现代分子生物学-07RNA的合成.
7第7章 RNA生物合成
RNA合成需要 RNA 聚合酶. coli细胞中约 RNA 合成需要RNA 聚合酶 . E.coli 细胞中约 合成需要 RNA聚合酶 RNA聚合酶分子 3000个 此酶催化RNA 聚合酶分子3000 RNA主链中 有 RNA 聚合酶分子 3000 个 . 此酶催化 RNA 主链中 核苷酸间的3 磷酸二酯键的形成, 核苷酸间的3',5'磷酸二酯键的形成,催化反 应速度很快, 37℃ RNA链的延伸可达50～ 链的延伸可达50 应速度很快,在37℃时RNA链的延伸可达50～90 个核苷酸/ 个核苷酸/秒. RNA的合成是以 DNA 为模板合成核糖核 RNA 的合成是以DNA 的合成是以 DNA为模板合成核糖核 苷酸链的过程,故称为转录 transcription). 转录( 苷酸链的过程,故称为转录(transcription). RNA的合成非常精确, RNA的合成非常精确,转录没有校正机 的合成非常精确 proofreading) 由于细胞RNA RNA不能自我复 制(proofreading).由于细胞RNA不能自我复 故即使偶有差错亦不会遗传下去. 制,故即使偶有差错亦不会遗传下去.
β' βα2σω(465000) (见下表). 全酶形状为椭圆球形,可结合约60 个核苷酸.
E.coli RNA聚合酶的亚基和转录因子 聚合酶的亚基和转录因子
基因名称
基因图上的 位置(min)* 位置
多肽链分 子量 160000 155000 32000- - 92000 40000 9000
全酶中的 数目 1 1 1 2 1
碱基顺序互补.新生RNA即是模板DNA的 互补体.这说明,在RNA聚合酶参与的反 应中,DNA不但能起动RNA的合成,而且 它也能决定RNA产物的全部碱基顺序.另 一方面,在DNA链上有许多可以构成回文 结构的对称顺序.它是转录调控因子的 识别信号.这都说明模板在转录作用中 所处的重要地位.
分子生物学教案-RNA的生物合成
學習內容
一、原核生物轉錄的範本和酶
1．轉錄範本
2．RNA聚合酶
3．範本與酶的辨認結合
二、原核生物的轉錄過程
1．轉錄的起始
2．轉錄的延長
3．轉錄的終止
三、真核生物RNA的生物合成
四、真核生物RNA轉錄後的加工
1．mRNA轉錄後加工修飾
2．tRNA轉錄後加工修飾
3．rRNA轉錄後加工修
五、核酶
學習要求
一、掌握轉錄的概念，不對稱轉錄、範本鏈、編碼鏈。
原核生物RNA聚合酶全酶，核心酶的組成和作用。
真核生物RNA聚合酶的主要類型和產物。
二、掌握RNA聚合酶與範本辨認結合。
掌握原核轉錄起始。
熟悉真核轉錄因數，轉錄前起始複合物。
熟悉延長與原核兩類轉錄終止過程。
三、掌握真核基因的斷裂基因、內含子、外顯子的概念。
掌握mRNA、tRNA轉錄後的加工方式。
熟悉內含子
剪接機制，rRNA的加工過程，核酶結構、作用特點。
四、熟悉核酶的概念，結構、作用特點。
《RNA的生物合成》课件
与RNA合成相关的蛋白和酶
在转录前期，RNA聚合酶、启动因子和转录因子等蛋白质起着重要的作用。
转录中期
RNA合成的速率控制因素
细胞内的多种信号和调控因素可以影响RNA合成的速率和效率。
细胞信号转导在RNA合成中的作用
细胞信号转导路径参与了RNA合成的调节和调控，确保合成的RNA能够满足细胞需求。
转录后期
RNA合成的过程
1
转录前期
2
RNA合成的第一个阶段，包括启动子
识别、转录泡形成和局部解旋等步骤。
3
基本原理
RNA合成是通过转录的方式进行的， 参与的酶和蛋白质协同作用。
转录中期
RNA合成的第二个阶段，速率受到控 制，与细胞信号转导有关。
转录前期
三个阶段的具体过程
转录前期分为启动、开链和Elongation三个阶段，每个阶
RNA合成异常可能导致基因功能紊乱，引发 疾病或发育异常。
结论
RNA合成的重要性
RNA的生物合成是细胞正常功能和生命活动 的关键过程，对维持细胞稳态和生存至关重 要。
RNA合成方向的未来发展方向
