RNA的合成与加工 生物化学.

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RNA的合成与加工 生物化学

第十三章 RNA 的代谢 §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 §13.2转录后RNA的加工 §13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制 §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 §13.2转录后RNA的加工

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 本节主要内容 一、转录与DNA复制比较 六、RNA生物合成抑制剂 五、真核生物的转录过程 四、启动子与终止子 三、大肠杆菌的转录过程 二、DNA指导下的RNA聚合酶

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 一、转录与DNA复制的比较 1、相同点: 转录(transcription):以DNA为模板,根据碱基配对的原则合成与DNA互补的RNA的过程。 一、转录与DNA复制的比较 1、相同点: ●合成方向都是5 ’ →3’ ●都以三磷酸核苷酸为底物(NTP或dNTP) ●都需要模板

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 转录不需引物; 2、转录与DNA复制的不同点 DNA全程复制,而转录只选择DNA的一个片断进行转 录;可连续独立转录成RNA的片断称为“转录单位” 或“操纵子”,可转录的基因称为“结构基因”。 选择哪个基因转录与特定的时间、空间和特定的生理状 态有关。 转录不需引物;

双链 DNA 中只有一条链具有转录活性(称为模板链); 模板链( watson链):双链DNA中具有转录活性的的链称 为模板链,又称反义链(或负链)。 编码链( crick链) :双链DNA中无转录活性的链称为编 码链,又称有义链(或正链)。 并不是所有的模板链都在一条链上;

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 转录时双链局部解开,新生RNA链与模板链形成杂螺

二、DNA指导下RNA聚合酶(DDRP) ●四种核苷三磷酸(ATP、GTP、CTP、UTP)为底物; ●以DNA为模板,模板可以是单链DNA、双链DNA,但 双链DNA状态下活性最大; ●聚合酶无校对功能(即外切酶功能),转录的错误率为 1/104 ~ 1/105 ●聚合速度(E.coli)为 50 ~ 90 nt/min

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成 核心酶 全酶 2、大肠杆菌的RNA聚合酶 核心酶(β’βα2):催化链的延长 起始因子:σ  :功能未知 核心酶 全酶

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的功能 亚基 基因 Mr 亚基数目 功能 α rpoA 2 40,000 2 酶的装配,与启动子上 游元件和活化因子结合 β rpoB 155,000 1 结合核苷酸底物,催 化磷酸二酯键形成 β’ rpoC 160,000 与模板结合 σ rpoD 32,000 ~ 92,000 识别启动子,促进转录的起始  9,000 未知

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 3、真核细胞的RNA聚合酶 同样,真核 RNA 聚合酶无校对功能。 - 酶类 分布 产物 α-鹅膏蕈碱 分子量 I 核仁 rRNA (5.8S、18S、28S) 对酶的作用 不抑制 500 000 ~ 700 000 Ⅱ 核质 hnRNA snRNA 低浓度抑制 Ⅲ tRNA 5SrRNA 高浓度抑制 - 同样,真核 RNA 聚合酶无校对功能。

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 三、大肠杆菌的转录过程 1、识别阶段:RNA聚合酶在σ亚基的引导下结合于启动子上; 6、RNA 和 RNA 聚合酶从 DNA 上脱落。

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 RNA 的 合 成 过 程 起始 离开 双链DNA局部解开  磷酸二酯键形成 5  延长阶段 3 5 解链区到达基因终点 5 3  RNA 终止阶段  5 3

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 转录泡 编码链 恢复螺旋 解螺旋 模板链

●利用足迹法(footprint)和DNA测序法可 四、启动子与终止子 1、启动子(promotor) ●指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的 一段特定的DNA序列。 ●利用足迹法(footprint)和DNA测序法可 以确定启动子的序列结构.

