10 第十一章 RNA生物合成.pptx

第1页：的生物合成

的生物合成

Chapter11RNA的生物合成RNABiosynthesis

第2页：转录与复制的区别

转录与复制的区别

MajorObject[教学时数]4学时[掌握内容]：不对称转录的概念。转录的模板，原料，RNA聚合酶（原核），转录与复制的区别，模板链和编码链，模板与酶的辨认结合。[熟悉内容]：转录过程，真核生物的转录后修饰。[了解内容]：真核生物的RNA聚合酶。[自学内容]：核酶。

第3页：为模板合成

为模板合成

转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

第4页：第一节转录的模板和酶第二节转录过程第三节

第一节转录的模板和酶第二节转录过程第三节真核生物的转录后修饰

第5页：指导蛋白质生物合成的

指导蛋白质生物合成的

*转录(Transcription)：生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。即把DNA的碱基序列抄录成RNA的碱基序列。*原始模板和直接模板：DNA分子上决定蛋白质氨基酸序列的遗传信息称为蛋白质合成的原始模板。指导蛋白质生物合成的mRNA称为蛋白质合成的直接模板。

第6页：翻译蛋白质

翻译蛋白质

DNA(原始模板)转录mRNA(直接模板)翻译蛋白质

第7页：参与RNA转录的主要物质

参与RNA转录的主要物质

• 模板：DNA的模板链
• 底物：4种核糖核苷三磷酸（NTP：ATP、GTP、CTP、UTP）
• 酶：RNA聚合酶（DDRP）
• 其他蛋白质因子

第8页：第一节一、转录模板能转录出RNA

第一节一、转录模板能转录出RNA

的DNA区段，称为结构基因（structuralgene）。DNA双链中按碱基配对规律，能指导转录生成RNA的一股链称为模板链（也称作有意义链或Watson链）。与模板链对应不能指导转录生成RNA的另一股链称为编码链（也称为反义链或Crick链），它与转录出的RNA碱基序列比较，除了U代替T外，其余都是一致的。转录的模板和酶

第9页：这种转录方式叫做不对称转录

这种转录方式叫做不对称转录

DNA分子上模板链指导RNA转录，与模板链互补的另一条链不转录，这种转录方式叫做不对称转录。在一个多基因的DNA双链分子中，模板链并非都在同一DNA单链上。5 3 3 5 DNA基因A基因B基因C模板链图11-1不对称转录RNA链合成方向编码链结构基因

第10页：肽模板链编码链

肽模板链编码链

转录mRNA5 GCAUUAGCUAGCUAC⋯3 翻译N Ala Leu Ala Ser Tyr⋯C肽模板链编码链DNA5 GCATTAGCTAGCTAC⋯3 3 cgtaatcgatcgatg⋯5 图11-2转录和翻译过程

第11页：不对称转录的含义

不对称转录的含义：1DNA分子上模板链指导RNA转录，编码链不转录。2在一个多基因的DNA双链分子中，模板链并非都在同一DNA单链上。RNA新链合成的方向：5 3 。文献上刊出的DNA单链，一般均指编码链。

第12页：为四种亚基组成的五聚体

为四种亚基组成的五聚体

二、RNA聚合酶（RNA-pol）(DNA-dependentRNApolymerase,DDRP)(一)原核生物的RNA聚合酶(以大肠杆菌为例)组成及功能：原核生物的RNA聚合酶分子量480kD，为四种亚基组成的五聚体。核心酶 全酶

第13页：主要在转录延长阶段起作用

主要在转录延长阶段起作用

2 (全酶)2 (核心酶)—辨认转录起始点—决定哪些基因被转录—与转录全过程有关(催化) —结合DNA模板(开链)全酶(2 ):在起始阶段发挥作用。核心酶(2 ):参与整个转录过程。主要在转录延长阶段起作用，但不能在特定的起始点上开始转录。:辨认起始点。(#1)

第14页：真核生物的RNA聚合酶

真核生物的RNA聚合酶：下表列出相关数据。

原文各列顺序交错，表格按教材标准结构还原。

第15页：转录是不连续、分区段进行

转录是不连续、分区段进行

三、模板与酶的辨认结合原核生物模板与酶的辨认1、操纵子(operon)： 转录是不连续、分区段进行。每一转录区段称为一个转录单位，称为操纵子。 操纵子包括若干结构基因及其上游的调控序列，调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合DNA模板的部位，也是控制转录的关键部位。

