RNA的生物合成

第十二章RNA的生物合成第一节DNA指导下RNA的合成（转录）转录（transcription）DNA指导下RNA的合成。编码链（+链）:与转录出的RNA顺序相同的一条链。（仅T代替U）模板链（-链）:为RNA提供转录模板的链。编码链（正链）模板链（负链）一、转录的编码链和模板链二、转录单位RNA的转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点处终止，此转录区域称为转录单位。•真核生物例：为mRNA编码的转录单位•原核生物转录单位（单顺反子）（1个基因）转录mRNA1种蛋白质翻译转录单位（多顺反子）（多个基因）转录mRNA多种蛋白质翻译三、启动子和转录因子•启动子（promoter）指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。具有特定的核苷酸顺序。•转录因子（transcriptionfactor）指RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）。DNA序列的书写方式（编码链）+153转录起点上游upstream下游downstream识别区PribnowboxTATAATTTGACA-35-10+16bp保守序列6bp保守序列提供RNA聚合酶全酶识别的信号双链局部解开区域1.原核生物启动子结构特点和功能转录起点（第1个核苷酸参入的位置）ThenucleotidesequencesofrepresentativeE.colipromoters.2.真核生物启动子结构特点和功能包括三类:•类别I（由RNA聚合酶I进行转录）•类别II（由RNA聚合酶II进行转录）•类别III（由RNA聚合酶III进行转录）酶产物(前体)RNA聚合酶Ⅰ5.8S,18S,和28SrRNARNA聚合酶IImRNA，大多数snRNARNA聚合酶III小RNA（tRNA,5SRNA等）上游元件（CAAT框/GC框等）基本启动子（TATAbox）起始子与上游因子结合，调节转录的效率•类别II启动子RNA聚合酶II和通用因子形成前起始复合物的主要装配点转录起点Transcriptioninitiation.(a)ModeloftheyeastTATA-bindingprotein(TBP)incomplexwithayeastDNATATAsequence.TheTATAbasepairsareinred.AdjacentDNAsegmentsareinblue.Thesaddle-shapedTBPisingreen.(b)FormationofapreinitiationcomplexataTATA-containingpromoter.通用因子：TFⅡD,B,A,F,E,H四、终止子和终止因子1.终止子（terminator）提供转录终止信号的DNA序列。•在终止点前有一回文结构，其产生的RNA可形成发夹结构。该结构可被RNA聚合酶感受，从而使聚合酶减慢移动或停止转录。•大肠杆菌两类终止子：不依赖rho（）的终止子（简单终止子）依赖rho（）的终止子回文结构内有一段富含G-C的序列，在终止点前有一系列T核苷酸（+链）。TheterminationsitefortheE.colitrpoperon.模板链（-链）编码链（+链）不依赖rho（）的终止子2.终止因子(terminationfactor)：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。•原核生物：NusA、NusB、NusE、NusG等蛋白NusA：可提高终止效率，促进RNA聚合酶在终止子处的停顿。五、原核生物RNA合成的分子机制•部位：核区•模板:双链DNA的模板链•原料及能源：NTP(N:A,G,C,U)概况特点-需要4种NTP为底物，第一个底物通常为GTP或ATP。-需DNA模板。-聚合方向5→3。-不需要引物。-无外切酶活性（无校对功能）。（一）RNA聚合酶结构催化RNA链的延长识别启动子，促进转录的起始2（核心酶）σ（起始亚基）TranscriptionbyRNApolymeraseinE.coli.TosynthesizeanRNAstrandcomplementarytooneoftwoDNAstrands,theDNAistransientlyunwound.About17basepairsareunwaundatanygiventime.Thetranscriptionbubblemovesfromlefttorightasshown,keepingpacewithRNAsynthesis.TheDNAisunwoundaheadandrewoundbehindasRNAistranscribed.转录泡（二）转录过程1.模板的识别2.转录的起始RNA聚合酶在因子的协助下结合到启动子上，DNA双链局部打开，形成转录泡。（1）RNA聚合酶催化合成RNA链最初的2~9个核苷酸。加入的第一个核苷酸通常为ATP或GTP。新生链5端为pppA或pppG。（2）因子脱离核心酶3.延伸核心酶2催化RNA链53延长。已转录的区域重新恢复双螺旋结构。4.终止RNA聚合酶自身感知终止信号，且NusA识别终止子，使转录终止，产物RNA链释放。核心酶2自模板脱落，重新与因子结合，参与下一次转录。某些终止过程尚需ρ蛋白参与。Transcriptioninprokaryotes.模板的识别转录的起始转录的延伸转录的终止353535Theρfactormechanismoftranscriptiontermination.NTP酶活力RNA-DNA解螺旋酶活力35转录的起始(Nextslide)转录的起始与延伸Sequenceofeventsintheinitiationandelongationphasesoftranscriptionasitoccursinprokaryotes.