BiochemistryBRNA的生物合成和加工

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1、请做好 上课准备Chapter11 RNA的生物合成和加工RNA的生物合成？Transcription of DNA一、在DNA指导下RNA的合成转录转录-生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶） z相同点：1.都以DNA为模板z 2.原料为核苷酸z 3.合成方向均为53方向z 4.都需要依赖DNA的聚合酶z 5.遵守碱基互补配对规律z 6.产物为多聚核苷酸链复制和转录的异同点n不同点： 复制 转录n模板 两股链均作为模板 模板链作为模板n原料 dNTP NTPn聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶n产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;r

2、RNAn配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-Cn引物 需RNA引物 不需要引物 n方式(特点) 半保留复制 不对称转录转录单位：RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定位点 （启动子promoter），并在另一位点处终止（终止子 terminator），此转录区域称为转录单位。（一）模板和酶（一）模板和酶1、转录模板两股DNA单链中只有一股可转录，作为模板转录成RNA的一股称为模板链（反义链）对应的一股互补链称为编码链（有义链）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（一）模板和酶（一）模板和酶不对称转录:DNA分子上一

3、股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。DNARNA反义链或负链有义链或正链上游：Upstream下游：Downstream 初级转录本：Primary transcript2、 RNA聚合酶（1）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌n 分子量为480kDn四个亚基2组成全酶n2称为核心酶(去掉亚基)（1）原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌RNA聚合酶各亚基及其功能三种RNA聚合酶,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（2）真核生物的RNA聚合酶（2）真核生物的RNA聚合酶3. RNA聚合酶与模板的辨认结合n原核生物的RNA聚合酶结

4、合到DNA启动区开始转录n依靠亚基辨认启动区n启动区具有共有的序列称为保守序列或一致性序列 亚基：识别启动子，识别不同启动子的能力不同，导致不同基因具有不同的转录效率。 核心酶：只能使已开始合成的RNA链延长采用足迹法确定启动子的位置和序列n试验方法：n使DNA与RNA聚合酶结合，再用核酸内切酶处理（1 ）；n未与RNA聚合酶结合的DNA，同相同的核酸内切酶处 理（2）；n电泳，对比（1）和（2）电泳条带；n（2）条带（1）条带n根据缺失条带所处的位置，确定与RNA聚合酶结合的 DNA片段足迹法试验证明nDNA模板对应于RNA的第1个核苷酸为+1；n注意，没有0；n其下游，即转录区记为正数；n

5、其上游，记为负数。+1 +2 +3 +4 +5 +6 -6 -5 -4 -3 -2 -1酶对启动子的识别是转录的第一步大肠杆菌启动子：在转录开始位置的上游10个和35个核苷酸 位置有两段DNA的序列比较保守，分别称为10序列（ 10 sequence）和35序列（35 sequence）。1. Pribnow box (-10 box)5 TATAA T 32. 35 box TTGACA T85T83G81A61C69 52T89A89T50A65A100开始转录T T G A C A A A C T G T-35 区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T

6、 A Py-10 区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动序列中的保守序列RNA-pol辨认位点 (recognition site) 利于DNA局部解链n-35区的序列与起始点辨认有关，称为辨认位点n-10区的序列称为Pribnow盒(box) ，结合位点酶与模板的辨认结合n启动区共有序列保守序列或一致性序列Pribnow框盒（Pribnow box）n从起点上游约-10处找到6bp的保守序列TATAAT，称为- 10序列或Pribnow框（box），与真核细胞和古生菌中的 TATA Bo能相似。nA.T较丰富，易于解链。n功能:n(1)RNA pol (RNA 聚

7、合酶)紧密结合;n(2)形成开放启动复合体；n(3)使RNA pol定向转录。 不同的因子识别特定的启动序列n信号序列并不一定是连续的，分开距离本身也是一种信号 。n-35和-10序列相距约20bp，即大致是双螺旋绕两圈的长度 。这两个结合区是在DNA分子的同一侧面，酶是结合在双螺旋的一面。Promoter(启动序列或启动子)：n起始转录的一段必需的DNA序列，包括与RNA聚合酶结合区、转录起始点及其它各种可能与调控蛋白结合的区域，本身一般不被转录。（二）（二）转录过程转录过程RNA聚合酶催化的转录过程可分为三个步骤：p起始p延长p终止1 1、转录的起始、转录的起始（1）原核生物的转录起始pR

8、NA聚合酶与模板DNA的启动子结合pDNA双链部分解开形成18bp转录空泡pRNA聚合酶含有两个结合NTP的部位 起始部位：优先结合嘌呤核苷酸ATP/GTP（A/G） 延伸部位：NTPp转录起始不需引物, 合成9-12个核苷酸残基后, 亚单位即脱落下来转录起始需要RNA聚合酶全酶闭合启动子复合物开放启动子复合物3. DNA双链解开形成开放转录复合体1.亚基辨认起始点2.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭合启动子复合物 转录起始需要RNA聚合酶全酶4. RNA聚合酶催化发生第一次聚合反应，形成 转录起始复合物RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 35-pppG -OH

