生物化学中英双语版-RNA的合成转录和加工省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生生 物物 化化 学学 原原 理理Principles of Biochemistry杨杨 帆帆fan_fan_第1页第2页第十四章第十四章 RNA合成：转录和加工合成：转录和加工DNADNA转录转录转录转录转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工逆转录逆转录逆转录逆转录第3页DNA转录转录转录转录transcription：指遗传信息从：指遗传信息从DNA转移到转移到RNA过程，即以过程，即以DNA为模板，由依赖为模板，由依赖DNARNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成过程。合成过程。第4页参加转录各原因：参加转录各原因：1.依赖依赖DNARNA聚合酶：聚合酶：作用特点：作用特点：（1）以）以4种核糖核苷三磷酸作为底物，反应需要种核糖核苷三磷酸作为底物，反应需要Mg2参参加加（2）需要适当）需要适当DNA作为模板作为模板（3）合成）合成RNA链方向也为链方向也为53（4）反应无需引物，直接以）反应无需引物，直接以DNA为模板合成新为模板合成新RNA链链（5）RNA聚合酶无校对功效聚合酶无校对功效第5页依赖依赖DNARNA聚合酶催化转录是聚合酶催化转录是不对称不对称：在体内转录过程中，在体内转录过程中，DNA双链中只有一条链或者某个区段双链中只有一条链或者某个区段作为模板进行转录。参加转录作为模板进行转录。参加转录DNA链被称为链被称为模板链（反义模板链（反义链）链），而另一条链则被称为，而另一条链则被称为编码链（正义链）编码链（正义链）。RNA含有含有与编码链几乎完全相同碱基序列，除了以与编码链几乎完全相同碱基序列，除了以U代替代替T以外。以外。第6页E.Coli RNA聚合酶：含有聚合酶：含有2 亚基，其中亚基，其中2 组成组成关键酶关键酶，负责转录过程中，负责转录过程中RNA链延伸。链延伸。起始亚基，为转录起始亚基，为转录起始所必需起始所必需功效未知功效未知第7页E.Coli RNA聚合酶三维构像图聚合酶三维构像图第8页2.转录单位：转录单位：RNA链合成是从模板特定部位起始，经过链链合成是从模板特定部位起始，经过链延伸终止于特定模板部位。普通将从转录起始点到转录终延伸终止于特定模板部位。普通将从转录起始点到转录终止点整个区域称为转录单位。止点整个区域称为转录单位。参加转录各原因：参加转录各原因：第9页参加转录各原因：参加转录各原因：3.开启子结构：开启子结构：开启子是指开启子是指RNA聚合酶识别、结合并由聚合酶识别、结合并由此开启转录一段此开启转录一段DNA序列，位于转录起点序列，位于转录起点5端上游区，端上游区，开启子本身普通是不被转录。开启子本身普通是不被转录。E.Coli 中两个开启子序列：中两个开启子序列：-10序列（序列（Pribnow框）：框）：TATAAT-35序列（识别序列）：序列（识别序列）：TTGACA第10页E.Coli 中不一样基因开启子序列中不一样基因开启子序列-10序列（序列（Pribnow框）框）-35序列（识别序列）序列（识别序列）-35序列（识别序列）序列（识别序列）第11页转录起始转录起始第12页原核生物转录过程：原核生物转录过程：原核生物转录过程：原核生物转录过程：1.模板识别模板识别和转录泡形和转录泡形成：成：亚基亚基第13页转录泡结构转录泡结构RNA聚合酶聚合酶模板链模板链非模板链非模板链第14页原核生物转录过程：原核生物转录过程：原核生物转录过程：原核生物转录过程：2.2.转录起始：转录起始：转录起始：转录起始：RNA RNA聚合酶抵达转录起始点，开始催聚合酶抵达转录起始点，开始催聚合酶抵达转录起始点，开始催聚合酶抵达转录起始点，开始催化核苷三磷酸按照模板链上碱基次序合成化核苷三磷酸按照模板链上碱基次序合成化核苷三磷酸按照模板链上碱基次序合成化核苷三磷酸按照模板链上碱基次序合成RNARNA。此。此。此。此时时时时 亚基从全酶上脱离下来，解离后亚基从全酶上脱离下来，解离后亚基从全酶上脱离下来，解离后亚基从全酶上脱离下来，解离后 亚基再与另一亚基再与另一亚基再与另一亚基再与另一个关键酶组成全酶开始下一轮转录。个关键酶组成全酶开始下一轮转录。