1、11.RNA转录体系：转录体系：DNA模板模板 RNA聚合酶聚合酶 2.转录转录基本基本过程过程:转录转录起始、链的延长、链的终止起始、链的延长、链的终止3.转录后加工过程转录后加工过程:信使信使RNA(mRNA)的加工的加工 转运转运RNA(tRNA)的加工的加工 核核糖糖体体RNA(rRNA)的加工的加工4.核酶核酶:具有催化功能的具有催化功能的RNA本章主要内容本章主要内容122RNARNA的生物合成的生物合成DNA 转录转录 RNA前体前体 加工加工 成熟成熟RNA 反转录反转录DNADNA复制复制DNA RNA 蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译转录转录:DNADNA指导的指导的 RNAR
2、NA合成合成33第一节第一节 RNA RNA 转录体系转录体系 在在RNARNA聚合酶催化下，以聚合酶催化下，以DNADNA为模板，为模板，4 4种三种三磷酸核苷（磷酸核苷（ATP,GTP,CTP,UTPATP,GTP,CTP,UTP）为原料进行的为原料进行的RNARNA聚合反应。聚合反应。一一 DNADNA是是RNARNA转录的模板转录的模板（一）不对称转录（一）不对称转录44原料原料:NTP(ATP,:NTP(ATP,UTPUTP,GTP,CTP),GTP,CTP)DNADNA合成原料合成原料:dNTP(dATP,dTTP,dGTP,dCTP):dNTP(dATP,dTTP,dGTP,dC
3、TP)模板模板:DNA:DNA转录时新链合成的方向：转录时新链合成的方向：5 5-3-355 DNA DNA A G C TA G C T 碱基配对规律碱基配对规律:RNA RNA U U C G A C G A RNARNA核苷酸连接方式：核苷酸连接方式：3 3,5 5-磷酸二酯键磷酸二酯键 方式方式：不对称转录不对称转录66 DNA片段转录时，双链片段转录时，双链DNA中只有一条链作中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录不对称转录。不对称转录不对称转录77DNADNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNARN
4、A的的一一股单链，称为股单链，称为模板链模板链。相对的另一股单链相对的另一股单链,不作为转录模板是不作为转录模板是编码链编码链。88DNA编码链编码链DNA 模板链模板链5 TCAGCTCGCTGCTAATGGCC3 3 a gt cga gcg acg at t a ccgg5 双链双链DNA5 UCAGCUCGCUGCUAAUGGCC3 RNA transcript转录转录模板链模板链编码链编码链99Gene AGene BGene CGene D编码链编码链模板链模板链Double stand DNA编码链和编码链和模板链模板链是一个相对的概念是一个相对的概念 10（二）转录单位（二）转
5、录单位编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)调节组件调节组件结构基因结构基因1111 启动子启动子（promoter）：）：位于转录起始点上游的一段位于转录起始点上游的一段核苷酸序列核苷酸序列，是是RNA聚合酶识别并结合聚合酶识别并结合模板模板DNA的特定的特定部位。部位。12125 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列1 1上游上游:基因调控区基因调控区(启动子、增强子、静息子启动子、增强子、静息子)下游下游:基因转录区（结构基因、终止子）基因转录区（结构基因、终止子）RNA-pol转录起始点转录起始点(
6、start site)(start site)以以+1+1表示，一般为表示，一般为A A或或G G，方向：，方向：5 5 33-10bp处处1313原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区RNA-pol 结合位点结合位点(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol 辨认位点辨认位点5 5 结构基因结构基因3 3 1414二二 RNARNA聚合酶聚合酶是转录的主要酶是转录的主要酶 全称：依赖全称：依赖DN
7、A的的RNA聚合酶聚合酶DNARNARNA pol简称：简称：RNA pol1515全酶全酶（一）原核生物（一）原核生物RNA聚合酶聚合酶结构结构:2 核心酶核心酶 2 161636512 参与核心酶的装配参与核心酶的装配 150618 催化催化RNA链延伸链延伸155613 结合结合DNA模板模板70263 辨认起始点（转录起始后脱落）辨认起始点（转录起始后脱落）亚基亚基分子量分子量功功 能能 亚基数亚基数2 1 1 1 功能功能:可能参与酶的组装可能参与酶的组装100001 1717+1 1.辨别转录起始位点辨别转录起始位点2.促使促使DNA双链打开双链打开17bp3.催化催化NTP以以3
