生物化学RNA的生物合成公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第十二章第十二章 RNARNA生物合成生物合成第1页第1页第一节第一节 RNARNA聚合酶及聚合酶及RNARNA转录普通特点转录普通特点转录体系组分模板模板DNA（只基因中一条链转录）底物底物ATP、GTP、CTP、UTP酶酶RNA聚合酶催化3，5-磷酸二酯键生成（RNA聚合酶不需引物、无较读功效）金属离子金属离子Mg2+、Mn2+转录因子（真核）转录因子（真核）参与转录启动终止蛋白（终止蛋白（因子因子（原核）（原核）参与转录终止第2页第2页RNARNA聚合酶聚合酶真核生物RNA聚合酶种类及性质种类种类型型型型型型线粒体型（线粒体型（MtMt型）型）分子量分子量5.5105.5105 56106105 56106105 5（6.46.86.46.8）10105 5分布分布核仁核仁核质核质核质核质线粒体线粒体产物产物 rRNArRNA前体前体（5.8S5.8S、18S18S、28S28S）mRNAmRNA前体前体tRNAtRNA前体前体5s rRNA 5s rRNA snRNAsnRNA线粒体线粒体RNARNA对利福平敏感性不敏感不敏感不敏感不敏感不敏感不敏感敏感敏感对鹅膏蕈碱敏感性（二环八肽）不敏感不敏感非常敏感非常敏感敏感敏感不敏感不敏感第3页第3页第4页第4页原核生物原核生物RNARNA聚合酶聚合酶E.coliE.coliRNARNA聚合酶是由四种亚基构成六聚体聚合酶是由四种亚基构成六聚体（2 2）第5页第5页原核生物RNA聚合酶各亚基功效亚基亚基分子量分子量功效3651236512控制转录速率150618150618含有起始和催化作用155613155613兼有解链和催化作用兼有解链和催化作用（常见为（常见为7070）7026370263辨认起始点，帮助关键酶与模板结合。（一旦转录开始，便与关键酶脱离）不清楚不清楚第6页第6页模板链模板链（反义链）（反义链）编码链编码链（有义链）（有义链）转录模板连与编码链转录模板连与编码链第7页第7页转录是不对称性转录是不对称性对于一个基因只有模板链转录；对于不同基因模板链并非总在同一DNA链上。RNA链延长方向是53第8页第8页二、转录与复制异同点二、转录与复制异同点转录转录复制复制模板DNA（两条链均做模板）DNA（只有基因中模板链被转录），即转录不对称底物ATP、GTP、CTP、UTPdATP、dGTP、dCTP、dTTP聚合酶RNA聚合酶（催化3，5-磷酸二酯键生成，能将两个单核苷酸聚合，且无较读功效）DNA聚合酶（催化3，5-磷酸二酯键生成，不能将两个单核苷酸聚合，且有较读功效）引物不需要需RNA引物碱基配对A-T、G-C、T-A、C-GA-U、G-C、T-A、C-G链延伸方向 5353加工需要不需要第9页第9页第二节 真核生物转录过程启动子（启动子（promoterpromoter）：位于结构基因上游，供）：位于结构基因上游，供RNARNA聚合酶及聚合酶及一些转录因子辨认结合，并启动转录一段特异一些转录因子辨认结合，并启动转录一段特异DNADNA序列。序列。类启动子类启动子(RNA(RNA聚合酶聚合酶)；类启动子类启动子(RNA(RNA聚合酶聚合酶)；类启动子类启动子(RNA(RNA聚合酶聚合酶)-30第10页第10页转录因子（转录因子（TF）：直接或间接与）：直接或间接与RNA聚合酶及模板聚合酶及模板DNA互相作互相作用蛋白因子。参与转录启动。用蛋白因子。参与转录启动。TF(RNA聚合酶聚合酶)；TF(RNA聚合酶聚合酶)；TF(RNA聚合酶聚合酶)RNA-pol所需基本转录因子转录因子转录因子亚基构成和分子量（kD）功功 能能TFA12，19，35帮助TFD与TBP对启动子结合TFB33增进RNA-pol结合及作为其它因子桥梁TFDTATA盒结合蛋白（盒结合蛋白（TBP）38辨认与结合TATA盒TBP辅助因子（辅助因子（TAF）辅助辅助TBP与与DNA结合结合TFE57（）34（）增进TFH 对TFRNA聚合酶最大亚基羧基末端结构域（CTD）磷酸化TFF30,74与与TFB结合结合TFH具解旋酶活性，蛋白激酶活性，具解旋酶活性，蛋白激酶活性，使使RNA-pol大亚基羧基末端结大亚基羧基末端结构域磷酸化构域磷酸化第11页第11页一、一、mRNA合成合成（一）起始阶段（一）起始阶段1.1.