生物化学合工大第六章RNA的生物合成ppt课件
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第六章 RNA的生物合成
DNA携带的遗传信息（基因）传 递给RNA分子的过程称转录 （transcription ）。
在生物界，RNA合成有两种方式：一 是DNA指导的RNA合成，此为生物体 内的主要合成方式。另一种是RNA指 导的RNA合成，此种方式常见于病毒。 转录产生的初级转录本是RNA前体 （RNA precursor），需经加工过程 （processing）方具有生物学活性。
（1）其单链RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成 外壳蛋白和RNA复制酶的β亚基。
（2）复制酶的β亚基可与来自寄主细胞的亚基αδ自动装配成 RNA复制酶，可进行RNA的复制，以分子中单链RNA为模 板（正链），复制出一条新的RNA链（负链），再复制出 正链，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。
RNA+
区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列， 它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。
三、真核生物的转录作用
1.真核RNA聚合 酶
酶类 分布
产物
活性
分子量 (KDa)
反应条件
Ⅰ 核仁 rRNA（ 5.8S、 50～70％ 500 低离子强度要
18S、28S ）
求Mg2+或
Ⅱ 核质
3
5
3 RNA+ 5
5
3
RNA-
❖RNA-及 RNA+的合成方向均为5‘ 3’ 释放
5 RNA- 3
3
5
RNA+
释放
本章重点:
1. RNA合成的机制 2. RNA的转录后加工
TTGACA
5’
3’
AACTGT
－35序列
Sextama 框
TATAAT
ATATTA
－10序列 Pribnow框
5’ 3’ +1
转录起始点
2. 转录起始
加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的启 动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第 一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点， σ亚基就会被释 放脱离核心酶。
E
5‘
3‘
3‘
模板链
-35
5‘
-10
pppG或pppA
3.链的延伸
以NTP为原料和能量,D-磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)
4. 转录终止
转录终止信号有两种情况 弱终止子：依赖ρ因子（终止因子，terminators）的终止 NusA蛋白识别DNA链上的终止信号，在ρ因子帮助终止。 强终止子：（ 1 ）在终止点之前具有一段富含G-C的回文
原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产物中含 tRNA 真核rRNA加工： 1.5S自成体系加工少无修饰和剪接。
2.45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。
大肠杆菌rRNA前体加工 真核生物rRNA前体加工
tRNA前体的加工
tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的 tRNA分子 3’末端加上CCA 碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用
操纵
基转移酶酶
启动子 基因 lacZ lacY lacA
+ CAP CAP-cAMP cAMP 复合物
mRNA
1. 起始位点的识别
σ识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组成：
-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶
的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部
分是RNA合成的起始点。
mRNA
20～40％ ～700 Mn2+
Ⅲ 核质 tRNA、5S rRNA 10％
～700 高离子强度
高Mn2+浓度
2. 转录
真核RNA转录基本过程与原核类似，但其产生的mRNA为 “单顺反子”，只编码一条肽链。
四、转录过程的选择性抑制剂
原核
放线菌素D 抑制
利福平 抑制
真核
抑制
不抑制
α－鹅膏蕈碱 不抑制
一、转录基本特点
反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向 5'→3'。连接方式-- 3' , 5'磷酸二酯键。 转录特点：不对称转录--DNA片段转录时，双链DNA中只有 一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。 模板链(template strand)及反意义链(antisense strand):指导 RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链。 编码链(coding strand)及有意义链(sense strand)：不作为转录 的另一条DNA链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不 同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而 对另一个基因则是编码链。 原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 合成过程:连续， 方向：5‘→3’从头合成,5´—末端的起始核苷酸常为GTP或 ATP
抑制RNA聚合酶Ⅱ
五、转录产物的“加工”（成熟过程）
在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物 （primary transcript）往往需要一系列的变化，包括链 的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修 饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。 此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。
二、原核细胞RNA转录合成特点
不对称转录 “转录单位”（transcription unit）
以操纵子（operon）为转录的功能单位,结构上包括四 个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、 终止子和调节基因。
原核RNA聚合酶 转录过程
调节基因
-半乳糖苷酶
-半乳糖苷透过酶
-半乳糖苷乙酰
真核mRNA前体的加 工
剪接（Splicing） 去除内含子，连接外显子
5’帽端结构的生成（如图）
3’端多聚A（polyA）的附加
六、RNA的复制合成（RNA指导的RNA 合成）
❖ 某些RNA病毒可以以自身RNA为模板进行复制。 ❖ 不同的RNA病毒复制方式不同 ❖ 噬菌体Qβ的RNA复制两阶段
原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时 即进行翻译（半寿期短）。
rRNA前体的转录后加工
tRNA前体的加工
真核mRNA前体的加工
rRNA前体的加工
rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列。
