启动子位于基因的启动子位于+55+80。RNA聚合酶聚合酶转转 录录 小小 RNA的的 基基 因因，包包 括括tRNA、5SrRNA、U6snRNA和和scRNA38ppt课件类别启动子的结构特点下游启动子下游启动子snRNA基因基因的上游启动子的上游启动子OCTOCT：八聚体基序：八聚体基序PSEPSE：邻近序列元件：邻近序列元件39ppt课件（三）终止子和终止因子 提提供供转转录录停停止止信信号号的的DNA序序列列称称为为终终止止子子（terminator），协协助助RNA聚聚合合酶酶识识别别终终止止信信号号的的蛋蛋白白辅辅助助因因子子称称为为终终止止因因子子（terminationfactor）。有有些些终终止止子子的的作作用用可可被被特特异异的的因因子子所所阻阻止止，使使RNA聚聚合合酶酶越越过过终终止止子子继继续续转转录录，这这称称为为通通读读。这这类类能能够够抗抗终终止止的的蛋蛋白白质质因因子子称称为为抗抗终终止止因子（因子（antiterminationfactor）。）。40ppt课件原核生物终止子的结构特点 大大肠肠杆杆菌菌有有两两类类终终止止子子：一一类类称称为为不不依依赖赖于于因因子子的的终终止止子子，或或简简单单终终止止子子；另另一一类类称称为为依依赖赖于于因子的终止子。因子的终止子。简简单单终终止止子子有有一一段段回回文文结结构构，其其后后还还有有一一系系列列U（约约有有6 6个个），回回文文结结构构中中通通常常有有一一段段富富含含GC的的序序列列，寡寡聚聚U序序列列可可能能提提供供信信号号使使RNA聚聚合合酶酶脱脱离离模板。模板。依依赖赖于于因因子子的的终终止止子子其其回回文文结结构构不不含含富富有有GC区区，回回文文结结构构之之后后也也无无寡寡聚聚U。依依赖赖于于因因子子的的终终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。41ppt课件原核生物的两类终止子不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子 依赖于依赖于因子的终止子因子的终止子42ppt课件不依赖因子的转录终止机制 在在转转录录过过程程中中，RNA聚聚合合酶酶沿沿着着模模板板链链向向前前移移动动，它它感感受受的的终终止止信信号号来来自自刚刚转转录录出出的的RNA中中，而而不不是是感感受受DNA模模板板上上的的信信号号。在在转转录录出出终终止止子子序序列列后后，RNA上上的的终终止止序序列列形形成成发发夹夹结结构构，使使RNA聚聚合合酶酶感感受受到到终终止止信信号号（发发夹夹结结构构），整整个个复复合合物物构构象象发发生生变变化化，新新合合成成的的寡寡聚聚U与与模模板板链链上上的的寡寡聚聚A结结合合不不紧紧密密，新新生生RNA链链与与模模板板DNA分分开开，RNA聚合酶也脱落聚合酶也脱落。43ppt课件不依赖因子的转录终止机制44ppt课件依赖因子的转录终止机制 因因子子以以六六聚聚体体的的形形式式存存在在，在在有有RNA存存在在时时它它能能水水解解NTP，最最近近 发发 现现 因因 子子 有有 RNA-DNA解旋酶的活性解旋酶的活性。45ppt课件抗终止作用 抗抗终终止止作作用用主主要要见见于于某某些些噬噬菌菌体体基基因因表表达达的的时时序序控控制制。在在早早期期基基因因转转录录表表达达出出抗抗终终止止蛋蛋白白后后，使使得得转转录录通通读读，进进入入晚晚期期基基因因表表达达。这这种种方方式式可可使使一一个个启启动动子子控控制制后后面面基基因因的的时时序序表表达。达。46ppt课件真核生物基因的转录终止 真真核核生生物物转转录录的的终终止止信信号号和和终终止止过过程程还还不不清清楚楚。