第九章RNA的生物合成和加工
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第九章 RNA的生物合成和加工
第一节 第二节 第三节 第四节 RNA转录 转录后加工 RNA的复制与逆转录 RNA生物合成的抑制剂
第一节
•转录研究的主要问题
RNA转录
①RNA聚合酶
②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控 ①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是 基因调控的核心
一、转录：
• 转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程.转录 是基因表达的第一步，也是最关键的一步。 • 转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止 由DNA上的终止子控制， • 转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合 酶）, • 转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA.
RNA聚合酶/ DNA模板、Mg 2 n1 ATP n2GTP n3CTP n4UTP RNA (n1 n2 n3 n4) PPi
•催化的反应：
不需引物,在单核苷酸的3’-OH上逐个加核苷酸。
1、原核生物的RNA聚合酶 （大肠杆菌） – 复合体，分子量为480kD，由六个亚基组成 α2ββ′ωσ(全酶)，还含有两个Zn+ – α2ββ′ω称为核心酶，只催化链的延长，对起 始无作用。 –σ亚基为启动因子 –不同的原核生物的核心酶相同，但σ亚基有所差别
因为： G=C＞A=T＞A=U 故，鼓泡后DNA互补链取代杂交链中 的RNA，恢复双螺旋结构。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、终止 • RNA聚合酶到达转 录终止点时，在 终止子的帮助下， 聚合反应停止。 • RNA链和聚合酶脱 离DNA模板链。
转 录 的 过 程
2、真核生物的RNA聚合酶
三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同的基因,其转 录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感 性反应不同.
类 型 别 名
Ⅰ（或A） rRNA聚合酶
Ⅱ（或B） hnRNA聚合酶
Ⅲ（或C） 小分子RNA聚合 酶
4.5S rRNA前 hnRNA（mRNA前 tRNA和5S rRNA， 转 录 产 物 体 体） snRNA前体 对a－鹅膏蕈 碱的繁感性 不敏感
5’
E
3’ 5‘
3‘
模板链
-35
-10
pppG或pppA
因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放
σ 的作用有点像是一把钥匙。
σ + 核心酶 σ (a) 全酶 (b)
σ
σ
σ (c)
(d)
2、RNA链的延伸
RNA合成方向5’ → 3’ 。速度：25-50b/s。 a、 合成开始后,σ亚基释放，然后都由核心酶催化。 b、核心酶沿模板链3′—5′移动，选择NTP，暂时形成 DNA-RNA杂交链。 c、核心酶，DNA和新产生的RNA区域形成转录鼓泡。鼓 泡前DNA不断解链，鼓泡后DNA同速复链。
•DNA上能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称 为结构基因. •其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录 •通常用正链DNA的碱基序列来表示基因的一级结构.
5′ 3′ 3′ 5′
（二） RNA聚合酶（RNApolymerase, RNApol):
• RNA聚合酶特性： –作用条件： 4种NTP；Mg2+或Mn2+的存在；DNA模板； – 反应方向： 5’→3’。 –不需引物 –RNA聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具备校对功能， 因此RNA转录的保真度比DNA复制低的多。
′ 编码链 5 … GCAGT ACAT GT C … 3′ ′ 模 板 链 3′ … CGT CAT GT ACAG … 5 转录 GCAGUACAUGUC
DNA
mRNA
肽
N
翻译 … Ala-Val-His-Val
… C
模板转录的不对称性特点：
• 片段转录：即以一条DNA链一段为模板进行转录。 • 转录可能是一个基因转录，也可能是几个基因同时 转录，因时间和空间不同，转录基因有差异。 • DNA分子上编码链和非编码链是相对的。 • 模板链并非永远在同一条单链上
E.coli RNA聚合酶各亚基及其功能
亚基 亚基数 分子量(KD） β’ 1 160 β 1 150 σ α ω 1 2 1 70 37 9 基因 功能 rpoC 与模板DNA结合 rpoB 与核苷酸结合，形成磷酸二 酯键，起始和催化部位。 rpoD 起始识别因子 rpoA 与DNA上启动子结合 ---不详
•复制和转录的异同点
相同点： 1.都以DNA为模板
2.原料为核苷酸，都是生成3’，5’磷酸二酯键
3.合成方向均为5′→3′方向
4.都需要依赖DNA的聚合酶
5.遵守碱基互补配对规律
6.产物为多聚核苷酸链
不同点： 模板 原料 聚合酶
复制 两股链均作为模板 dNTP DNA聚合酶
转录 模板链作为模板 NTP RNA聚合酶
除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自 DNA转录的产物。
• 转录单位:RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特 定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一 个转录单位。 • 一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以 是多个基因（原核）。 • 转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游 （转录区），转录起点左侧（5′侧）为上游，用 负数表示：-1，-2，-3。依此类推。
抑制（高度敏 抑制（中度敏感） 感）
三、原核生物RNA的转录过程（以E.coli为例）
1、转录起始过程： A、在σ亚基引导下，RNA聚合酶全酶与启动子结合； B、DNA局部解开双螺旋；形成转录泡 C、酶滑向转录起点， 引入第一个NTP （ATP或 GTP ），然后与第2个NTP间形成磷酸二酯键。
•转录起始
产物
配对 引物 方式
子代DNA双链
A-T；G-C 需RNA引物 半保留复制
mRNA;tRNA;rRNA
A-U；T-A；G-C -------不对称转录
二、转录模板和酶
（一）转录模板 • 模板链：两股DNA单链中只有一股可转录, 作为模板,录成RNA 的这一股DNA链称为模板链, 或非编码链 ,反意义链，（-） 链 • 编码链：对应的一股互补链称为非模板DNA链或编码链，有意 义链，（+）链, 与mRNA序列相同(U-T)的DNA链。
第一节 第二节 第三节 第四节 RNA转录 转录后加工 RNA的复制与逆转录 RNA生物合成的抑制剂
第一节
•转录研究的主要问题
RNA转录
①RNA聚合酶
②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控 ①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是 基因调控的核心
一、转录：
• 转录----生物体以DNA为模板合成RNA的过程.转录 是基因表达的第一步，也是最关键的一步。 • 转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止 由DNA上的终止子控制， • 转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合 酶）, • 转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA.
