南京农大食品考研生物化学杨志敏版.pptx

13.4RNA的生物合成的生物合成（Transcription）3.1 3.1 转录及加工转录及加工1.1.转录及加工转录及加工转录及加工转录及加工2.2.RNARNA的复制的复制的复制的复制3.3.RNARNA的转录调控的转录调控的转录调控的转录调控中心法则中心法则DNARNA蛋白质蛋白质复制复制复制复制复制复制复制复制转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译逆转录逆转录逆转录逆转录RNARNARNARNA的生理功能的生理功能的生理功能的生理功能：DNADNADNADNA将携带的遗传信息将携带的遗传信息将携带的遗传信息将携带的遗传信息转到转到转到转到RNARNARNARNA分子中，分子中，分子中，分子中，RNARNARNARNA分子以其信息指导分子以其信息指导分子以其信息指导分子以其信息指导蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成。n1 ATPn2 CTPn3 GTPn4 UTPRNA聚合酶等聚合酶等Mg2+DNA转录单位转录单位RNA+（n1+n2+n3+n4)PPi从从从从DNADNA一条链一条链一条链一条链中的一段为模板，在中的一段为模板，在中的一段为模板，在中的一段为模板，在RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶的催的催的催的催化下，以四种化下，以四种化下，以四种化下，以四种核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸为原料，按照为原料，按照为原料，按照为原料，按照A-UA-U，G-CG-C配对配对配对配对原则原则原则原则合成合成合成合成RNARNA 是合成是合成是合成是合成RNARNA的的的的模板链模板链模板链模板链 是是是是DNADNA一条链中的一个一条链中的一个一条链中的一个一条链中的一个片断片断片断片断 是一个基因中的是一个基因中的是一个基因中的是一个基因中的反义链反义链反义链反义链有义链和反义链：有义链和反义链：有义链和反义链：有义链和反义链：是相对于是相对于是相对于是相对于RNARNA而命名而命名而命名而命名DNADNA转录单位的转录单位的转录单位的转录单位的编码链编码链编码链编码链有义链有义链有义链有义链链链链链模板链模板链模板链模板链反义链反义链反义链反义链链链链链特点：特点：特点：特点：(1)(1)RNA合成的模板链叫做合成的模板链叫做反义链反义链；另一条不做模板的链叫另一条不做模板的链叫有义链有义链。RNA为全保留为全保留转录。转录。转录。转录。不对称不对称转录转录(2)转录开始转录开始不需要引物不需要引物，链的延长方向也是链的延长方向也是5 3(3)RNA聚合酶对利福平敏感聚合酶对利福平敏感例题例题请用简短的文字和示意图说明有意链和反意义请用简短的文字和示意图说明有意链和反意义链与转录产物的关系链与转录产物的关系，以及各自的序列、方向，以及各自的序列、方向特点。特点。南京南京农业大学农业大学一、一、RNARNA聚合酶（聚合酶（RNA polymeaseRNA polymease）以以4 4种核苷种核苷酸酸为底物，为底物，DNADNA为模板为模板，在二价阳离子，在二价阳离子（Mg2+Mg2+或或Mn2+Mn2+）参与下催化）参与下催化RNARNA合成合成RNARNA链的合成链的合成方向为方向为5-3不需要引物不需要引物，能直接在模板上合成，能直接在模板上合成RNARNA链链无校对功能无校对功能例题例题下列哪一项是下列哪一项是RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA聚合酶共同具有的聚合酶共同具有的性质性质A A）3535外切酶性质外切酶性质B B）53 53 外切酶性质外切酶性质C C）53 53 聚合酶性质聚合酶性质D D）需要引物的）需要引物的3-OH3-OH南京南京农业大学农业大学原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶亚基组成：聚合酶亚基组成：a a2 2bbbbs s =a a2 2bbbb +s s 全酶全酶 核心酶核心酶 转录起始因子转录起始因子识别转录起点识别转录起点，引导转录开始引导转录开始含四个亚基，在转录含四个亚基，在转录延长延长中起主要作用。中起主要作用。还含有还含有2个个Zn离子。