1、Chapter36 RNA的生物合成和加工,RNA的生物合成,？,Transcription of DNA,Chapter36 RNA的生物合成与加工,一、在DNA指导下RNA的合成转录,转录-生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶） 复制和转录的异同点,(transcription),相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为53方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链,不同点： 复制 转录模板 两股链均作为模板 模板链作为模板 原料 dNTP NTP 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合
2、酶 产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRNA 配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C 引物 需RNA引物 不需要引物 方式(特点) 半保留复制 不对称转录,转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点（启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子terminator），此转录区域称为转录单位。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（一）模板和酶,1、转录模板两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成RNA的一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链.能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因.其余的D
3、NA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录。,不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。,反意义链或负链,有意义链或正链,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（一）模板和酶,2、 RNA聚合酶,（1）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌分子量为480kD，由四个亚基组成2(全酶)去掉亚基称为核心酶,RNA聚合酶各亚基及其功能,（2）真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶,它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（一）模板和酶,2、 RNA聚合酶,一、在DNA指导
4、下RNA的合成转录,（一）模板和酶,3、 RNA聚合酶与模板的辨认结合,原核生物的RNA聚合酶是结合到DNA的启动区开始转录的,靠其亚基辨认启动区。启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列.,亚基的作用是识别启动子，启动RNA的合成，核心酶的作用是只能使已开始合成的RNA链延长。（456页表36-1）。 因子识别不同启动子的能力不同，体现在不同基因具有不同的转录效率。,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（二）转录过程,RNA聚合酶催化的转录过程可分为起始、延长和终止三个步骤（请看456页 图36-2）,1、转录的起始原核生物的转录起始RNA聚合酶与模板DNA的特定部位，即启动子（prom
5、oter，也称启动基因）的某一部位结合。启动子是指RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列 。RNA酶结合到DNA链上，DNA双链部分解开形成转录空泡.原核生物由因子辨认转录起始位点,真核生物在-35区有5-TTGACA，在-10区有TATAAT盒 转录起始不需引物,第一个磷酸二酯键形成后, 亚单位即脱落下来.,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（二）转录过程,2、转录的延伸,原核生物和真核生物基本相同 亚基脱落，核心酶构象改变 RNA的5 端伸展再转录空泡之外 模板为A,转录产物相应为U 原核生物的转录和翻译同时进行,一、在DNA指导下RNA的合成转录,（二）转录过程,3、转录的
6、终止,（1）原核生物转录终止的模式：依赖因子(因子能与RNA结合，还具有ATP酶和 解链酶的活性) 不依赖因子 终止区的碱基可形成特殊的结构 RNA 3形成茎环结构和一串寡聚U （2） 真核生物的转录终止 编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA 真核生物 mRNA带有polyA尾巴；,DNA链的3-端附近有回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相连的是A-T碱基，当以这段终止信号为模板转录出的RNA即形成具有茎环的发夹形结构，其3-端含有一串UUUU的尾巴，这发夹结构阻碍了聚合酶的进一步延伸，RNA链的合成即终止，寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。,转录的过程,二、转录后加工,（一） 真
7、核生物mRNA的转录后加工 1、首、尾的修饰 5-端帽子结构的形(m7GpppG) 0型帽子 型帽子3-端 poly A尾巴的生成,Chapter36 RNA的生物合成与加工,（一） 真核生物mRNA的转录后加工 2、真核生物mRNA前体的剪接hnRNA和snRNA hnRNA mRNA snRNA U族 300个核苷酸组成 与核内蛋白质组成snRNP 与内含子的剪切有关断裂基因(split gene) 外显子(exon) 内含子(intron),Chapter36 RNA的生物合成与加工,二、转录后加工,mRNA 的剪接 套索剪切模式,（二） 真核生物tRNA的转录后加工 切除部分序列: 5
8、-端 一段前导序列 反密码子环 一段插入序列 3-端CCA-OH的生成 tRNA核苷酸基转移酶 某些碱基的化学修饰: 甲基化 还原反应 DHU 脱氨反应,Chapter36 RNA的生物合成与加工,二、转录后加工,（三） 真核生物rRNA转录后加工,真核细胞的rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族的DNA序列，也称为高度重复序列。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,二、转录后加工,Chapter36 RNA的生物合成与加工,三、相关概念,（一）启动子和转录因子,什么是启动子？,启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA系列。,什么是转录因子？,RNA聚合酶在进行转录时
9、常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,三、相关概念,（二）终止子和终止因子,什么是终止子？,提供转录停止信号的一段DNA系列，称为终止子。,什么是终止因子？,协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子。,有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象成为通读(readthrough)；这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。,所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，转录的RNA可形成“发夹结构”。NusA识别终止子。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,三
10、、相关概念,（三）核 酶,核酶（ribozyme）-具有催化活性的RNA 1982 T.R. Cech 四膜虫 rRNA前体 1983 S.Altman RNase P对tRNA前体加工 锤头状核酶，发夹状核酶人工核酶 (抗感染，抗肿瘤),Chapter36 RNA的生物合成与加工,四、转录过程的调节控制,时序调控和 适应调控,遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。,转录水平的调控和翻译水平的调控,关键是转录水平调控,操纵子结 构模型,所谓操纵子即是指细菌基因表达和调控的单位，它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制系列，通常在功能上彼
11、此有关的编码基因串联在一起，有共同的启动子并受操纵基因的控制。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成,（一）RNA的复制,以RNA为模板合成RNA ，是病毒RNA的特殊繁殖方式。有实验指出，当病毒RNA侵入寄主细胞后，这些病毒在RNA复制酶催化下即可自行复制产生新的病毒RNA。复制酶不存在于正常大肠杆菌细胞中，只有受感染时，寄主细胞才产生复制酶。,RNA复制酶需要专一性的RNA模板，例如Q噬菌体的RNA复制酶只能用Q病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA为模板。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成,
12、（二）RNA的逆转录,（1）什么是逆转录？以RNA为模板，按RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录。如劳氏病毒则以RNA为模板反转录为DNA，然后再从DNA转录为RNA。,（2）逆转录酶：即 “RNA指导的DNA聚合酶”,1970年从致癌RNA病毒中发现逆转录酶，有力地证明了“前病毒学说”，这类病毒感染并不引起细胞死亡，而使细胞发生恶性转化。,Chapter36 RNA的生物合成与加工,四、在RNA指导下的RNA和DNA的合成,（二）RNA的逆转录,（3）逆转录酶的性质,以RNA作模板，在其上合成一条互补的DNA链，形成RNA-DNA杂种分子（ RNA指导的DNA聚合酶活力）。,在新合成的DNA链上合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子（ DNA指导的DNA聚合酶活力）。,核酸外切酶的作用，切除杂种分子中的RNA部分。,（4）逆转录的生物学意义：有助于人们对RNA病毒致癌机制的了解，防止逆转录病毒的致癌作用。,病毒RNA的逆转录过程,Reverse transcriptases catalyzes the sythesis of DNA from RNA template.,
