生物化学RNA的生物合成.ppt

《生物化学RNA的生物合成.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学RNA的生物合成.ppt（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十二章第十二章 RNA RNA的生物合成的生物合成第一节第一节 RNA RNA聚合酶及聚合酶及RNARNA转录的一般特点转录的一般特点转录体系的组分转录体系的组分模板模板DNA（只基因中的一条链转录）（只基因中的一条链转录）底物底物ATP、GTP、CTP、UTP酶酶RNA聚合酶催化聚合酶催化3，5-磷酸二酯磷酸二酯键生成（键生成（RNA聚合酶不需引物、聚合酶不需引物、无较读功能）无较读功能）金属离子金属离子Mg2+、Mn2+转录因子（真核）转录因子（真核）参与转录启动参与转录启动终止蛋白（终止蛋白（因子因子（原核）（原核）参与转录终止参与转录终止RNARNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物RNA

2、RNA聚合酶的种类及性质聚合酶的种类及性质种类种类型型型型型型线粒体型（线粒体型（MtMt型）型）分子量分子量5.5105.5105 56106105 56106105 5（6.46.86.46.8）10105 5分布分布核仁核仁核质核质核质核质线粒体线粒体产物产物 rRNArRNA前体前体（5.8S5.8S、18S18S、28S28S）mRNAmRNA前体前体tRNAtRNA前体前体5s rRNA 5s rRNA snRNAsnRNA线粒体线粒体RNARNA对利福平的对利福平的敏感性敏感性不敏感不敏感不敏感不敏感不敏感不敏感敏感敏感对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的敏感性的敏感性（二环八肽）（二环八肽）

3、不敏感不敏感非常敏感非常敏感敏感敏感不敏感不敏感原核生物原核生物RNARNA聚合酶聚合酶的的RNARNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（2 2）原核生物原核生物RNARNA聚合酶各亚基的功能聚合酶各亚基的功能亚基亚基分子量分子量功能功能3651236512控制转录的速率控制转录的速率150618150618具有起始和催化作用具有起始和催化作用155613155613兼有解链和催化作用兼有解链和催化作用（常见为（常见为7070）7026370263辨认起始点，协助核心酶与辨认起始点，协助核心酶与模板结合。（一旦转录开始，模板结合。（一旦转录开始，便与核心酶脱离）便与

4、核心酶脱离）不清楚不清楚模板链模板链（反义链）（反义链）编码链编码链（有义链）（有义链）转录的模板连与编码链转录的模板连与编码链转录是的不对称性转录是的不对称性1.1.对于一个基因只有模板链转录；对于不同基因模板链并对于一个基因只有模板链转录；对于不同基因模板链并非总在同一非总在同一DNADNA链上。链上。2.2.RNARNA链的延长方向是链的延长方向是5 533二、转录与复制的异同点二、转录与复制的异同点转录转录复制复制模板DNA（两条链均做模板）DNA（只有基因中的模板链被转录），即转录不对称底物ATP、GTP、CTP、UTPdATP、dGTP、dCTP、dTTP聚合酶RNA聚合酶（催化3

5、，5-磷酸二酯键生成，能将两个单核苷酸聚合，且无较读功能）DNA聚合酶（催化3，5-磷酸二酯键生成，不能将两个单核苷酸聚合，且有较读功能）引物不需要需RNA引物碱基配对A-T、G-C、T-A、C-GA-U、G-C、T-A、C-G链延伸方向 5353加工需要不需要第二节 真核生物的转录过程启动子（启动子（promoterpromoter）：位于结构基因上游，供）：位于结构基因上游，供RNARNA聚合酶及聚合酶及某些转录因子辨认结合，并启动转录的一段特异某些转录因子辨认结合，并启动转录的一段特异DNADNA序列。序列。类启动子类启动子(RNA(RNA聚合酶聚合酶)；类启动子类启动子(RNA(RNA