第16页：称为启动子

称为启动子

、启动子（promotor）1定义：模板DNA分子上与RNA聚合酶结合并使转录起始的部位，称为启动子。它是一段DNA的碱基排列顺序，位于结构基因上游约40~60bp，是操纵子的组 分。2结构特点(含A-T配对较多的保守序列)辨认位点:-35bp区5-TTGACA-3 转录起始点:-10bp区5-TATAAT-3 启动子（Pribnow盒）

第17页：聚合酶全酶及其在转录起始区的结合

聚合酶全酶及其在转录起始区的结合

RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合图11-3原核生物的RNA聚合酶全酶及其在转录起始区的结合

第18页：转录起始区的结构翻译开始

转录起始区的结构翻译开始

18图11-5转录起始区的结构翻译开始NH2转录开始pppGTTGACAAACTGT辨认位点TATAATATATTAPribnow盒结构基因5 终止区3 5 -50-40-30-20-100103 RNA聚合酶保护区启动子DNA

第19页：第二节转录过程

第二节转录过程

• RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。
• DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。第二节转录过程

第20页：因子辨认转录起始点

因子辨认转录起始点

• RNA聚合酶全酶(2 )与模板结合，因子辨认转录起始点；
• DNA双链解开（约10~20个核苷酸）。
• 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成四磷酸二核苷酸（5-pppGpN-OH3））的复合物（转录生成RNA5 第一位多是GTP或ATP）。5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3 +ppi转录起始复合物:RNApol全酶-DNA-pppGpN-OH3 转录起始过程

第21页：原核生物转录起始复合物

原核生物转录起始复合物

参照21原核生物转录起始复合物(全酶)5 3 3 5 模板链5-pppGpN-OH3 RNA

第22页：转录过程要点

P

本页源文件提取到的文字较少（多为结构式或图示页），建议对照原课件图片补充要点说明。

第23页：与模板结合松弛

与模板结合松弛

• 第一个磷酸二酯键形成后，因子从转录起始复合物中脱落下来，RNA–pol核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
• 在RNA–pol核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。RNA转录的延长方向是从5 →3。。
• 此时形成转录复合物：(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi
• 转录完成部分的DNA重新形成双链。
• 原核生物转录出较长的RNA链上有核糖体结合，说明在某些情况下，转录的同时，翻译已经开始进行了。RNApol核心酶-DNA-RNA

第24页：原核生物的转录空泡

原核生物的转录空泡

模板链图11-8原核生物的转录空泡RNA链杂交链(约12bp)RNA延长速度约为50个核苷酸/秒转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol(核心酶)—DNA—RNA

第25页：

第26页：电子显微镜下原核生物的转录现象

电子显微镜下原核生物的转录现象

26图11-9电子显微镜下原核生物的转录现象（羽毛状）5 DNA模板链RNA聚合酶mRNA链3 5 5 5 5 核糖体5 5 5 5 5 (#2)

第27页：亚基的分子量是46kD

亚基的分子量是46kD

（三）转录的终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱离出来。依赖Rho()因子的转录终止原核生物转录终止不依赖Rho因子的转录终止1、依赖因子的转录终止因子是由相同亚基组成的六聚体,亚基的分子量是46kD。27

第28页：酶活性解螺旋酶活性

酶活性解螺旋酶活性

ATP图11-10Rho因子的作用原理与RNA结合(与polyC的亲和力最大)因子的作用ATP酶活性解螺旋酶活性

第29页：即非依赖因子的转录终止的作用方式

即非依赖因子的转录终止的作用方式

、非依赖因子的转录终止DNA模板上靠近终止处有些特殊碱基序列（较密集的A-T配对区和G-C配对区），转录出RNA后，RNA产物形成特殊的发夹结构（反向重复序列）来终止转录，即非依赖因子的转录终止的作用方式。

第30页：基因的转录产物

基因的转录产物

RNADNA5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT 3 UUUU …5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU 3`图11-11大肠杆菌rpl-L基因的转录产物UUUU …

第31页：使转录生成的

使转录生成的

反向重复顺序（invertedrepeat） GGTNNNNNNACC CCANNNNNNTGG 不论中间有无间隔序列，反向重复顺序经变性后退火，每一条链都能自己互补形成碱基对，使转录生成的mRNA序列为一段发夹结构。T—AG—CG—C DNA

第32页：使酶不再向下移动

使酶不再向下移动

RNA链出现茎-环结构，改变RNA聚合酶的构象，使酶不再向下移动。2DNA和RNA各自形成自己的局部双链，使杂化链更加不稳定，致使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。3接着的一串寡聚U，更促进RNA新链从模板上脱落。因所有的碱基配对中rU:dA配对最不稳定。32DNA3 RNA聚合酶5 pppG转录产物模板链图11-12原核生物转录终止的模式编码链3 (2#)