启动子启动子(类类)第12页第12页（一）转录起始阶段（一）转录起始阶段转录起始阶段转录起始阶段转录前起始复合物形成转录前起始复合物形成在转录因子帮助下，在转录因子帮助下，RNARNA聚合酶启动子结合并解链形成转录聚合酶启动子结合并解链形成转录泡，并产生第一个泡，并产生第一个3 3，5 5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。RNARNA链第一个核苷酸多为嘌呤核苷酸，最常见为鸟嘌呤核苷链第一个核苷酸多为嘌呤核苷酸，最常见为鸟嘌呤核苷酸酸转录泡转录泡RNA聚合酶聚合酶RNA（链）（链）编码编码链链模板链模板链第13页第13页转录前起始复合物形成转录前起始复合物形成组装顺序为组装顺序为TFDABFRNA Pol E H第14页第14页（二）转录延长阶段（二）转录延长阶段转录延长阶段转录延长阶段RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA模板不断移动，模板不断移动，DNADNA不断解链，不断解链，RNARNA链不断延长，转录后链不断延长，转录后DNADNA单链不断重新形成双链单链不断重新形成双链第15页第15页第16页第16页（三）转录终止（三）转录终止转录终止转录终止出现转录终止剪切信号序列出现转录终止剪切信号序列第17页第17页（二）（二）rRNArRNA合成合成1.rRNA1.rRNA基因结构特点基因结构特点第18页第18页2.rRNA2.rRNA转录起始转录起始第19页第19页三、三、5SrRNA和和tRNA合成合成1.tRNA基因结构特点及转录起始基因结构特点及转录起始第20页第20页2.tRNA转录起始转录起始第21页第21页5SrRNA 转录起始转录起始第22页第22页第三节第三节 真核生物真核生物RNARNA转录后加工转录后加工p初级转录产物：转录生成尚不含有生物活性初级转录产物：转录生成尚不含有生物活性RNARNA分分子子p转录后加工：初级转录产物通过一系列改变后含转录后加工：初级转录产物通过一系列改变后含有生物活性过程有生物活性过程p加工过程包括：核苷酸部分水解、连接反应、加加工过程包括：核苷酸部分水解、连接反应、加帽、加尾以及核苷酸修饰等帽、加尾以及核苷酸修饰等第23页第23页一、一、mRNA加工加工真核成熟真核成熟mRNA前体称为不均一核前体称为不均一核RNA（hnRNA）（一）切除内含子，连接外显子。（一）切除内含子，连接外显子。发生在细胞核里。发生在细胞核里。鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNAmRNA与与DNADNA杂交电镜图杂交电镜图第24页第24页外显子（外显子（exon）：）：hnRNA分子中编分子中编码氨基酸序列码氨基酸序列内含子（内含子（intron）：）：hnRNA分子中不分子中不编码氨基酸序列编码氨基酸序列大多数内含子大多数内含子5为为GU，3为为AG。剪接体（酶）催化内含剪接体（酶）催化内含子切除和外显子连子切除和外显子连接接催化机理是亲电转酯反催化机理是亲电转酯反应应内含子功效：有些内含内含子功效：有些内含子在基因表示中起子在基因表示中起作用；有些内含子作用；有些内含子可为酶编码可为酶编码第25页第25页第26页第26页（二）（二）hnRNA5端加端加“帽帽”（三）（三）hnRNA3加加“尾尾”发生在细胞核里。发生在细胞核里。第27页第27页（四）（四）hnRNAhnRNA甲基化修饰甲基化修饰发生在核内或胞质内发生在核内或胞质内第28页第28页（五）RNA编辑：指改变mRNA分子中碱基而使同一基因表示出不同蛋白质。如碱基插入、缺失、置换、错义突变或提前产生终止密码子（编辑酶）（编辑酶）第29页第29页第30页第30页二、二、rRNArRNA加工加工第31页第31页三、三、tRNAtRNA加工加工1.1.切除多出序列切除多出序列（内切酶）并连（内切酶）并连接（连接酶）接（连接酶）2.2.个别碱基甲基化个别碱基甲基化（tRNAtRNA甲基转移甲基转移酶）酶）3.3.核苷内转位反应核苷内转位反应（假尿苷生成）（假尿苷生成）4.4.脱氨反应（脱氨反应（A A转变转变为为I I）5.5.还原反应（双氢还原反应（双氢尿嘧啶生成）尿嘧啶生成）第32页第32页第四节第四节 原核生物原核生物RNARNA合成合成第33页第33页原核生物启动子序列原核生物启动子序列研究办法：研究办法：RNA-pol保保护法护法1.分离基因分离基因2.