加工过程： 1、剪切作用：需核酸酶参与。
2、甲基化修饰：修饰在碱基上。 3、自我剪接：一种核酶的作用。
DNA携带的遗传信息（基因）传 递给RNA分子的过程称转录 （transcription ）。
在生物界，RNA合成有两种方式：一 是DNA指导的RNA合成，此为生物体 内的主要合成方式。另一种是RNA指 导的RNA合成，此种方式常见于病毒。 转录产生的初级转录本是RNA前体 （RNA precursor），需经加工过程 （processing）方具有生物学活性。
（1）其单链RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成 外壳蛋白和RNA复制酶的β亚基。
（2）复制酶的β亚基可与来自寄主细胞的亚基αδ自动装配成 RNA复制酶，可进行RNA的复制，以分子中单链RNA为模 板（正链），复制出一条新的RNA链（负链），再复制出 正链，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。
RNA+
区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列， 它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。
三、真核生物的转录作用
1.真核RNA聚合 酶
酶类 分布
产物
活性
分子量 (KDa)
反应条件
Ⅰ 核仁 rRNA（ 5.8S、 50～70％ 500 低离子强度要
18S、28S ）
求Mg2+或
Ⅱ 核质
3
5
3 RNA+ 5
5
3
RNA-
❖RNA-及 RNA+的合成方向均为5‘ 3’ 释放
5 RNA- 3
3
5
RNA+
释放
本章重点:
1. RNA合成的机制 2. RNA的转录后加工
TTGACA
5’
3’
AACTGT
－35序列
Sextama 框
TATAAT
ATATTA
－10序列 Pribnow框
5’ 3’ +1
转录起始点
2. 转录起始
加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的启 动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第 一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点， σ亚基就会被释 放脱离核心酶。
E
5‘
3‘
3‘
模板链
-35
5‘
-10
pppG或pppA
3.链的延伸
以NTP为原料和能量,D-磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)
4. 转录终止
转录终止信号有两种情况 弱终止子：依赖ρ因子（终止因子，terminators）的终止 NusA蛋白识别DNA链上的终止信号，在ρ因子帮助终止。 强终止子：（ 1 ）在终止点之前具有一段富含G-C的回文
原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产物中含 tRNA 真核rRNA加工： 1.5S自成体系加工少无修饰和剪接。
2.45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。
大肠杆菌rRNA前体加工 真核生物rRNA前体加工
tRNA前体的加工
tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的 tRNA分子 3’末端加上CCA 碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用
操纵
基转移酶酶
启动子 基因 lacZ lacY lacA
+ CAP CAP-cAMP cAMP 复合物
mRNA
1. 起始位点的识别
σ识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组成：
-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶
的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部
分是RNA合成的起始点。
mRNA
20～40％ ～700 Mn2+
Ⅲ 核质 tRNA、5S rRNA 10％
～700 高离子强度
高Mn2+浓度
2. 转录
真核RNA转录基本过程与原核类似，但其产生的mRNA为 “单顺反子”，只编码一条肽链。
四、转录过程的选择性抑制剂
原核
放线菌素D 抑制
利福平 抑制
真核
抑制
不抑制
α－鹅膏蕈碱 不抑制
一、转录基本特点
反应体系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向 5'→3'。连接方式-- 3' , 5'磷酸二酯键。 转录特点：不对称转录--DNA片段转录时，双链DNA中只有 一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。 模板链(template strand)及反意义链(antisense strand):指导 RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链。 编码链(coding strand)及有意义链(sense strand)：不作为转录 的另一条DNA链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不 同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而 对另一个基因则是编码链。 原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 合成过程:连续， 方向：5‘→3’从头合成,5´—末端的起始核苷酸常为GTP或 ATP
抑制RNA聚合酶Ⅱ
五、转录产物的“加工”（成熟过程）
在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物 （primary transcript）往往需要一系列的变化，包括链 的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修 饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。 此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。
二、原核细胞RNA转录合成特点
不对称转录 “转录单位”（transcription unit）
以操纵子（operon）为转录的功能单位,结构上包括四 个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、 终止子和调节基因。
原核RNA聚合酶 转录过程
调节基因
-半乳糖苷酶
-半乳糖苷透过酶
-半乳糖苷乙酰
真核mRNA前体的加 工
剪接（Splicing） 去除内含子，连接外显子
5’帽端结构的生成（如图）
3’端多聚A（polyA）的附加
六、RNA的复制合成（RNA指导的RNA 合成）
❖ 某些RNA病毒可以以自身RNA为模板进行复制。 ❖ 不同的RNA病毒复制方式不同 ❖ 噬菌体Qβ的RNA复制两阶段
原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时 即进行翻译（半寿期短）。
rRNA前体的转录后加工
tRNA前体的加工
真核mRNA前体的加工
rRNA前体的加工
rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列。
加工过程： 1、剪切作用：需核酸酶参与。
2、甲基化修饰：修饰在碱基上。 3、自我剪接：一种核酶的作用。