第33页：转录起始复合物延长核心酶

转录起始复合物延长核心酶

启动子结构基因终止区5 pppGpN转录空泡5 pppG终止图11-7转录过程起始pppGpN转录起始复合物延长核心酶5 mRNA

第34页：

第35页：二、真核生物的转录过程

二、真核生物的转录过程

（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。与结构基因处于同一分子并能调控转录的DNA序列称为顺式作用元件（cis-actingelement）。二、真核生物的转录过程

第36页：转录起始翻译起始修饰点真正终止点

转录起始翻译起始修饰点真正终止点

361.转录起始前的上游区段图11-13RNA-polII转录的基因ATTTGCAT3 TATA内含子外显子AATAAA转录起始翻译起始修饰点真正终止点5 增强子CAATGCOCT-1(八聚体)-25ATG-75-96TATA盒（Hogness盒，-25bp）CAAT盒GC盒切离加尾转录起始点上游(启动子:位于结构基因上游长约100bp)

第37页：反式作用因子中

反式作用因子中

372.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptionalfactors,TF)。

第38页：分子量(kD)转录因子结合

分子量(kD)转录因子结合

参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ功能亚基组成，分子量(kD)转录因子结合TATA盒TBP*38TFⅡD辅助TBP-DNA结合TAF 稳定TFⅡD-DNA复合物12，19，35TFⅡA促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB解螺旋酶30，74TFⅡFATPase57（）34（）TFⅡE蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡH*TPB：TATA结合蛋白 TAF：TPB辅因子CTD：RNApolII大亚基羧基末端结构域

第39页：先与相关的转录因子结合后再与调控转录的

先与相关的转录因子结合后再与调控转录的

393.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNApol先与相关的转录因子结合后再与调控转录的DNA分子形成复合物。

第40页：催化转录的

催化转录的

40ⅡATATAⅡB图11-14由RNA-PolⅡ催化转录的PICⅡHⅡERNApolⅡTFⅡFⅡATBPTAFTFⅡFPOⅡLD-ⅡⅡBⅡHⅡETBPTAFⅡD5-pppGpN-OH3 RNA

第41页：转录延长原核生物转录和翻译同步出现

转录延长原核生物转录和翻译同步出现

4.拼板理论一个真核生物基因的转录需要3~5个转录因子，转录因子可能共有300多个，通过不同的组合可满足表达不同类型基因的需要。（二）转录延长原核生物转录和翻译同步出现，而真核生物在转录过程中可能有核小体的解聚和移位。

第42页：这些序列称为转录终止的修饰点

这些序列称为转录终止的修饰点

AAUAAA GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点3 5 5 3 真核生物的转录终止与其转录后修饰密切相关。在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。3加加尾核酸酶（三）转录终止

第43页：都遵守碱基配对规律聚合过程都生成磷酸二酯

都遵守碱基配对规律聚合过程都生成磷酸二酯

都以DNA为模板都需依赖DNA的聚合酶新链合成方向都是5→→3 都遵守碱基配对规律聚合过程都生成磷酸二酯键产物都是很长的多核苷酸链转录与复制的比较相同点

第44页：和复制的区别

和复制的区别

模板两股链均复制模板链转录(半保留复制)dNTPA-T，G-CDNA聚合酶子代双链DNA需要(不对称转录)NTPA-U，T-A，G-CRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA等不需原料碱基配对酶产物引物复制 和复制的区别(#3)

第45页：第三节真核生物的转录后修饰

第三节真核生物的转录后修饰

转录生成的RNA，称为初级转录产物。 无论在真核生物或原核生物中，初级转录产物都经过一定程度的修饰加工，才能表现其功能。本节主要介绍真核生物转录后修饰。

第46页：一、真核生物

一、真核生物mRNA的转录后加工(一)首、尾的修饰1、5-端加帽—m7GpppG（1）5-端加帽：m7GpppG。（2）3-端加上聚腺苷酸尾巴：polyA。（3）剪接：切除内含子，拼接外显子。加工修饰

第47页：甲基化酶鸟苷酸转移酶

甲基化酶鸟苷酸转移酶

72 图11-17mRNA帽子结构的生成+CH3磷酸酶PPi5 pG-RNA5 GpppG-RNA5 pppG-RNApppGPi甲基化酶鸟苷酸转移酶5 m7GpppG-RNAm7GGppp5 3 HOORNA3 5 mRNAPP

