RNA的生物合成

dNTP（A、G、C、T） DNA 需要一段RNA引物 A—T；C—G； 存在复制产物序列中
NTP（A、G、C、U） mRNA、tRNA、rRNA 不需要引物 A—U；T—A；G—C； 存在转录开始位点的上游
DNA聚合酶
RNA聚合酶（无校对功能）
①都以DNA作模板；②都需核苷酸作原料，都从5’向3’延长； ③产物都是长长的聚核苷酸链；④都遵从碱基配对规律；⑤ 都需要依赖DNA的聚合酶。
尾巴结构
4.4 转录后加工及其机制
甲基化
真 核 mRNA 往 往 有 甲 基 化 位 点 ， 主 要 是 在 N6- 甲 基 腺 嘌 呤 （m6A）。这种甲基化修饰对翻译没有必要，可能在mRNA 前体加工中起识别作用。
4.4 转录后加工及其机制
剪接
内含子的切除 外显子的拼接
成熟mRNA ——单顺反子
已被切下的外显子1的3’-OH攻击内含 子3’-端与外显子2间的3’,5’-磷酸二酯键 使其断裂，内含子以套索的形式被切 下。外显子1和2相互连接。
4.4 转录后加工及其机制
rRNA
真核生物rRNA基因有几十至几千个拷贝数串联重复。其中18S rRNA、 28S rRNA和5.8S rRNA基因成簇排列组成一个转录单位，彼此被间隔 区分开，由RNA聚合酶I转录成一个rRNA前体。
与RNA聚合酶II特异性结合，从而抑制磷酸 二酯键的形成。用于真核细胞RNA聚合酶的 识别或RNA聚合酶II的定量等。
4.3 真核生物RNA的合成
真核启动子
TATA盒 决 定转 录 起点的选择。
CAAT盒与转录起 始频率有关。
4.3 真核生物RNA的合成
增强子能增强启动子的活性，可 存在于启动子上游或下游。
4.3 真核生物RNA的合成
参与转录起始的关键酶与元件 转录的基本过程
4.3 真核生物RNA的合成
参与转录起始的关键酶与元件
真核RNA聚合酶
种类
分布
合成的RNA类型
I
核仁
rRNA
II
核质
hnRNA
III
核质
tRNA，5S rRNA
Mt
线粒体 线粒体RNAs
对a-鹅膏蕈碱的敏感性 不敏感 低浓度敏感 高浓度敏感 不敏感
模板
4.1 概述
转录的方式
不对称转录：转录区只有一小段DNA的一 条链作为模板链进行转录。
4.1 概述
编码链（有义链、正链）：不参与转录的DNA的一条链，其序列与转 录的RNA相同，只是编码链中的T在RNA中为U。
模板链（反义链、负链）：可作为转录模板的DNA的一条链，与转录 的RNA反义，编码链是针对某一基因而言。
4.4 转录后加工及其机制
5S rRNA基因也成簇排列，存在于另一个转录单位，间隔区 不被转录，由RNA 聚合酶III转录（内部启动子）。
4.4 转录后加工及其机制
甲基化 切割 甲基的存在是初级转录物转变成熟的rRNA的标志。
4.4 转录后加工及其机制
人类的45S rRNA与小鼠的45S rRNA加工方式不同。
肝素是一种多价阴子化合物，能 与b’亚基结合，从而在体外抑制转 录作用。
s70：转录大多数基因
4.2 原核生物RNA的合成
启动子
RNA聚合酶识别和结合的DNA上一段特殊 的核苷酸序列，位于转录起点附近。
结构
s因子识别结合部位 典型启动子
RNA聚合酶结合部位
4.2 原核生物RNA的合成
RNA聚合酶与启动子的结合
链的延伸
恢复螺旋
转录泡 编码链
RNA 聚合酶
解开螺旋
RNA-DNA 杂合双链
活性部位
转录方向
模板链
4.2 原核生物RNA的合成
转录的终止
终止子： DNA分子上一段终止 转录的特殊核苷酸序列。
终止依赖于RNA产物，而不是由 转录中DNA序列来决定。
4.2 原核生物RNA的合成
不依赖r因子的终止
依赖r因子的终止
4.1 概述
转录的部位
真核生物：细胞核 原核生物：核质区
参与转录的物质
原料：NTP 模板：DNA 酶：RNA聚合酶 其它蛋白质因子
核仁：rRNA 核质：mRNA，tRNA
4.1 概述
转录的反应
n1ATP n2GTP n3CTP n4UTP 底物或原料
酶
产物
RNA聚合酶
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA
RNA + (n1+n2+n3+n4) PPi
4.2 原核生物RNA的合成
转录的起始