实实验验表表明明，RNA聚聚合合酶酶的的转转录录产产物物在在3末端切断，然后加上腺苷酸尾（末端切断，然后加上腺苷酸尾（polyA）。）。47ppt课件真核生物基因的转录终止48ppt课件（五）RNA生物合成的抑制剂1.嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物 它它们们抑抑制制核核苷苷酸酸合合成成酶酶类类，或或形形成成相相应应的的核核苷苷酸酸后后掺掺入入到到核核酸酸中中，影影响响RNA转转录录，也也能能影影响响DNA复制，从而可以用于癌症治疗。复制，从而可以用于癌症治疗。49ppt课件嘌呤和嘧啶类似物 6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤 硫鸟嘌呤硫鸟嘌呤 5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶 8-8-氮鸟嘌呤氮鸟嘌呤 2,6-2,6-二氨基嘌呤二氨基嘌呤 6-6-氮尿嘧啶氮尿嘧啶50ppt课件（五）RNA生物合成的抑制剂2.DNA模板功能的抑制物模板功能的抑制物烷化剂：烷化剂：修饰碱基，引起细胞突变和致癌。修饰碱基，引起细胞突变和致癌。放放线线菌菌素素：与与DNA形形成成非非共共价价复复合合物物，低低浓浓度度可可抑制抑制RNA转录，高浓度抑制转录，高浓度抑制DNA复制。复制。嵌嵌入入染染料料：可可插插入入双双链链DNA的的相相邻邻碱碱基基对对之之间间，导致移码突变，也能抑制转录和复制。导致移码突变，也能抑制转录和复制。51ppt课件碱基的烷化剂苯丁酸氮芥苯丁酸氮芥环磷酰胺环磷酰胺52ppt课件放线菌素D53ppt课件放线菌素D针剂【作作用用特特点点】本本品品为为细细胞胞周周期期非非特特异异性性药药物物，选选择择性性地地与与DNA中中的的鸟鸟嘌嘌呤呤结结合合，抑抑制制以以DNA为为模模板板的的RNA聚聚合合酶酶，从从而而抑抑制制RNA的的合合成成，阻阻止止癌癌细细胞胞生生长长。静静脉脉注注射射后后迅迅速速分分布布至至各各组组织织，广广泛泛与与组组织织结结合合，但但不不易易透透过过血血脑脑屏屏障障。T1/2为为36小小时时，在在体体内内代代谢谢的的量量很很小小。缓缓慢慢自自尿尿及及粪粪排排泄泄，原原形形药药10%由由尿尿排排出出，50%由胆道排出，由胆道排出，9日后仅能发现注射剂量的日后仅能发现注射剂量的30%。【功功能能主主治治】主主用用于于恶恶性性淋淋巴巴瘤瘤、肾肾母母细细胞胞瘤瘤、绒绒毛膜上皮癌及恶性葡萄胎等。毛膜上皮癌及恶性葡萄胎等。54ppt课件放线菌素D针剂【用用法法用用量量】静静脉脉注注射射或或静静脉脉滴滴注注:每每次次0.20.4mg，用用生生理理盐盐水水1020ml溶溶解解后后推推注注，或或加加于于5%葡葡萄萄糖糖液液500ml中中滴滴注注，每每日日或或隔隔日日l次次，1014次次为为一一个个疗疗程程，疗疗程程间间隔隔1014天天。胸胸、腹腹腔腔注注射射:每每次次0.40.6mg。【不不良良反反应应】1.可可引引起起白白细细胞胞及及血血小小板板减减少少，厌厌食食、恶恶心心、呕呕吐吐等等。2.静静脉脉注注射射可可引引起起静静脉脉炎炎，漏漏出出血血管管可可引引起起疼疼痛痛、局局部部硬硬结结及及溃溃破破。3.可可有有脱脱发发、皮皮炎炎、发发热热、肝肝功功能能损损伤伤。4.有有免免疫疫抑抑制制作作用用。5.对对妊妊娠娠者者可可引引起起畸畸胎胎。6.长长期期应应用用可可抑抑制制睾睾丸丸或或卵卵巢功能，引起闭经或精子缺乏。巢功能，引起闭经或精子缺乏。