未来的研究将继续深入探索RNA合成的细节 和机制，为生命科学和医学研究提供更多新 的突破。
RNA加工和修饰
转录后的RNA需要经过剪接、修饰和运输等 过程，才能成为功能性的成熟RNA。
原核和真核生物中RNA后续处理的不 同之处
原核生物和真核生物在RNA的后续处理过程 中存在着一些差异，导致不同类型的RNA在 不同生物中可能有不同的命运。
RNA合成与基因表达
RNA合成对基因调控的影响
RNA合成的过程直接关系到基因的表达水平 和模式。
RNA的生物合成
RNA是细胞中重要的生物大分子之一，具有多种功能。本课程将介绍RNA的 概述、合成过程和与基因表达的关系，帮助大家更好地理解RNA的生物合成。
医学分子生物学——RNA的生物合成
医学分子生物学名词解释——RNA的生物合成1、转录：生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。
2、结构基因：基因组中，能转录出RNA的DNA区段。
3、不对称转录：在双链DNA分子上，一股链用作模板，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条DNA单链上。
4、TATA盒：基因的转录起始点上游多具有典型的TATA序列，通常认为是启动子的核心序列。
5、Pribnow盒：原核生物中，在起始密码子上游有一个由5-6个核苷酸组成的共有序列，以其发现者的名字命名为Pribnow盒，这个框的中央位于起点上游10bp处，所以又称—10序列，是转录的解旋功能部位，一般较保守。
6、内含子：真核生物中隔断基因的线性表达，而在剪切过程中被除去的核酸序列。
7、外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。
8、转录前复合物：真核生物转录前，RNA-pol通过众多的TF与DNA相结合。
包括：TF ⅡD,A ,B,E,F,H,RNA-polⅡ和TATA序列形成的复合结构。
9、断裂基因：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
10、转录终止修饰点：真核生物读码框架的下游，常存在共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列，在该处对应的mRNA被切断并加polyA。
被称为转录终止修饰点。
11、转录因子：反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子。
12、转录空泡：也称转录复合物，在转录过程中由RNA聚合酶的核心酶、DNA和转录产物RNA三者结合形成的复合体。
13、CTD：羧基末端结构域，RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列为yr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域。
14、核酶：具有催化活性的核糖核酸（RNA）称为核酶。
分子生物学原理rna的生物合成
RNA合成后的修饰和质检
合成后的RNA分子需要经过修饰和质检过程，包括剪接、修饰核苷酸的加入、 修饰基团的修饰等，确保RNA的正常功能。
RNA的运输和分类
合成完毕的RNA分子通过核孔被运输到细胞质中，根据功能和目的不同，可 分为多种分类和载体。
分子生物学原理RNA的生 物合成
RNA（核糖核酸）是一种重要的生物分子，具有多种结构和功能特点。本节 将介绍RNA的类型、生物合成过程以及其在细胞内的功能和作用。
RNA的基本结构和功能特点
RNA是由核糖核苷酸单元组成的单链生物大分子，具有不同的结构和功能特 点。它在细胞内起着重要的信息传递和调控作用。
RNA的类型和分类
RNA可分为mRNA、tRNA和rRNA等多种类型，每种类型具有不同的功能和特 点。它们共同参与蛋白质的合成和调控。
RNA的生物合成与所需物质