加入提纯加入提纯RNA-pol3.加入核酸外切酶加入核酸外切酶4.保护区碱基序列构保护区碱基序列构成份析成份析第34页第34页第35页第35页-35区是区是RNA-pol对转录起始辨认位点对转录起始辨认位点-10区主要供区主要供RNA-pol结合。结合。第36页第36页一、原核生物一、原核生物RNARNA合成起始合成起始转录起始是指转录起始是指RNA-polRNA-pol辨认、结合启动子辨认、结合启动子,并前移形成第一个并前移形成第一个3 3，5 5-磷酸二酯键过程磷酸二酯键过程转录起始复合物第37页第37页二、二、原核生物原核生物RNARNA合成合成延长阶段延长阶段因子与关键酶脱离，关键酶沿模板链向前移动因子与关键酶脱离，关键酶沿模板链向前移动RNARNA链不断延长。链不断延长。第38页第38页三、三、原核生物原核生物RNARNA合成合成终止阶段终止阶段转录终止转录终止RNARNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停止下来，转录产物模板上停止下来，转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来。链从转录复合物上脱落下来。转录终止两种机制：转录终止两种机制：p非依赖非依赖因子转录终止因子转录终止p依赖依赖因子转录终止因子转录终止第39页第39页1.1.因子依赖性转录终止因子依赖性转录终止因子功效：能与转录产物因子功效：能与转录产物RNARNA结合结合;含有含有ATPATP酶和解螺旋酶活性酶和解螺旋酶活性第40页第40页2.2.因子不依赖性转录终止因子不依赖性转录终止RNARNA分子中产生茎环结构使分子中产生茎环结构使RNARNA聚合酶变构，转录停止；使转聚合酶变构，转录停止；使转录复合物趋于解离，录复合物趋于解离，RNARNA产物释放。产物释放。第41页第41页第42页第42页四、原核生物四、原核生物RNARNA加工加工（一）原核（一）原核mRNAmRNA不需加工不需加工原核生物原核生物mRNAmRNA合成与翻译同时进行合成与翻译同时进行原核生物翻译不需加工修饰原核生物翻译不需加工修饰第43页第43页（二）（二）原核生物原核生物rRNArRNA转录后加工转录后加工第44页第44页（三）原核（三）原核tRNA加工加工1.1.切除多出序列（内切切除多出序列（内切酶）并连接（连接酶）酶）并连接（连接酶）2.2.个别碱基甲基化个别碱基甲基化（tRNAtRNA甲基转移酶）甲基转移酶）3.3.核苷内转位反应（假核苷内转位反应（假尿苷生成）尿苷生成）4.4.脱氨反应（脱氨反应（A A转变为转变为I I）5.5.还原反应（双氢尿嘧还原反应（双氢尿嘧啶生成）啶生成）第45页第45页第五节第五节 RNA复制复制RNARNA复制：以进入宿主细胞病毒复制：以进入宿主细胞病毒RNARNA为模板，在为模板，在RNARNA复制酶催化下合成病毒复制酶催化下合成病毒RNARNA过程。过程。（一）（一）RNARNA复制酶复制酶.RNA.RNA复制酶发觉复制酶发觉 19631963年在噬菌体年在噬菌体QQ（RNARNA噬菌体）中发觉噬菌体）中发觉RNARNA复复制酶。制酶。该酶只辨认病毒本身该酶只辨认病毒本身RNARNA，而对宿主及其，而对宿主及其它病毒它病毒RNARNA无作用。无作用。第46页第46页.噬菌体噬菌体QRNA-QRNA-单链单链RNARNA4.5Kb4.5KbA A2 2蛋白蛋白基因基因外壳蛋白外壳蛋白基因基因复制酶复制酶亚基亚基基因基因A A1 1蛋白蛋白基因基因第47页第47页3.Q3.Q复制酶：复制酶：亚基亚基亚基亚基亚基亚基亚基亚基由噬菌体由噬菌体QQ编码，编码，分子量分子量65KD65KD，有催化作用，有催化作用，3535个核苷酸个核苷酸/秒秒核糖体蛋白核糖体蛋白S1S1，分子量分子量65KD65KD。与噬菌体与噬菌体QRNAQRNA结合结合延长因子延长因子EF-Tu,EF-Tu,分子量分子量45KD45KD，辨认模板并选择结合底物辨认模板并选择结合底物NTPNTP延长因子延长因子EF-Ts,EF-Ts,分子量分子量35KD35KD，稳定稳定亚基和亚基和亚基结构。亚基结构。来自宿主细胞来自宿主细胞第48页第48页(二二)RNA复制过程复制过程1.1.单链正链单链正链RNARNA复制复制2.2.单链负链单链负链RNARNA复制复制3.3.双链双链RNARNA复制复制第49页第49页1.1.