RNA聚合酶/ DNA模板、Mg 2 n1 ATP n2GTP n3CTP n4UTP RNA (n1 n2 n3 n4) PPi
•催化的反应：
不需引物,在单核苷酸的3’-OH上逐个加核苷酸。
1、原核生物的RNA聚合酶 （大肠杆菌） – 复合体，分子量为480kD，由六个亚基组成 α2ββ′ωσ(全酶)，还含有两个Zn+ – α2ββ′ω称为核心酶，只催化链的延长，对起 始无作用。 –σ亚基为启动因子 –不同的原核生物的核心酶相同，但σ亚基有所差别
因为： G=C＞A=T＞A=U 故，鼓泡后DNA互补链取代杂交链中 的RNA，恢复双螺旋结构。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、终止 • RNA聚合酶到达转 录终止点时，在 终止子的帮助下， 聚合反应停止。 • RNA链和聚合酶脱 离DNA模板链。
转 录 的 过 程
2、真核生物的RNA聚合酶
三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同的基因,其转 录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感 性反应不同.
类 型 别 名
Ⅰ（或A） rRNA聚合酶
Ⅱ（或B） hnRNA聚合酶
Ⅲ（或C） 小分子RNA聚合 酶
4.5S rRNA前 hnRNA（mRNA前 tRNA和5S rRNA， 转 录 产 物 体 体） snRNA前体 对a－鹅膏蕈 碱的繁感性 不敏感
5’
E
3’ 5‘
3‘
模板链
-35
-10
pppG或pppA
因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放
σ 的作用有点像是一把钥匙。
σ + 核心酶 σ (a) 全酶 (b)
σ
σ
σ (c)
(d)
2、RNA链的延伸
RNA合成方向5’ → 3’ 。速度：25-50b/s。 a、 合成开始后,σ亚基释放，然后都由核心酶催化。 b、核心酶沿模板链3′—5′移动，选择NTP，暂时形成 DNA-RNA杂交链。 c、核心酶，DNA和新产生的RNA区域形成转录鼓泡。鼓 泡前DNA不断解链，鼓泡后DNA同速复链。
•DNA上能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称 为结构基因. •其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录 •通常用正链DNA的碱基序列来表示基因的一级结构.
5′ 3′ 3′ 5′
（二） RNA聚合酶（RNApolymerase, RNApol):
• RNA聚合酶特性： –作用条件： 4种NTP；Mg2+或Mn2+的存在；DNA模板； – 反应方向： 5’→3’。 –不需引物 –RNA聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具备校对功能， 因此RNA转录的保真度比DNA复制低的多。
′ 编码链 5 … GCAGT ACAT GT C … 3′ ′ 模 板 链 3′ … CGT CAT GT ACAG … 5 转录 GCAGUACAUGUC
DNA
mRNA
肽
N
翻译 … Ala-Val-His-Val
… C
模板转录的不对称性特点：
• 片段转录：即以一条DNA链一段为模板进行转录。 • 转录可能是一个基因转录，也可能是几个基因同时 转录，因时间和空间不同，转录基因有差异。 • DNA分子上编码链和非编码链是相对的。 • 模板链并非永远在同一条单链上
E.coli RNA聚合酶各亚基及其功能
亚基 亚基数 分子量(KD） β’ 1 160 β 1 150 σ α ω 1 2 1 70 37 9 基因 功能 rpoC 与模板DNA结合 rpoB 与核苷酸结合，形成磷酸二 酯键，起始和催化部位。 rpoD 起始识别因子 rpoA 与DNA上启动子结合 ---不详
•复制和转录的异同点
相同点： 1.都以DNA为模板
2.原料为核苷酸，都是生成3’，5’磷酸二酯键
3.合成方向均为5′→3′方向
4.都需要依赖DNA的聚合酶
5.遵守碱基互补配对规律
6.产物为多聚核苷酸链
不同点： 模板 原料 聚合酶
复制 两股链均作为模板 dNTP DNA聚合酶
转录 模板链作为模板 NTP RNA聚合酶
除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自 DNA转录的产物。
• 转录单位:RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特 定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一 个转录单位。 • 一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以 是多个基因（原核）。 • 转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游 （转录区），转录起点左侧（5′侧）为上游，用 负数表示：-1，-2，-3。依此类推。
抑制（高度敏 抑制（中度敏感） 感）
三、原核生物RNA的转录过程（以E.coli为例）
1、转录起始过程： A、在σ亚基引导下，RNA聚合酶全酶与启动子结合； B、DNA局部解开双螺旋；形成转录泡 C、酶滑向转录起点， 引入第一个NTP （ATP或 GTP ），然后与第2个NTP间形成磷酸二酯键。
•转录起始
产物
配对 引物 方式
子代DNA双链
A-T；G-C 需RNA引物 半保留复制
mRNA;tRNA;rRNA
A-U；T-A；G-C -------不对称转录
二、转录模板和酶
（一）转录模板 • 模板链：两股DNA单链中只有一股可转录, 作为模板,录成RNA 的这一股DNA链称为模板链, 或非编码链 ,反意义链，（-） 链 • 编码链：对应的一股互补链称为非模板DNA链或编码链，有意 义链，（+）链, 与mRNA序列相同(U-T)的DNA链。