离子。某些酶制剂中某些酶制剂中还存在还存在w w亚基亚基根据对根据对-鹅膏蕈碱的鹅膏蕈碱的敏感性敏感性不同，真核生不同，真核生物分为物分为、三三种种RNARNA聚合酶。聚合酶。例题例题原核生物原核生物DNADNA转录时，识别启动子的因子是（）转录时，识别启动子的因子是（）A.IF-1A.IF-1 B.RF-1B.RF-1 C.C.因子因子 D.D.因子因子20082008年农学联考年农学联考09年年农学学统考中考中则考的是考的是“大大肠肝菌肝菌RNA聚合聚合酶核核心心酶的的组成是？成是？”启动子（启动子（promoterpromoter）是是RNARNA聚合酶识别聚合酶识别、结合和开、结合和开始转录的一段始转录的一段DNADNA序列。序列。-35-35序列序列-10-10序列序列+1+1序列序列RNARNA聚合酶牢固聚合酶牢固结合位置，也叫结合位置，也叫“T TATA boxATA box”。转录转录初级转录物初级转录物RNARNARNARNA聚合酶聚合酶识别部位识别部位RNARNA合成合成的起点的起点二、启动子二、启动子(一一)起始起始1.1.因因子子识别识别DNADNA的启动子的启动子2.2.RNARNA聚合酶聚合酶与启动子结合形成与启动子结合形成“闭合闭合型复合体型复合体”3.DNA3.DNA双链解开一个短的区域，转录酶双链解开一个短的区域，转录酶与模板链成与模板链成“开放型复合物开放型复合物”4.4.核苷酸被引入，至产生一定长度后核苷酸被引入，至产生一定长度后（6-9nt6-9nt），），因因子被释放。子被释放。三、原核生物转录机制三、原核生物转录机制(二二)延长延长2.RNA2.RNA延长方向：延长方向：5 533（+1+n+1+n）1.1.核心酶沿模板移动方向：核心酶沿模板移动方向：3 3553.3.当当5 5端端RNARNA离开离开DNADNA后，后，DNADNA重新恢重新恢复双螺旋，复双螺旋，RNARNA以自由单链形式被释放。以自由单链形式被释放。(三三)终止终止终止子终止子(terminator(terminator）：提供转录终止信号的）：提供转录终止信号的DNADNA序序列列依赖于依赖于因子的终止子因子的终止子：弱弱终止子终止子不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子：强强终止子，富含终止子，富含CGCG回文回文结构，转录的结构，转录的RNARNA形成发夹结构以终止反应。形成发夹结构以终止反应。终止包括：终止包括：RNARNA链延伸停止链延伸停止 新生新生RNARNA链的释放链的释放 RNARNA聚合酶与模板解离聚合酶与模板解离1.1.依赖于依赖于因因子的终止子的终止（1 1）因因子识别子识别并与弱终并与弱终止子止子(terminator)(terminator)结合结合;（2 2）核心酶转录停止，解）核心酶转录停止，解开开DNA-RNADNA-RNA杂化双链，释放杂化双链，释放RNARNA因子因子 识别终止子识别终止子 依赖依赖RNARNA的的NTPaseNTPase活性活性 解螺旋酶活性解螺旋酶活性2.2.不依赖于不依赖于因因子的终止子的终止(1)(1)在模板链终止点前有在模板链终止点前有4-64-6个个dAdA，即，即poly dApoly dA结构；结构；(2)polyA(2)polyA上游有一段上游有一段GCGC富集区富集区，并形成回文序列。，并形成回文序列。合成出终止合成出终止子对应的子对应的GCGC区时，区时，RNARNA形成发夹结形成发夹结构构，核心酶，核心酶停止转录。停止转录。例题例题简要说明原核生物和真核生物内简要说明原核生物和真核生物内RNARNA合成合成的异同点的异同点20022002年北师大年北师大相同点：都是以相同点：都是以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA不同点：不同点：1.1.原核细胞只有一种原核细胞只有一种RNARNA聚合酶，而真核细胞有聚合酶，而真核细胞有3 3种聚种聚合酶；合酶；2.2.启动子的结构特点不同，真核细胞有启动子的结构特点不同，真核细胞有3 3种不同的启种不同的启动子以及其它与转录有关的元件；动子以及其它与转录有关的元件；3.3.真核的转录有很多蛋白因子的介入。真核的转录有很多蛋白因子的介入。RNARNA的转录后加工的转录后加工除除原核生物原核生物mRNAmRNA外，其它外，其它RNARNA在转录后基本都在转录后基本都要进行剪切、修饰、异构等加工过程，才能成要进行剪切、修饰、异构等加工过程，才能成为成熟的为成熟的RNARNA分子，称为分子，称为转录后加工转录后加工。