6、聚合酶聚合酶)；类启动子类启动子(RNA(RNA聚合酶聚合酶)-30转录因子（转录因子（TF）：直接或间接与）：直接或间接与RNA聚合酶及模板聚合酶及模板DNA相互作相互作用的蛋白因子。参与转录启动。用的蛋白因子。参与转录启动。TF(RNA聚合酶聚合酶)；TF(RNA聚合酶聚合酶)；TF(RNA聚合酶聚合酶)RNA-pol所需的基本转录因子所需的基本转录因子转录因子转录因子亚基组成和分子量（亚基组成和分子量（kD）功功 能能TFA12，19，35协助协助TFD与与TBP对启动子的结对启动子的结合合TFB33促进促进RNA-pol结合及作为其它结合及作为其它因子的桥梁因子的桥梁TFDTATA盒结

7、合蛋白（盒结合蛋白（TBP）38辨认与结合辨认与结合TATA盒盒TBP辅助因子（辅助因子（TAF）辅助辅助TBP与与DNA结合结合TFE57（）34（）促进促进TFH 对对TFRNA聚合酶聚合酶最大亚基羧基末端结构域最大亚基羧基末端结构域（CTD）的磷酸化）的磷酸化TFF30,74与与TFB结合结合TFH具解旋酶活性，蛋白激酶活性，具解旋酶活性，蛋白激酶活性，使使RNA-pol大亚基羧基末端结大亚基羧基末端结构域磷酸化构域磷酸化一、一、mRNA的合成的合成（一）起始阶段（一）起始阶段1.1.启动子启动子(类类)（一）转录起始阶段（一）转录起始阶段转录起始阶段转录起始阶段转录前起始复合物的形成转

8、录前起始复合物的形成在转录因子的协助下，在转录因子的协助下，RNARNA聚合酶启动子结合并解链形成转聚合酶启动子结合并解链形成转录泡，并产生第一个录泡，并产生第一个3 3，5 5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。RNARNA链的第一个核苷酸多为嘌呤核苷酸，最常见为鸟嘌呤核链的第一个核苷酸多为嘌呤核苷酸，最常见为鸟嘌呤核苷酸苷酸转录泡转录泡RNA聚合酶聚合酶RNA（链）（链）编码编码链链模板链模板链转录前起始复合物的形成转录前起始复合物的形成组装的顺序为组装的顺序为TFDABFRNA Pol E H（二）转录的延长阶段（二）转录的延长阶段转录的延长阶段转录的延长阶段RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADN

9、A模板不断移动，模板不断移动，DNADNA不断解不断解链，链，RNARNA链不断延长，转录后的链不断延长，转录后的DNADNA单链不断重新形成双链单链不断重新形成双链（三）转录的终止（三）转录的终止转录的终止转录的终止出现转录终止的剪切信号序列出现转录终止的剪切信号序列（二）（二）rRNA rRNA的合成的合成基因的结构特点基因的结构特点转录的起始转录的起始三、三、5SrRNA和和tRNA的合成的合成基因的结构特点及转录起始基因的结构特点及转录起始2.tRNA转录的起始转录的起始5SrRNA 转录的起始转录的起始第三节第三节 真核生物真核生物RNARNA转录后的加工转录后的加工p初级转录产物：

10、转录生成的尚不具有生物活性的初级转录产物：转录生成的尚不具有生物活性的RNARNA分子分子p转录后加工：初级转录产物经过一系列的变化后转录后加工：初级转录产物经过一系列的变化后具有生物活性的过程具有生物活性的过程p加工过程包括：核苷酸部分水解、连接反应、加加工过程包括：核苷酸部分水解、连接反应、加帽、加尾以及核苷酸修饰等帽、加尾以及核苷酸修饰等一、一、mRNA的加工的加工真核成熟真核成熟mRNA的前体称为不均一核的前体称为不均一核RNA（hnRNA）（一）切除内含子，连接外显子。（一）切除内含子，连接外显子。发生在细胞核里。发生在细胞核里。鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNAmRNA与与DNA

