《第32章RNA的生物合成与加工课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第32章RNA的生物合成与加工课件（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第32章RNA的生物合成与加工,DNA指导的RNA合成 RNA的转录后加工 RNA指导的RNA合成,一、DNA指导的RNA合成 RNA的生物合成包括转录和RNA的复制,（一）DNA指导的RNA聚合酶 1、DNA指导的RNA聚合酶催化RNA合成的特点： （1）不需引物. （2）原料：NTP （3）合成方向：5/3/端 （4）模板：模板是DNA,在体内只能以DNA一条链为模板转录，叫不对称转录，转录的链叫模板链(有意义链或负链),另一链叫编码链(反意义链或正链) （5）促进因子:Mg2+能促进聚合反应. （6）无3/5/外切酶活性，也无5/3/外切酶的活性，过去认为RNA聚合酶无校对功能，现在认为
2、有校正功能，只是校正功能有限.,2、大肠杆菌RNA聚合酶全酶的组成：由5个（有的书上是6个）亚基组成，分别是、/、和组成， 叫起始亚基，功能是辨认起始位点，又叫起始亚基；2和 /组成核心酶，核心酶没有启动功能，它的功能是在已开始合成的链上移动，边移动边解开双链，边按5/3/方向延长核苷酸链， 亚基相对分子质量较小，功能不清楚。 酶的活性中心内有Zn2+.原核细胞中只有一种RNA聚合酶,3、大肠杆菌RNA聚合酶结构与功能：酶的形状象一个多突起的椭球体 （1）亚基位于酶的一端，功能是：酶的组装和识别启动子并与之结合并使转录起始。 （2）和/亚基，是最大的两个亚基，形状象螃蟹的前螯，功能是：与模板D
3、NA结合，结合核苷酸底物，催化磷酸二酯键形成，是酶的催化中心。 （3）-亚基，窄而长，分为4个区，2区与启动子的-10序列结合并解开双螺旋，4区与启动子的-35序列结合，1区和3区起调节作用。 （4）大肠杆菌RNA聚合酶的活性中心有多个通道，和/亚基之间的裂缝为DNA入口的通道，进入活性中心的DNA遇到蛋白质壁产生转折，促使双链解开，模板链与非模板链分开分别进入两通道并在出口处重新形成双螺旋,（二）转录单位、启动子和转录因子 1、转录单位：起始于DNA模板的一个特定位点，在另一位点终止(终止子)，此转录区域称为一个转录单位。,转录起点左边的序列叫起始点上游序列,在上游序列中有启动子，右边的序列
4、叫下游序列，即转录区.以转录起点以合成第一个核苷酸为界(有的书以启动子为界),上游的DNA碱基记为负(-),下游的记为正(+).,2、启动子：是能被RNA聚合酶的-亚基识别并结合以开始转录的一段DNA序列。利用足迹法和DNA测序法能确定启动子的核心脱氧核苷酸序列 3、转录因子：RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子，辅助因子的作用或是识别DNA的顺式作用元件，或是识别其它因子，或是识别RNA聚合酶。 4、启动子的共有序列： 共有序列可以不连续，从起点上游约-10序列处找到共有序列TATAAT，含6bp，叫Pribnow框（box框）或称为-10序列，实际位置在不同启动子中略有不同；在box框中各碱
5、基出现的频率为T80A95T45A60A50T96，该序列含有A-T碱基较多，容易解开双螺旋。 在起点上游约-35序列处也有一共有序列T82T84G78A65C54A45。,-35序列提供了RNA聚合酶的识别信号，-10区域有助于解开双螺旋。 启动子的序列多种多样，具有共有序列是常见的结构，但最弱的启动子没有-35序列,（三）原核细胞的转录过程 模板识别与转录起始 链延长： 链终止： 不依赖于因子的终止；依赖与因子的终止,二、RNA的转录后加工 1、转录合成的RNA,叫原初转录产物，原初RNA经过一定程度的加工和修饰，才能变为成熟的mRNA.。mRNA作为蛋白质的合成模板,一个mRNA可以为一
6、条多肽链编码,也可为多条多肽链编码，为一条多肽链编码的mRNA叫单顺反子,为二条或多条多肽链编码的为多顺反子。,2、真核细胞的mRNA为单顺反子,因为真核细胞功能相关的基因不连在一起形成操纵子,不产生多顺反子.原核细胞的mRNA结构简单,由于功能相近的基因连在一起形成操纵子一块转录,产生多顺反子. 3、原核生物的mRNA除少数外，一般不进行加工，转录和翻译可同时进行。但rRNA和tRNA需经过加工才能形成活性RNA；真核生物的mRNA、rRNA和tRNA都需要加工,（一）真核生物mRNA前体的一般加工： 1、真核细胞mRNA的原初转录产物是分子量极大的前体,在核内加工过程中形成大小不等的中间物
7、,称为核内不均一RNA(hnRNA),有一小部分经进一步加工成为成熟的mRNA 2、把hnRNA加工为成熟mRNA的过程包括： （1）/-端形成帽子(保护mRNA不被5/-核酸外切酶降解) （2）3/-端形成多聚腺苷酸的尾巴,尾巴不能阻止3/-核酸外切酶的降解作用,尾巴越长,3/-核酸外切酶作用的时间越长,mRNA的寿命越长. （3）剪去内含子转录的mRNA片段,把外显子转录的mRNA连接起来. （4）链内部核苷被甲基化,（1）5/-加帽 真核生物mRNA5/-端都有帽子，在hnRNA分子中就有帽子结构，在hnRNA分子的5/-端为三磷酸嘌呤核苷；转录起始后不久在RNA三磷酸酯酶的催化下从5/