真核生物真核生物mRNAmRNA具有的特定结构：具有的特定结构：5 5戴帽戴帽：7-7-甲基鸟苷三磷酸帽子结构甲基鸟苷三磷酸帽子结构(m7G5(m7G5ppp5ppp5Nmp)Nmp)3 3加尾加尾：多聚腺嘌呤多聚腺嘌呤(polyA)(polyA)原核生物原核生物mRNA合成合成真核生物真核生物mRNA合成合成多多顺反子反子转录，即一条，即一条mRNA链上有几个上有几个结构基因构基因（决定蛋白（决定蛋白质结构的基因）构的基因）单顺反子反子转录，即一个，即一个结构构基因基因转录在一个在一个mRNA分子分子上上转录和翻和翻译相偶相偶联转录与翻与翻译不偶不偶联，转录在在核内，翻核内，翻译在核外在核外细胞胞质中中mRNA的寿命比的寿命比较短短mRNA的寿命的寿命较长一般不需要一般不需要转录后加工后加工要要转录后加工，后加工，5戴帽，戴帽，3加加尾尾DNADNA复制与转录的比较复制与转录的比较 复复 制制 转转 录录相相同同点点模模 板板 两股链均复制两股链均复制 模板链转录模板链转录合成方式合成方式 半保留复制半保留复制 不对称转录不对称转录原原 料料 dNTP NTPdNTP NTP引引 物物 RNA RNA 不需要不需要聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶碱基配对碱基配对 A-TA-T，G-C A-G-C A-U U，T-T-A A，G-CG-C产产 物物 半保留的双链半保留的双链DNA DNA 单链单链RNARNA校正功能校正功能 有有 无无不不同同点点以以DNADNA为模板为模板遵循遵循碱基配对碱基配对原则原则都需都需依赖依赖DNADNA的聚合酶的聚合酶聚合过程都是生成聚合过程都是生成磷酸二酯键磷酸二酯键新链合成方向为新链合成方向为5 533正正链：具有具有mRNA功能的功能的链负链：正：正链的互的互补链3.2 RNA3.2 RNA的复制的复制 RNA RNA也可以成为遗传信息的基本携带分子也可以成为遗传信息的基本携带分子 如一些病毒的基因组为如一些病毒的基因组为RNARNA分子，含有特异的分子，含有特异的RNARNA复制酶，可以复制酶，可以在在RNARNA的指导下合成的指导下合成RNARNA。RNARNA通过复通过复制将遗传信息由亲代分子传递给子代分子。制将遗传信息由亲代分子传递给子代分子。病毒侵入宿主病毒侵入宿主 合成特异性的合成特异性的RNARNA复制酶复制酶 RNA RNA复制酶吸附到正链复制酶吸附到正链RNARNA的的3 3末端末端 以正链为模板合成负链以正链为模板合成负链RNARNA 合成结束，负链从模板上释放合成结束，负链从模板上释放 RNA RNA复制酶又吸附到负链复制酶又吸附到负链RNA 3RNA 3末端末端 以负链为模板合成正链以负链为模板合成正链RNA病毒产生mRNA的机制大致可分为四类：(+)RNA(-)RNAmRNA(+)链双链RNA(-)DNA(+)RNA(-)RNA双链RNA3.3 RNA3.3 RNA的转录调控的转录调控在在原原核核生生物物中中，若若干干结结构构基基因因可可串串联联在在一一起起，其其表表达达受受到到同同一一调调控控系系统统的的调调控控，这这种种基基因因的的组织形式称为组织形式称为操纵子操纵子（operon）。原核生物的操纵子调控原核生物的操纵子调控ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因例题例题一个操纵子通常含有一个操纵子通常含有 A.A.一个启动序列和一个编码基因一个启动序列和一个编码基因 B.B.一个启动序列和数个编码基因一个启动序列和数个编码基因 C.C.数个启动序列和一个编码基因数个启动序列和一个编码基因 D.D.数个启动序列和数个编码基因数个启动序列和数个编码基因 E.E.一个启动序列和数个调节基因一个启动序列和数个调节基因20072007年中科院年中科院通通过过诱诱导导剂剂或或阻阻遏遏剂剂来来调调节节原原核核生生物物操操纵纵子子控控制的酶蛋白的合成速度。制的酶蛋白的合成速度。