浙大生物化学课件16：RNA的生物合成.pptx

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生物化学浙江大学浙江大学生命科学学院生命科学学院江江辉辉第十六章转录第一节第一节模板和酶模板和酶第二节第二节转录装置转录装置第三节第三节转录过程转录过程第四节第四节转录后的修饰转录后的修饰转录转录n转转录录（Transcription）生生物物体体以以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程n转转录录所所需需的的酶酶叫叫RNA聚聚合合酶酶（依依赖赖DNA的的RNA聚合酶）聚合酶）转录和复制的相同点转录和复制的相同点n都以都以DNA为模板为模板n原料为核苷酸原料为核苷酸n合成方向均为合成方向均为53方向方向n都需要依赖都需要依赖DNA的聚合酶的聚合酶n遵守碱基互补配对规律遵守碱基互补配对规律n产物为多聚核苷酸链产物为多聚核苷酸链转录和复制的不同点转录和复制的不同点复制复制转录转录模板模板两股链均作为模板两股链均作为模板模板链作为模板模板链作为模板原料原料dNTPNTP聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶产物产物子代子代DNA双链双链mRNA、tRNA、rRNA、sRNA、lncRNA配对配对A-T、G-CA-U、T-A、G-C引物引物需需RNA引物引物-方式（特点）方式（特点）半保留复制半保留复制不对称转录不对称转录第一节模板和酶一、转录模板一、转录模板n两两股股DNA单单链链中中只只有有一一股股可可转转录录，可可作作为为模模板板转转录录成成RNA的的一一股股称称为为模模板板链链，对对应应的的一一股股互互补补链链称称为为编编码码链链。

n能能转转录录出出mRNA然然后后指指导导蛋蛋白白质质合合成成的的部部分分称称为为结结构构基基因因。

其其余余的的DNA可可能能转转录录（rRNA，tRNA），也也可可能不转录。

能不转录。

n不不对对称称转转录录:

DNA分分子子上上一一股股可可转转录录，另另一一股股不不转转录录；模板链并非永远在同一单链上。

模板链并非永远在同一单链上。

二、二、RNA聚合酶聚合酶反应特点反应特点n以四种核苷三磷酸（以四种核苷三磷酸（NTP）为底物，以）为底物，以DNA为模板；为模板；n以以53方向合成；方向合成；n无需引物，直接在模板上合成无需引物，直接在模板上合成RNA链；链；n碱基配对是：

碱基配对是：

A-U和和G-C；nDNA的的两两条条链链中中仅仅一一条条链链可可作作模模板板，该该链链称称模模板板链链（负链），另一条链称编码链（正链）。

（负链），另一条链称编码链（正链）。

1、原核生物的、原核生物的RNA聚合酶聚合酶大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶n分子量为分子量为480kD，由四个亚基组成，由四个亚基组成2（全酶全酶）n去掉去掉亚基称为亚基称为核心酶核心酶大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶各亚基及其功能聚合酶各亚基及其功能亚基亚基基因基因分子量分子量亚基数目亚基数目功能功能rpoA40,0002酶的装配，与启动子酶的装配，与启动子上游元件和活化因子上游元件和活化因子结合结合rpoB155,0001结合核苷酸，催化磷结合核苷酸，催化磷酸二酯键形成酸二酯键形成rpoC160,0001结合结合DNA模板模板rpoD32,000-92,0001识别启动子，促进转识别启动子，促进转录起始录起始9,0001未知未知2、真核生物的、真核生物的RNA聚合酶聚合酶功能功能对对鹅鹅膏膏覃覃碱碱的的敏感敏感性性RNA聚合酶聚合酶I转转录录45SrRNA（5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNA的前体）的前体）不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶II转录转录hnRNA（mRNA的前体）的前体）敏感敏感RNA聚合酶聚合酶III转转录录tRNA、5SrRNA、U6snRNA、scRNA中等敏感中等敏感三、酶与模板的辨认结合三、酶与模板的辨认结合n原原核核生生物物的的RNA聚聚合合酶酶是是结结合合到到DNA的的启启动动区区开开始始转转录录的的，靠靠其其亚亚基基辨辨认认启启动动区区。