单链正链单链正链RNARNA复制复制（噬菌体（噬菌体Q Q、脊髓灰质炎病毒、脊髓灰质炎病毒、SARSSARS病毒）病毒）第50页第50页转录与复制区别项目项目转录转录复制复制模板模板DNADNA（模板链转录，转录不对称）（模板链转录，转录不对称）DNADNA（双链同时复制）（双链同时复制）底物底物四种核糖核苷酸（四种核糖核苷酸（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）四种脱氧核糖核苷酸（四种脱氧核糖核苷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP）酶酶RNA聚合酶（无校读功效）DNA聚合酶（大多有校读功效）引物引物不需要不需要需要需要RNARNA引物引物碱基配碱基配对对A-UA-UA-TA-T产物产物单链单链RNARNA双链双链DNADNA问题：你能总结出转录与复制区别吗？第51页第51页历史故事一一.断裂基因发觉断裂基因发觉1977年年，在寒春港会议上，来自寒春港试验室罗罗伯伯茨茨（Richarl J.Roberts）和和麻麻省省理理工工学学院院癌癌症症研研究究中中心心夏夏普普（Pilip A.sharp）报报道了他们关于真真核核生生物物断断裂裂基基因因发觉。由由于于这这一一发发觉觉，他他们们分分享享了了1993年年诺诺贝贝尔尔生生理理医医学奖学奖第52页第52页英国科学家，因发觉断裂基因于1993年获诺贝尔奖罗伯茨（罗伯茨（Richarl J.Roberts）1943年出生于英格兰得拜。1968年取得谢菲尔大学哲学博士学位。（生物化学专业），其后，他到美国哈佛大学做博士后。他曾在桑格试验室做过短期访问。学习RNA指纹技术和测序技术。1972-1992年，他在寒春港试验室工作。他对腺病毒Ad2进行了精细研究。罗伯茨与其同事在试验室里分离和鉴定了许多限制酶。并用这些酶作Ad2DNA限制酶图谱。1974年，他们对这些片段进行测序。其中有一个小片段包括Ad2mRNA末端和一个启动子。正是对这个包括启动子片段搜索，造成对RNA剪切及断裂基因发觉。能够说，断裂基因发觉是罗伯茨测序研究意外发觉第53页第53页美国科学家，因发觉mRNA剪接于1993年获诺贝尔奖夏普于（Pilip A.sharp）1944年出生在美国肯塔基州。60年代，他取得肯塔基联合学院文学士学位（化学与数学专业）。而后取得伊利诺伊大学博士学位。他先后在加州理工学院戴维森和寒春港试验室watson(沃森)手下做过博士后。1974年，他来到麻省理工学院癌症研究中心。他集中于肿瘤病毒分子生物学和RNA剪接研究。夏暜关注腺病毒基因表示过程。他想看看hnRNA和 mRNA有什么不同。他利用DNA和RNA杂交方法找到了二者不同。他们发觉hnRNA显著长于mRNA.mRNA不能与DNA全部杂交。在电子显微镜下发觉有三个环。这表明mRNA比DNA小了许多；一个连续DNA分子包含了没有反应在mRNA中信息。夏普认为hnRNA中内含子片断被切除，而外显子片断拼接起来。断裂基因发觉揭示了真核生物不同于原核生物。其次，这一过程表示了生物进化中自然选择机制美妙。第三，它成为生物研究一个主要生长点。为此。他们取得了1993年诺贝尔奖。第54页第54页霍利1922年出生于美国伊利诺斯州。1942年，他以优秀成绩毕业于伊利诺斯大学。1947年在康内尔大学获有机化学博士学位。霍利在研究tRNA之前，就已经取得了不少优秀结果。比如分离青霉素结晶。首先合成苄基青霉素，分析了植物生长素吲哚乙酸。初次合成组氨酰肽等等。1957-1964年，霍利在美国农业部纽约州伊太卡“植物、土壤和营养试验室工作。1964年，他受聘于康内尔大学生物化学和分子生物学教授。从1957年起，他研究方向便集中精力在细胞内蛋白质和核酸分析及其合成方面。因为tRNA是核酸中分子最小、结构最简朴一个，因此他首先选择这种核糖核酸。1957年，他从大鼠肝脏分离和鉴定出各种携带不同氨基酸tRNA。并发觉全部氨基酸首先要和ATP结合。形成有活性氨基酸后才干与对应tRNA结合。然后，他应有重组试验，将从酵母提取并浓缩500倍活性丙氨酸，与其对应微量tRNA结合起来。发觉它们结合能力很高。为了深入研究tRNA在蛋白质合成中作用，1963年霍利从100磅酵母中提取出65克tRNA。利用各种分离技术，最终得到了高纯度酵母丙氨酸tRNA。并分析了全部化学结构。为此，1968年，霍利取得诺贝尔奖。二二.转移核糖核酸发觉转移核糖核酸发觉第55页第55页