课件-RNA生物合成

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,RNA,生物合成,（,RNA,Biosynthesis,）,课件-RNA生物合成,1,转录的特点,真核生物RNA聚合酶及转录因子,转录的转录过程：起始：（启动子），延长，终止,转录后的加工：剪切，填加及修饰,原核生物的转录,转录的特点,2,第一节 参加RNA合成的酶类与蛋白因子,一DNA指导的RNA聚合酶,（DNA directed RNA polymerase，DDRP）,是RNA合成中最主要的酶类,RNA聚合酶催化如下反应：,1.,双链DNA中的一条链作为RNA合成的模板。,2四种核糖核苷三磷酸（即ATP、GTP、CTP和UTP）,是该酶的底物。,3,需要二价金属离子，如Mg,2+,和Mn,2+,。,n(NTP)pppN(pN)n+(n-1)PPi,DNA,RNA聚合酶,第一节 参加RNA合成的酶类与蛋白因子 一DNA指导的R,3,表13-1 真核生物RNA聚合酶的种类和性质,种类 I型（或A）II型（或B）III型（或C）线粒体（Mt型）,分子量 5.5,10,5,610,5,610,5,6.46.810,4,分布 核仁 核质 核质 线粒体,转录产物 5.8S、18S、mRNA前体 tRNA前体 线粒体RNA,28S rRNA前体 5S rRNA,对利福平 不敏感 不敏感 不敏感 敏感,敏感性,对鹅膏蕈碱 不敏感 非常敏感 敏感 不敏感,的敏感性,表13-1 真核生物RNA聚合酶的种类和性质种类,4,二转录因子,分类,I 型转录因子（transcription factors I，TF l）能够促进RNA聚合酶 l 转录。,Il 型转录因子（TF ll）促进RNA聚合酶 ll转录.包括,TFIIA,，,B,，,D,，,E,，,F,，,H,等。,III,型转录因子（,TFIII,）促进RNA聚合酶III 转录。,真核生物转录过程还需要一些蛋白质因子参与，这些因子能结合到DNA的特殊序列并且与RNA聚合酶结合,促进转录,这些蛋白因子称转录因子（transcription factors),二转录因子分类真核生物转录过程还需要一些蛋白质因子参与，,5,三终止蛋白,终止蛋白能与RNA聚合酶结合，阻止RNA聚合酶越过终止信号而使转录终止。,三终止蛋白 终止蛋白能与RNA聚合酶结合，阻止RNA聚,6,第二节 真核生物的转录过程,一 转录的特点,RNA的合成与DNA的合成有相似之处，其合成的方向均为53,聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3,5-磷酸二酯键，使核苷酸链延长，同时释放出焦磷酸,。,第二节 真核生物的转录过程一 转录的特点,7,图13-1 RNA链中3,5-磷酸二酯键的形成,图13-1 RNA链中3,5-磷酸二酯键的形成,8,RNA合成不同于DNA合成之处主要有：,1.RNA聚合酶不需要引物。,2.RNA聚合酶没有核酸酶的活性，在RNA合成过程,不起较对作用。,3转录是不对称的，即仅用DNA双链中某一条链作,为模板进行转录。有时是这条链的某区段，有时是,另一条链的某区域具有模板作用。通常将模板链称,为有意义链，将其互补链称为反意义链或编码链。,4转录后DNA模板成分无改变。,5.,对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基因，,而且每一个基因的转录都受到相对独立的控制。,RNA合成不同于DNA合成之处主要有：,9,二、真核生物的转录过程,（一）转录的基本过程,转录过程可分为三个阶段：起始、延长和终止。,1,起始阶段（,initiation,）,启动子,（promoter）,是DNA上的特殊的序列，它包括一些保守顺序，其中最重要的顺序称TATA(box)盒子。,二、真核生物的转录过程（一）转录的基本过程,10,图13-2 某些真核启动子区TATA保守序列,真核生物一些启动子顺序，同源顺序用阴影表示,.,图13-2 某些真核启动子区TATA保守序列,11,图13-3 真核启动子区示意图,转录起始点以“+1”表示，在其上游的核苷酸序列以“”表示。