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1、生物化学教研室生物化学教研室第十六章第十六章 RNARNA的生物合成的生物合成( (Chapter 16Chapter 16：RNARNA BiosynthesisBiosynthesis）生物化学教研室生物化学教研室目的要求目的要求掌握转录的基本概念；转录模板、原核生物掌握转录的基本概念；转录模板、原核生物掌握转录的基本概念；转录模板、原核生物掌握转录的基本概念；转录模板、原核生物RNARNARNARNA聚合酶、模板与酶的辨认结合；原核生物聚合酶、模板与酶的辨认结合；原核生物聚合酶、模板与酶的辨认结合；原核生物聚合酶、模板与酶的辨认结合；原核生物的转录过程。的转录过程。的转录过程。的转录过程
2、。 熟悉真核生物的熟悉真核生物的熟悉真核生物的熟悉真核生物的RNARNARNARNA聚合酶；真核生物的转录聚合酶；真核生物的转录聚合酶；真核生物的转录聚合酶；真核生物的转录过程；真核生物过程；真核生物过程；真核生物过程；真核生物mRNAmRNAmRNAmRNA的录后加工修饰的录后加工修饰的录后加工修饰的录后加工修饰。 了解真核生物了解真核生物了解真核生物了解真核生物tRNAtRNAtRNAtRNA、rRNArRNArRNArRNA的转录后加工的转录后加工的转录后加工的转录后加工。生物化学教研室生物化学教研室教学内容教学内容第一节第一节第一节第一节 转录的概况转录的概况转录的概况转录的概况一、一
3、、一、一、转录的定义及与复制转录的定义及与复制转录的定义及与复制转录的定义及与复制的比较的比较的比较的比较二、二、二、二、参与转录的物质参与转录的物质参与转录的物质参与转录的物质第二节第二节第二节第二节 转录过程与特点转录过程与特点转录过程与特点转录过程与特点一、一、一、一、转录的起始转录的起始转录的起始转录的起始二、二、二、二、转录的延长转录的延长转录的延长转录的延长三、三、三、三、转录的终止转录的终止转录的终止转录的终止四、四、四、四、转录的特点转录的特点转录的特点转录的特点第三节第三节第三节第三节 转录后的加工修饰转录后的加工修饰转录后的加工修饰转录后的加工修饰一、一、一、一、真核生物真
4、核生物真核生物真核生物mRNAmRNAmRNAmRNA的转录后加的转录后加的转录后加的转录后加工修饰工修饰工修饰工修饰二、二、二、二、前体前体前体前体tRNAtRNAtRNAtRNA的转录后加工的转录后加工的转录后加工的转录后加工三、三、三、三、前体前体前体前体rRNArRNArRNArRNA的转录后加工的转录后加工的转录后加工的转录后加工四、四、四、四、核酶在转录修饰中的作用核酶在转录修饰中的作用核酶在转录修饰中的作用核酶在转录修饰中的作用生物化学教研室生物化学教研室一、转录的定义及与复制的比较一、转录的定义及与复制的比较1.1.转录的定义转录的定义以以DNADNA为模板，以四种核糖核苷酸为
5、原料，在为模板，以四种核糖核苷酸为原料，在RNARNA聚合聚合酶催化下，合成酶催化下，合成RNARNA的过程。的过程。2.2.转录与复制的比较转录与复制的比较生物化学教研室生物化学教研室二、参与转录的物质二、参与转录的物质（一）（一）DNADNA模板模板（二）（二）RNARNA聚合酶聚合酶（三）（三）合成合成RNARNA的原料的原料（四）（四）终止因子（终止因子（因子）因子）生物化学教研室生物化学教研室（一）模板（一）模板三种三种RNARNA都是以都是以DNADNA为模板，为模板，RNARNA聚合酶是以其聚合酶是以其中的一条链的某一节段为模板，该链称为模板中的一条链的某一节段为模板，该链称为模
6、板链，另一条链为编码链链，另一条链为编码链 。生物化学教研室生物化学教研室模板模板生物化学教研室生物化学教研室（二）（二）RNARNA聚合酶聚合酶1.1.原核生物原核生物RNARNA聚合酶聚合酶由五个亚基构成：由五个亚基构成： 2 2 2 2 构成核心酶，与构成核心酶，与 因因子一起构成全酶子一起构成全酶 因子可帮助辨认转录起始因子可帮助辨认转录起始位点。位点。核心酶催化核心酶催化3 3,5,5- -磷酸磷酸二酯键的形成合成二酯键的形成合成RNARNA。 RNA聚合酶亚单位示意图聚合酶亚单位示意图 生物化学教研室生物化学教研室原核生物原核生物RNARNA聚合酶亚基的功能聚合酶亚基的功能亚基亚基
