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1、第六章第六章 RNA RNA的生物合成的生物合成DNADNA携带的遗传信息（基因）传携带的遗传信息（基因）传递给递给RNARNA分子的过程称转录分子的过程称转录（transcription ）。）。 在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：一合成有两种方式：一是是DNADNA指导的指导的RNARNA合成，此为生物体内合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是的主要合成方式。另一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合成，此种方式常见于病毒。转录合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是产生的初级转录本是RNARNA前体（前体（RNA RNA precursorprecursor
2、），需经加工过程），需经加工过程（processingprocessing）方具有生物学活性。）方具有生物学活性。 生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成反应体系：反应体系：DNADNA模板模板,NTP,NTP,酶，酶，Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+，合成方向，合成方向 53 53。连接方式连接方式- 3 , 5- 3 , 5磷酸二酯键。磷酸二酯键。转录特点：转录特点：不对称转录不对称转录-DNA-DNA片段转录时，双链片段转录时，双链DNADNA中只有一条中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。不对称转录。模板链模
3、板链(template strand)及反意义链及反意义链(antisense strand):指导指导RNARNA合成的合成的DNADNA链为模板链，又称反意义链。链为模板链，又称反意义链。编码链编码链(coding strand)及有意义链及有意义链(sense strand)：不作为转录不作为转录的另一条的另一条DNADNA链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不同的同的DNADNA单链中，即某条单链中，即某条DNADNA单链对某个基因是模板链，而对另单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。一个基因则是编码链。原料：原料：四种磷酸核苷
4、四种磷酸核苷NTP,DNANTP,DNA中的中的T T在在RNARNA合成中变为合成中变为U U 合成过程合成过程:连续连续，方向：方向：5353从头合成从头合成,5,5末端的起始核苷酸常为末端的起始核苷酸常为GTPGTP或或ATPATP一、转录基本特点一、转录基本特点生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成不对称转录不对称转录不对称转录不对称转录“转录单位转录单位转录单位转录单位”（transcription unittranscription unit
5、transcription unittranscription unit） 以以以以操纵子操纵子操纵子操纵子（operonoperonoperonoperon）为转录的功能单位）为转录的功能单位）为转录的功能单位）为转录的功能单位, , , ,结构上包括四结构上包括四结构上包括四结构上包括四个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、终止子和调节基因。终止子和调节基因。终止子和调节基因。终止子和调节基因。原核原核原核原核RNARNARNAR
6、NA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶转录过程转录过程转录过程转录过程二、原核细胞二、原核细胞RNARNA转录合成特点转录合成特点生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成调节基因调节基因启动子启动子操纵操纵基因基因lacZ lacYlacACAPcAMPCAP-cAMPCAP-cAMP复合物复合物mRNAmRNA+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透过酶-半乳糖苷乙酰基转移酶酶生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成 大肠杆菌的大肠杆菌的大肠杆菌的大肠杆菌的RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 全酶由全酶由全酶由全酶由5 5 5 5种亚基种亚基种亚基种亚基2 2
7、2 2 组成组成组成组成，因因因因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与2 2 2 2分离，分离，分离，分离，没有没有没有没有、 亚基的酶称为核心亚基的酶称为核心亚基的酶称为核心亚基的酶称为核心酶酶酶酶只催化链的延长，对起始无作用。只催化链的延长，对起始无作用。只催化链的延长，对起始无作用。只催化链的延长，对起始无作用。 五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为： 亚基：亚基：亚基：亚基：与启动子结合功能。与启动子结合功能。与启