第48页：转录产物的第一个核苷酸

转录产物的第一个核苷酸pppG水解成5 -ppG或5 -pG。 与另一个三磷酸鸟苷生成三磷酸双鸟苷。 后加上的鸟嘌呤被甲基化。 加帽出现在hnRNA中，在细胞核中完成，并在剪接之前。

第49页：在剪接之前进行

在剪接之前进行

、3端端加上聚腺苷酸尾巴 真核生物mRNA中polyA的生成不依赖于DNA模板。 加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3末末端一些过剩的核苷酸，然后加入polyA。 3端端修饰也在细胞核，在剪接之前进行。 PolyA的有无和长短，与维持mRNA作为翻译模板的活性以及增加mRNA本身的稳定性因素有关。

第50页：真核生物的转录终止及加尾修饰

真核生物的转录终止及加尾修饰

505 AAUAAA AAAAAAAAAAAAAA 3mRNA图11-16真核生物的转录终止及加尾修饰5 AAUAAA GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点3 5 5 3 3加加尾核酸酶

第51页：因此真核生物的基因有断裂性

因此真核生物的基因有断裂性

（二）mRNA的剪接 DNA模板与hnRNA是完全配对的，而成熟的mRNA与hnRNA或DNA杂交都只是部分配对。因此真核生物的基因有断裂性。mRNADNA

第52页：真核生物的结构基因

真核生物的结构基因

、hnRNA和snRNAhnRNA（核不均一RNA）是mRNA的前体。hnRNA分子量常为mRNA的几倍~几十倍。hnRNA5 有帽子结构，3 端有多聚腺苷酸尾巴，序列中有内含子，需经剪接等处理后才能成熟为mRNA。 真核生物的结构基因，有若干个编码区被非编码区相互间隔开但又连续镶嵌而成，称为断裂基因（splitgene）。它为一个由连续氨基酸组成的完整蛋白质编码。 原核生物结构基因是连续的编码序列，不是断裂基因。

第53页：拼接外显子

拼接外显子

图-11-18断裂基因及其转录、转录后的修饰hnRNA首尾修饰套索RNAmRNA53外显子内含子DNA鸡卵清蛋白基因切除内含子，拼接外显子

第54页：故以U作分类命名

故以U作分类命名

• U
• U
• U
• U5等类别，它们的主要作用是参与RNA的剪接、加工。snRNA与核内蛋白质组成小分子核糖核蛋白体（smalnuclearribonucleoprotein，snRNP）作为RNA剪接的场所。(#4)

第55页：与外显子相对应的割断基因的线性表达而

与外显子相对应的割断基因的线性表达而

2、内含子（intron）和外显子（exon）外显子：在断裂基因及其初级转录产物上能表达为成熟RNA的核苷酸序列。内含子：与外显子相对应的割断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核苷酸序列。

第56页：内含子的分类Ⅰ类

内含子的分类Ⅰ类

、内含子的分类Ⅰ类：主要存在于线粒体、叶绿体和低等真核生物的rRNA基因。Ⅱ类：发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA。部分Ⅰ、Ⅱ类内含子具有自我剪接的核酶功能。Ⅲ类：为最常见的形成套索状结构后剪接，需snRNP（snRNA和蛋白质组成）的参与，如大多数mRNA基因有此类内含子。Ⅳ类：tRNA的基因及其转录产物中的内含子，剪接过程需酶和ATP。

第57页：该过程需要

该过程需要

、mRNA的剪接（mRNAsplicing）（1）去除内含子，拼接外显子。（2）剪接模式 先形成套索，然后剪接。该过程需要snRNP（snRNA和蛋白质组成）参与。大多数hnRNA的内含子具有5 GU AG-OH3 的剪 口或边界序列，剪接后GU或AG不一定被剪除。通过2次转酯反应，将上下游2个外显子相连而套索状的内含子被切除掉。snRNP又称剪接体（splicesome）或并接体，是mRNA剪接的场所，剪接体起到酶的作用。

第58页：外显子pG-pAI1图11-12剪接过程

外显子pG-pAI1图11-12剪接过程

UpAGpUE1E2I1GpUpG-pAE2第一次转酯反应（由含pG-OH的酶断裂E1与I1）E1U-OHI1(ppG，pppG)pG-OHE1E2+UpU第二次转酯反应（由断裂出的E1断裂I1与E2）G-OHE：外显子pG-pAI1图11-12剪接过程中的两次转酯反应I：内含子表示核糖3-OH对磷酸二酯键的亲电子攻击