RNA的生物合成需要RNA聚合酶、DNA模板、核苷酸三磷酸等物质的参与。这些物质协同作用，完成RNA的 合成过程。
RNA合成的三个阶段和机制
1
起始
RNA合成的起始阶段包括RNA聚合酶与DNA模板结合，形成合成复合物。
2
延伸
在延伸阶段，RNA聚合酶沿DNA模板链合成RNA链，一边解旋DNA双链。
3
终止
终止阶段包括RNA链的合成结束和RNA聚合酶与DNA模板的解离。
RNA转录的起始和终止信号
RNA转录起始信号由启动子序列和转录因子共同识别，终止信号
基因操作中常用的生化技术—RNA的生物合成
2、RNA的延长： 5´ → 3´ RNA聚合酶沿模板链向前移动,使RNA链不断合成延长。
DNA 解旋，以一条链为模板合成RNA 细 胞 核 中
DNA上游的离遗的传核信糖息核就苷传酸递(到原m料R）NA上
三、转录过程
mRNA在细胞核中合成
A A T C T A T A G DNA
细胞核
U U A G AU AUC
mRNA
核孔
细胞质
mRNA通过核孔进入细胞质
细胞核 A A T C T A T A G U U A G A U AUC mRNA U U A G A U A U C 细胞质 mRNARN源自的生物合成(转录)一、定义
转录:是遗传信息从DNA流向RNA的过程。即以双链DNA中的确定的一条链 （模板链用于转录，编码链不用于转录）为模板，以ATP、CTP、GTP、UTP四 种核苷三磷酸为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。进行转录时，一个 基因会被读取并被复制为mRNA，即特定的DNA片断作为遗传信息模板，以依赖 DNA的RNA聚合酶作为催化剂，通过碱基互补的原则合成前体mRNA。
合成部位：细胞核 合成原料：四种NTP
二、转录特点
1、转录单位：启动子
终止子
2、不对称转录：两条DNA链不同时进行转录的现象。
编码链或反意义链；模板链或有意义链
3、RNA聚合酶：
全酶：由 α2ββ'ω(核心酶、延长RNA链)+ σ(识别启动子，引发RNA的合成) 5个亚基 组成，
三、转录过程
1、转录的起始：σ因子识别DNA分子上的启动子并与之结合,将DNA双链局部解开,RNA合成开始,σ因
rna生物合成
RNA生物合成介绍RNA（核糖核酸）是生物体内的一种重要的核酸分子，主要参与基因组转录、翻译和调控等生命活动。
RNA生物合成是指RNA从DNA 模板合成的过程，包括3个主要的步骤：转录初始化、RNA链延伸和终止。
转录初始化转录初始化是RNA生物合成的第一步，它涉及到转录的起始和RNA聚合酶的结合。
在细胞核中，DNA的双链被RNA聚合酶酶启动因子（TFs）识别和结合，形成转录前初始化复合体。
这些酶启动因子是一些特定的蛋白质，它们与DNA序列发生特异性相互作用，并招募RNA聚合酶。
一旦酶启动因子与DNA结合，RNA聚合酶就会在转录起始位点处结合，准备开始RNA合成。
RNA链延伸在转录初始化的阶段，RNA聚合酶结合并开始合成RNA链。
RNA链的合成是通过将合适的核苷酸三磷酸核苷酸与DNA模板上的互补碱基配对而实现的。
当RNA聚合酶酰化核苷酸与DNA模板上的首个核苷酸基对时，转录泡泡形成，并且转录复合物会从起始位点移开，保持转录链的延伸。
转录过程中，DNA的双链减速融解以供RNA聚合酶复制模板链，然后缓慢重组以恢复DNA双链。
与DNA复制不同，转录过程中只有一个DNA模板链被用来合成RNA链。
终止在RNA链延伸过程完成后，终止是RNA生物合成的最后一个步骤。
终止的发生是由一系列的终止信号和蛋白质因子的作用决定的。
当RNA聚合酶遇到终止信号时，它会停止RNA链的合成并与DNA分离。
终止信号通常是一些特定的序列，如终止密码子和转录终止序列。
一旦RNA链被释放，RNA聚合酶与DNA分离，RNA链可以被修饰和进一步加工，以在细胞质中发挥其功能。
RNA合成调控RNA生物合成的调控是细胞内基因表达的重要手段之一。
细胞可以通过多个途径调控RNA生物合成活性，从而控制基因表达的水平和模式。