55ppt课件嵌入染料吖啶黄吖啶黄原黄素原黄素吖啶橙吖啶橙溴乙锭溴乙锭56ppt课件（五）RNA生物合成的抑制剂3.RNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂利福霉素：利福霉素：抑制抑制细菌细菌RNA聚合酶的活性。聚合酶的活性。利链菌素：利链菌素：抑制细菌抑制细菌RNA聚合酶的活性。聚合酶的活性。-鹅膏蕈碱：鹅膏蕈碱：抑制真核生物抑制真核生物RNA聚合酶活性。聚合酶活性。57ppt课件利福平和利福霉素的结构式58ppt课件鹅膏蕈碱的结构式59ppt课件二、RNA的转录后加工60ppt课件（一）原核生物中RNA的加工61ppt课件原核生物tRNA的转录后加工62ppt课件原核生物tRNA的转录后加工2iPA=2-异戊烯基腺苷异戊烯基腺苷2mG=2-O-甲基鸟苷甲基鸟苷4tU=4-硫尿嘧啶核苷硫尿嘧啶核苷=假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷63ppt课件tRNA3末端CCA的产生 所所有有成成熟熟tRNA分分子子的的3端端都都有有CCA结结构构，它它对对于于接接受受氨氨酰酰基基是是必必要要的的。细细菌菌tRNA前前体体存存在在两两类类不不同同的的3端端序序列列。一一类类其其自自身身具具有有CCA的的结结构构，将将3端端多多余余的的序序列列切切除除后后刚刚好好暴暴露露出出CCA序序列列；另另一一类类是是当当切切除除3端端多多余余序序列列后后，通通过过tRNA核核苷苷酰酰转转移移酶酶加加上上CCA。tRNA的加工还包括碱基的修饰。的加工还包括碱基的修饰。64ppt课件原核生物mRNA前体的加工 细细菌菌中中的的mRNA大大多多不不需需要要加加工工，一一经经转转录录即即可可直直接接进进行行翻翻译译。甚甚至至在在转转录录出出部部分分mRNA序序列列时时就就已已经经开开始始了了翻翻译译，也也就就是是一一边边转转录录一一边边翻翻译，翻译滞后一些。译，翻译滞后一些。但但也也有有少少数数多多顺顺反反子子mRNA须须通通过过核核酸酸内内切切酶酶切切割割成成较较小小的的单单位位，然然后后再再翻翻译译。这这些些较较小小的的单单位位可可以以是是单单个个基基因因，也也可可以以是是多多个个基基因因序序列列的的组合。组合。65ppt课件原核生物中的边转录边翻译66ppt课件（二）真核生物中RNA的一般加工 真真核核生生物物rRNA和和tRNA前前体体的的加加工工过过程程与与原原核核生生物物相相似似，但但mRNA前前体体必必须须经经过过复复杂杂的的加加工工，才能成为成熟的才能成为成熟的mRNA。67ppt课件真核生物rRNA前体的加工 哺哺乳乳类类动动物物的的18S、5.8S和和28SrRNA基基因因构构成成一一个个转转录录单单位位，转转录录产产生生45SrRNA前前体体，然然后通过剪切加工成各个成熟的后通过剪切加工成各个成熟的rRNA。68ppt课件真核生物rRNA的修饰 rRNA在在成成熟熟过过程程中中可可被被甲甲基基化化，主主要要的的甲甲基基化化位位点点也也在在核核糖糖2羟羟基基上上。还还有有尿尿嘧嘧啶啶转转变变成成假假尿尿嘧嘧啶啶的的修修饰饰。这这些些修修饰饰和和切切割割是是由由核核仁仁小小RNA（smallnucleolarRNA,snoRNA）指导的。）指导的。69ppt课件snoRNA指导rRNA位点特异的修饰snoRNAsnoRNA C/DsnoRNAH/ACAsnoRNA指导指导2-O-甲基化甲基化指导假尿苷酸化指导假尿苷酸化 CboxDboxHboxACAboxrRNA70ppt课件真核生物tRNA前体的加工 真真核核生生物物tRNA的的加加工工与与原原核核生生物物类类似似，只只是是真真核核生生物物tRNA3端端的的CCA都都是是后后加加的的。