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1、生生 物物 化化 学学 原原 理理Principles of Biochemistry杨杨 帆帆fan_fan_第十四章第十四章 RNA的合成：转录和加工的合成：转录和加工DNADNA的转录的转录的转录的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DNA的转录的转录转录转录transcription：指遗传信息从指遗传信息从DNA转移到转移到RNA的过程，即以的过程，即以DNA为模板，由依赖为模板，由依赖DNA的的RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成的过程。合成的过程。参与转录的各因素：参与转录的各因素：1.依赖依赖DNA的的RNA聚合酶：聚合酶：作用特点：作用特点：（
2、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的的参参与与（2）需要适当的）需要适当的DNA作为模板作为模板（3）合成的）合成的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为模板合成新的为模板合成新的RNA链链（5）RNA聚合酶无校对功能聚合酶无校对功能依赖依赖DNA的的RNA聚合酶催化的转录是聚合酶催化的转录是不对称不对称的：的：在在体内转录过程中，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。参与转录的作为模板进行转录。参与转录的DNA链被称为链被称为模板链（反
3、模板链（反义链）义链），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含含有与编码链几乎完全相同的碱基序列，除了以有与编码链几乎完全相同的碱基序列，除了以U代替代替T以以外。外。E.Coli RNA聚合酶：含有聚合酶：含有2 亚基，其中亚基，其中2 构成构成核心酶核心酶，负责转录过程中，负责转录过程中RNA链的延伸。链的延伸。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能未知功能未知E.Coli RNA聚合酶的三维构像图聚合酶的三维构像图2.转录单位：转录单位：RNA链的合成是从模板特定的部位起始的，链的合成是从模板特定的部位起始的，经过链的延伸终止于
4、特定的模板部位。一般将从转录起始经过链的延伸终止于特定的模板部位。一般将从转录起始点到转录终止点的整个区域称为转录单位。点到转录终止点的整个区域称为转录单位。参与转录的各因素：参与转录的各因素：参与转录的各因素：参与转录的各因素：3.启动子结构：启动子结构：启动子是指启动子是指RNA聚合酶识别、结合并由聚合酶识别、结合并由此启动转录的一段此启动转录的一段DNA序列，位于转录起点的序列，位于转录起点的5端上游端上游区，启动子本身一般是不被转录的。区，启动子本身一般是不被转录的。E.Coli 中的两个启动子序列：中的两个启动子序列：-10序列（序列（Pribnow框）：框）：TATAAT-35序列
5、（识别序列）：序列（识别序列）：TTGACAE.Coli 中不同基因的启动子序列中不同基因的启动子序列-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）转录的起始转录的起始原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：1.模板的识模板的识别和转录泡别和转录泡的形成：的形成：亚基亚基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原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：原核生物转录的过程：2.2.转录的起始：转录的起始：转录的起始：转录的起始：RNARNA聚合
6、酶到达转录起始点，开始聚合酶到达转录起始点，开始聚合酶到达转录起始点，开始聚合酶到达转录起始点，开始催化核苷三磷酸按照模板链上的碱基顺序合成催化核苷三磷酸按照模板链上的碱基顺序合成催化核苷三磷酸按照模板链上的碱基顺序合成催化核苷三磷酸按照模板链上的碱基顺序合成RNARNA。此时此时此时此时亚基从全酶上脱离下来，解离后的亚基从全酶上脱离下来，解离后的亚基再与亚基再与另一个核心酶组成全酶开始下一轮转录。另一个核心酶组成全酶开始下一轮转录。3.RNA3.RNA链的延伸：转录泡延着模板链链的延伸：转录泡延着模板链链的延伸：转录泡延着模板链链的延伸：转录泡延着模板链3 55方向不方向不方向不方向不断移动