例如，转录因子和辅助蛋白可以与RNA聚合酶和酶启动因子相互作用，影响转录的起始和效率。
另外，某些RNA分子本身也可以参与调控RNA合成的过程，形成正、负反馈回路，进一步调节基因表达。
《生物化学》-RNA的生物合成
6-9bp
AATXXX...XXXAXX
转录泡 XXXX 3′
′3 XXXXAACTGTXXXX...XXXXATA
XXXX 5′
-35序列
TTAXXX...XXXTXX
σ亚基识别
-10序列
Pribnow框（普里布诺框）
起点+1
2.延伸：σ因子脱落，核心酶继续沿DNA滑动，催化
链的延伸，直到转录终点
2.在真核细胞中，对α-鹅膏蕈碱不敏感的RNA合成是（ ）：
a.r-RNA b.hnRNA c.snRNA d.tRNA
二、RNA的转录过程（以原核生物为例）
RNA转录由起始、延伸、终止三个阶段组成
1.转录起始
启动子：是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA序列。它包括σ亚基的识别部位、RNA聚合酶的紧 密结合部位和转录起点三个部位
分子生物学第7章RNA的生物合成
复制和转录的共同点:
DNA 模板 碱基配对规律 生成磷酸二酯键 链延长方向5'→3'
模板 原料
酶
产物
配对
复制和转录的不同点:
复制
转录
两股链均复制
dNTP DNA聚合酶 需要引物 子代双链DNA (半保留复制)
A -T，G-C
模板链转录(不对称转录) NTP
RNA聚合酶 不需要引物 mRNA ， tRNA ， rRNA
起始位点的嘌呤碱基 与模板+1位碱基配对
在模板指导下依 次引入NTP
延伸位点引入与模板＋ 2位碱基配对的第二个 NTP，形成磷酸二酯键
新合成RNA链延伸约 6~10碱基后，σ因子从
全酶脱落
延伸阶段
图7-12 基因转录起始过程中第一个磷酸二酯键的形成
开放复合物内的RNA聚合酶往往会重复催化短RNA分子的 合成并释放它们，这样的合成称为“无效”合成。聚合酶的活 性中心最多能容纳8 nt，差不多等于“无效”转录物的长度。
n4CMP
产物RNA
7.1.2.2. 原核细胞RNA聚合酶的结构与功能
7.1.2.2.1 细菌的RNA聚合酶
核心酶(core enzyme)：2
全酶(holoenzyme)： 2
图7-2 E. coli RNA pol的体外组装
大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质与功能
亚基 基因 rpo A
rpo B rpo C
7.1 DNA转录
7.1.1 转录的一般特征
(1) 转录发生在DNA分子上某些特定的区域 转录只发生在DNA分子上具有转录活性的区域，DNA两 条链并不是总会被转录。对某一特定基因来说，作为模板的 DNA链称为模板链、无义链、Waston链，与模板链互补的另 一条链称为编码链、有义链、Crick链。
分子生物学第十四章_RNA的生物合成
（二）原料
4种三磷酸核苷（NTP）： ATP、GTP CTP、UTP
（三）RNA聚合酶 （RNA POLYMERASE）
• 全称： 依赖DNA的RNA聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase DDRP)
• 简称： RNA聚合酶（ RNA-pol）
• 作用：它以DNA为模板，4种NTP为原料，按 A=U、CG、T=A碱基配对规则，催化合成 5′→3′方向的RNA链。
（6）酶类 DNA聚合酶 RNA聚合酶
（7）配对 A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
第四节 真核生物前体RNA的加工和降解
• 真核生物转录产物RNA都要经过一系列改变才能成为有生物活性的RNA 分子。
几种主要的修饰方式：
1. 剪接(splicing)
2. 剪切(cleavage)
3. 修饰(modification)