部部分分真真核核生物生物tRNA前体有内含子。前体有内含子。71ppt课件真核生物tRNA前体的加工Primary transcriptIntermediate72ppt课件真核生物tRNA前体的加工IntermediateMature tRNATyr73ppt课件真核生物mRNA前体的加工 mRNA的的 前前 体体 称称 为为 核核 内内 不不 均均 一一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA），因因为为一一个个细细胞胞中中有有许许多多种种不不同同的的mRNA，也也就就有有许许多多种种不不同同的的前前体体。hnRNA在在加加工工成成熟熟的的过过程中有程中有5端加帽、端加帽、3端加尾、去除内含子等过程。端加尾、去除内含子等过程。74ppt课件5端加帽(m7Gppp)大大约约转转录录出出30个个核核苷苷酸酸时时，在在鸟鸟苷苷转转移移酶酶催催化化下下，GTP与与新新生生RNA链链的的5端端的的三三磷磷酸酸发发生生缩缩合合反反应应，在在RNA的的5端端加加上上G残残基基的的帽帽子子，在在帽帽子子上上再再进进行行甲甲基基化化，通通常常甲甲基基化化的的位位点点是是碱碱基基上上的的7位位，核核糖糖的的2位位也也可可以以甲甲基基化化。帽帽子子结结构构将将在在其其后后的的翻翻译译中中发发挥挥重重要要作作用用；另另一一个个作作用用可可能能是是保保护护新生的新生的RNA，避免其在合成过程中被降解。，避免其在合成过程中被降解。75ppt课件mRNA5端的帽子结构存在于所有存在于所有类型帽子中类型帽子中在在类型帽子中，类型帽子中，此位点也可被甲基化此位点也可被甲基化G通过通过55键加入键加入存在于存在于类型帽子中类型帽子中存在于存在于类型帽子中类型帽子中76ppt课件3端加多聚腺苷酸尾 真真核核生生物物mRNA的的3端端通通常常都都有有20200个个腺腺苷苷酸酸，但但也也有有例例外外，如如组组蛋蛋白白、呼呼肠肠孤孤病病毒毒和和不不少少植植物物病病毒毒的的mRNA没没有有多多聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾。加加尾尾过过程程在在细细胞胞核核内内进进行行，通通过过多多聚聚腺腺苷苷酸酸聚聚合合酶酶催催化化反反应应完完成成（不需要模板）。（不需要模板）。polyA尾的存在可以提高尾的存在可以提高mRNA的稳定性。的稳定性。77ppt课件（三）RNA的拼接、编辑 大大多多数数真真核核基基因因都都是是断断裂裂基基因因，但但也也有有少少数数编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因以以及及一一些些tRNA和和rRNA基基因因是是连连续续的的。断断裂裂基基因因的的转转录录产产物物须须通通过过拼拼接接，去去除除插插入入部部分分（intron，内内含含子子），连连接接保保留留部部分分（exon，外显子）成为连续序列。，外显子）成为连续序列。78ppt课件典型的真核生物基因结构79ppt课件各种RNA前体的剪接 类型类型 类型类型 核核mRNA的的 核核tRNA的的 自我剪接自我剪接 自我剪接自我剪接 剪接体剪接剪接体剪接 酶促剪接酶促剪接80ppt课件各种剪接类型的分布 类类型型自自我我剪剪接接的的内内含含子子分分布布很很广广，存存在在于于真真核核生生物物的的线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体基基因因、低低等等真真核核生生物物核核的的rRNA基因、细菌和噬菌体的个别基因、细菌和噬菌体的个别基因中。