第59页：的拼接过程

的拼接过程

hnRNA的拼接过程

本页源文件提取到的文字较少（多为结构式或图示页），建议对照原课件图片补充要点说明。

第60页：切除内含子拼接外显子套索

切除内含子拼接外显子套索RNA外显子内含子首尾修饰-球蛋白基因组DNAhnRNA-球蛋白mRNA转录5帽帽3-尾并接体

第61页：转录后加工修饰参照结构基因

转录后加工修饰参照结构基因

HGFEDCBA5 3 5 内含子外显子3 基因AhnRNABCFGH5 A3 5 m7GpppGABCDEFGHAAAA3 成熟mRNADE加工修饰转录mRNA转录后加工修饰参照结构基因5 3 3 5 编码链基因A基因B基因CDNA

第62页：基因被认为是广义上的翻译后删除内含子

基因被认为是广义上的翻译后删除内含子

成熟的mRNASPreBCA图11-19胰岛素的基因、转录和翻译产物前胰岛素原BSPreACSSSS胰岛素B链A链ACCBPreS5 3 胰岛素基因内含子信号肽前导序列C基因被认为是广义上的翻译后删除内含子

第63页：由一个基因产生不止一种蛋白质

由一个基因产生不止一种蛋白质

、mRNA编辑（mRNAediting）指遗传信息在转录水平发生改变，由一个基因产生不止一种蛋白质。mRNA编辑作用说明基因的编码序列经转录后加工，可有多用途分化，也称为分化加工（differentialRNAprocessing）。ApoB基因成熟mRNA（14500nt）肝脏转录ApoB100（500000D）翻译（240000D）翻译肠道转录后加工（6666ntC→U由CAA→UAA）ApoB48

第64页：然后加工成熟

然后加工成熟

二、tRNA的转录后加工真核生物细胞核内，先由RNApol-Ⅲ催化合成tRNA的初级产物，然后加工成熟，使之具有生物活性。3-端加上CCA-OH 甲基化:A 还原:U 核苷内的转位反应:Uψ 脱氨反应:AMPIMPAmDHU1.剪接2.修饰反应tRNA的加工修饰3.

第65页：核苷内的转位反应

核苷内的转位反应

图11-22tRNA转录后加工 甲基化:A→Am 还原:U→DHU 核苷内的转位反应:U→ψ 脱氨反应: AMP→IMP1）剪接2）修饰3）3-端加CCA-OH

第66页：真核细胞的

真核细胞的

三、rRNA的转录后加工 丰富基因：染色体上一些相似或完全一样的纵列串联基因单位的重复。 真核细胞的rRNA基因（rDNA）属于丰富基因。 45s的转录产物是三种rRNA的前体，经过剪接后形成核糖体小亚基的18SrRNA，其余形成5.8S及28S的rRNA。

第67页：基因间隔区内含子外显子

基因间隔区内含子外显子

67rDNA118S5.8S28S45S转录产物34剪接5终产物18S-rRNA5.8S和28S-rRNA40S小亚基 5S-rRNA60S大亚基图11-24rRNA转录后加工rDNA18S5.8S28S2基因间隔区内含子外显子

第68页：故将具有催化功能的RNA称为核酶

故将具有催化功能的RNA称为核酶

核酶(ribozyme)：指具有催化功能的RNA。（一）核酶的特性80年代初，科学家在研究四膜虫的rRNA剪接过程中发现这种RNA本身具有自我剪接功能，故将具有催化功能的RNA称为核酶。（二）核酶研究的意义:1.对传统酶学提出了挑战2.对进化的研究有帮助3.人工核酶应用于疾病的治疗。68四、核酶

第69页：最简单的核酶

最简单的核酶具有锤头结构（hammerheadstructure）。能进行分子内自我催化的RNA片段通常在60个核苷酸左右。同一分子上包括有催化部分和底物部分且形成锤头结构。锤头结构至少含有3个茎（stem）和1~3个环（loop），碱基至少有13个是一致性序列。NNCGAUAGNNNANNNANNNNNCNNNNNGUCNA3 5 断裂位点图11-26锤头状结构,最简单的核酶

第70页：人工设计的核酶

人工设计的核酶

XXXXXXXXXXXX3 5 断裂位点5 3 XXXXXXXXXXXX3 5 断裂位点5 3 图11-27人工设计的核酶(#5)

第71页：转录起始复合物

转录起始复合物

• 转录、原始模板、直接模板、结构基因、模板链、编码链、不对称转录、启动子、断裂基因、外显子、内含子及核酶的概念。
• 参与RNA转录的主要物质。
• 大肠杆菌RNA聚合酶的组成及主要功能。
• 转录的过程，转录起始复合物，转录复合物及原核生物转录的终止。
• 转录与复制的比较。
• 真核生物mRNA转录后加工及tRNA的修饰。KeyPoints