11、DNA杂交电镜图杂交电镜图外显子（外显子（exon）：）：hnRNA分子中编分子中编码氨基酸的序列码氨基酸的序列内含子（内含子（intron）：）：hnRNA分子中不分子中不编码氨基酸的序列编码氨基酸的序列大多数内含子的大多数内含子的5为为GU，3为为AG。剪接体（酶）催化内含剪接体（酶）催化内含子切除和外显子的子切除和外显子的连接连接催化的机理是亲电转酯催化的机理是亲电转酯反应反应内含子的功能：有些内内含子的功能：有些内含子在基因表达中含子在基因表达中起作用；有些内含起作用；有些内含子可为酶编码子可为酶编码（二）（二）hnRNA的的5端加端加“帽帽”（三）（三）hnRNA的的3加加“尾尾”发

12、生在细胞核里。发生在细胞核里。（四）（四）hnRNAhnRNA的甲基化修饰的甲基化修饰发生在核内或胞质内发生在核内或胞质内（五）（五）RNARNA编辑：编辑：指改变指改变mRNAmRNA分子中的碱基而使同一分子中的碱基而使同一基因表达出不同的蛋白质。如碱基的插入、缺失、基因表达出不同的蛋白质。如碱基的插入、缺失、置换、错义突变或提前产生终止密码子置换、错义突变或提前产生终止密码子（编辑酶）（编辑酶）二、二、rRNArRNA的加工的加工三、三、tRNAtRNA的加工的加工1.1.切除多余的序列切除多余的序列（内切酶）并连（内切酶）并连接（连接酶）接（连接酶）2.2.个别碱基甲基化个别碱基甲基化（

13、tRNAtRNA甲基转移甲基转移酶）酶）3.3.核苷内的转位反核苷内的转位反应（假尿苷生成）应（假尿苷生成）4.4.脱氨反应（脱氨反应（A A转变转变为为I I）5.5.还原反应（双氢还原反应（双氢尿嘧啶的生成）尿嘧啶的生成）第四节第四节 原核生物原核生物RNARNA的合成的合成原核生物的启动子序列原核生物的启动子序列研究方法：研究方法：RNA-pol保保护法护法1.分离基因分离基因2.加入提纯的加入提纯的RNA-pol3.加入核酸外切酶加入核酸外切酶4.保护区碱基序列组保护区碱基序列组成分析成分析-35区是区是RNA-pol对转录起始的辨认位点对转录起始的辨认位点-10区主要供区主要供RNA

14、-pol结合。结合。一、原核生物一、原核生物RNARNA合成的起始合成的起始转录起始是指转录起始是指RNA-polRNA-pol辨认、结合启动子辨认、结合启动子,并前移形成第一个并前移形成第一个3 3，5 5-磷酸二酯键的过程磷酸二酯键的过程转录起始复合物二、二、原核生物原核生物RNARNA合成的合成的延长阶段延长阶段因子与核心酶脱离，核心酶沿模板链向前移动因子与核心酶脱离，核心酶沿模板链向前移动RNARNA链不断延长。链不断延长。三、三、原核生物原核生物RNARNA合成的合成的终止阶段终止阶段转录的终止转录的终止RNARNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停顿下来，转录产物模板上停顿下来，

15、转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。转录终止的两种机制：转录终止的两种机制：p非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止p依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止1.1.因子依赖性的转录终止因子依赖性的转录终止因子的功能：能与转录产物因子的功能：能与转录产物RNARNA结合结合;具有具有ATPATP酶和解螺旋酶活性酶和解螺旋酶活性2.2.因子不依赖性的转录终止因子不依赖性的转录终止RNARNA分子中产生的茎环结构使分子中产生的茎环结构使RNARNA聚合酶变构，转录停顿；使聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，转录复合物趋于解离，RNARNA产物释放。产物释放