7、亚基亚基功功功功 能能能能 识别并结合上游启动子元件，决定哪些基因被转录识别并结合上游启动子元件，决定哪些基因被转录 含活性中心，催化含活性中心，催化3,5-磷酸二酯键的形成磷酸二酯键的形成 结合结合DNA模板，解链模板，解链 协助核心酶识别并结合启动子元件，辨认转录起始协助核心酶识别并结合启动子元件，辨认转录起始位点位点 未知未知生物化学教研室生物化学教研室（二）（二）RNARNA聚合酶聚合酶2.2.真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶分类分类分布分布作用作用RNARNA聚合酶聚合酶(A)A)核仁核仁2828S S、18S18S、5.8SrRNA5.8SrRNA共同前体共同前体4545S
8、RNASRNA的合成的合成RNARNA聚合酶聚合酶(B)B)核质核质各种各种mRNAmRNA前体的合成和前体的合成和U U1 1U U1313snRNAsnRNA前体（前体（U U6 6snRNAsnRNA除外）的合成除外）的合成RNARNA聚合酶聚合酶(C)C)核质核质各种各种tRNAtRNA、5SrRNA5SrRNA、U U6 6snRNAsnRNA以及非以及非U U族族snRNAsnRNA等前体的合成等前体的合成真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶与大肠杆与大肠杆菌菌RNARNA聚合聚合酶的比较酶的比较生物化学教研室生物化学教研室RNA-pol大亚基大亚基CTD结构结构真核生物真核生
9、物RNA-pol的大亚基蛋白质的的大亚基蛋白质的C端氨基端氨基酸序列为酸序列为( (YSPTSPS，酪丝脯苏丝脯丝，酪丝脯苏丝脯丝) )n，不同不同物种物种n值不同，是由含羟基氨基酸为主体的重值不同，是由含羟基氨基酸为主体的重复序列，称为复序列，称为羧基末端结构域（羧基末端结构域（CTD）。生物化学教研室生物化学教研室（三）合成（三）合成RNARNA的原料的原料四种核苷三磷酸：四种核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP二价金属离子：二价金属离子：Mg2+、Mn2+是是RNA聚合酶的聚合酶的必需辅助因子。必需辅助因子。生物化学教研室生物化学教研室（四）终止因子（四）终止因子（ 因子因子 ）
10、因子在特殊的位点上停止因子在特殊的位点上停止RNARNA的合成，又叫终的合成，又叫终止蛋白。止蛋白。生物化学教研室生物化学教研室一、转录起始一、转录起始1 1、启动子启动子2 2、原核生物的转录起始原核生物的转录起始3 3、真核生物的转录起始真核生物的转录起始生物化学教研室生物化学教研室1 1、启动子、启动子启动子启动子( (promoter, P)promoter, P)是指能被是指能被RNARNA聚合酶识别、聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段结合并启动基因转录的一段DNADNA序列，位于转序列，位于转录起始点的上游。录起始点的上游。不同的启动子启动转录的活性不同，在原核生不同的启动子启动
11、转录的活性不同，在原核生物和真核生物的启动子序列中都有一些保守序物和真核生物的启动子序列中都有一些保守序列。列。生物化学教研室生物化学教研室1 1、启动子、启动子原核生物启动子：原核生物启动子：-10-10bpbpTATAATTATAAT（PribnowPribnow盒盒）-35bp-35bpTTGACATTGACA真核生物启动子：真核生物启动子：-25-25-30-30bpbpTATATATA盒（即盒（即HognessHogness盒）盒）-30-30-110-110bpbpCAATCAAT盒和盒和GCGC盒盒原原核核生生物物启启动动子子真真核核生生物物启启动动子子生物化学教研室生物化学教研
12、室2 2、原核生物的转录起始、原核生物的转录起始RNARNA聚合酶以全酶形式与双链聚合酶以全酶形式与双链DNADNA结合，通过结合，通过 因子识别模板链并与启动子结合形成复合物，因子识别模板链并与启动子结合形成复合物，然后进行解链。以四种核苷三磷酸为原料，按然后进行解链。以四种核苷三磷酸为原料，按碱基配对的原则结合到模板链上，第一个多为碱基配对的原则结合到模板链上，第一个多为ATPATP。生物化学教研室生物化学教研室RNARNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合生物化学教研室生物化学教研室3、真核生物的转录起始、真核生物的转录起始真核生物的转录起始较原核生物复杂得多，需真核生物的转录起始