诱诱导导剂剂：促促使使基基因因转转录录增增强强、酶酶蛋蛋白白合合成成增增加加的物质；反之为阻遏剂；的物质；反之为阻遏剂；负调控负调控负调控负调控:阻遏基因的表达阻遏基因的表达阻遏基因的表达阻遏基因的表达(相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质降低降低降低降低)正调控正调控正调控正调控:促进基因的表达促进基因的表达促进基因的表达促进基因的表达(相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质增加增加增加增加)乳糖操乳糖操乳糖操乳糖操纵纵子子子子色氨酸操色氨酸操色氨酸操色氨酸操纵纵子子子子IPOZYA 控制位点控制位点控制位点控制位点 结构基因结构基因结构基因结构基因DNA阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白启启启启动动动动序序序序列列列列操操操操纵纵纵纵序序序序列列列列 半半半半乳乳乳乳糖糖糖糖苷苷苷苷酶酶酶酶通通通通透透透透酶酶酶酶乙乙乙乙酰酰酰酰基基基基转转转转移移移移酶酶酶酶RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶结合位点结合位点结合位点结合位点调控基因调控基因调控基因调控基因一、一、乳糖操纵子乳糖操纵子cAMP-CAPcAMP-CAPcAMP-CAPcAMP-CAP结合位点结合位点结合位点结合位点ZYAPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白OmRNA蛋白质蛋白质阻遏蛋白的负性调控阻遏蛋白的负性调控乳糖操纵子模型：没有乳糖或其它诱导物时，调节基因生成乳糖操纵子模型：没有乳糖或其它诱导物时，调节基因生成阻遏蛋白，结构基因的表达阻遏蛋白，结构基因的表达被抑制被抑制。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子启动子调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白乳糖操纵子模型：有乳糖或乳糖操纵子模型：有乳糖或IPTG（异丙基硫代半乳糖）时，（异丙基硫代半乳糖）时，结构基因的表达结构基因的表达被诱导被诱导。mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶既含有葡萄糖又含有乳糖的时候，既含有葡萄糖又含有乳糖的时候，大肠杆菌优大肠杆菌优先利用葡萄糖先利用葡萄糖；只有当葡萄糖耗尽后，才会利；只有当葡萄糖耗尽后，才会利用乳糖。用乳糖。CAP-cAMPCAP-cAMP复合物可促进转录的进行复合物可促进转录的进行；葡萄糖的代谢产物会抑制葡萄糖的代谢产物会抑制cAMPcAMP，从而抑制结构，从而抑制结构基因的表达。基因的表达。ZYAOPI结构基因结构基因操纵序列操纵序列启动子：启动子：弱弱调节基因调节基因mRNAcAMP-CAP复合物的正调控复合物的正调控活性活性CAP结合位点：可增加结合位点：可增加RNA聚合酶的转录活性聚合酶的转录活性调节蛋白调节蛋白mRNA半乳半乳糖苷酶糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透过酶透过酶半乳糖苷半乳糖苷转乙酰酶转乙酰酶乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型z阻遏蛋白负调节阻遏蛋白负调节乳糖操纵子的转录活性；乳糖操纵子的转录活性；zCAP正调节正调节乳糖操纵子的转录活性；乳糖操纵子的转录活性；z lac操纵子强的诱导作用操纵子强的诱导作用既需要乳糖既需要乳糖存在，存在，又需又需缺乏葡萄糖，缺乏葡萄糖，两种机制协调合作。两种机制协调合作。例题例题与与O O序列结合序列结合与与P P序列结合序列结合与与CAPCAP结合结合与与CAPCAP位点结合位点结合20082008年农学联考年农学联考LacLac阻遏蛋白阻遏蛋白 RNARNA聚合酶聚合酶cAMPcAMPCAP-cAMPCAP-cAMPtrpRtrp二、色氨酸二、色氨酸操纵子操纵子调控基因调控基因结构基因：合成色氨酸结构基因：合成色氨酸高高TrpTrp时：阻遏物时：阻遏物+Trp+Trp结合操纵基因结合操纵基因阻止阻止转录转录低低TrpTrp时：阻遏物时：阻遏物不结合操纵基因不结合操纵基因转录转录 The end例题例题名词解释名词解释冈崎片段冈崎片段半保留复制半保留复制转录转录重组修复重组修复解螺旋酶解螺旋酶光复活修复光复活修复复制叉复制叉终止子终止子南京南京农业大学农业大学例题例题DNADNA损伤修复中，给生物带来高变异率的是损伤修复中，给生物带来高变异率的是A A）切除修复）切除修复B B）SOSSOS修复修复C C）光复活）光复活D D）重组修复）重组修复南京南京农业大学农业大学