8、动子结合功能。与启动子结合功能。 亚基亚基亚基亚基：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形 成磷酸二酯键。成磷酸二酯键。成磷酸二酯键。成磷酸二酯键。 亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。 亚基亚基亚基亚基：与：与：与：与DNADNADNADNA模板结合功能。模板结合功能。模板结合功能。模板结合功能。 亚基：亚基：亚基：亚基：识别起始位点。识别起始位点。识别起始位点。识别起始位点。 生物化学合工大生物化学合工大RNAR
9、NA的生物合成的生物合成识别识别解链解链起始起始延伸延伸终止终止生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成 1. 1. 1. 1. 起始位点的识别起始位点的识别起始位点的识别起始位点的识别 识别正确的启动位点，识别正确的启动位点，识别正确的启动位点，识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组启动子的结构至少由三部分组启动子的结构至少由三部分组启动子的结构至少由三部分组成：成：成：成：-35-35-35-35序列提供了序列提供了序列提供了序列提供了RNARNARNARNA聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；-10-10-1
10、0-10序列是序列是序列是序列是酶的紧密结合位点（富含酶的紧密结合位点（富含酶的紧密结合位点（富含酶的紧密结合位点（富含ATATATAT碱基，利于双链打开）；第三碱基，利于双链打开）；第三碱基，利于双链打开）；第三碱基，利于双链打开）；第三部分是部分是部分是部分是RNARNARNARNA合成的起始点。合成的起始点。合成的起始点。合成的起始点。35+1转录起始点转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框2. 2. 2. 2. 转录起始转录起始转录起始转录起始 加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是
11、GTPGTP或或ATPATP。所形成的。所形成的启动启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点， 亚基就会被释亚基就会被释放脱离核心酶。放脱离核心酶。生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成-35-10pppG或pppA55553333模板链模板链E 3.3.链的延伸链的延伸 以以NTPNTP为原料和能量为原料和能量,DNA,DNA模板链为模板，模板链为模板，靠核心酶的催化，靠核心酶的催化，核苷酸间通过核苷酸间通过3,5-3,5-磷酸二酯键成核糖核
12、酸链磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)(RNA)生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成4. 4. 4. 4. 转录终止转录终止转录终止转录终止 转转转转录终止信号有两种情况录终止信号有两种情况录终止信号有两种情况录终止信号有两种情况 弱终止子：弱终止子：弱终止子：弱终止子：依赖依赖依赖依赖因子（终止因子，因子（终止因子，因子（终止因子，因子（终止因子，terminatorsterminators）的终止的终止的终止的终止 NusA NusA NusA NusA蛋白识别蛋白识别蛋白识别蛋白识别DNADNADNADNA链上的终止信号，在链上的终止信号，在链上的终止信号，在链上的
13、终止信号，在因子帮助终止。因子帮助终止。因子帮助终止。因子帮助终止。 强终止子：强终止子：强终止子：强终止子：（ 1 1 1 1 ）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含G-CG-CG-CG-C的回文的回文的回文的回文区域。（区域。（区域。（区域。（2 2 2 2）富含）富含）富含）富含G-CG-CG-CG-C的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的dAdAdAdA碱基序列，碱基序列，碱基序列，碱基序列，它们转录的它们转录的它们转录的它们转录的RNARNARNARNA链的末端为一连串链的末端
14、为一连串链的末端为一连串链的末端为一连串U U U U（连续（连续（连续（连续6 6 6 6个）个）个）个）。生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成三、真核生物的转录作用三、真核生物的转录作用酶类酶类酶类酶类分布分布分布分布产物产物产物产物活性活性活性活性分子量分子量分子量分子量(KDa)(KDa)反应条件反应条件反应条件反应条件核仁核仁核仁核仁核质核质核质核质核质核质核质核质rRNArRNA（ 5.8S 5.8S、18S18S、28S 28S ）mRNAmRNAtRNAtRNA、5S rRNA5S rRNA50507070202040401010500500700700
15、700700低离子强度要低离子强度要低离子强度要低离子强度要求求求求MgMg2+2+或或或或MnMn2+2+高离子强度高离子强度高离子强度高离子强度高高高高MnMn2+2+浓度浓度浓度浓度1.1.真核真核RNARNA聚合酶聚合酶2. 2. 转录转录 真核真核RNARNA转录基本过程与原核类似，但其产生的转录基本过程与原核类似，但其产生的mRNAmRNA为为“单顺反子单顺反子”，只编码一条肽链。，只编码一条肽链。生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成四、转录过程的选择性抑制剂四、转录过程的选择性抑制剂 放线菌素放线菌素放线菌素放线菌素D D D D利福平利福平利福平利福平鹅