基因中。类类型型内内含含子子也也具具有有自自我我催催化化功功能能，它它与与类类型型内内含含子子自自我我剪剪接接的的差差别别在在于于转转酯酯反反应应无无需需游游离离鸟鸟苷苷酸酸（或或鸟鸟苷苷）发发动动。类类型型内内含含子子只只见见于于某某些些真真菌菌线粒体和植物叶绿体基因线粒体和植物叶绿体基因。有有些些和和型型内内含含子子中中也也编编码码有有核核酸酸内内切切酶酶、逆转录酶或成熟酶等。逆转录酶或成熟酶等。81ppt课件反式剪接 反反式式剪剪接接是是分分子子间间剪剪接接，从从两两个个不不同同的的转转录录本中各取一段连接起来。本中各取一段连接起来。存存在在于于锥锥虫虫的的众众多多mRNA，其其5端端有有一一共共同同的的35个个核核苷苷酸酸长长的的前前导导序序列列。该该前前导导序序列列来来自自一一些些重重复复单单位位的的转转录录产产物物，从从这这些些转转录录产产物物中中剪剪下下前导序列再连接到其他前导序列再连接到其他mRNA的的5端。端。82ppt课件反式剪接示意图83ppt课件选择性剪接 一一个个基基因因的的转转录录产产物物，通通过过不不同同的的剪剪接接方方式式，可可以以产产生生不不同同的的mRNA，从从而而翻翻译译出出不不同同的的蛋蛋白白质质。一一个个基基因因转转录录本本通通过过选选择择性性剪剪接接产产生的不同蛋白质称为同源体（生的不同蛋白质称为同源体（isoform）。）。84ppt课件选择性剪接示意图85ppt课件RNA编辑 RNA编编辑辑是是指指修修饰饰或或轻轻微微改改变变mRNA的的核核苷苷酸酸序序列列，使使它它们们与与对对应应的的模模板板DNA序序列列有有所所不不同同的的预预定过程。定过程。迄今发现真核生物线粒体中存在的迄今发现真核生物线粒体中存在的RNA编辑类编辑类型有：核苷酸的转录后插入和缺失；转录物在型有：核苷酸的转录后插入和缺失；转录物在C转换转换成成U时创造终止密码子时创造终止密码子UAA；碱基间的转换；碱基间的转换。常见的常见的RNA编辑是编辑是CU的转换。的转换。86ppt课件碱基转换Cytosine（C）Uracil（U）87ppt课件RNA编辑的发现 1986年年BenneR等等在在研研究究锥锥虫虫线线粒粒体体DNA时时发发现现，其其细细胞胞色色素素氧氧化化酶酶亚亚基基（co）基基因因与与酵酵母母或或人人的的相相应应基基因因对对比比存存在在一一个个1的的移移码码突突变变，然然而而酶酶的的功功能能又又是是正正常常的的。进进一一步步比比较较co基基因因与与其其转转录录物物的的序序列列，发发现现转转录录物物在在移移码码突突变变位位点点附附近近有有4个个不不被被基基因因DNA编编码码的的额额外外尿尿苷苷酸酸，正正好好纠纠正正了了基基因因的的移移码码突突变变。由由于于用用分分子子杂杂交交技技术术在在线线粒粒体体内内找找不不到到第第二二个个co基基因因，所所以以认认为为这这些些尿尿苷苷酸酸是是在在转转录录中中或或转转录录后后插进去的。插进去的。88ppt课件锥虫co基因与其表达产物的序列比较DNA正链序列正链序列GAGAAmRNA序列序列GAUUGUAUA蛋白质序列蛋白质序列AspCysIle89ppt课件RNA编辑的生物学意义可以纠正基因突变造成的损害可以纠正基因突变造成的损害增加基因产物的多样性增加基因产物的多样性与生物发育和分化有关与生物发育和分化有关有利于生物进化有利于生物进化90ppt课件RNA的降解 RNA降降解解是是涉涉及及基基因因表表达达的的一一个个重重要要环环节节。rRNA和和 tRNA是是 稳稳 定定 的的 RNA，其其 更更 新新 率率 较较 低低。