第十章RNA的生物合成Word格式文档下载.docx
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转录的不对称性;
原核生物RNA聚合酶的组成和各亚基的功能。
熟悉:
熟悉真核生物RNA聚合酶的类型与功能,结构基因、模板链和编码链的含义;
几种RNA转录后加工修饰;
核酶概念。
了解:
转录的特点;
RNA转录过程。
教学重点
1.转录的概念;
转录的不对称性
2.真核生物转录后的加工,重点介绍mRNA转录后的加工特点
3.原核生物RNA聚合酶的组成和各亚基的功能。
教学难点
1.真核生物RNA聚合酶的类型与功能
2.几种RNA转录后加工修饰
3.RNA转录过程。
教学方法和手段
课堂讲述和多媒体教学相结合
复习内容
1.生物学的中心法则
2.DNA的复制过程
3.DNA的复制过程中的有关酶(5分钟)
使用教材
全国医药类高职高专“十二五”规划教材《生物化学》邱烈王文玉主编,第四军医大学卫生出版社,2010年1月第1版。
实验指导为本校自编《生物化学实验指导》。
教案续页
基本内容
辅助手段和时间分配
第十章RNA的生物合成
生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录或基因转录。
转录是基因表达的重要环节,是合成RNA的主要方式,少数生物以RNA复制的方式合成RNA。
经转录生成的各种RNA均是其前体,必须经过加工修饰才能成为具有生物活性的RNA。
转录和复制都是由酶催化的核苷酸聚合过程,他们有许多相似之处,如:
都以DNA为模板;
都需要依赖DNA的聚合酶;
聚合过程都是核苷酸之间形成磷酸二酯键;
都从5′→3′方向延伸合成新链;
都遵循碱基配对原则等。
但它们之间又有区别:
表10-3复制与转录的区别
复制
转录
模板使用
合成原料
合成酶类
碱基互补
起始物质
合成方式
合成产物
两条全用、全部用完、参与子代
dATPdGTPdCTPdTTP
多酶催化DDDP
A-T、G-C
RNA引物3′-OH
半保留复制、半不连续复制
子代双链DNA
只用一条、只用一段、反复使用
ATPGTPCTPUTP
单酶催化DDRP
A-U、T-A、G-C
全酶-DNA复合物
不对称转录、连续进行
mRNAtRNArRNA
一、转录的模板
转录是以DNA为模板,转录产物RNA的碱基序列取决于模板
DNA的碱基序列。
转录时只需DNA一条链作为转录模板,这条具有转录功能的DNA单链称为模板链或有意义链;
而与之互补的没有转录功能的另一条DNA单链称为编码链或反意义链。
DNA双链包括许多基因,不同的基因转录时模板链并不是固定在同一条单链上。
模板链的方向总是3′→5′,所以RNA转录与DNA复制一样,严格遵循碱基配对规律,聚合时RNA链也是沿5′→3′方向延伸。
值得注意的是,对有意义链和反意义链的名称有时出现混淆。
如有些教科书中将模板链称为反意义链,而将编码链称为有意义链。
二、RNA聚合酶
转录酶即为RNA聚合酶,全称为依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP),简称RNA-pol。
该酶以DNA为模板,催化四种NTP合成与DNA模板互补的RNA。
原核生物只有一种RNA聚合酶。
目前研究比较清楚的是大肠杆菌的RNA聚合酶。
它是一种由四种亚基α、β、β′和σ组成的五聚体(α2ββ′σ)蛋白质。
称全酶。
其中σ亚基也称σ因子,脱去σ因子的α2ββ′亚基合称为核心酶,活细胞的转录起始,需要全酶,但至转录延长阶段,则仅需要核心酶。
各亚基组成及其功能见下表:
表10-4大肠杆菌RNA聚合酶组成及功能
亚基
分子量
酶分子中的数目
功能
α
β
β′
σ
36512
150618
155613
70263
1
决定哪些基因被转录
参与转录全过程(催化)
结合DNA模板(开链)
辨认起始点
三、参与转录的其它蛋白因子
ρ因子是转录终止因子,是由相同的六个亚基组成的六聚体蛋白质。
它能与单链RNA结合,ρ因子不仅具有酶活性,使ATP水解释
放能量,有利于RNA链从酶和模板中释出。
它同时具有解螺旋酶活性,
使DNA-RNA杂交双链拆离,RNA链则从转录复合物中释出。
四、模板与酶的辨认结合
转录是不连续、分区段进行的。
每一区段可视为一个转录单位,称为操纵子。
操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列。
调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位,是控制转录的关键部位。
五、转录的特点
1.不对称性:
双链DNA分子中一条链转录时,另一条链不被转录,这一现象称为不对称转录,
2.连续性:
RNA的转录不需要引物,从起始位点开始到终止位点为止,连续合成RNA链。
3.单向性:
模板链的方向是3′→5′,聚合时RNA链是沿5′→3′方向延伸。
4.有特定的起始和终止位点
转录全过程分为起始、延长、终止三个阶段。