足迹法 §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 将DNA起始转录的限制性片段分离; 用RNA聚合酶与之结合,再用DNA酶部分水解。 与酶结合的部位被保护而不被水解,其余部分被 水解成彼此只相差一个核苷酸的大小不等的片段 经凝胶电泳可测得酶结合部位的的序列结构。

足迹法示意图

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 大肠杆菌RNA聚合酶的启动子

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成 大肠杆菌不同的σ因子识别不同启动子

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 图中所示:-35区是RNA聚合酶最先识别并结合的部位 ,形成所谓“闭合复合物”,然后向下游移动至富含AT的-10区域,这是转录时开始解链的部位,此时形成“开放复合物”。

不依赖因子 的终止子 富含GC 富含AT 依赖因子 不富含GC 不富含AT §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 两类终止子的结构特点 终止子类型 回文结构序列 回文结构后序列 不依赖因子 的终止子 富含GC 富含AT 依赖因子 不富含GC 不富含AT

通读:RNA聚合酶越过终止子继续转录的现象称为通读, §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 提供转录终止信号的DNA序列称为终止子。 2、终止子(terminator) 两类 不依赖ρ-因子的终止子 依赖ρ-因子的终止子 抗终止因子:引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。 通读:RNA聚合酶越过终止子继续转录的现象称为通读, 通读是由于终止子被特异性的因子抑制产生的。 终止因子:协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子 或蛋白质。

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 含富GC的回文序 列和寡聚U序列 (1)不依赖ρ-因子的终止子

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 不依赖r -因子的终 止子的终止反应

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 (2)依赖ρ -因子的终止子: r -因子:含六聚体的寡聚蛋白,具有: 依赖RNA的NTP酶活性,它结合于新生RNA上,借助于 水解NTP产生能量推动RNA聚合酶向前移动, RNA-DNA解螺旋酶活性,当酶遭遇终止子时暂停前 进, ρ-因子追上酶,与酶相互作用释放DNA-RNA 杂螺旋中的RNA.

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成 依赖ρ -因子的终止子的终止反应:

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 3、真核生物RNA聚合酶的启动子 真核生物的启动子非常复杂,其识别由转录因子而不 是σ因子; 转录因子的种类繁多; 增强子(initiator) :能增强转录的顺式作用元件(DNA 序列),但没有启动子功能,存在的位置不定; 顺式作用元件:存在于DNA分子上的调控转录的序列; 反式作用元件:能与顺式作用元件结合而调控转录的 蛋白因子。

真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子 调节序列 -30区,解链位置,决定转录起点 称上游因子,影 响转录起始频率

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 真核RNA聚合酶Ⅱ需要许多其它蛋白因子

五、真核生物的转录过程 §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 1. 转录的起始: 首先TATA结合蛋白(TBP)结合于TATA盒,然后 TFⅡB、TFⅡF、TFⅡE、polⅡ、TFⅡH也依次结 合在启动子处形成闭合复合物; TFⅡH作用于起始子(Inr)位置开始解螺旋形成开 放复合物; TFⅡH具有激酶活性,它将RNA聚合酶的C-端结构域 的多个位点磷酸化,使起始复合物的构象改变而促 进转录的起始阶段过渡进入延伸阶段。

真核RNA聚合酶Ⅱ和转录因子在启动子上的装配 §13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 真核RNA聚合酶Ⅱ和转录因子在启动子上的装配 起始复合物装配完成,TFⅡH使CTD磷酸化

延长反应开始后,TFⅡE、TFⅡH释放; §13.1 DNA指导下的RNA 的合成 2.转录的延伸过程: 延长反应开始后,TFⅡE、TFⅡH释放; 延长因子加入,与RNA聚合酶、TFⅡF形成延伸 复合物,使RNA聚合酶的延长效率大大促进; 真核生物转录延伸过程与原核生物相似,但因核 膜相隔,没有原核生物的转录与翻译同步现象。 RNA聚合酶前移时会遭遇核小体,电镜可观察到核 小体移位和解聚现象。