9、 + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppinRNA聚合酶含有两个结合NTP的部位n起始部位：优先结合嘌呤核苷酸ATP/GTPn延伸部位：n第一个核苷酸结 合在起始部位n第二个核苷酸结 合在延伸部位3氧对-磷进行亲核攻击形成磷酸酯键水解释放能量n(2)真核生物的转录起始n顺式作用元件(cis-acting element)n-35区 5 -TATA Hogness盒 TATA盒n-40-110区 CAAT盒 GC盒n反式作用因子(trans-acting factor)n转录因子（）n转录因子和真核生物的转录起始复合物n 、 n起始前复合物（）n PIC起始前复合物（）2 2、转录

10、的延伸、转录的延伸n原核生物和真核生物基本相同n亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与 模板结合松弛，沿着DNA模板前移；nRNA的5 端伸展在转录空泡之外n模板为A，转录产物相应为Un原核生物的转录和翻译同时进行n真核生物转录后进行修饰和加工、运输，再翻译转录空泡(transcription bubble)：转录过程中，RNA聚合酶及其所覆盖的DNA双链以及合成的RNA共同构成的复合物，又称为转录复合物。RNA-pol （核心酶） DNA RNAn延伸的方向是5 3nRNA的5端伸展在转录空泡之外5 3DNA原核生物转录延长时蛋白质的翻译同时进行核糖体RNARNA聚合酶人45srRNA基

11、因的转录3 3、转录的终止、转录的终止（1）原核生物转录终止的模式n依赖因子（弱终止子）：因子能与RNA结合，具有 ATP酶和 解链酶的活性 n不依赖因子（强终止子）：终止区的碱基可形成特殊的 结构 nRNA 3形成茎环结构和一串寡聚U依赖因子的转录终止（弱终止子）n因子是6聚体，具 有依赖性RNA-DNA解 旋酶和ATP酶活性n因子识别RNA转录 物中富含C的识别位点n因子结合，快速沿 5 3方向移动，nRNA聚合酶遇到终 止子的发夹结构，暂 停转录；n因子快速追上RNA 聚合酶n因子催化RNA转录 物与模板链解旋nRNA转录物释放DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，

12、RNA产物形成特殊的茎环（stem-loop)或发夹(hairpin)结构来终止转录。非依赖 因子的转录终止（强终止子 ）茎环结构使转录终止的机理茎环结构使RNA聚合酶变构，转录停顿；茎环结构下游存在一串U序列，较弱的氢键 利用转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5pppG5 33 5RNA-pol DNA链的3-端附近有回文结构，富含G-C碱基，其后紧密相连A-T碱基 以这段终止信号为模板转录出的RNA形成具有茎环的发夹形结构，其3-端含一串UUUU尾巴 发夹结构阻碍了聚合酶进一步延伸，RNA链的合成终止 寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板 茎环(stem-loop)结构终止转录抗终止

13、因子n有些终止子的作用可被特异的因子所阻 止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转 录，这种现象成为通读(readthrough)； 这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止 因子；转录的过程3 3、转录的终止、转录的终止（2） 真核生物的转录终止n编码链上存在转录终止的修饰点AATAAAn真核生物 mRNA带有polyA尾巴RNA聚合酶催化的转录过程n1. 识别阶段n（1）RNA聚合酶在亚基引导下结合到启动子上，形成起 始复合物2（-35区）n（2）DNA双链局部解开（-10区）n2. 起始阶段：在模板链上，碱基配对合成最初的RNA链n3. 延伸阶段：核心酶向前移动，RNA链不断生长，延伸 产生了

14、约10bp后，亚基解离n4. 终止阶段n（1）RNA聚合酶到达基因转录终点，形成终止复合物 2NusAn（2）RNA和RNA聚合酶从DNA上脱落二、转录后加工n（一） 真核生物mRNA的转录后加工n1、首、尾的修饰 n 5-端帽子结构的形(m7GpppG)n0型帽子n型帽子n 3-端 poly A尾巴的生成（一） 真核生物mRNA的转录后加工 2、真核生物mRNA前体的剪接 hnRNA和snRNA hnRNA mRNA snRNA U族 300个核苷酸组成 与核内蛋白质组成snRNP 与内含子的剪切有关 断裂基因(split gene) 外显子(exon) 内含子(intron)二、转录后加工mRNA 的剪接 套索剪切模式n（二） 真核生物tRNA的转录后加工n切除部分序列: 5-端 一段前导序列 反密码子环 一段插入序列 3-端CCA-OH的生成 tRNA核苷酸基转移酶 某些碱基的化学修饰: 甲基化 还原反应 DHU 脱氨反应二、转录后加工n（三） 真核生物rRNA转录后加工真核细胞的 rRNA基因 (rDNA)属于 称为丰富基因 族的DNA序 列，也称为高 度重复序列。二、转录后加工三、相关概念（一）启动子和转录因子什么是启 动子？启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录 的一段DNA系列。什么是转 录因子？RNA聚合酶在进行转录时常需要一