甲基转移酶
5' m7GpppGp…
帽子结构：
• 功能：
①可能是真核核糖体小亚基识别与结合位 点，从而参与蛋白质合成的启动
②可能阻止5′外切核酸酶对mRNA的降 解，增加mRNA的稳定性
2．加尾(adding tail)：
• 这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷 酸，然后再加入polyA。
图18-1 5种E.coli启动序列的共有序列
（五）终止因子（Ρ）
• 作用：协助RNA聚合酶辨认终止点并终止转录
第二节 原核生物的转录的过程
转录是以DNA为模板合成RNA的过程 起始 延长 终止
(一)起始阶段
转录起始需解决两个问题： • RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域 • DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板
分子生物学第7章RNA加工和核糖核蛋白
每个转录单位转录 成单个的RNA前体 分子，经剪切后变 成为成熟的RNA的 分子。
rRNA前体的加工 是由RNase Ⅲ负责 的。
2. 大肠杆菌rRNA转录后加工
➢ 6500nt初始转录物折叠形成一 些茎环结构
➢ 初始转录物与蛋白质结合形成 核糖核蛋白复合体
➢ 进行甲基化修饰 S-adenosylmethionine (SAM， S-腺苷甲硫氨酸)
RNA加工的类型
RNA加工的类型 ➢内切核酸酶和外切核酸酶切除核苷酸 ➢在初始转录物或剪切产物的5’端或3’端加上 核苷酸 ➢对某些核苷酸的碱基或糖苷进行修饰 ➢RNA编辑
第1节 rRNA加工与核糖体
一、原核生物rRNA 加工 二、真核生物 rRNA 加工
一、原核生物rRNA 加工
1. rRNA 基因的结构 ➢ E.coli 有7种不同的rRNA操纵子分散在整个基因组 中 ➢ 每个操纵子包含一个拷贝的5s rRNA、16s rRNA、 23s rRNA序列。 ➢ 有一到4个编码tRNA的序列。
(4) 最后修正：通过外切酶等将20S中和已退火的32S 中残余的ITS切除掉。
47S前 rRNA经历了一系列剪切，先切去外部转录间隔区，再切去内部 转录间隔区，释放32S和20S两个前RNA，最后释放18S、5.8S、28S rRNA。
47S pre-rRNA
ETS：external transcribed spacers ITS：internal transcribed spacers
rplJ(L10) rplJ(L10) rpoB(β亚基) rpoC (β’亚基)
转录
前体多顺反子mRNA
RNase Ⅲ 加工
成熟的mRNA
T7噬菌体早期区转录单条前体RNA，经 RNase Ⅲ剪切成5条成熟的mRNA
RNA的合成
3、m RNA前体
1）5，端形成特殊的帽子结构m7G5，PPP5， N m pNp-“cap” 2)3，端切断并加上尾巴 3）mRNA前体的剪接（RNAsplicing） 除去内含子，有时链内部核苷被甲基化
第三节
RNA复制
第四节 RNA生物合成的抑制剂
一、
嘌呤和嘧啶类似物（383页） 碱基类似物（人工合成）：抑制和干扰核 酸的合成， 代谢抑制物：直接抑制核苷酸生物合成的 酶，或掺入核酸分子中去，形成异常DNA， RNA，影响核酸功能。
从端逐个切去附加的顺序进行修剪trimming端加上ccaoh有一类trna本身就有切去附加序列则露出4核苷的修饰成熟trna众多修饰成分甲基33mrna原核生物中mrna大多不需加工一经转录即可直接进行翻译
第十章 RNA的合成
以DNA为模板合成RNA（转录） ——正常细胞 以RNA为模板合成RNA（复制） ——某些RNA病毒和特定 组织
二、DNA模板功能抑制剂
1、 烷化剂 2、放线菌D（原、真）， 3、嵌入染料
三、RNA聚合酶的抑制剂
1、 利福平：和原核生物RNA聚合酶的β 亚基结合，从而阻止合成 2、 α-鹅膏覃碱：通过作用于RNA聚合 酶Ⅱ和Ⅲ阻断真核生物细胞m RNA的合 成。