,启动子区框内表示与转录有关的保守顺序。,CAAT盒子,GC盒子,TATA盒子,启动子区,结构基因,25bp,+1,转录,初级转录物RNA,加工,m7,GpppA,AAA,n,成熟的mRNA,图13-3 真核启动子区示意图,12,2.RNA链的延长（elongation）,（,A),RNA聚合酶复合物识别DNA模板上的启动子序列，并与其结合。,（B）,RNA聚合酶在转录因子的辅助下，将双链DNA解开一段，形成转录泡。在聚合酶的作用下以NTP为底物，与模板链的碱基互补开始合成RNA。,（C）,RNA聚合酶继续合成RNA，以U替代T，A-U、C-G配对。,（D）,随着RNA链的延长，RNA聚合酶沿着模板链不断滑动，直到遇到终止信号合成则停止。DNA双螺旋重新形成。,图13-4,RNA链的延长,-OH,-OH,-OH,P,P,P,P,P,P,P,P,P,b,c,d,a,2.RNA链的延长（elongation）（A)RN,13,3.RNA合成的终止（termination）,RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA-RNA杂交体（长度约12个碱基对），此杂交体结合不紧密，RNA很容易从模板DNA上脱落。于是，DNA模板链与编码链又重新形成双链。DNA模板上的终止信号是由于DNA特殊的结构而起作用，此处DNA多存在着反向重复顺序。此区域容易形成发夹形结构，有助于转录的终止。,5-GCCGCCAG-CTGGCGGC-3,3-CGGCGGTC-GACCGCCG-5,DNA 反向重复顺序,3.RNA合成的终止（termination）R,14,（二）几种,RNA,的合成特点,1,mRNA,的合成,B,E,H,A,F,RNA聚合酶II,TATA,TFIID,45bp,+1,+30bp,DNA,图13-5 mRNA转录前起始复合体,RNA聚合酶II与其转录因子组成转录前起始复合物。深色的大圆表示RNA聚合酶II与DNA模板相结合，其它小圆表示各种II型转录因子。按其组成顺序排列为：D、A、B、F、Pol、E、H（Pol代表RNA聚合酶II）。覆盖DNA模板大约70bp.,（二）几种RNA的合成特点1mRNA的合成BEHAFR,15,2.rRNA的合成,rRNA基因位于染色体的特殊区域称,核仁组织者,（nucleolar organizer）。每一个转录单位包括,28S，5.8S及18S rRNA,。,RNA 聚合酶I,识别位于非转录间隔区上的启动子，其序列大约位于-40到+10和-150到-110。首先,TFI,结合到启动子上，为此，导致RNA 聚合酶I识别启动子。当RNA聚合酶I达到下一个转录单位的启动子时，转录便在非转录间隔区终止。,2.rRNA的合成 rRNA基因位于染色体的特殊区,16,3.5S RNA 和tRNA的合成,+1,+47,+47,+1,+96,+96,+121,+121,RNA聚合酶III,TFIIIA,TFIIIA,图13-6 RNA聚合酶III与其转录因子,转录因子IIIA（TFIIIA）首先与DNA模板的特定部位相结合。然后RNA聚合酶III与该因子结合，并启动转录。图上的数字为聚合酶及转录因子与DNA模板结合的核苷酸的位置。,3.5S RNA 和tRNA的合成+1+47+47+,17,第三节 转录后核糖核酸的加工过程,几乎所有真核生物RNA转录的初级产物都需经过一系列变化后才能生成具有生物活性的RNA分子。这一系列变化过程称为转录后的,RNA加工(RNA processing),。,加工过程包括核苷酸部分水解、连接反应、末端核苷酸“戴帽”、“接尾”，以及核苷的修饰。,第三节 转录后核糖核酸的加工过程 几乎所有真核生物RNA,18,一、信使RNA的加工,真核生物,mRNA,的前体是,核不均一,RNA,（,heterogenous nuclear RNA,hnRNA,）,，其核苷酸顺序中约有,50,75%,不出现在成熟的,mRNA,中。