个关键酶组成全酶开始下一轮转录。个关键酶组成全酶开始下一轮转录。3.RNA3.RNA链延伸：转录泡延着模板链链延伸：转录泡延着模板链链延伸：转录泡延着模板链链延伸：转录泡延着模板链3 3 55方向不停方向不停方向不停方向不停移动，转录泡内移动，转录泡内移动，转录泡内移动，转录泡内RNARNA链链链链55端方向端方向端方向端方向10101212个核苷酸一直个核苷酸一直个核苷酸一直个核苷酸一直与模板链形成杂合体。与模板链形成杂合体。与模板链形成杂合体。与模板链形成杂合体。4.4.转录终止：当转录终止：当转录终止：当转录终止：当RNARNA聚合酶抵达终止子时，聚合酶抵达终止子时，聚合酶抵达终止子时，聚合酶抵达终止子时，RNARNA转转转转录将终止录将终止录将终止录将终止第15页转录进行转录进行第16页终止子终止子：含有终止功效特定：含有终止功效特定DNA序列，为序列，为RNA聚合酶提聚合酶提供终止转录信号供终止转录信号DNA序列。序列。（1）不依赖于）不依赖于因子终止子：含有一个或多个富含因子终止子：含有一个或多个富含GC回回文对称序列；含有一个多聚文对称序列；含有一个多聚A或或T序列在回文序列后。序列在回文序列后。AGCCCGCCTAATGGCGGGCTTCGGGCGGATTACCGCCCGAAGCCCGCCUAAUGGCGGGCU第17页转录终止转录终止第18页不依赖于不依赖于因子因子转录终止转录终止第19页（2）依赖于）依赖于因子终止子：这类终止子必须在因子终止子：这类终止子必须在因子存在因子存在下转录才发生终止。这类终止子回文结构中不含下转录才发生终止。这类终止子回文结构中不含GC富集富集区，回文结构后也无寡聚区，回文结构后也无寡聚U。因子：一个相对分子量约为因子：一个相对分子量约为45kD蛋白质因子，起帮助终蛋白质因子，起帮助终止作用。止作用。第20页依赖于依赖于因子转录终止因子转录终止第21页真核生物转录：真核生物转录：真核生物转录：真核生物转录：真核生物含有三种真核生物含有三种真核生物含有三种真核生物含有三种RNARNARNARNA聚聚聚聚合酶，依据它们对于合酶，依据它们对于合酶，依据它们对于合酶，依据它们对于-鹅鹅鹅鹅膏蕈碱膏蕈碱膏蕈碱膏蕈碱 敏感度不一样，敏感度不一样，敏感度不一样，敏感度不一样，分为分为分为分为RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶、。真核生物真核生物真核生物真核生物RNARNA聚合酶不聚合酶不聚合酶不聚合酶不能直接识别开启子起始能直接识别开启子起始能直接识别开启子起始能直接识别开启子起始转录，必须在其它转录转录，必须在其它转录转录，必须在其它转录转录，必须在其它转录因子帮助下开始转录。因子帮助下开始转录。因子帮助下开始转录。因子帮助下开始转录。真核生物真核生物真核生物真核生物DNADNA含有复杂含有复杂含有复杂含有复杂转录调控结构转录调控结构转录调控结构转录调控结构第22页真核生物三种真核生物三种RNA聚合酶比较聚合酶比较第23页转录后加工转录后加工在体内，尤其是真核生物体内，由在体内，尤其是真核生物体内，由在体内，尤其是真核生物体内，由在体内，尤其是真核生物体内，由DNADNA直接转录合成直接转录合成直接转录合成直接转录合成RNARNA大多数要经过一系列后加工才能生成成熟大多数要经过一系列后加工才能生成成熟大多数要经过一系列后加工才能生成成熟大多数要经过一系列后加工才能生成成熟RNARNA过过过过程，称为程，称为程，称为程，称为转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工。第24页原核生物体内原核生物体内原核生物体内原核生物体内RNARNA后加工：原核生物后加工：原核生物后加工：原核生物后加工：原核生物mRNAmRNA通常一经转通常一经转通常一经转通常一经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但tRNAtRNA和和和和rRNArRNA都要在转录后经过一系列加工才能成为有功效分都要在转录后经过一系列加工才能成为有功效分都要在转录后经过一系列加工才能成为有功效分都要在转录后经过一系列加工才能成为有功效分子。子。子。子。第25页原核生物中原核生物中rRNA前体加工前体加工：E.Coli 中中rRNA 有有7个转录单位，每个个转录单位，每个转录单位由转录单位由16s rRNA、23s rRNA、5s rRNA以及一个或几个以及一个或几个tRNA基因组成。