8、-端脱去一个磷酸，然后在mRNA鸟苷酰转移酶催化下，与GTP反应生成5/,5/-三磷酸相连的键，并释放出焦磷酸；最后在甲基转移酶催化下，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供甲基进行甲基化，产生帽子结构,5/-帽子的功能：确切功能不十分清楚，推测它可能在翻译过程中被识别和对mRNA起稳定作用。,（2）真核细胞mRNA3/-加尾 真核细胞mRNA的3/-端通常都有20200个腺苷酸残基构成的多聚腺苷酸的尾巴结构，核内的hnRNA3/-端也有多聚腺苷酸形成的尾巴，hnRNA的尾巴比mRNA的尾巴略长，平均为150200个腺苷酸残基。 病毒的mRNA3/-端也有多聚腺苷酸尾巴。 真核细胞和病毒的mRNA的
9、3/端存在加尾信号AAUAAA,（3）剪去内含子，连接外显子 真核生物的基因是断裂基因，但也有少数编码蛋白质的基因及tRNA和rRNA基因是连续的。断裂基因的外显子和内含子一起转录，转录产物经过剪接除去内含子部分，将外显子链接起来。 内含子有多种多样的结构，剪接机制也多种多样。剪接机制共有4种方式： 类型自我剪接 类型也是自我剪接 核mRNA剪接体剪接 核tRNA的酶促剪接。,在某些生物中，RNA也是遗传信息的载体，也能复制合成与自身相同的分子，某些病毒RNA，当它侵入到宿主细胞后，可借助复制酶（RNA指导的RNA聚合酶）进行病毒RNA的复制。 如大肠杆菌的噬菌体有f2、MS2、R17和Q所含
10、的核酸都是RNA，当他们侵入到宿主细胞后，利用RNA复制酶合成病毒RNA。,三、RNA指导下RNA和DNA合成 （一）RNA指导下RNA和DNA合成,1、噬菌体QRNA的复制 2、病毒RNA复制的主要方式,（二） 逆转录作用（RNA指导的DNA合成） 1970年Temin和Mizufani等人分别从致癌病毒中发现了以RNA为模板催化合成DNA的酶叫逆转录酶,也叫RNA指导得DNA聚合酶. 当逆转录病毒感染宿主细胞时,单链RNA病毒和酶一起进入宿主细胞.,1、逆转录酶（RNA指导的DNA聚合酶） （1）逆转录酶催化DNA合成所需条件： 底物：dNTP 模板：RNA 方向： 53 逆转录酶中含有Z
11、n2+ 引物：tRNA(不同生物引物是不同氨基酸的tRNA)，需要引物具有3OH末端，在引物的3/-末端按53方向，合成一条与RNA模板互补的DNA单链，这条DNA单链叫做互补与RNA的DNA，它与RNA模板形成RNA-DNA杂交体。随后又在逆转录酶的作用下，水解掉RNA链，再以杂交体的DNA为模板合成第二条DNA链。形成的双链DNA（cDNA）,（2）逆转录酶也是多功能酶，主要包括以下几种活性: DNA聚合酶活性；以RNA为模板，催化dNTP聚合成DNA的过程。反转录酶不具有35外切酶活性，因此没有校正功能，所以由反转录酶催化合成的DNA错误率比较高,一般每加20000个脱氧核苷酸就会出现一
12、个错误的核苷酸,所以单链RNA病毒突变率高。 核糖核酸酶H（RNase H）的活性；由逆转录酶催化合成的cDNA与模板RNA形成的杂交分子，将由RNase H从RNA5端水解掉RNA分子。,DNA指导的DNA聚合酶活性：以反转录合成的第一条DNA单链为模板，以dNTP为底物，再合成第二条DNA链。除此之外，有些反转录酶还有DNA内切酶活性，这可能与病毒基因整合到宿主细胞染色体DNA中有关。,2、逆转录过程 （1）逆转录病毒的RNA、引物和酶（逆转录酶和整合酶）进入宿主细胞，在宿主细胞的胞质中发生逆转录作用，先形成cDNA。 （2）cDNA进入宿主细胞核，在整合酶帮助下整合到宿主细胞的染色体DN
13、A上，叫前病毒，前病毒随宿主细胞染色体DNA复制而复制，只有整合的前病毒DNA转录的mRNA才能指导蛋白质的合成。 逆转录过程复杂：,3、逆转录的意义 逆转录的发现对于基因工程技术起了很大的推动作用，逆转录酶目前它已成为一种重要的工具酶。用组织细胞提取mRNA并以它为模板，在反转录酶的作用下，合成出互补的DNA(cDNA)，可构建出cDNA文库(cDNA library)，从中筛选特异的目的基因，这是在基因工程技术中最常用的获得目的基因的方法。,逆转录病毒引起癌症和艾滋病 绝大多数逆转录病毒侵入宿主细胞后,并不杀死宿主细胞,它们整合到宿主DNA 分子上并随之一起复制,但有些病毒有一额外的基因,可使细胞癌变,这类病毒叫RNA肿瘤病毒.肿瘤病毒中导致肿瘤的基因叫致癌基因. 人类获得性免疫缺陷病毒(HIV)也是逆转录病毒,HIV病毒不引起肿瘤,但它能杀死宿主细胞，主要是效应T细胞。HIV病毒中的某些基因,以极快的速度发生突变,使得疫苗制造起来特别困难.这种病毒的逆转录酶比其他病毒中的逆转录酶的错误倾向大10倍以上.这是这类病毒突变率高的主要原因.所以临床上治疗艾滋病的药物是逆转录酶抑制剂.,