16、膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱原核原核原核原核抑制抑制抑制抑制抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制不抑制不抑制真核真核真核真核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制不抑制不抑制抑制抑制抑制抑制RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成五、转录产物的五、转录产物的“加工加工”（成熟过程）（成熟过程） 在细胞内，由在细胞内，由RNARNA聚合酶合成的原初转录物（聚合酶合成的原初转录物（primary primary transcripttranscript）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5 5 和和3 3
17、末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNARNA分子。此过程分子。此过程总称为总称为RNARNA的成熟的成熟或称为或称为RNARNA的转录后加工。的转录后加工。 原核生物原核生物的的mRNAmRNA转录后一般不需要加工，转录的同时转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。即进行翻译（半寿期短）。rRNA前体的转录后加工前体的转录后加工tRNA前体的加工前体的加工真核真核mRNA前体的加工前体的加工 生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成rRNA
18、rRNA前体的加工前体的加工rRNArRNArRNArRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列。基因之间以纵向串联的方式重复排列。基因之间以纵向串联的方式重复排列。基因之间以纵向串联的方式重复排列。加工过程：加工过程：加工过程：加工过程： 1 1 1 1、剪切作用：需核酸酶参与。、剪切作用：需核酸酶参与。、剪切作用：需核酸酶参与。、剪切作用：需核酸酶参与。 2 2 2 2、甲基化修饰：修饰在碱基上。、甲基化修饰：修饰在碱基上。、甲基化修饰：修饰在碱基上。、甲基化修饰：修饰在碱基上。 3 3 3 3、自我剪接：一种核酶的作用。、自我剪接：一种核酶的作用。、自我剪接：一种核酶的作用。、自我剪接：一种
19、核酶的作用。原核原核原核原核rRNArRNArRNArRNA加工：加工：加工：加工：rRNArRNArRNArRNA含非转录的间隔区，其产物中含非转录的间隔区，其产物中含非转录的间隔区，其产物中含非转录的间隔区，其产物中含含含含tRNAtRNAtRNAtRNA 真核真核真核真核rRNArRNArRNArRNA加工：加工：加工：加工： 1.5S 1.5S 1.5S 1.5S自成体系加工少无修饰和剪接。自成体系加工少无修饰和剪接。自成体系加工少无修饰和剪接。自成体系加工少无修饰和剪接。2.45S2.45S2.45S2.45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。加
20、工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成大肠杆菌大肠杆菌rRNArRNA前体加工前体加工真核生物真核生物rRNArRNA前体加工前体加工生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成tRNAtRNA前体的加工前体的加工tRNAtRNAtRNAtRNA前体在前体在前体在前体在tRNAtRNAtRNAtRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNAtRNAtRNAtRNA分子分子分子分子 3333末端加上末端
21、加上末端加上末端加上CCACCACCACCA碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成l 真核真核mRNAmRNA前体的加工前体的加工l l剪接（剪接（剪接（剪接（SplicingSplicingSplicingSplicing） 去除内含子，连接外显子去除内含子，连接外显子去除内含子，连接外显子去除内含子，连接外显子l l5555帽端结构的生成（如图）帽端结构的生成（如图）帽端结构
22、的生成（如图）帽端结构的生成（如图）l l3333端多聚端多聚端多聚端多聚A A A A（polyApolyApolyApolyA）的附加）的附加）的附加）的附加生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成六、六、RNARNA的复制合成（的复制合成（RNARNA指导的指导的RNARNA合成）合成）v噬菌体噬菌体QQ的的RNARNA复制两阶段复制两阶段（1 1）其单链其单链RNARNA可充当可充当mRNAmRNA，利用寄主中的核糖体合成利用寄主中的核糖体合成外壳蛋外壳蛋白白和和RNARNA复制酶的复制酶的亚基。亚基。（2
23、 2）复制酶的复制酶的亚基可与来自寄主细胞的亚基亚基可与来自寄主细胞的亚基 自动装自动装配成配成RNARNA复制酶复制酶，可进行，可进行RNARNA的复制，以分子中单链的复制，以分子中单链RNARNA为模为模板（正链），复制出一条新的板（正链），复制出一条新的RNARNA链（负链），再复制出链（负链），再复制出正正链链，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。v某些某些RNARNA病毒可以以自身病毒可以以自身RNARNA为为模板进行复制。模板进行复制。v不同的不同的RNARNA病毒复制方式不同病毒复制方式不同5 RNA-5 3 3 RNA+释放释放释放释放35 3 3 5 5 RNA+RNA+RNA-vRNA-及及 RNA+的合成方向均为的合成方向均为5 3生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成本章重点本章重点:1.RNA合成的机制合成的机制2.RNA的转录后加工的转录后加工 生物化学合工大生物化学合工大RNARNA的生物合成的生物合成