16、。四、原核生物四、原核生物RNARNA的加工的加工（一）原核（一）原核mRNAmRNA不需加工不需加工原核生物原核生物mRNAmRNA合成与翻译同时进行合成与翻译同时进行原核生物翻译不需加工修饰原核生物翻译不需加工修饰（二）（二）原核生物原核生物rRNArRNA转录后的加工转录后的加工（三）原核（三）原核tRNA的加工的加工1.1.切除多余的序列（内切除多余的序列（内切酶）并连接（连接切酶）并连接（连接酶）酶）2.2.个别碱基甲基化个别碱基甲基化（tRNAtRNA甲基转移酶）甲基转移酶）3.3.核苷内的转位反应核苷内的转位反应（假尿苷生成）（假尿苷生成）4.4.脱氨反应（脱氨反应（A A转变为

17、转变为I I）5.5.还原反应（双氢尿嘧还原反应（双氢尿嘧啶的生成）啶的生成）第五节第五节 RNA的复制的复制RNARNA的复制：以进入宿主细胞的病毒的复制：以进入宿主细胞的病毒RNARNA为模板，为模板，在在RNARNA复制酶的催化下合成病毒复制酶的催化下合成病毒RNARNA的过程。的过程。（一）（一）RNARNA复制酶复制酶.RNA.RNA复制酶的发现复制酶的发现 1963 1963年在噬菌体年在噬菌体QQ（RNARNA噬菌体）中发现噬菌体）中发现RNARNA复复制酶。制酶。该酶只识别病毒自身的该酶只识别病毒自身的RNARNA，而对宿主及，而对宿主及其他病毒的其他病毒的RNARNA无作用。

18、无作用。.噬菌体噬菌体QRNA-QRNA-单链单链RNARNA4.5Kb4.5KbA A2 2蛋白蛋白基因基因外壳蛋白外壳蛋白基因基因复制酶复制酶亚基亚基基因基因A A1 1蛋白蛋白基因基因复制酶：复制酶：亚基亚基亚基亚基亚基亚基亚基亚基由噬菌体由噬菌体QQ编码，编码，分子量分子量65KD65KD，有催化作用，有催化作用，3535个核苷酸个核苷酸/秒秒核糖体蛋白核糖体蛋白S1S1，分子量分子量65KD65KD。与噬菌体与噬菌体QRNAQRNA结合结合延长因子延长因子EF-Tu,EF-Tu,分子量分子量45KD45KD，识别模板并选择结合底物识别模板并选择结合底物NTPNTP延长因子延长因子EF

19、-Ts,EF-Ts,分子量分子量35KD35KD，稳定稳定亚基和亚基和亚基的结构。亚基的结构。来自宿主细胞来自宿主细胞(二二)RNA复制过程复制过程1.1.单链正链单链正链RNARNA的复制的复制2.2.单链负链单链负链RNARNA的复制的复制3.3.双链的双链的RNARNA的复制的复制1.1.单链正链单链正链RNARNA复制复制（噬菌体（噬菌体Q Q、脊髓灰质炎病毒、脊髓灰质炎病毒、SARSSARS病毒）病毒）转录与复制的区别转录与复制的区别项目项目转录转录复制复制模板模板DNADNA（模板链转录，转录不对称）（模板链转录，转录不对称）DNADNA（双链同时复制）（双链同时复制）底物底物四种

20、核糖核苷酸（四种核糖核苷酸（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）四种脱氧核糖核苷酸（四种脱氧核糖核苷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP）酶酶RNARNA聚合酶（无校读功能）聚合酶（无校读功能）DNADNA聚合酶（大多有校读功能）聚合酶（大多有校读功能）引物引物不需要不需要需要需要RNARNA引物引物碱基配碱基配对对A-UA-UA-TA-T产物产物单链单链RNARNA双链双链DNADNA问题：你能总结出转录与复制的区别吗？历史故事一一.断裂基因的发现断裂基因的发现1977年年，在寒春港会议上，来自寒春港实验室的罗罗伯伯茨茨（Richar

