生物化学课件第11章RNA的生物合成

目录目录第第11章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis(Transcription)目录目录第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递 中心法则中心法则目录目录第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递 中心法则中心法则目录目录题目一条一条DNA的模板链有如下序列的模板链有如下序列:ATTGCGATACTAGC.(1)写出转录的写出转录的mRNA序列序列(2)写出翻译出的蛋白序列写出翻译出的蛋白序列(提供密码子表格提供密码子表格)目录目录n在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：合成有两种方式：一是一是DNA指导的指导的RNA合成，也叫转录，此为生物合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另一种是另一种是RNA指导的指导的RNA合成合成(RNA-dependentRNAsynthesis)，也叫，也叫RNA复制复制(RNAreplication),由由RNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase)催化，常见于病毒，催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒病毒在宿主细胞以病毒的单链的单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。目录目录转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 目录目录转转录录的的知知识识是是理理解解许许多多生生物物学学现现象象和和医医学学问问题题所所必需的。必需的。对对于于RNA生生物物过过程程的的调调节节可可以以导导致致蛋蛋白白质质合合成成速速率率的的改改变变，以以及及由由此此而而引引发发的的一一系系列列代代谢谢变变化化，因因此此，了了解解RNA代代谢谢的的基基本本原原理理就就甚甚为为重重要要。这这些些原原理理既既关关系系到到所所有有生生物物是是如如何何适适应应环环境境变变化化的的，也关系到细胞结构和功能的分化机制。也关系到细胞结构和功能的分化机制。复制和转录的区别复制和转录的区别目录目录n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA酶酶 :RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子目录目录原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates&Enzymes in Prokaryotic Transcription第一节第一节目录目录一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构基基因因(structuralgene)。转转录录的的这这种种选选择择性性称称为为不不对对称称转转录录(asymmetrictranscription)，它它有有两两方方面面含含义义：在在DNA分分子子双双链链上上，一一股股链链用用作作模模板板指指引引转转录录，另另一一股股链链不不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。目录目录5GCAGTACATGTC33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译DNA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RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(templatestrand)，也也称称作作有有意意义义链链或或Watson链链。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编编码链码链(codingstrand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。目录目录5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录目录目录二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化学机制与合成的化学机制与DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNA目录目录DNA聚聚合合酶酶在在启启动动DNA链链延延长长时时需需要要引引物物存存在在，而而RNA聚聚合合酶酶不不需需要要引引物物就就能能直直接接启启动动RNA链的延长。链的延长。RNA聚聚合合酶酶和和DNA的的特特殊殊序序列列启启动动子子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。目录目录（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成目录目录核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme)转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段目录目录肺结核是传染病中的常见病，又称肺结核是传染病中的常见病，又称“白色瘟疫白色瘟疫”，曾经在，曾经在80年代被认为人类已经基年代被认为人类已经基本征服的疾病之一。但，它在本征服的疾病之一。但，它在90年代又卷土重来，易感人群的数量也在增加年代又卷土重来，易感人群的数量也在增加。肺结核是由结核杆菌引起的慢性肺部感染，肺结核是由结核杆菌引起的慢性肺部感染，咳嗽、胸痛、咯血、潮热、盗汗、消瘦、咳嗽、胸痛、咯血、潮热、盗汗、消瘦、血沉增速为其主要临床特征血沉增速为其主要临床特征。目录目录目录目录热休克蛋白热休克蛋白(HSP)(HSP)是一种分子伴侣是一种分子伴侣,进化中高度保守进化中高度保守,广泛存在广泛存在于人体各种细胞中于人体各种细胞中.近年来其在风湿性关节炎、糖尿病、心血近年来其在风湿性关节炎、糖尿病、心血管疾病中的作用日益得到重视管疾病中的作用日益得到重视.目录目录目录目录三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上起动转录上起动转录转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。每每一一转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon)。操操纵纵子子包包括括若若干干个个结结构构基基因因及及其其上上游游(upstream)的调控序列。的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol目录目录调调控控序序列列中中的的启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合模模板板DNA的的部部位位，也也是是控控制制转转录录的的关关键键部部位位。原原核核生生物物以以RNA聚聚合合酶酶全全酶酶结结合合到到DNA的的启启动动子子上上而而起起动动转转录，其中由录，其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对对启启动动子子的的研研究究，常常采采用用一一种种巧巧妙妙的的方方法法即即RNA聚合酶保护法聚合酶保护法。目录目录nRNA聚合聚合酶保护法酶保护法目录目录开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 n用用RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区目录目录nRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合:目录目录目录目录一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶n真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同的RNA聚合酶聚合酶:RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）目录目录真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶目录目录导致肝衰竭目录目录原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节目录目录RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：目录目录nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长2.DNA双双链链局局部部解解开开，形形成成开开放放转转录录复复合合体体(opentranscriptioncomplex)；1.RNA聚聚合合酶酶全全酶酶(2)与与模模板板结结合合，形形成成 闭闭 合合 转转 录录 复复 合合 体体(closed transcriptioncomplex)；3.在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下发发生生第第一一次次聚聚合合反反应应，形形成成转转录录起起始始复复合合物物：三三磷磷酸酸嘌嘌呤呤核核苷苷四四磷磷酸酸二核苷酸二核苷酸RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppin转录起始过程：转录起始过程：目录目录第第一一个个磷磷酸酸二二酯酯键键生生成成后后，亚亚基基即即从从转转录录起起始始复复合合物物上上脱脱落落，核核心心酶酶连连同同四四磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸，继继续续结结合合于于DNA模模板板上上，酶酶沿沿DNA链链前前移移，进入延长阶段。进入延长阶段。目录目录二、二、原核生物的转录延长时蛋白质原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行的翻译也同时进行1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi转录空泡转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA5 3 DNAn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核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：这种形状说明：目录目录依赖依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止三、原核生物转录终止分为依赖三、原核生物转录终止分为依赖(Rho)因因子与非依赖子与非依赖因子两大类因子两大类转转转转录录录录终终终终止止止止指指指指RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶在在在在DNADNA模模模模板板板板上上上上停停停停顿顿顿顿下下下下来来来来不不不不再再再再前前前前进进进进，转转转转录录录录产产产产物物物物RNARNA链链链链从从从从转转转转录录录录复复复复合物上脱落下来。合物上脱落下来。合物上脱落下来。合物上脱落下来。n依依据据是是否否需需要要蛋蛋白白质质因因子子的的参参与与，原原核核生生物物转录终止分为：转录终止分为：目录目录因因子子是是由由相相同同亚亚基基组组成成的的六六聚聚体体蛋蛋白白质质，亚基分子量亚基分子量46kD。因因子子能能结结合合RNA，又又以以对对polyC的的结结合合力力最强。最强。因因子子还还有有ATP酶酶活活性性和和解解螺螺旋旋酶酶(helicase)的活性。的活性。（一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止n因子：因子：目录目录n因子的作用原理：因子的作用原理：目录目录目录目录目目前前认认为为，因因子子终终止止转转录录的的作作用用是是：与与RNA转转录录产产物物结结合合，结结合合后后因因子子和和RNA聚聚合合酶酶都都可可发发生生构构象象变变化化，从从而而使使RNA聚聚合合酶酶停停