启启动动区区具具有有共共有有的的序序列列称称为为保保守守序序列列或一致性序列。

或一致性序列。

TTGACATATAATPun-35区的序列与起始点的辨认有关，称为辨认位点区的序列与起始点的辨认有关，称为辨认位点n-10区的序列称为区的序列称为Pribnow盒（盒（box）结合位点）结合位点第二节转录装置一、转录起点一、转录起点nDNA序序列列按按编编码码链链（与与RNA链链一一样样）书书写写，由由左左至至右右为为53方方向向。

与与mRNA序序列列相相同同的的为为正正链链（编编码码链链），互补的链为，互补的链为负链负链（模板链）。

（模板链）。

n转转录录起起点点：

即即每每个个转转录录单单位位的的起起点点。

该该点点的的核核苷苷酸酸标标号号为为+1。

右右侧侧为为下下游游，用用正正的的数数码码表表示示；左左侧侧为为上上游游，用负的数码表示。

用负的数码表示。

二、启动子二、启动子即转录起始的信号序列。

即转录起始的信号序列。

1、大肠杆菌基因组的启动子、大肠杆菌基因组的启动子nPribnow框框（-10序序列列）：

起起点点上上游游约约-10处处，保保守守序序列列TATAAT，-10序序列列有有助助于于DNA局局部部双双链链解解开开（A-T配配对易解开）对易解开）n识识别别区区（-35序序列列）：

中中心心位位置置约约在在-35处处，保保守守序序列列TTGACA；-35序列提供了序列提供了RNA聚合酶识别的信号。

聚合酶识别的信号。

2、真核生物基因组的启动子、真核生物基因组的启动子nHogness框框（TATA框框）：

中中心心在在-25-30处处，保保守序列守序列TAAA（T）AA（T），有助于，有助于DNA局部解开。

局部解开。

nCAAT框框：

-75处处，保保守守序序列列GGT（C）CAATCT，与与RNA聚合酶结合有关聚合酶结合有关nGC框框：

在在更更上上游游处处，保保守守序序列列GGGCGG，与与某某些转录因子结合有关。

些转录因子结合有关。

nRNA聚聚合合酶酶III（转转录录5SRNA等等）的的启启动动子子在在转转录区内部。

录区内部。

三、终止因子三、终止因子nrho因因子子：

具具有有核核酸酸酶酶活活力力（水水解解三三磷磷酸酸核核苷苷），在在RNA聚聚合合酶酶遇遇到到终终止止子子暂暂停停作作用用时时，解解RNA-DNA螺旋。

螺旋。

n终终止止因因子子（NusA）：

协协助助RNA聚聚合合酶酶识识别别终终止止信信号号的的辅辅助助因因子子，与与RNA聚聚合合酶酶的的核核心心酶酶结合（结合（2-NusA复合物），复合物），识别终止序列识别终止序列。

四、终止子四、终止子提供转录停止信号的提供转录停止信号的DNA序列序列n终终止止子子可可被被RNA聚聚合合酶酶或或其其辅辅助助因因子子识识别别，但终止信号应位于已转录的序列中。

但终止信号应位于已转录的序列中。

n原原核核生生物物的的终终止止子子在在终终止止点点之之前前，有有一一个个回回文文结结构构，其其转转录录产产生生的的RNA可可形形成成一一个个发发夹夹结构结构，使聚合酶停止移动。

，使聚合酶停止移动。

大肠杆菌的两类终止子大肠杆菌的两类终止子n不不依依赖赖于于rho（）的的终终止止子子（简简单单终终止止子子）：

除除能能形形成成发发夹夹结结构构外外，在在终终点点前前还还有有寡寡聚聚U（约约6个个）序序列列，这这个个寡寡聚聚U序序列列可可能能提提供供信信号号使使RNA聚聚合合酶酶脱脱离离模模板板。

因因为为由由rU-dA组组成成的的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对作用。

杂交分子具有特别弱的碱基配对作用。

n依依赖赖于于rho（）的的终终止止子子：

能能形形成成发发夹夹结结构构，无无寡寡聚聚U序序列列。

必必须须在在rho因因子子存存在在时时才才发发生生终终止止作用。

作用。

第三节转录过程一、转录的起始一、转录的起始1、原核生物的转录起始、原核生物的转录起始nRNA聚聚合合酶酶结结合合到到DNA链链上上，DNA双双链链部部分分解解开开形形成成转转录录空空泡泡。

