第五章++++RNA生物合成与加工

•第五章RNA生物合成与加工RNA合成的两种方式：1、DNA指导的RNA合成。2、RNA指导的RNA合成。第一节转录作用一、转录作用及特点l由DNA指导的RNA合成，DNA以碱基互补原则，决定合成RNA的全部碱基成分及排列顺序，将DNA模板上的遗传信息传递到RNA分子的过程为转录作用。1、反应体系：DNA模板，NTP，酶，Mg2+，Mn2+，连接方式--3’,5’磷酸二酯键。2、转录特点：不对称转录（asymmetrictranscription）DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。l模板链及反意义链：（templatestrand）指导RNA合成的DNA模板链。l编码链及有意义链：（codingstrand）不作为转录的另一条DNA链。由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。原料：四种磷酸核苷NTP，DNA中的A在RNA中变为U合成过程是连续的，方向：5’3’合成部位：细胞核内二、原核RNA聚合酶[组成]：5个亚基，2’为全酶，2’为核心酶。[作用]：1.酶装配，与上游元件的活化因子结合2.识别DNA分子中转录的起始部位。3.’促进与模板链结合，并使DNA双链打开17bp。4.’催化NTP的聚合，完成一条RNA链的聚合反应。GCAGTACATGTC…………5533′′′′DNACGTCATGTACAG编码链模板链GCAGUACAUGUCmRNA转录Ala-Val-His-Val……NC肽翻译[特点]：1.聚合速率慢，30~85NTP/秒。2.校对作用十分有限，错误率10-6。3.不同的识别不同的启动子。例：32识别热休克启动子。4.可被药物抑制（利福平）。人的RNA聚合酶对利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。•因子的作用只是起始转录，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责RNA链的延伸。•因此，全酶的作用是启动子的选择和转录的起始，核心酶的作用是链的延伸。三、真核RNA聚合酶真核较原核的酶复杂，已清楚的有Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ及Mt4型。均由多亚基构成四、启动子及终止子（promoter，terminator）（一）启动子[概念]启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。1、原核启动子：[结构]约55bp，分为起始点（+1）、结合部位（-10bp）、识别部位（-35bp）。功能]⑴.起始点：转录起始部位以+1表示；⑵.结合部位：约6bp组成，是高度保守区,共有序列为5’-TATAAT-3’，位于起始点上游-10。因Tm低，DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所。⑶.识别部位：约6bp组成，在-35处，为高度保守区，序列5’-TTGACA-3’,因子识别此部位。2、真核启动子结构（以RNApolⅡ为例）⑴.于-25处含AT富集区,共有序列TATAA（TATAbox）-70处含共有序列CAAT,还含许多其它box,例如GCbox，E-box等。⑵.含增强子[enhancer]和沉默子[silencer]⑶.RNApolⅠ和RNApolⅢ与聚合酶Ⅱ所识别的启动子差异较大。二）终止子：概念：提供转录停止信号的DNA序列称为终止子。不依赖rho（ρ）因子的终止子特点：终止部位含GC富集区与A富集区,它们分别形成发卡结构和连续的U区，以终止转录。依赖rho（ρ）因子的终止子五、转录过程（以原核为例）（一）起始RNA聚合酶-σ识别起始位点↓核心酶与DNA结合↓DNA构象改变↓局部双链打开↓NTP形成3’,5’二酯键形式↓以核心酶沿DNA滑动(二）延长形成转录泡----由DNA双链,RNA聚合酶与新合成的RNA局部形成的结构，贯穿于延长过程的始终。（三）终止合成移到终止信号时，酶不滑动，聚合停止，转录完成。参与的终止：与RNA产物中富含C的部位结合，并诱使RNA聚合酶构象改变停止滑动；因子的解螺旋酶活性，利于RNA产物的释放。其它终止方式：GC区形成发卡结构，聚U区使配对不稳定，RNA产物的释放。真核细胞与原核细胞在模板识别上的差别：真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要转录调控因子的辅助蛋白质的作用，使RNA聚合酶与启动子结合形成复杂的前起始复合物（PIC）。•第二节RNA的转录后加工一、戴帽与加尾1．戴帽(addingcap)：真核细胞mRNA转录后会在5‘-端加上m7GTP结构。戴帽的过程发生在细胞核内。帽子结构的意义：（1）对翻译起识别作用------为核糖体识别RNA提供信号（2）增加mRNA的稳定性，使5’端免遭外切核酸酶的攻击2．加尾(addingtail)：真核细胞mRNA转录终止后，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。加尾的意义：（1）polyA结构与mRNA的半寿期有关。（2）可能与核质转运有关•二、RNA的剪接1.断裂基因(splitegene)真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。外显子结构基因中多肽链的编码序列内含子结构基因中的非编码序列，在mRNA成熟过程中被切除。RNA剪接去除原始转录产物——hnRNA中的内含子，将外显子拼接成成熟mRNA的过程。•RNA剪接方式的多样性•RNA剪接方式主要可分为三类：机制一：由拼接装置完成（核mRNA内含子）可供识别的特异序列拼接装置由多种蛋白质和核蛋白组成机制二：自我拼接（两类内含子Ⅰ、Ⅱ）形成特定的二级结构RNA具有催化拼接的能力机制三：需要蛋白质酶参与的拼接（tRNA内含子）三、RNA的编辑(RNAediting)RNA编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。RNA编辑现象的发现：1986R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。RNA编辑的分子机制：通过gRNA（guideRNA）的指导作用。gRNA可和被辑的前体RNA分子的编辑区序列互补结合。在互补区中gRNA的“A”的相应位置留下了空缺，通过转酯反应，插入“U”。RNA编辑与RNA剪接异同相同点：都是转录后的加工形式，增加了遗传信息，都通过转酯反应完成。不同点：RNA剪接的方式由自身序列决定，RNA编辑的方式由gRNA决定四、化学修饰有些RNA，特别是rRNA与tRNA，有特异的化学修饰。主要修饰类型：甲基化去氨基化（鸟嘌呤次黄嘌呤）硫代核苷酸的替代二价键的饱和化（二氢尿嘧啶）同分异构化（尿嘧啶假尿嘧啶）核仁RNA（snoRNA）参与RNA的化学修饰，确定修饰位点。