13RNA的生物合成与加工

第十三章RNA生物合成和加工本章重点讨论RNA的生物合成，对RNA的合成后加工和RNA的复制作一般介绍。思考第一节DNA指导下RNA的合成（转录）第二节RNA转录后加工第三节RNA指导下RNA的合成(RNA的复制)第四节核酸生物合成的抑制剂遗传信息传递的中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第一节DNA指导下RNA的合成一、转录的概念二、RNA聚合酶及催化反应三、RNA合成过程四、启动子和转录因子五、终止子和终止因子转录的概念和DNA的有义链和反义链转录是在DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。启动子（promoter)终止子(terminator)模板链（templattestrand）反意义链(antisensestrand)有意义链(sensestrand)非信息区DNA5´5´3´3´大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA结合β——起始和催化聚合反应α——？全酶(α2ββ)RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´3´新合成RNARNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA启动子（promoter)终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开RNA链的延伸图解3´5´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链有义链模板链（反义链）延长部位真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA真核生物中转录与复制在不同的区域RNA聚合酶不相同启动子不同转录后RNA加工修饰不同四、启动子和转录因子启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子(transcriptionalfactor)。利用足迹法(footprint)和DNA测序法可以确定启动子的序列结构。例：大肠杆菌启动子共有序列的功能足迹法确定启动子序列大肠杆菌启动子共有序列的功能××AGTCTTGACA××××××××××××××××××AAT××××××××××××××TTAAAT××××××AACTGT××××AAT××××××××××××××××Pribnow框-10-35识别区16-19bp5-9bp起点五、终止子和终止因子提供转录停止信号的DNA序列称为终止子(termter)。协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子(terminationfactor)。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antitermination)。例：大肠杆菌的两种终止因子大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（）的终止子A.依赖于Rho（）的终止子富含G-C系列U第二节RNA转录后的加工一、RNA的加工二、RNA的拼接、编辑和再编码三、RNA生物功能的多样性四、RNA的降解原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用专一核酸外切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNA专一核酸外切酶tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：5’—端切除几到10个核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修饰：形成稀有碱基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用表示核酸外切酶的作用表示异构化酶的作用早转录本成熟tRNA加工酵母酪氨酸tRNA前体的加工真核细胞mRNA的加工5´“帽子”PolyA3´顺反子(cistron)m7G-5´ppp-N-3´pAAAAAAA-OH5′端接上一个“帽子”(CAP)结构3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)二、RNA的拼接、编辑和再编码大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含子，intron），使编码区（即外含子，Exon）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。RNA编码序列的改变称为编辑（editing），RNA编码和读码方式的改变称为再编码（recoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。1、RNA的拼接2、RNA的编辑3、RNA的再编码RNA的拼接方式类型自我拼接类型自我拼接核mRNA的拼接体的拼接核mRNA的酶促拼接RNA编辑的不同类型和分布编辑类型机制存在U的插入与删除gRNA的转酯反应锥虫线粒体mRNAC、A或U的插入多头绒孢菌线粒体的mRNA和tRNAG的插入RNA聚合酶重复转录副粘病毒的P基因C转变为U酶促脱氢哺乳类肠的apoPtRNAC转变为U或U转变为C脱氢或氨基化植物线粒体mRNA和tRNA牛心线粒体tRNAA转变为I脱氨脑谷氨酸受体亚基mRNARNA编辑的生物学意义消除移码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式RNA的再编码类型自我拼接类型自我拼接核mRNA的拼接体的拼接核mRNA的酶促拼接三、RNA生物功能的多样性1、RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用。2、RNA具有重要的催化功能和其他持家功能。3、RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其他蛋白质复合物。4、RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。5、RNA在生物进化中起重要作用。四、RNA的降解RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNA和tRNA是稳定的RNA，其更新率低；mRNA是不稳定的RNA，其更新率非常高。因为mRNA于其编码基因的表达活性直接有关，不同的RNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细胞每一世代中各类mRNA约周转10次。细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5端帽子结构，然后由53方向和35方向降解mRNA。噬菌体Q的合成A.负链的合成B.正链的合成病毒的正链复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的负链负链第四节核酸合成的抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物叶酸类似物碱基和核苷酸类似物烷化剂放腺菌素嵌合剂与DNA模板结合的抑制剂作用于DNA聚合酶或RNA集合酶的抑制剂抗菌素:如利福平、曲张霉素肽类化合物：-鹅膏蕈碱DNA和RNA合成的比较问答题1、比较DNA复制与RNA转录的异同。2、比较DNA聚合酶与RNA聚合酶催化作用的异同。3、DNA复制的高度准确性是通过什么来实现的？4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？5、何谓基因工程？简述其基本理论、基本过程及应用价值名词解释中心法则半保留复制转录反转录翻译有意义链反意义链内含子外显子冈崎片段突变