局部解链 （约17个碱基对）
第一个核苷三磷酸 结合到全酶上
第二个核苷三磷酸 参入，形成第一个 磷酸二酯键
s因子从全酶上掉 下，核心酶在DNA 链上向下游滑动
开放二元复合物
“启动子-全酶-核苷三 磷酸”三元复合物
“核心酶-DNARNA”三元复合物
4.2 原核生物RNA的合成
共同序列特征：在转录终止前有一段回文结构，之间由几个碱基隔开，因 此转录的RNA片段会形成茎环结构，阻止聚合酶前进。
4.2 原核生物RNA的合成
不依赖r因子的终止
4.2 原核生物RNA的合成
r因子：活性形式为六聚体，亚基具有一个 RNA结合域和ATP水解域。六聚体具有依 赖ATP的解旋酶活性。
依赖r因子的终止
酵母rRNA加工途径
4.4 转录后加工及其机制
tRNA
tRNA基因成簇排列，被间隔区分开，由RNA聚合酶III转录。 真核生物转录生成的tRNA前体需进行加工修饰才有生物活性。
tRNA的剪接需要独立的核酸酶和 连接酶活性。由内切酶保证内含 子识别的专一性，在内含子两个 末端进行tRNA的剪接。
4.4 转录后加工及其机制
4.4 转录后加工及其机制
原核生物RNA转录后加工
mRNA
原核生物的结构基因是连续编码序列，转录形成的mRNA 绝大数不需加工修饰。原核生物没有核膜，转录和翻译是 偶联的，往往转录还未完成已开始翻译。
4.4 转录后加工及其机制
rRNA
7个编码rRNA的操纵子分散于基因组中，组成基本相 同，均含有16S-23S-5S的三个rRNA分子。 16S rRNA后有1-2个tRNA基因，23S和5SrRNA后有0、 1或2个tRNA基因。
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第四章 RNA的生物合成
第四章 RNA的生物合成
4.1 概述 4.2 原核生物RNA的合成 4.3 真核生物RNA的合成 4.4 转录后加工及其机制
4.1 概述
转录的基本概念 转录的方式 转录与DNA复制的比较
4.1 概述
转录的基本概念
以 DNA 分 子 中 一 条 链 的 部 分 片段为模板，按照碱基配对 原则，按5’→3’方向合成出一 条与模板DNA链互补的RNA 分子的过程。
3’-端加尾
3’ 端 AAUAA 、 YGUGUGYY （ Y 为 嘧 啶 ） 序 列 作 为 mRNA 3’-端加polyA尾的信号。
RNaseIII 在 加 尾 信 号 下 游 1130bp处切断磷酸二酯键。
polyA聚合酶催化在3’-OH上逐 一引入100-250个A。
防止核酸外切酶降解mRNA信 息序列，可能与mRNA的运输 有关。
成熟tRNA分子中的稀有碱基 是通过修饰形成的； 3’-末端加上CCA。
4.4 转录后加工及其机制
真核生物RNA转录后 加工与修饰 mRNA
真 核 mRNA 被 合 成 达 到 20-40bp 时就开始进入加工阶段。
4.4 转录后加工及其机制
5’-端加帽 3’-端加尾 甲基化 剪接
4.4 转录后加工及其机制
A C C
核酸内切酶切断内含子
外显子边界，产生2’-
4.4 转录后加工及其机制
rRNA在修饰酶催化下进行碱基的甲基化修饰； rRNA前体被RNase III、RNase E、RNase P、RNase F等 剪切成一定链长的rRNA分子； rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基。
4.4 转录后加工及其机制
tRNA
tRNA前体被tRNA剪切酶切 成一定大小的tRNA分子；
4.1 概述
模板链不固定在DNA的某一条链 上，而是两条链中交互出现，使 转录也交替出现。
转录单位：DNA链上从启动子直 到终止子为止的序列。一个转录 单位包括一个或几个基因。
4.1 概述
转录与复制的比较
比较点
模板
合成原料 合成产物 引物 配对 调控区 聚合酶
共同点
复制
转录
两条母链DNA
DNA双链中反意义的一条链， 只发生在一部分基因上
s70被证明其Tyr425、Tyr430、Trp433、 Trp434等四个氨基酸残基直接与启 动子-10区的TATAAT序列作用，解 开DNA双螺旋。
4.2 原核生物RNA的合成
转录的基本过程
启动 起始 延伸 终止