7、，转录泡内断移动，转录泡内断移动，转录泡内断移动，转录泡内RNARNA链的链的链的链的55端方向端方向端方向端方向10101212个核苷酸个核苷酸个核苷酸个核苷酸始终与模板链形成杂合体。始终与模板链形成杂合体。始终与模板链形成杂合体。始终与模板链形成杂合体。4.4.转录的终止：当转录的终止：当转录的终止：当转录的终止：当RNARNA聚合酶达到终止子时，聚合酶达到终止子时，聚合酶达到终止子时，聚合酶达到终止子时，RNARNA转录将终止转录将终止转录将终止转录将终止转录的进行转录的进行终止子终止子：具有终止功能的特定的：具有终止功能的特定的DNA序列，为序列，为RNA聚合聚合酶提供终止转录信号的酶
8、提供终止转录信号的DNA序列。序列。（1）不依赖于）不依赖于因子的终止子：含有一个或多个富含因子的终止子：含有一个或多个富含GC的回文对称序列；含有一个多聚的的回文对称序列；含有一个多聚的A或或T序列在回文序列序列在回文序列后。后。AGCCCGCCTAATGGCGGGCTTCGGGCGGATTACCGCCCGAAGCCCGCCUAAUGGCGGGCU转录的终止转录的终止不依赖于不依赖于因子因子的转录终止的转录终止（2）依赖于）依赖于因子的终止子：这类终止子必须在因子的终止子：这类终止子必须在因子存因子存在下转录才发生终止。这类终止子的回文结构中不含在下转录才发生终止。这类终止子的回文结构中不含
9、GC富集区，回文结构后也无寡聚富集区，回文结构后也无寡聚U。因子：一种相对分子量约为因子：一种相对分子量约为45kD的蛋白质因子，起协助的蛋白质因子，起协助终止的作用。终止的作用。依赖于依赖于因子的转录终止因子的转录终止真核生物的转录：真核生物的转录：真核生物的转录：真核生物的转录：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，根据它们对于合酶，根据它们对于合酶，根据它们对于合酶，根据它们对于-鹅鹅膏膏蕈碱蕈碱 敏感度的不同，敏感度的不同，分为分为RNA聚合酶聚合酶、。真核生物的真核生物的真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶
10、聚合酶不能直接识别启动子起不能直接识别启动子起不能直接识别启动子起不能直接识别启动子起始转录，必须在其他的始转录，必须在其他的始转录，必须在其他的始转录，必须在其他的转录因子的帮助下开始转录因子的帮助下开始转录因子的帮助下开始转录因子的帮助下开始转录。转录。转录。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的转录调控结构的转录调控结构的转录调控结构的转录调控结构真核生物三种真核生物三种RNA聚合酶的比较聚合酶的比较转录后加工转录后加工在在在在体内，尤其是真核生物体内，由体内，尤其是真核生物体内，由体内，尤其是真核生物体内，由体内，尤其是真核生物体内，由DN
11、ADNA直接转录合成的直接转录合成的直接转录合成的直接转录合成的RNARNA大多数要经过一系列的后加工才能生成成熟的大多数要经过一系列的后加工才能生成成熟的大多数要经过一系列的后加工才能生成成熟的大多数要经过一系列的后加工才能生成成熟的RNARNA的过程，称为的过程，称为的过程，称为的过程，称为转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工。原核生物体内的原核生物体内的原核生物体内的原核生物体内的RNARNA后加工：原核生物的后加工：原核生物的后加工：原核生物的后加工：原核生物的mRNAmRNA通常一通常一通常一通常一经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。
12、但经转录即进行翻译，大多不进行转录后加工。但经转录即进行翻译，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能都要在转录后经过一系列加工才能成为有功能都要在转录后经过一系列加工才能成为有功能都要在转录后经过一系列加工才能成为有功能的分子。的分子。的分子。的分子。原核生物中原核生物中rRNA前体的加工前体的加工：E.Coli 中中rRNA 有有7个转录单位，每个转录单位，每个转录单位由个转录单位由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。真核生物体内真核生物体内真核生物体内真核
