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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. 第十三章 RNA 生物合成和加工. 目录. 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. 思考 . 返回. 复制. DNA. 转录. 逆转录. 蛋白质. RNA. 翻译. 复制. 遗传信息传递的 中心法则.

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第十三章 RNA 生物合成和加工

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Presentation Transcript

  1. 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 第十三章 RNA生物合成和加工

  2. 目录 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 思考 返回

  3. 复制 DNA 转录 逆转录 蛋白质 RNA 翻译 复制 遗传信息传递的 中心法则 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。

  4. 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

  5. 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，按照硷基配对的原则，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。 模板链（templatte strand） 反意义链(antisense strand) 启动子（promoter) 终止子(terminator) DNA 5´ 3´ 3´ 5´ 有意义链(sense strand) 非信息区

  6. 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图     起始因子 核心酶(α2ββ) 全酶(αββ ) β——和模板DNA结合 β——起始和催化聚合反应 α——？

  7. 3´ 5´ RNA聚合酶催化的反应 U 5´ A G C C G A U 3´ 新合成RNA 模板DNA

  8. 启动子（promoter) 终止子(terminator)     RNA聚合酶 5 离开 3    5 3 3 5 5 5 3 5 RNA合成过程 起始 双链DNA局部解开 磷酸二酯键形成 延长阶段 解链区到达基因终点 终止阶段 RNA

  9. 模板链（反义链） 有义链 解链 复链 3´ RNA-DNA杂交螺旋 新生RNA 聚合酶的移动方向 延长部位 5´ RNA链的延伸图解

  10. 真核生物和原核生物转录的差别 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 DNA mRNA前体 加工 mRNA 核 mRNA 转运 核糖体 新生蛋白质 原核生物 真核生物

  11. 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(transcriptional factor)。 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

  12. 足迹法确定启动子序列

  13. Pribnow 框 5-9bp 16-19bp 识别区 A × × × × × × × × × × AAT× AAT× G × × × × TTGACA × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×AAT AACTGT T × × × × × × × × × × × × × ×TTA C -10 × × -35 × × 大肠杆菌启动子共有序列的功能 起点

  14. 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 (termination factor)。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

  15. 大肠杆菌两类终止子的回文结构 富含G-C 系列U A. 不依赖于Rho（）的终止子 A. 依赖于Rho（）的终止子

  16. 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

  17. 原核生物中rRNA前体的加工 30S前体 甲基化作用 专一核酸外切酶 17S 25S tRNA 专一核酸外切酶 专一核酸外切酶 16S rRNA tRNA 23S rRNA 5S rRNA

  18. rRNA 18S 5.8S 28S 内含子 内含子 转录 45S - rRNA 剪接 18S - rRNA 5.8S和28S-rRNA 真核生物rRNA的转录后加工

  19. 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。 RNAaseF RNAaseP RNAaseF RNAaseP RNAaseD ACC RNAaseD b、末端添加：3’-端添加CCA序列。  c、修饰：形成稀有碱基如DH2 。   表示核酸内切酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用 表示异构化酶的作用

  20. 酵母酪氨酸tRNA前体的加工 加工 成熟tRNA 早转录本

  21. m7G-5´ppp-N-3 ´ p 真核细胞mRNA的加工  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) 顺反子(cistron ) 5´“帽子” PolyA3´ AAAAAAA-OH

  22. 真核mRNA 3’ 端多聚化 转录时3’端多聚腺苷酸的添加

  23. mRNA的剪接 —— 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。 • snRNP与hnRNA结合成为并接体 ①

  24. 磷酸酶 5 ppGp… Pi pppG 鸟苷酸转移酶 ppi 5 GpppGp… SAM 甲基转移酶 5m7GpppGp… 5 pppGp… 帽子结构的生成

  25. 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

  26. RNA的拼接方式 核mRNA的拼接体的拼接 核mRNA的酶促拼接 类型自我拼接 类型自我拼接

  27. RNA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mRNA C、A或U的插入 多头绒孢菌线粒体的 mRNA和tRNA G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apoPtRNA C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tRNA A转变为I 脱氨 脑谷氨酸受体亚基mRNA

  28. RNA的再编码  过去一直以为编码在mRNA上的遗传信息是以固定的方式进行译码的，然而并不尽然。日益积累的事实表明，在某些情况下可以用不同的方式译码，也就是说改变了原来编码的含义，称为再编码（recoding）。 在正常情况下,mRNA的三联体密码子可以被tRNA的反密码子所识别，mRNA携带的遗传信息得以正确翻译。但是基因的错义、无义和移码突变，改变了编码信息，使基因活性降低或失活。校正tRNA通常是一些变异的tRNA，它们或是反密码子环碱基发生改变，或是决定tRNA特异性即个性的碱基发生改变，从而改变了译码规则，故而使错误的编码信息受到校正。这是RNA再编码的一种重要方式。校正tRNA在错义或无义突变的位置上引入一个与原来氨基酸相同或性质相近的氨基酸，因而恢复或部分恢复基因编码蛋白质的活性，并通过阅读一个二联体（doublet）密码子或四联体（quadruplet）密码子而消除-1移码或+1移码的效应。有时rRNA的突变也有助于消除移码突变的影响。

  29. 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。

  30. 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。

  31. A. 负链的合成 噬菌体Q的合成 病毒的正链 复制中间体 新合成的负链 B. 正链的合成 负链 复制中间体 新合成的正链

  32. 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 与DNA模板结合的抑制剂 烷化剂 放腺菌素 嵌合剂 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

  33. DNA和RNA合成的比较

  34. 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

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