13、较原核生物复杂得多，需要转录因子（要转录因子（TFTF）的参与，同时还需要很多其的参与，同时还需要很多其他的辅助因子的帮助才能启动转录。其中参与他的辅助因子的帮助才能启动转录。其中参与RNARNA聚合酶聚合酶合成合成mRNAmRNA的转录因子为的转录因子为TFTF，包，包括有括有TFTFA A、TFTFB B、TFTFD D、TFTFE E、TFTFF F。TFTFD D能通过能通过TATATATA盒结合亚基盒结合亚基( (TBP)TBP)和与启动子和与启动子的的TATATATA盒结合。盒结合。真真核核生生物物转转录录起起始始真真核核生生物物转转录录的的起起始始生物化学教研室生物化学教研室二、
14、延长阶段二、延长阶段当合成大约当合成大约8 8个寡核苷酸时，个寡核苷酸时， 因子即脱离核心因子即脱离核心酶。核心酶在酶。核心酶在DNADNA链上不断滑动，每滑动一个链上不断滑动，每滑动一个核苷酸距离，即有一个与模板链互补的核苷酸距离，即有一个与模板链互补的5 5- -NTPNTP进入，形成进入，形成3 3,5,5- -磷酸二酯键。合成的磷酸二酯键。合成的方向是方向是5 53 3，在模板链上滑动的方向则是，在模板链上滑动的方向则是3 35 5。 核核苷苷酸酸链链的的延延伸伸生物化学教研室生物化学教研室 转录泡转录泡生物化学教研室生物化学教研室三、终止阶段三、终止阶段 模板模板DNADNA具有终止
15、信号，它是特殊的碱基顺序，具有终止信号，它是特殊的碱基顺序，可被可被RNARNA聚合酶或聚合酶或 因子识别，转录终止。新合因子识别，转录终止。新合成的成的RNARNA、核心酶、核心酶、 因子均从模板链上释放出因子均从模板链上释放出来。核心酶又与来。核心酶又与 因子结合构成全酶。因子结合构成全酶。生物化学教研室生物化学教研室不依赖于不依赖于因子的终止子（强终止子）因子的终止子（强终止子）不依赖于不依赖于因子的终止子有两个特征因子的终止子有两个特征: :DNADNA顺序有富含顺序有富含GCGC的反向重复序列，位于的反向重复序列，位于RNA3RNA3端之前端之前15-2015-20核苷酸处，核苷酸处
16、，DNADNA模板链中在反向重复序列之后有一串约模板链中在反向重复序列之后有一串约6 68 8个个A A，转录为转录为RNA3RNA3端的端的U U。强强终终止止子子不不依依赖赖于于因因子子的的转转录录终终止止生物化学教研室生物化学教研室依赖于依赖于因子的转录终止因子的转录终止依赖于依赖于因子的终止子也可以形成发夹结构，因子的终止子也可以形成发夹结构，但是后面没有不依赖但是后面没有不依赖的终止子特有的多聚的终止子特有的多聚dAdA序列。序列。 因子先与转录生成的因子先与转录生成的RNARNA结合，借助水解结合，借助水解ATPATP的能量向前移动，即追赶的能量向前移动，即追赶RNARNA聚合酶，
17、当转录聚合酶，当转录生成的生成的RNARNA形成发夹结构时，使形成发夹结构时，使因子追赶上因子追赶上RNARNA聚合酶，导致聚合酶，导致RNA-DNARNA-DNA之间的结合不稳定，之间的结合不稳定，使使RNARNA脱离模板。脱离模板。依依赖赖于于因因子子的的转转录录终终止止生物化学教研室生物化学教研室四、转录的特点四、转录的特点 1.1.不对称性不对称性2.2.具有方向性具有方向性 生物化学教研室生物化学教研室真核生物真核生物mRNAmRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰生物化学教研室生物化学教研室原核生物前体原核生物前体tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工原核生物原核生物的加工包的加
18、工包括括55和和33旁序列的旁序列的切除和个切除和个别碱基的别碱基的修饰。修饰。生物化学教研室生物化学教研室真核生物的前体真核生物的前体tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工生物化学教研室生物化学教研室原核生物前体原核生物前体rRNArRNA转录后加工转录后加工真核生真核生物前体物前体rRNArRNA的的转录后转录后加工加工生物化学教研室生物化学教研室四、核酶在转录修饰中的作用四、核酶在转录修饰中的作用核酶概念的提出：在研究四膜虫时发现，其核酶概念的提出：在研究四膜虫时发现，其rRNArRNA能进行自我剪接，在没有蛋白质的情况下，能进行自我剪接，在没有蛋白质的情况下，剪接反应仍可完成。因此，将这种具有催化作剪接反应仍可完成。因此，将这种具有催化作用的用的RNARNA命名为核酶。命名为核酶。其二级结构为槌头结构，这是核酶起作用的结其二级结构为槌头结构，这是核酶起作用的结构要求。构要求。
