第四章的合成精选文档.ppt
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1、第四章的合成本讲稿第一页,共七十一页本章主要内容本章主要内容4.1RNA的结构及种类的结构及种类4.2RNA聚合酶聚合酶4.3RNA的酶促合成的酶促合成4.4RNA转录后的加工转录后的加工4.5真核生物真核生物RNA的合成的合成4.6RNA的自我剪切与催化的自我剪切与催化4.7逆转录和逆转录酶逆转录和逆转录酶本讲稿第二页,共七十一页 4.1RNA的结构及种类的结构及种类4.1.1RNA的结构的结构1RNA的化学结构的化学结构RNA合成的前体是合成的前体是ATP、GTP、CTP、UTP等等4种种5,核苷三磷酸(核苷三磷酸(rNTP)。每个)。每个NTP的核糖部分有两个羟基,各位于的核糖部分有两个
2、羟基,各位于2,和和3,碳原子上(图碳原子上(图41)。)。本讲稿第三页,共七十一页RNARNA的化学结构的化学结构本讲稿第四页,共七十一页 2RNA形成大分子后的结构形成大分子后的结构本讲稿第五页,共七十一页4.1.2RNA的种类的种类tRNAmRNArRNA本讲稿第六页,共七十一页1mRNA密码子(密码子(codencoden):mRNA:mRNA的碱基序列从起始的碱基序列从起始密码到终止密码以三个碱基为一组而读码,三密码到终止密码以三个碱基为一组而读码,三个一组的碱基称为密码子。个一组的碱基称为密码子。本讲稿第七页,共七十一页顺反子(顺反子(cistroncistron):即结构基因,)
3、:即结构基因,为决定一条多肽链合成的功能单位。为决定一条多肽链合成的功能单位。本讲稿第八页,共七十一页多顺反子多顺反子mRNAmRNA:一条:一条mRNAmRNA分子编码分子编码几条不同的多肽链,几条不同的多肽链,这种这种mRNAmRNA称为多顺反子称为多顺反子mRNAmRNA(polycistronic mRNApolycistronic mRNA)。)。本讲稿第九页,共七十一页单顺反子单顺反子mRNAmRNA:一条:一条mRNAmRNA分子编码分子编码一条多肽链的一条多肽链的mRNAmRNA称为单顺反子称为单顺反子mRNAmRNA(monocistronic mRNAmonocistron
4、ic mRNA)。)。本讲稿第十页,共七十一页2rRNA本讲稿第十一页,共七十一页3tRNA本讲稿第十二页,共七十一页4.2原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶4.2.1RNA聚合酶的结构聚合酶的结构本讲稿第十三页,共七十一页大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶由聚合酶由2个个亚基、一个亚基、一个亚基、亚基、一个一个,亚基和一个亚基和一个亚基组成,称为核心酶。亚基组成,称为核心酶。加上一个加上一个亚基后则成为聚合酶全酶亚基后则成为聚合酶全酶(holoenzyme),相对分子量为,相对分子量为4.65104本讲稿第十四页,共七十一页 4.2.2RNA聚合酶的识别功能与启动子聚合酶的识别功能与启动子 亚基本
5、身并无催化功能,其作用为识别亚基本身并无催化功能,其作用为识别DNA分分子上的起始信号。子上的起始信号。RNA聚合酶与启动子的共有聚合酶与启动子的共有序列结合。序列结合。启动子(启动子(Promoter):位于基因上游的一段具):位于基因上游的一段具有特殊功能的有特殊功能的DNA序列,序列,RNA聚合酶正是通聚合酶正是通过与它的结合作用而启动基因的转录过与它的结合作用而启动基因的转录。本讲稿第十五页,共七十一页共有序列(共有序列(consensus sequenceconsensus sequence):在):在RNARNA合成合成起点之前的起点之前的10bp10bp和和35bp35bp处,有
6、两个由处,有两个由6 6个核苷酸个核苷酸组成的共有序列,这些碱基被命名为组成的共有序列,这些碱基被命名为3535和和1010序列,称为共有序列。序列,称为共有序列。本讲稿第十六页,共七十一页1010区的序列通常为区的序列通常为TATAATTATAAT,称为,称为pribnowpribnow框。框。3535区的序列通常为区的序列通常为TTGACA,TTGACA,称为称为sextamasextama框。框。本讲稿第十七页,共七十一页4.2.3不同的不同的因子使因子使RNA聚合酶识别不同的启动聚合酶识别不同的启动子序列子序列在某些细胞中含有能识别不同启动子的在某些细胞中含有能识别不同启动子的因子,因