以原核生物的转录过程为例介绍转录过程。
一、转录的起始
1.RNA聚合酶与模板的辨认结合:
RNA聚合酶识别位于结构基因上游、转录起始点之前的特殊的核苷酸序列,即启动子上。
2.RNA合成的起始:
在RNA聚合酶的直接作用下,直接催化NTP按碱基配对原则结合于DNA模板上,在起始位点上生成第一个磷酸二酯键。
二、转录的延伸:
链的延伸由核心酶催化,沿3'-5'的方向以屈伸交替状移行,按照碱基配对原则以NTP为原料,以5'-3'方向单独催化新生RNA链的合成。
三、转录的终止
1.不依赖ρ因子的转录终止:
DNA模板上靠近转录的终止部位有特殊的核苷酸序列,富含G-C的回文序列,称为终止子。
2.依赖ρ因子的转录终止:
ρ因子是分子量为50KD的蛋白质六聚体,成为终止因子。
一、mRNA转录后的加工
1.5'-端帽子结构的形成
在hnRNA的5′端加上一分子鸟苷残基,生成三磷酸双鸟苷。
然后第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化反应,形成“帽子”结构。
“帽子”结构的主要功能是:
①保护mRNA免受降解。
②与蛋白质生物合成起始有关,可以帮助核蛋白体识别翻译起始部位。
2.3'-端多聚腺苷酸的加入
mRNA前体先切去3′末端的一些多余的核苷酸,再以ATP为供体,在hnRNA的3′末端进行聚合反应形成多聚腺苷酸“尾巴”(polyA)。
长度为100~200个核苷酸之间,其长短与mRNA的寿命有关。
“尾巴”结构的主要功能是:
①保护mRNA不被酶水解,可增加其稳定性。
②引导mRNA由细胞核向细胞液转移。
3.hnRNA的剪切
断裂基因是指真核生物结构基因中,由若干个编码区序列被非编码区序列间隔,但又连续镶嵌而构成的基因。
断裂基因中具有表达活性的编码序列称外显子,没有表达活性的间隔序列称为内含子。
在转录过程中,外显子和内含子序列均被转录到hnRNA中。
剪接就是在细胞核中,hnRNA切除内含子,拼接外显子,使之成为具有翻译功能的模板的过程。
4.碱基的修饰mRNA分子内含有少量稀有碱基,例如甲基化碱基是转录后经过甲基化修饰后形成。
二、tRNA转录后的加工
1.剪切:
tRNA前体的5′末端和相当于反密码环的区域,各被切去一段一定长度的多核苷酸链,然后由连接酶催化拼接。
2.加上CCA-OH的3'末端:
在3′末端切除个别核苷酸后加上CCA-OH序列,该序列在翻译过程中运输氨基酸时可与之结合。
3.碱基的修饰:
包括:
①甲基化反应:
腺嘌呤(A)→甲基腺嘌呤(mA),鸟嘌呤(G)→甲基鸟嘌呤(mG);
②还原反应:
某些尿嘧啶(U)还原为双氢尿嘧啶(DHU);
③碱基转位反应:
U→ψ(假尿嘧啶核苷酸);
④脱氨基反应:
A→次黄嘌呤(I)。
使成熟的tRNA分子中含有较多的稀有碱基。
三、rRNA的转录后的加工
(四)RNA的编辑加工
(五)RNA的自我催化剪切
四、核酶
核酶(ribozyme)是具有酶促活性的RNA,其特性是自催化剪接。
这些核酶通常由60个左右的核苷酸组成,同一分子上包括催化部分和底物部分,底物部分含有GU序列,与催化部分组成锤头结构。
核酶的二级结构有多种,其中一种呈锤头状结构,含有若干茎和环,例如烟草环斑病毒卫星RNA的自催化剪接序列具有槌头状结构。
核酶的发现是对传统酶学的挑战,在生命起源问题上,为先有核酸提供了依据。
同时根据核酶的锤头状结构,通过人工设计合成,可使原来没有核酶活性的RNA,成为具有核酶活性的RNA,用于阻断病原生物或肿瘤基因表达,为对感染性疾病及肿瘤的治疗提供了新思路。
10分钟
20分钟
挂图或幻灯片:
不对称转录示意图
25分钟
原核生物启动子的保守序列
RNA延伸过程的“转录空泡”
11-13终止因子及其RNA产物
真核生物mRNA的加工修饰
tRNA的加工修饰
rRNA的加工修饰
5分钟
教案末页
小结
1.复制、转录、逆转录的比较
2.强调RNA聚合酶与DNA聚合酶、逆转录酶的区别
3.转录过程:
起始,延伸,终止,与复制过程的比较
4.真核生物转录后加工的主要特征
5.蛋白质生物合成是基因表达的终末阶段,说明基因表达的两个阶段
6.蛋白质生物合成体系组成
7.翻译过程概况
(5分钟)
复习思考题
及作业题
1.为什么转录的特征是不对称转录,有何生物学意义?
2.RNA聚合酶如何能识别转录的起点并与之结合?
3.为什么真核生物基因转录后要进行加工修饰?
4.真核生物基因转录后包括哪些主要方式?
5.核酶与酶有哪些异同?
6.基因表达分哪两个阶段?
为何DNA上的遗传信息要表达为蛋白质?
7.蛋白质生物合成体系有哪些成分?
各有何作用?
8.证翻译准确的重要因素有哪些?
9.简述翻译后加工的几种方式?
10.简述干扰蛋白质生物合成的几种抗生素,干扰素。
下次教学
预习要点
1.原核基因转录调节
2.真核基因转录调节
主要经验
内容广泛,重点突出,有助于学生课后复习和查阅参考书;
效果好,能引起学生共鸣,激发学生热爱生化的兴趣。
存在问题改进措施
蛋白质的生物合成过程比较复杂,需要认真复习。