8、,5 磷酸二酯键相连，磷酸二酯键相连，方向方向5 3 4.识别转录终止信号识别转录终止信号活性活性:TATAAT TTGACA-35+20ds DNA 1818 特点：特点：1.1.聚合速率慢，聚合速率慢，30308585 nt/nt/秒秒2.2.缺乏缺乏3 3 5 5 外切酶活性，有一定校对功能外切酶活性，有一定校对功能3.3.利福平与利福平与RNARNA聚合酶的聚合酶的 亚基专一性结合，可抑制亚基专一性结合，可抑制结核菌的结核菌的RNARNA合成，而对真核合成，而对真核RNARNA聚合酶不敏感。聚合酶不敏感。利用此特点可研制杀菌药物利用此特点可研制杀菌药物1919（二）真核生物的（二）真核
9、生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类5.8s/18s/28s rRNA hnRNAsnRNA前体前体转录产物转录产物Mt定位定位核仁核仁核质核质核质核质线粒体线粒体 tRNA前体前体5srRNA前体前体snRNA前体前体 线粒体线粒体 RNAs酶活性酶活性/细胞细胞 5070 2040 10利福平利福平 不敏感不敏感 不敏感不敏感 不敏感不敏感 敏感敏感2020第二节第二节 RNA RNA 转录的基本过程转录的基本过程转录过程可以分为三个阶段：转录过程可以分为三个阶段：1.1.转录起始（转录起始（InitiationInitiation）2.2.链的延长（链的延长（ElongationElong
10、ation）3.3.链的终止（链的终止（TerminationTermination）原核生物的转录过程原核生物的转录过程2121一、转录起始一、转录起始（Initiation）RNA聚合酶必须准确结合转录模板的起始区域聚合酶必须准确结合转录模板的起始区域DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板双链解开，使其中的一条链作为转录的模板?转录起始需解决两个问题转录起始需解决两个问题2222RNA聚合酶聚合酶-识别识别DNA启动子启动子(35区区)核心酶与启动子结合核心酶与启动子结合(10区区)DNA构象改变，启动构象改变，启动子子10区处打开双链区处打开双链DNA分子（约分子（约17bp)转录
11、起始过程转录起始过程2323DNA构象改变，启动构象改变，启动子子10区处打开双链区处打开双链DNA分子（约分子（约17bp)转录开始，形成第一个转录开始，形成第一个3,5磷酸二酯键（磷酸二酯键（不需引不需引物物）以核心以核心酶形式沿酶形式沿 DNA滑动滑动（循环使用）（循环使用）2424核心酶核心酶沿沿DNA模板链向下游方向滑动模板链向下游方向滑动 核心酶核心酶 滑过的部位，滑过的部位，DNA链很快恢复双螺旋结构链很快恢复双螺旋结构RNA链延长，暂时形成链延长，暂时形成DNARNA杂交体（约杂交体（约12bp）RNA逐步脱离模板链逐步脱离模板链NTPNTP以以3 3,5,5-磷酸二酯键逐个相
12、连形成磷酸二酯键逐个相连形成RNARNA链，方向链，方向5 5 3 3 2.2.链的延长链的延长（ElongationElongation）2525核心酶滑过模板核心酶滑过模板2626转录泡转录泡 由由DNA-新合成的转录本新合成的转录本RNA和和RNA聚合酶在局聚合酶在局部形成的结构部形成的结构.27273.链的终止链的终止（Termination）核心酶遇到核心酶遇到DNADNA模板的终模板的终止信号和或止信号和或因子因子阻碍核心酶继续滑动阻碍核心酶继续滑动核心酶从模板核心酶从模板DNA上脱落上脱落新合成的新合成的RNA链脱落，转录终止链脱落，转录终止281.1.依赖依赖Rho()Rho(
13、)因子的转录终止因子的转录终止2.2.非依赖非依赖Rho()Rho()因子的转录终止因子的转录终止DNADNA模板终止信号（模板终止信号（stop signalstop signal）：）：在基因单位中，具有停止转录作用的部位在基因单位中，具有停止转录作用的部位,也称终止子。也称终止子。291.1.非依赖非依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止DNADNA模板终止区处有特殊的碱基序列模板终止区处有特殊的碱基序列:GCGC富集区和富集区和ATAT富集区，使转录富集区，使转录RNARNA形成发卡形成发卡/茎环结构和多聚茎环结构和多聚U U序序列，促使列，促使转录终止。转录终止。3031 2.