7、子,以适应不同生长发育的需要。以适应不同生长发育的需要。本讲稿第十八页,共七十一页 4.2.4RNA聚合酶与聚合酶与DNA结合并使之解链结合并使之解链首先,酶发现启动子的序列并与之结合成较松弛首先,酶发现启动子的序列并与之结合成较松弛的的“封闭型封闭型”复合体。此一步骤大都发生在复合体。此一步骤大都发生在3535区。区。第二,封闭型复合体转变成第二,封闭型复合体转变成“开放型开放型”复合体,复合体,此时此时RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA结合得更紧密。结合得更紧密。本讲稿第十九页,共七十一页4.3RNA的酶促合成的酶促合成4.3.1RNA合成的起始合成的起始 第一个核苷酸常常是第一个核
8、苷酸常常是pppApppA或或 pppGpppG,RNARNA链开链开始延长后,始延长后,从核心酶从核心酶DNADNA新生新生RNARNA链链构成的三元复合物上解离下来,随时能附着构成的三元复合物上解离下来,随时能附着在另外的核心酶分子上。在另外的核心酶分子上。本讲稿第二十页,共七十一页4.3.2RNA合成链的延伸合成链的延伸1.1.当酶前进时当酶前进时DNADNA被被RNARNA聚合酶解链然后又复链聚合酶解链然后又复链2.2.在在RNARNA合成的延伸和终止时合成的延伸和终止时NusANusA因子可以代替因子可以代替因因子。子。本讲稿第二十一页,共七十一页4.3.3RNA合成的终止合成的终止
9、终止子(终止子(terminatorterminator):在):在DNADNA模板上终止模板上终止RNARNA合成的一合成的一段段DNADNA序列。序列。本讲稿第二十二页,共七十一页目前已知有两类终止子:目前已知有两类终止子:1.1.非依赖性终止子(非依赖性终止子(independent terminatorsindependent terminators):不依赖蛋白辅不依赖蛋白辅助因子而能实现转录终止的终止子,叫做助因子而能实现转录终止的终止子,叫做非依赖性终止子。非依赖性终止子。2.2.依赖性终止子依赖性终止子(-independent(-independent terminat0rs
10、):terminat0rs):依赖蛋白辅助因子依赖蛋白辅助因子才能实才能实现转录终止的终止子,叫做现转录终止的终止子,叫做依赖性依赖性终止子。终止子。本讲稿第二十三页,共七十一页1.1.非依赖性终止子非依赖性终止子本讲稿第二十四页,共七十一页本讲稿第二十五页,共七十一页转录终止转录终止不是在不是在DNADNA水平上终止转录,而水平上终止转录,而是是在在RNARNA水平上发生水平上发生作用的。终止子序列作用的。终止子序列从从DNADNA分子上转录后,在分子上转录后,在RNARNA链中反向重链中反向重复序列通过碱基配对产生由回环和茎状结构复序列通过碱基配对产生由回环和茎状结构组成的组成的“发卡发卡
11、”(hairpin)(hairpin)结构。结构。本讲稿第二十六页,共七十一页2.依赖依赖因子的终止子因子的终止子 现在还不清楚现在还不清楚因子的作用机制,但有几因子的作用机制,但有几种可能性:种可能性:因子在因子在RNARNA的存在下能水解的存在下能水解ATPATP,可能应用,可能应用ATPATP放出的能量将放出的能量将RNARNA链从酶和模板中释出。链从酶和模板中释出。因子可能与因子可能与RNARNA聚合酶结合。聚合酶结合。已知已知RNARNA聚合酶本身能识别聚合酶本身能识别DNADNA模板中依赖模板中依赖的终止顺序,而的终止顺序,而因子是在以后才发挥作因子是在以后才发挥作用而释出用而释出