六、真核生物RNA的合成（一）RNA聚合酶酶位置产物(前体)对a-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁5.8S,18S,和28SrRNA不敏感RNA聚合酶Ⅱ核浆mRNA大多数snRNA敏感RNA聚合酶Ⅲ核浆小RNA（tRNA,5SRNA等）中等敏感Mr.500000，8-14个亚基，含Zn2+（二）合成过程•转录过程分为装配、起始、延长、终止等阶段。•起始机制十分复杂：真核RNA聚合酶不能识别和结合启动子，需要与转录因子装配成结构复杂的活性复合物，才能起始转录。•终止过程尚不清楚。第二节RNA的转录后加工DNA转录RNA前体成熟的RNA分子加工rRNA前体tRNA前体mRNA前体加工过程：•切割（cutting）•修剪（trimming）•添加（appending）•修饰(modification)和异构化（isomerization）•拼接（splicing）•编辑(editing)•再编码(recoding)mRNA前体的一般加工•原核生物mRNA一般不需要加工，仅有少数需要简单加工。•真核生物加工包括：-5端加帽（m7G5ppp5NmpNp-）-3加polyA尾巴-拼接-编辑mRNA前体为核内不均一RNA（hnRNA）。Cap0型CapI型CapII型（大多数真核生物）m7G5ppp5NmpNp-m7G5ppp5Np加帽Additionofthepoly(A)tailtotheprimaryRNAtranscriptofeukaryotes.TheRNAiscleaved11to30nucleotides3'toAAUAAA,andpolyadenylatepolymerasesynthesizesapoly(A)tailof20to250nucleotides,beginningatthecleavagesite.内切酶多聚腺苷酸聚合酶加尾信号加尾(11–30nts)RNA的拼接（splicing）四种方式：类型I自我拼接类型II自我拼接核mRNA的拼接体的拼接核tRNA的酶促拼接真核生物断裂基因转录物的加工中，去除内含子，使外显子成为连续序列，这一过程称为拼接。类型Ⅰ第一次转酯反应第二次转酯反应低等真核生物核rRNA基因真核生物细胞器基因细菌和噬菌体的个别基因鸟苷（鸟苷酸）套索类型Ⅱ某些真菌线粒体基因植物叶绿体基因mRNA前体（hnRNA）的拼接•GU-AG规则:GGU……AGN•分支点:在3′拼接点上游20-30nts•拼接体：在被拼接的hnRNA上U1、U2、U4-6和约50种蛋白质所组成的复合物。•核内小RNA（SnRNA）：U1、U2、U4-6可与蛋白质结合形成核糖核蛋白（snRNP）。SplicingmechanisminmRNAprimarytranscripts.U1snRNP结合在5端拼接点U2snRNP结合在分支点U4/U6和U5snRNP三聚体进入拼接体，U6结合U2U1、U4被释放U6结合在5拼接点U6/U2催化转酯反应5位点断开，形成套索3位点断开，外显子拼接SplicingmechanisminmRNAprimarytranscripts.OverviewoftheprocessingofaeukaryoticmRNA.Intronsareletteredandexonsarenumbered.Aboutthree-quartersoftheRNAisremovedduringprocessing.Intronscanmakeupmorethan90%ofthelengthofothergenes.RNApolymeraseIIextendstheprimarytranscriptwellbeyondthecleavageandpolyadenylationsite(extraRNA).选择性拼接（alternativesplicing）一个基因的转录产物在不同的细胞、发育阶段和生理状态下，通过不同的拼接方式，可以得到不同的mRNA和翻译产物，称为选择性拼接。甲状腺降钙素基因相关肽降钙素•RNA拼接的生物学意义：（1）RNA拼接是进化的结果（2）RNA拼接是基因表达调节的重要环节-选择性拼接-许多内含子对基因表达有一定影响（3）内含子的存在和拼接对于生物机体的进化十分重要-遗传重组可发生在内含子处，避免了基因错位导致的失活。-内含子增加了基因组的复杂性。第三节RNA的复制•RNA的复制•RNA复制酶-以RNA为模板-以4种NTP为底物-聚合方向5→3RNA指导下RNA的合成。一、噬菌体Q的结构1条RNA单链（+链）：4500核苷酸噬菌体Q是直径20nm的正二十面体小噬菌体。蛋白质复制酶（4个亚基）基因次序为：5-成熟蛋白-外壳蛋白（或A1蛋白）-复制酶亚基-3亚基（催化中心）（核糖体蛋白S1）（肽链延长因子EF-Tu）（肽链延长因子EF-Ts）宿主细胞二、QRNA的复制过程1.复制酶的组装：+mRNA侵染E.coli细胞+RNA病毒颗粒蛋白复制酶亚基宿主、、复制酶翻译2.复制：+RNA复制酶+-中间体释放-RNA复制酶释放+RNA-+中间体SARS（SevereAcuteRespiratorySyndrome）病毒刺突糖蛋白（S）小包膜糖蛋白（E）膜糖蛋白（M）核衣壳蛋白第四节逆转录作用—RNA指导下的DNA的合成逆转录作用（reversetranscription）以RNA为模板，即按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程。一、逆转录酶的性质兼有三种酶活力：•以4种dNTP为底物•需要有模板和引物（tRNA）•聚合方向：53RNA指导的DNA聚合酶活力DNA指导的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H的活力聚合酶活力水解RNA-DNA杂交分子中的RNARNA-cDNA杂交分子+病毒RNA侵染宿主细胞RNA指导的DNA聚合酶-DNADNA指导的DNA聚合酶-+双链DNA二、逆转录过程核糖核酸酶H病毒RNA自身蛋白质转录翻译++++整合入染色体基因组•病毒颗粒依靠表面蛋白和跨膜蛋白，与宿主细胞融合。•细胞质中，RNA