负超螺旋
转录泡
3’
5’
正超螺旋
4.2 原核生物RNA的合成
转录的启动
启动子
由RNA聚合酶全酶结合 于启动子而被启动，形 成闭合二元复合物。
帽子0：7-甲基鸟苷以5’-5’三磷 酸 键 与 RNA 的 5’- 端 相 连 形 成 m7GpppN。
帽子1：RNA的第1位核苷酸的 2’-O 位 也 甲 基 化 ， 形 成 m7GpppNm。
帽子2：RNA的第1、2位核苷酸的2’-O位 均甲基化，形成m7GpppNmNm。
4.4 转录后加工及其机制
4.4 转录后加工及其机制
GU-AG规律：所有内含子都是以GU开始，以AG告终的保守序列。
mRNA前体的内含子末端序列剪接位点突变引起剪切错 误，剪切位点突变导致地中海贫血症。
4.4 转录后加工及其机制
U系列snRNA与蛋白质结合形成 核 糖 核 蛋 白 颗 粒 （ RNP ） 。 UsnRNA参与hnRNA的剪接过程， U1 、 U2 、 U4 、 U5 、 U6 可 能 都 与hnRNA的加工有关。
RNA聚合酶能与-35和-10区中的碱基及DNA主链中的磷酸基相接 触；与保守序列差别较远的启动子活性较弱；破坏启动子功能的 突变中有75%是改变了保守序列中的碱基，其余25%为离保守序 列较近的。
4.2 原核生物RNA的合成
s因子与启动子
s因子结构的不同区域分别参与了和编 码链的接触、熔链反应以及与核心酶相 互作用。-35区作为启动子的识别域，10区为“解链域”。
5’-端加帽
RNA三磷酸酶 mRNA鸟苷酰转移酶 mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶 mRNA（核苷-2’）甲基转移酶
是翻译起始所必要的，为核糖体 识别mRNA提供了信号； 协助核糖体与mRNA结合使翻译 从AUG开始； 增加mRNA稳定性，免遭5’外切 核酸酶的降解。
帽子结构
4.4 转录后加工及其机制
4.3 真核生物RNA的合成
转录的基本过程 转录的起始
转录因子可与 RNA 聚 合 酶 II 形 成转录起始复合 物，共同参与转 录起始过程。
4.3 真核生物RNA的合成
TFIID 能 与 启 动 子 结 合 ， 并 吸 引 其 它转录因子及聚合酶进到转录启动 区。
转录起始复合物
4.3 真核生物RNA的合成
4.2 原核生物RNA的合成
大肠杆菌RNA聚合酶
识别DNA上转录起始信号 的碱基序列（启动子）
a2bb’s（全酶） = a2bb’（核心酶） + s
与启动子结合，决定 哪个基因被转录
与DNA模板结合
催化磷酸二酯键的形成， 与转录全过程有关
启动子
4.2 原核生物RNA的合成
利福平和利福霉素可与b亚基结合， 阻止RNA链的延伸，从而抑制转 录的发生。
4.2 原核生物RNA的合成
参与转录起始的关键酶与元件 转录的基本过程
4.2 原核生物RNA的合成
参与转录起始的关键酶与元件
RNA聚合酶
特点
以DNA为模板 都以四种三磷酸核苷为底物和原料 都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原则 RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成 需要Mg2+或Mn2+离子 不需要引物 缺乏3’→5’外切酶活性
转录的终止
RNA 聚 合 酶 II 所 转 录 的 基 因 在 最 后一个外显子下游都具有一个加 poly-A的信号AATAAA序列，而 RNA 聚 合 酶 II 一 般 在 该 位 点 下 游 停止转录。
4.4 转录后加工及其机制
原核生物RNA转录后加工 真核生物RNA转录后加工 RNA的自我剪切与催化
snRNP和其他辅助蛋白共同组成 一个剪接体，对内含子3’和5’剪 接位点和分支点进行识别和剪接 作用。
4.4 转录后加工及其机制
mRNA 前 体 在 snRNP 等 参 与 下 ， 内 含 子中分支点部位的腺苷酸残基的2’-OH 自动攻击内含子5’端与外显子1连接的 磷酸二酯键，切下外显子1。
腺 苷 酸 原 来 的 3’,5’- 磷 酸 二 酯 键 依 然 存 在 ， 加 上 此 2’,5’- 磷 酸 二 酯 键 连 接 后 ， 在腺苷酸处出现了一个套索。