此部分在转录产物的加工过程中被切除。被切除的部分称为,内含子,（,intron,）,。内含子是不编码蛋白质的核苷酸序列。末被切除的部分称,外显子,(exon),，是编码蛋白质的部分。,一、信使RNA的加工 真核生物mRN,19,图13-7 mRNA的拼接机制,一些小核核蛋白（snRNP）与RNA前体形成拼接体（spliceosome）。U1 RNA和U2 RNA 分别为snRNP的组份。U1 RNA的核苷酸序列与 mRNA前体内含子中的GU顺序（称连接供体位点）相配对。U2 RNA识别内含子3端连接受体位点。拼接体利用ATP做能量，除去内含子。,拼接体,U1,U2,P,P,P,G,3m,P,P,P,G,3m,UCCAUACAUA,AUGAUGU,AG,RNA,5,3,5,供体连接处,3,受体连接处,外显子,外显子,内含子,UACUACA,AGGUAUGU,图13-7 m,20,图13-8 mRNA 5帽端的结构,5端第一个核苷酸是7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸,第二个和第三个核苷酸的核糖2羟基甲基化。,mRNA加工:5端帽子结构,图13-8 mRNA 5帽端的结构mRNA,21,DNA转录单位,RNA聚合酶II,m7Gppp,m7Gppp,m7Gppp,m7Gppp,m7Gppp,剪切及加入3多聚A,AAAn,AAAn,AAAn,AAAn,CH,3,CH,3,甲基化修饰,RNA拼接,转移到胞浆,成熟mRNA,细胞核,细胞浆,外显子1,内含子,外显子2,RNA初级转录物,成熟的,mRNA,图13-9 mRNA的加工过程示意图,DNA转录单位RNA聚合酶IIm7Gpppm7Gpppm7G,22,32S,20S,5.8S,18S,图13-10 rRNA前体的转换,二.核糖体RNA的加工,45S,41S,32S20S5.8S18S图13-10 rRNA前体的转,23,核糖体RNA,转录及甲基化,前rRNA 45S,28S5.8S 18S,3,5,切割,前rRNA 41S,前rRNA 32S,前rRNA 20S,切割,切割,28SrRNA,5.8SrRNA,18SrRNA,图13-11 rRNA的加工过程示意图,核糖体RNA转录及甲基化前rRNA 45S28S,24,内含子编码区,内切核酸酶,外切核酸酶,P,P,P,5,3,-OH 3,RNA酶P,DNA,内含子,初级转录物,3,端加CCA-OH,CCA-OH,3,P,除去内含子,（内切酶与连接酶）,CCA-OH,3,P,成熟 tRNA,5,转录,图13-12 tRNA的加工示意图,tRNA的初级转录物被RNase P 和3外切核酸酶切除部分核苷酸。CCA末端是由tRNA核苷酸转移酶催化加入的。内含子被内切酶除去后，经连接酶连接为成熟的tRNA。,三.转移RNA的加工,内含子编码区内切核酸酶外切核酸酶PPP53-OH 3R,25,一.原核生物RNA聚合酶,原核生物RNA聚合酶是多亚基的酶。从大肠杆菌提取的RNA聚合酶有,五个亚基组成,，分子量为500KD。两个亚基，一个亚基，和一个亚基组成核心酶（core enzyme），,核心酶（,2,）,能进行转录，但是没有RNA合成的特异性。第五个蛋白质亚基称因子，这五种亚基构成全酶（holoenzyme）,在体内及体外只有,全酶（,2,）,才能特异的合成RNA。因子参与识别特异的启动子。原核生物RNA聚合酶能被,利福平（rifampicin）所抑制,。利福平与亚基相结合，从而抑制酶的活性。,第四节 原核生物的转录,一.原核生物RNA聚合酶第四节 原核生物的转录,26,编码链,AACTGT,ATATTA,模板链,TTGACA,TATAAT,3,5,DNA,转录起始点,Probnow盒子,启动子,35 10 +1,转录区,5,3,RNA,图13-13 细菌转录的启动子,二.原核生物的转录过程,编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT,27,图13-13 原