基因组成。第26页真核生物体内真核生物体内真核生物体内真核生物体内RNARNA转录后加工：真核生物体内转录后加工：真核生物体内转录后加工：真核生物体内转录后加工：真核生物体内tRNAtRNA和和和和rRNArRNA和原核生物有些类似，但真核生物和原核生物有些类似，但真核生物和原核生物有些类似，但真核生物和原核生物有些类似，但真核生物mRNAmRNA前体必前体必前体必前体必须经过复杂加工过程。须经过复杂加工过程。须经过复杂加工过程。须经过复杂加工过程。第27页1.真核生物中真核生物中rRNA前体加工前体加工：哺乳动物哺乳动物rRNA 前体约为前体约为45S，在细，在细胞核中加工最终形成胞核中加工最终形成18S、28S和和5.8S rRNA.第28页2.真核生物中真核生物中tRNA前体加工：经过核酸内切酶和外切酶去除前体加工：经过核酸内切酶和外切酶去除5及及3端附加序列；在端附加序列；在3端加上端加上CCA序列；核苷修饰序列；核苷修饰第29页3.真核生物中真核生物中mRNA前体加工前体加工：在细胞核内，：在细胞核内，mRNA初始转录物被初始转录物被加工为分子大小不等中间产物，称为核不均一加工为分子大小不等中间产物，称为核不均一RNA（hnRNA)。hnRNA在转变为成熟在转变为成熟mRNA过程中，需经以下深入加工：过程中，需经以下深入加工：（1）5端加端加“帽帽”：真核生物真核生物mRNA 5端端“帽帽”结构结构5,5-三磷酸键三磷酸键7-甲基鸟苷甲基鸟苷第30页真核生物真核生物mRNA 5端端“帽帽”结结构构第31页真核生物真核生物mRNA 5端加端加“帽帽”过程过程鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶磷酸水解酶磷酸水解酶鸟嘌呤鸟嘌呤-7-甲基转移甲基转移酶酶2-O-甲基转移酶甲基转移酶第32页（2）3端加端加polyA 尾：尾：AAUAAA：最主要：最主要polyA信号信号Poly A聚合酶聚合酶内切酶内切酶第33页（3）内含子剪切内含子剪切：大多数真核基因是：大多数真核基因是断裂基因断裂基因，其转录产物中同，其转录产物中同时含有时含有内含子内含子（插入序列）和（插入序列）和外显子外显子（编码序列）。在（编码序列）。在mRNA后加后加工过程中，将经过拼接（工过程中，将经过拼接（splicing）去除内含子，使外显子成为连续）去除内含子，使外显子成为连续序列。序列。第34页真核生物真核生物mRNA剪切剪切外显子外显子内含子内含子第35页初级转录物初级转录物中间体中间体剪接剪接RNA内含子内含子外显子外显子真核生物真核生物mRNA剪切模式（剪切模式（1）第36页2,5-磷酸二酯键磷酸二酯键真核生物真核生物mRNA剪切模式（剪切模式（2）第37页相同转录产物，不一样剪接方式，最终可生成不一样蛋白质相同转录产物，不一样剪接方式，最终可生成不一样蛋白质降钙素降钙素甲状腺甲状腺脑脑降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽 第38页真核生物真核生物mRNA剪切举例剪切举例卵清蛋白卵清蛋白第39页逆转录逆转录逆转录逆转录逆转录逆转录：是指以：是指以：是指以：是指以RNARNA为模板合成为模板合成为模板合成为模板合成DNADNA过程。，催化逆过程。，催化逆过程。，催化逆过程。，催化逆转录反应酶称为逆转录酶，也称为转录反应酶称为逆转录酶，也称为转录反应酶称为逆转录酶，也称为转录反应酶称为逆转录酶，也称为RNARNA指导指导指导指导DNADNA聚合聚合聚合聚合酶。酶。酶。酶。第40页第41页Summary DNADNA转录：原核生物中转录：原核生物中转录：原核生物中转录：原核生物中DNADNA转录过程转录过程转录过程转录过程转录后加工：转录后加工：转录后加工：转录后加工：tRNA,rRNA,mRNAtRNA,rRNA,mRNA转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工真核生物中真核生物中真核生物中真核生物中mRNAmRNA转录后加工：断裂基因，外显子，内转录后加工：断裂基因，外显子，内转录后加工：断裂基因，外显子，内转录后加工：断裂基因，外显子，内含子含子含子含子逆转录概念逆转录概念逆转录概念逆转录概念第42页