1、转录的概念：
在DNA指导的RNA聚合酶催化下，生
物体以DNA的一条链为模板，按照碱 基配对原则，合成一条与DNA链的一 定区段互补的RNA链，这个过程称为 转录。
2、特点
1）基因的转录是局部转录, ）基因的转录有选择性。
二、RNA聚合酶
第二节
RNA的转录后加工
一、原核生物中RNA的加工 1、 rRNA前体的加工 1) 特定位点进行甲基化，产生甲基化 修饰成分 2) 核酸酶（核酸内切酶）切除（裁切） 间隔区
第17章RNA的合成
五 起始
1．δ亚基与核心酶结合形成RNA聚合酶全酶。 2．全酶以静电作用和启动子上游非特异性DNA 结合。 3．RNA聚合酶全酶沿DNA上下游动，包括共有序列在内
与启动子特异性结合，全酶结合后引起DNA片段部分解 链伸展开约11bp（从-9~+2） 4．酶与ATP或GTP结合，结合的三磷酸核苷酸形成转录 物的5΄末端，刚结合上的三磷酸核苷3΄→OH与下一个 核苷酸生成磷酸酯键。所以真核和原核生物的转录作用 以A或G开始。 5．当全酶继续向下游移动，约有4个核苷酸与ATP（GTP ）进行聚合。δ亚基从全酶上解离，核心酶继续合成。 新RNA链生长方向是5΄→3΄，新合成的RNA链与被转 录的DNA链互补，反平行。
similar active sites are the products of convergent evolution.
一 RNA聚合酶
☆1960-1961年发现，全酶分子量 465000，有五种亚基 组成，含有两个 锌原子 ☆全酶中无希格码亚基的酶称为核心酶， 核心酶只能使已开始的RNA链延长，不 具有起始合成RNA的能力 ☆希格码亚基称为起始亚基 ☆ RNA聚合酶的作用是合成一条与被转录的
壮美的南极
第十七章RNA的生物合成
Key Terms
• transcription • RNA polymerase • promoter sites • transcription factor • footprinting • consensus sequence • sigma subunit • transcription bubble • rho (r) protein • TATA box • enhancer
• 转录的终止；酶到达基因转录终点.
RNA的合成
2. rRNA
核 糖 体 RNA 是 用 于 合 成 蛋 白 质 的 机 构 ， rRNA在原核生物中共有3种：5S 16S 23S
3. tRNA
tRNA 是 用 来 传递氨基酸 的，常常呈 三叶草型。
3.1 RNA转录的基本过程
RNA的合成的特点：
1、按照5`→3`的方向合成； 2、以DNA双链中的反义链（模板链）为模板； 3、RNA聚合酶催化反应，dNTPs为底物，按照 A-U，G-C，T-A； 4、反应不需要引物； 5、合成的RNA与DNA编码链（有义链）序列相 同，其中A被U代替。
3.3.2 启动子区的识别
一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱 基本身，而是通过与碱基的氢键互补来 加以识别。
15
腺嘌呤Adenine
NH 2
鸟嘌呤Guanine
O
N
N
N
NH
N H
N
胞嘧啶Cytosine
NH 2
N H
N
NH2
胸腺嘧啶Thymine
O
N
NH
N
O
H
N
O
H
3.3.3 酶与启动子区的结合
• 分别与T2和E coli的DNA进行分子杂交，结 果这种RNA只能和T2的DNA形成“杂种”链，而 不能和E coli的DNA进行杂交；
3
Jacob和Monod预言：
（1）这种“信使”应是一个多核苷酸； （2）其分子水平不小于5X105bp,足以携带一个 基因的遗传信息； （3）它们至少是暂时连载核糖体上； （4）其碱基反映了DNA的序列； （5）它们能高速更新。 Jacob和Monod将它定名为： 信使RNA（messenger RNA）或mRNA