21、l）和和麻麻省省理理工工学学院院癌癌症症研研究究中中心心的的夏夏普普（Pilip A.sharp）报报道了他们关于真真核核生生物物断断裂裂基基因因的发现。因因为为这这一一发现，他们分享了发现，他们分享了1993年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖英国科学家，因发现断裂基因于1993年获诺贝尔奖罗伯茨（罗伯茨（Richarl）1943年出生于英格兰的得拜。1968年获得谢菲尔大学的哲学博士学位。（生物化学专业），其后，他到美国哈佛大学做博士后。他曾在桑格实验室做过短期访问。学习RNA指纹技术和测序技术。1972-1992年，他在寒春港实验室工作。他对腺病毒Ad2进行了精细的研究。罗伯茨与其同事在

22、实验室里分离和鉴定了许多限制酶。并用这些酶作Ad2 DNA限制酶图谱。1974年，他们对这些片段进行测序。其中有一个小片段包含Ad2 mRNA的末端和一个启动子。正是对这个包含启动子片段的搜索，导致对RNA剪切及断裂基因的发现。可以说，断裂基因的发现是罗伯茨测序研究的意外发现美国科学家，因发现mRNA的剪接于1993年获诺贝尔奖夏夏普普于于（Pilip A.sharp）1944年出生在美国肯塔基州。60年代，他获得肯塔基联合学院的文学士学位（化学与数学专业）。而后获得伊利诺伊大学博士学位。他先后在加州理工学院的戴维森和寒春港实验室watson(沃森)手下做过博士后。1974年，他来到麻省理工学

23、院的癌症研究中心。他集中于肿瘤病毒的分子生物学和RNA剪接研究。夏暜关注腺病毒的基因表达过程。他想看看hnRNA和 mRNA有什么不同。他利用DNA和RNA杂交的方法找到了二者的不同。他们发现hnRNA明显长于mRNA.mRNA不能与DNA全部杂交。在电子显微镜下发现有三个环。这表明mRNA比DNA小了许多；一个连续的DNA分子包含了没有反映在mRNA中的信息。夏普认为hnRNA中的内含子片断被切除，而外显子片断拼接起来。断裂基因的发现揭示了真核生物不同于原核生物。其次，这一过程体现了生物进化中的自然选择机制的美妙。第三，它成为生物研究的一个重要生长点。为为此此。他他们们获获得得了了1993年

24、年诺诺贝贝尔奖。尔奖。霍利1922年出生于美国伊利诺斯州。1942年，他以优异成绩毕业于伊利诺斯大学。1947年在康内尔大学获有机化学博士学位。霍利在研究tRNA之前，就已经取得了不少优秀成果。例如分离青霉素结晶。首先合成苄基青霉素，分析了植物生长素吲哚乙酸。首次合成组氨酰肽等等。1957-1964年，霍利在美国农业部纽约州伊太卡“植物、土壤和营养实验室工作。1964年，他受聘于康内尔大学生物化学和分子生物学教授。从1957年起，他的研究方向便集中精力在细胞内蛋白质和核酸的分析及其合成方面。由于tRNA是核酸中分子最小、结构最简单的一种，因此他首先选择这种核糖核酸。1957年，他从大鼠肝脏分离和鉴定出各种携带不同氨基酸的tRNA。并发现所有的氨基酸首先要和ATP结合。形成有活性的氨基酸后才能与相应的tRNA结合。然后，他应有重组实验，将从酵母提取的并浓缩500倍的活性的丙氨酸，与其相应的微量的tRNA结合起来。发现它们的结合能力很高。为了深入研究tRNA在蛋白质合成中的作用，1963年霍利从100磅酵母中提取出65克tRNA。利用各种分离技术，最终得到了高纯度的酵母丙氨酸tRNA。并分析了全部化学结构。为此，1968年，霍利获得诺贝尔奖。年，霍利获得诺贝尔奖。二二.转移核糖核酸的发转移核糖核酸的发现现