14、2.依赖依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止辅助识别终止信号辅助识别终止信号诱使诱使RNARNA聚合酶构象改变聚合酶构象改变 具有解螺旋酶活性，释放具有解螺旋酶活性，释放RNARNA产物产物 因子因子：3232原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象 DNA RNA聚合酶聚合酶 RNA 核糖体核糖体3333剪切及剪接剪切及剪接末端添加核苷酸末端添加核苷酸化学修饰化学修饰RNARNA编辑编辑将转录作用产生的将转录作用产生的RNARNA转录本（前体转录本（前体RNARNA）转变为成熟的、有活性的转变为成熟的、有活性的RNARNA的过程。的过程。加工方式：加工方式：第三节
15、第三节 RNARNA转录后的加工过程转录后的加工过程3434一一 信使信使mRNAmRNA的加工的加工mRNAmRNA是携带遗传信息的是携带遗传信息的RNARNA，通过翻译将遗传信息，通过翻译将遗传信息传到蛋白质传到蛋白质（一）（一）mRNAmRNA生成的特点生成的特点真核细胞真核细胞RNARNA聚合酶聚合酶IIII转录生成的转录生成的RNARNA为核内不均为核内不均一一RNA(heterogeneous-nuclear RNA,hnRNA)RNA(heterogeneous-nuclear RNA,hnRNA)3535剪接去除内含子，连接外显子剪接去除内含子，连接外显子5 5 末端加帽末端加
16、帽(5(5 cap)cap)3 3 末端加尾末端加尾碱基修饰碱基修饰核苷酸编辑与核苷酸编辑与RNARNA沉默沉默（二）真核生物（二）真核生物mRNA前体的加工前体的加工(3 polyA tail)36361.51.5 末端帽子的生成末端帽子的生成:m7GpppNmp-7 7甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 7methyl guanylate 5 5 的连接的连接 5 to 5 linkage 核糖核糖2 2 位羟基甲基化位羟基甲基化 methylation of 2 carbon5 cap structure5 5 帽结帽结构构37375 5 末端帽子的功能末端帽子的功能:m m7 7GpppNmp-Gp
17、ppNmp-保护新合成的保护新合成的mRNAmRNA免被降解免被降解增加翻译活性增加翻译活性38382.32.3 末端多聚末端多聚A“尾尾”的生成的生成39393 3 末端加多聚末端加多聚A A“尾尾”：增加增加mRNAmRNA的稳定性的稳定性加强翻译活性加强翻译活性参与最后一个内含子的剪接参与最后一个内含子的剪接RNARNA nATPnATPRNA(AMP)RNA(AMP)n n+nPPi+nPPi多聚多聚A A聚合酶聚合酶功能：功能：40403.3.剪接作用剪接作用（mRNA splicing）外显子外显子:在真核结构基因中具有表达活性的编码序列。在真核结构基因中具有表达活性的编码序列。内
18、含子内含子:在真核结构基因中无表达活性，不能编码相在真核结构基因中无表达活性，不能编码相应应氨基酸的序列。氨基酸的序列。DNA 转录转录 hnRNA 加工加工 mRNA (结构基因结构基因)(内含子、外显子内含子、外显子)(只有外显子只有外显子)mRNAExon1Exon2Exon3Intron1Intron2蛋白质蛋白质DNA 4141鸡卵清蛋鸡卵清蛋白基因白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰4242CalcitoninCGRPTranslation and posttranslatio
19、nal processing1 2 3 4 poly A1 2 3 5 6 poly ASplicing Splicing1 2 3 4 poly A1 2 3 4 5 6 poly A1 2 3 4 5 6Poly A site Poly A siteCleavage and polyadenylationPrimary transcriptThyroidBrain降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽降钙素降钙素43434.甲基化作用甲基化作用甲基化位点甲基化位点真核生物真核生物mRNAmRNA分子中含甲基化核苷酸分子中含甲基化核苷酸 hnRNA 5hnRNA 5 端帽子结构端帽子结构 非编码区
20、分子含非编码区分子含1 12 2个个m m6 6A A需供体需供体SAM和甲基转移酶参与和甲基转移酶参与4444某些某些mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列,在生成转录产物后在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生方能生成具有正确翻译功能的模板。成具有正确翻译功能的模板。基因的编码序列经过转录后加工，可有多用基因的编码序列经过转录后加工，可有多用途分化，称分化加工。途分化，称分化加工。意义：意义：5.mRNA5.mRNA的编辑的编辑45454646二二 tRNAtRNA前体的加工前体的加工剪接和剪切剪接和剪切3 3 末端添加末端添加-CCA-CC
21、A碱基修饰碱基修饰 4747剪切：剪切：RNase PRNase P切除切除5 5 端多余的核苷酸端多余的核苷酸 RNase DRNase D切除切除3 3 端多余的核苷酸端多余的核苷酸RNasePRNaseD剪接剪接（splicing）:去除内含子序列去除内含子序列48483 末端添加末端添加-CCAATPADPtRNAtRNA核苷酸转移酶核苷酸转移酶 连接酶连接酶4949碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）如：如：A Am
22、（1）甲基化）甲基化G Gm5050三三 rRNArRNA前体的加工前体的加工rRNA基因多拷贝，串联在基因多拷贝，串联在DNA分子中分子中 剪接剪接甲基化修饰甲基化修饰 自我剪接：自我剪接：四膜虫四膜虫rRNA前体的加工前体的加工rDNA5151 真核核糖体真核核糖体RNA的加工的加工45S pre-rRNA41S pre-rRNA32S pre-rRNA 28S rRNA20S pre-rRNA 18S rRNA 5.8S 5S pre-rRNA 5S rRNA甲基化甲基化52第四节第四节 核酶核酶具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)53四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列54核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。利用核酶的结构设计合成人工核酶。