原原核核生生物物由由因因子子辨辨认认转转录录起起始始位位点点，原原核核生生物物在在-35区区有有5-TTGACA，在在-10区区有有TATAAT盒盒n转录起始不需引物转录起始不需引物n5-PPPGPN-OHn第一个磷酸二酯键形成后，第一个磷酸二酯键形成后，亚单位即脱落下来亚单位即脱落下来RNA聚合酶与聚合酶与DNA模板链的结合模板链的结合转录起始转录起始模板链模板链合成方向合成方向2、真核生物的转录起始、真核生物的转录起始n顺式作用元件（顺式作用元件（cis-actingelement）n-35区区Hogness盒盒（TATA盒）盒）n-40-110区区CAAT盒盒GC盒盒n反式作用因子（反式作用因子（trans-actingfactor）n转录因子（转录因子（TF）3、转录因子和真核生物的转录起始复合物、转录因子和真核生物的转录起始复合物nTFIIA、B、D、E、Fn起始前复合物（起始前复合物（PIC）二、转录的延伸二、转录的延伸n原核生物和真核生物基本相同原核生物和真核生物基本相同n亚基脱落，核心酶构象改变，亚基脱落，核心酶构象改变，NusA结合结合nRNA的的5端伸展在转录空泡之外端伸展在转录空泡之外n模板为模板为A，转录产物相应为，转录产物相应为Un原核生物的转录和翻译同时进行原核生物的转录和翻译同时进行RNA链的延长链的延长三、转录的终止三、转录的终止1、原核生物转录终止的模式：

、原核生物转录终止的模式：

n依依赖赖因因子子：

因因子子能能与与RNA结结合合，还还具具有有ATP酶和解链酶的活性）酶和解链酶的活性）n不不依依赖赖因因子子：

终终止止区区的的碱碱基基可可形形成成特特殊殊的的结构，结构，RNA3形成茎环结构和一串寡聚形成茎环结构和一串寡聚Ua）依赖）依赖-因子的终止子的终止反应因子的终止子的终止反应-因子因子n含六聚体的寡聚蛋白，具有依赖含六聚体的寡聚蛋白，具有依赖RNA的的NTP酶活性。

酶活性。

n结结合合于于新新生生RNA上上，借借助助与与水水解解NTP产产生生能能量量推推动动RNA聚合酶向前移动。

聚合酶向前移动。

n当当酶酶遭遭遇遇终终止止子子时时暂暂停停前前进进，-因因子子追追上上酶酶，与与酶酶相相互作用释放互作用释放RNA。

n还具有还具有RNA-DNA解螺旋酶活性。

解螺旋酶活性。

b）不不依依赖赖-因因子子的的终终止止子子：

含含富富GC的的回回文文序序列列和和寡寡聚聚U序序列列转录终止转录终止RNA释放释放聚合酶脱离聚合酶脱离2、真核生物的转录终止、真核生物的转录终止n编码链上存在转录终止的修饰点编码链上存在转录终止的修饰点AATAAAn真核生物真核生物mRNA带有带有polyA尾巴尾巴转录的过程转录的过程核心酶核心酶因子因子5pppGmRNA5335启动子结构基因终止区识别识别起始起始延伸延伸因子因子5pppG终止终止5pppG2-9ntRNA2017年：

一个特殊的年：

一个特殊的DNA聚合酶聚合酶n来自于一种深海噬菌体来自于一种深海噬菌体NrS-1n一级结构同源于引物酶一级结构同源于引物酶-聚合酶聚合酶n无需引物无需引物n从一个特定的从一个特定的DNA序列起始序列起始DNA的复制的复制nItrepresentsauniquedenovoreplicativeDNApolymerasethatpossessesfeaturesfoundinDNApolymerases,primases,andRNApolymerases.PNAS,2017,doi:

10.1073/pnas.1700280114第四节转录后的修饰一、原核生物一、原核生物RNA的加工的加工二、真核生物二、真核生物RNA的一般加工的一般加工三、三、RNA的拼接的拼接一、原核生物一、原核生物RNA的加工的加工1、原核生物、原核生物rRNA前体的加工前体的加工n结结构构：

每每个个转转录录单单位位由由16S、23S、5SrRNA以以及及一个或几个一个或几个tRNA基因所组成。

基因所组成。