13、生物体内RNARNA的转录后加工：真核生物体内的的转录后加工：真核生物体内的的转录后加工：真核生物体内的的转录后加工：真核生物体内的tRNAtRNA和和和和rRNArRNA和和和和原核生物有些类似，但真核生物的原核生物有些类似，但真核生物的原核生物有些类似，但真核生物的原核生物有些类似，但真核生物的mRNAmRNA前体必须经过复杂的加工过程。前体必须经过复杂的加工过程。前体必须经过复杂的加工过程。前体必须经过复杂的加工过程。1.真核生物中真核生物中rRNA前体的加工前体的加工：哺乳动物的哺乳动物的rRNA 前体约为前体约为45S，在细胞核中加工最后形成在细胞核中加工最后形成18S、28S和和5
14、.8S rRNA.2.真核生物中真核生物中tRNA前体的加工：通过核酸内切酶和外切酶去除前体的加工：通过核酸内切酶和外切酶去除5及及3端的附加序列；在端的附加序列；在3端加上端加上CCA序列；核苷的修饰序列；核苷的修饰3.真核生物中真核生物中mRNA前体的加工前体的加工：在细胞核内，：在细胞核内，mRNA的初始转录的初始转录物被加工为分子大小不等的中间产物，称为核不均一物被加工为分子大小不等的中间产物，称为核不均一RNA（hnRNA)。hnRNA在转变为成熟的在转变为成熟的mRNA的的过程中，需经以下的过程中，需经以下的进一步加工：进一步加工：（1）5端加端加“帽帽”：真核生物真核生物mRNA
15、 5端端“帽帽”结构结构5,5-三磷酸键三磷酸键7-甲基鸟苷甲基鸟苷真核生物真核生物mRNA 5端端“帽帽”结结构构真核生物真核生物mRNA 5端加端加“帽帽”过程过程鸟苷酰鸟苷酰转移酶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（2）3端加端加polyA 尾：尾：AAUAAA：最主要的：最主要的polyA信号信号Poly A聚合酶聚合酶内切酶内切酶（3）内含子的剪切内含子的剪切：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，其转录产物中同时含有同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
16、序列）。在mRNA的的后加工过程中，将通过拼接（后加工过程中，将通过拼接（splicing）去除内含子，使外显子成为去除内含子，使外显子成为连续序列。连续序列。真核生物的真核生物的mRNA剪切剪切外显子外显子内含子内含子初级转录物初级转录物中间体中间体剪接的剪接的RNA内含子内含子外显子外显子真核生物的真核生物的mRNA剪切模式（剪切模式（1）2,5-磷酸二酯键磷酸二酯键真核生物的真核生物的mRNA剪切模式（剪切模式（2）相同的转录产物，不同的剪接方式，最终可生成不同的蛋白质相同的转录产物，不同的剪接方式，最终可生成不同的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 真核
17、生物真核生物mRNA剪切举例剪切举例卵清蛋白卵清蛋白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的过程。，催化的过程。，催化的过程。，催化的过程。，催化逆转录反应的酶称为逆转录酶，也称为逆转录反应的酶称为逆转录酶，也称为逆转录反应的酶称为逆转录酶，也称为逆转录反应的酶称为逆转录酶，也称为RNARNA指导的指导的指导的指导的DNADNA聚合酶。聚合酶。聚合酶。聚合酶。Summary DNADNA的转录：原核生物中的转录：原核生物中的转录：原核生物中的转录：原核生物中DNADNA的转录过程的转录过程的转录过程的转录过程转录后加工：转录后加工：转录后加工：转录后加工：tRNAtRNA,rRNArRNA,mRNA,mRNA的转录后加工的转录后加工的转录后加工的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的转录后加工：断裂基因，外显子，的转录后加工：断裂基因，外显子，的转录后加工：断裂基因，外显子，的转录后加工：断裂基因，外显子，内含子内含子内含子内含子逆转录的概念逆转录的概念逆转录的概念逆转录的概念