第十章--RNA的生物合成

商洛职业技术学院教案教案首页课程名称生物化学序次19专业班级2009级护理授课教师王文玉职称副教授类型理论学时2授课题目(章,节)第十章RNA的生物合成第一节参与转录的物质第二节转录过程第三节真核生物转录后的加工修饰教学目的与要求掌握：转录的概念；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DDDPA-T、G-CRNA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DDRPA-U、T-A、G-C全酶-DNA复合物不对称转录、连续进行mRNAtRNArRNA第一节参与转录的物质一、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10分钟20分钟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αββ′σ36512150618155613702632111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，挂图或幻灯片：不对称转录示意图使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第二节转录过程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：25分钟挂图或幻灯片：原核生物启动子的保守序列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。RNA延伸过程的“转录空泡”11-13终止因子及其RNA产物第三节真核生物转录后的加工修饰一、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20分钟真核生物mRNA的加工修饰细胞核中，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tRNA的加工修饰rRNA的加工修饰（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。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。