12、RNARNA的。的。本讲稿第二十七页,共七十一页本讲稿第二十八页,共七十一页4.4RNA转录后的加工转录后的加工1.1.原核生物原核生物mRNAmRNA前体的加工前体的加工细菌中用于指导蛋白质合成的细菌中用于指导蛋白质合成的mRNAmRNA大多不大多不需要加工,一经转录即可直接进行翻译。需要加工,一经转录即可直接进行翻译。少数多顺反子少数多顺反子mRNAmRNA需通过核酸内切酶切需通过核酸内切酶切成较小的单位,然后再进行翻译。成较小的单位,然后再进行翻译。本讲稿第二十九页,共七十一页2.2.原核生物原核生物tRNAtRNA的加工的加工原核的原核的tRNAtRNA初始转录本多为多顺反子(初始转录
13、本多为多顺反子(polycistronpolycistron),。少数),。少数的的tRNAtRNA前体为单顺反子(前体为单顺反子(monocistronmonocistron)。)。本讲稿第三十页,共七十一页tRNAtRNA的加工的加工分成分成3 3个阶段个阶段(1)“(1)“斩头斩头”,形成,形成55末端。末端。RNase PRNase P具有内具有内切酶的活性,可切除切酶的活性,可切除E.coliE.coli前体前体tRNA 5tRNA 5端的前导序列(端的前导序列(41nt41nt)。)。(2)(2)去尾,形成去尾,形成3-3-OHOH末端。此过程由末端。此过程由内切酶和外切酶的共内切
14、酶和外切酶的共同参与。同参与。图13-1 三种tRNA前体的剪切本讲稿第三十一页,共七十一页图13-3 tRNA 前体特殊碱基(3)(3)修饰:在前体修饰:在前体tRNAtRNA的一的一些专一部位的碱基需要通过些专一部位的碱基需要通过甲基化酶,硫醇酶,假尿嘧甲基化酶,硫醇酶,假尿嘧啶核苷化酶等的作用进行修啶核苷化酶等的作用进行修饰成为特殊的碱基饰成为特殊的碱基本讲稿第三十二页,共七十一页3.3.原核生物原核生物rRNArRNA的加工的加工 在在E.coliE.coli中中rRNArRNA有有7 7个转录单位,名为个转录单位,名为rrnA-rrnA-G G,它们在染色体上并不紧密连锁。,它们在染
15、色体上并不紧密连锁。rRNArRNA序序列是保守的列是保守的,每个转录单位都含有每个转录单位都含有16S16S、23S23S、5S RNA5S RNA及一个或几个及一个或几个tRNAtRNA。本讲稿第三十三页,共七十一页3.3.原核生物原核生物rRNArRNA的加工的加工rRNArRNA前体的加工是由前体的加工是由RNase RNase 负责的。负责的。图13-4 原核生物rRNA的加工(转引自Russell,1992)本讲稿第三十四页,共七十一页 4.5真核生物真核生物RNA的合成的合成3.5.1真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶RNARNA聚聚合合酶酶I I:基基本本不不受受鹅鹅膏膏蕈
16、蕈碱碱的的抑抑制制,在在大大于于10103 3mol/Lmol/L时时才才表表现现出出轻轻微微的的抑抑制制作作用用。此此酶酶存存在在于于核核仁仁 中中,其其 功功 能能 是是 合合 成成5.8SrRNA,5.8SrRNA,18SrRNA,28SrRNA18SrRNA,28SrRNA。本讲稿第三十五页,共七十一页4.5.1真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶II:对:对鹅膏蕈碱最为敏鹅膏蕈碱最为敏感,在感,在109mol/L108mol/L浓度下浓度下被就会被抑制。此酶核质中,其功能被就会被抑制。此酶核质中,其功能是合成是合成mRNA和和snRNA。本讲稿第三十六页,共七十一
17、页4.5.1真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII:对:对鹅膏蕈碱的敏感鹅膏蕈碱的敏感性介于两者之间,在性介于两者之间,在10105 5mol/Lmol/L10104 4mol/Lmol/L时表现出抑制作用。此酶也存时表现出抑制作用。此酶也存在于核质中,其功能是合成在于核质中,其功能是合成tRNAtRNA和和5SrRNA5SrRNA及转录及转录AluAlu序列。序列。本讲稿第三十七页,共七十一页4.5.2真核生物的启动子真核生物的启动子启动子启动子(promoter)(promoter):RNARNA聚合酶识聚合酶识别、结合和开始转录的一段别、结合和开始转录
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