mRNA是不稳定的是不稳定的RNA，其更新，其更新率非常高。率非常高。细细胞胞内内有有各各种种能能够够降降解解RNA的的酶酶，如如53外外切切核酸酶、核酸酶、35外切核酸酶、核酸内切酶等。外切核酸酶、核酸内切酶等。不不同同的的RNA其其稳稳定定性性不不同同，稳稳定定性性与与其其结结构构有有关关，mRNA的的5帽帽子子、polyA尾尾、发发卡卡结结构构等等都都有有稳稳定定RNA的作用。的作用。91ppt课件三、在RNA指导下RNA和DNA的合成 从从有有些些感感染染RNA病病毒毒的的细细胞胞中中可可以以分分离离出出RNA复复制制酶酶，这这种种酶酶以以病病毒毒RNA为为模模板板，在在有有4NTP及及Mg2+存存在在时时，能能够够合合成成出出与与模模板板RNA互互补补的的RNA链链。再再以以新新合合成成的的RNA链链为为模模板板，合合成成出出与与原原RNA一一样样的的RNA，这这就就是是RNA的的复复制。制。（一）（一）RNA的复制的复制92ppt课件噬菌体QRNA的复制 Q噬噬菌菌体体的的复复制制酶酶由由4个个亚亚基基组组成成，噬噬菌菌体体RNA只只编编码码其其中中的的亚亚基基，另另外外3个个亚亚基基都都是是利利用用宿宿主主细细胞胞中的蛋白质。中的蛋白质。Q噬噬菌菌体体的的RNA本本身身就就是是mRNA，称称为为正正链链，侵侵入入宿宿主主细细胞胞后后即即可可翻翻译译出出复复制制酶酶的的亚亚基基，亚亚基基与与来来自自宿宿主主的的其其他他亚亚基基结结合合后后，成成为为有有活活性性的的复复制制酶酶，复制自身的复制自身的RNA。复复制制酶酶有有底底物物特特异异性性，它它只只复复制制病病毒毒的的RNA，而而不复制宿主细胞中的其他不复制宿主细胞中的其他RNA。93ppt课件噬菌体QRNA的复制94ppt课件病毒RNA复制的主要方式正链正链RNA病毒病毒：先复制出负链，再复制出正链。：先复制出负链，再复制出正链。（侵入的正链可翻译出蛋白质，产生复制酶）（侵入的正链可翻译出蛋白质，产生复制酶）负链负链RNA病毒：先转录出正链，再复制出负链。病毒：先转录出正链，再复制出负链。（带入复制酶）（带入复制酶）双链双链RNA病毒：先转录出正链，再复制出负链。病毒：先转录出正链，再复制出负链。（带入复制酶）（带入复制酶）逆转录病毒：先逆转录成逆转录病毒：先逆转录成DNA，再转录出，再转录出RNA。（带入逆转录酶）（带入逆转录酶）95ppt课件ssRNA的极性如果单链如果单链RNA可作为可作为mRNA，可充当翻译的，可充当翻译的模板，叫做正链模板，叫做正链RNA。正极性。正极性如果单链如果单链RNA与与mRNA互补，则无充当翻译互补，则无充当翻译模板的可能，叫做负链模板的可能，叫做负链RNA。负极性。负极性双意双意RNA：一个病毒核酸的：一个病毒核酸的RNA某一部分正某一部分正极性，另一部分负极性。极性，另一部分负极性。96ppt课件RNA的逆转录 以以RNA为为模模板板合合成成DNA的的过过程程称称为为逆逆转转录录（反反转录），催化此反应的酶称为逆转录酶（反转录酶）。转录），催化此反应的酶称为逆转录酶（反转录酶）。逆逆转转录录酶酶催催化化的的DNA合合成成反反应应以以4dNTP为为底底物，物，要求有模板和引物，体内的引物一般为要求有模板和引物，体内的引物一般为tRNA。逆逆转转录录酶酶除除了了能能以以RNA为为模模板板外外，也也可可以以以以DNA为模板，所以它也是为模板，所以它也是DNA聚合聚合酶。酶。逆逆转转录录酶酶还还有有RNaseH活活性性，此此活活性性专专门门降降解解DNA-RNA杂交双链中的杂交双链中的RNA。97ppt课件