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 3.转录终止 终止过程与RNA转录后的加工紧密联系; 下一个转录的起始。

烷化剂:使DNA发生烷基化,发生在G-N7、A-N1或N3 或 §13.1 DNA指导下的RNA 的合成 1、模板抑制剂 六、RNA生物合成的抑制剂:三类 烷化剂:使DNA发生烷基化,发生在G-N7、A-N1或N3 或 N7 、C-N1,易引起嘌呤的水解,在DNA上留下空隙干扰 复制或转录;或引起碱基错配。 嵌入染料:可插入双链DNA相邻的碱基对之间,一般具有芳 香族发色团。溴化乙锭(EB)是一种高灵敏的荧光试剂, 常用来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。 放线菌素D:放线菌素D与DNA形成非共价的复合物,抑制 其模板功能(低浓度抑制转录,较高浓度抑制复制)。具 有类似作用的还有色霉素A3 、橄榄霉素、光神霉素。

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 放线菌素D的结构与作用 放线菌素 D:模板抑制剂 (丫啶) 口

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 2、嘌呤和嘧啶类似物:人工合成的碱基类似物能够抑制 和干扰核酸的合成或直接掺到核酸分子中,形成异常 RNA或DNA。 SH NH2 OH NH2 NH2 NH2 SH F

§13.1 DNA指导下的RNA 的合成:转录 3、RNA聚合酶抑制剂 (1)利福霉素:抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高 效抑制结核杆菌,杀死麻疯杆菌,在体外有抗病毒作 用。 (2)利链霉素:与细菌RNA聚合酶亚基结合,抑制转录过 程中RNA链的延长反应。 (3)-鹅膏蕈碱:抑制真核生物RNA聚合酶活性。

§13.2 转录后RNA的加工 本节主要内容 一、原核生物RNA的加工 四、RNA的编辑 三、RNA的拼接机理 二、真核生物RNA的加工

一、原核生物RNA的加工 (一)mRNA前体的加工: 不需要加工,通常一边转 录一边翻译,即转录未结 束,翻译已经开始。 返回

§13.2 转录后RNA的加工 2、少数多顺反子mRNA需要内切酶切成更小单位。 加工时即将两部分切开。 核糖体大亚基蛋白基因 L10/ L7/ L12 RNA聚合酶亚基基因: β-亚基、β’-亚基 处于同一转录单位,同时转录,单独翻译 加工时即将两部分切开。 细胞内RNA聚合酶的翻译水平远低于核糖体蛋白的翻 译水平,将两者切开,有利于各自的翻译的调控。 类似的加工在某些噬菌体中也很常见。

§13.2 转录后RNA的加工 (二)、rRNA前体的加工 甲基化 核酸外切酶 6500个核苷酸(30 S) 内切酶RNaseⅢ、P 外切酶

§13.2 转录后RNA的加工 E.coli 30SrRNA前体的结构

(三)、tRNA的加工 内切酶将tRNA两端切断; 外切酶从两端向内切去 多余序列:修剪; 在3’-端加CCAOH序列;切 除居间序列; 核苷酸的修饰与异构化。 在3’-端加CCAOH序列;切 除居间序列; 外切酶从两端向内切去 多余序列:修剪;

§13.2 转录后RNA的加工 tRNAPhe的加工过程

§13.2 转录后RNA的加工 二、真核生物RNA的一般加工 (一)mRNA前体的加工 卵清蛋白基因与成熟mRNA的比较 其中: A、B、C、D、E、 F、G 为内含子, 1、2、3、4、5、 6、7 为外显子。

§13.2 转录后RNA的加工 真核生物的结构基因通常是断裂的 断裂基因(spilit gene):真核生物的结构基因中常被 一些不能表达成蛋白质的核苷酸序列-内含子隔开成若 干部分,这样的基因称为断裂基因。 外显子(exon):断裂基因中能表达成mRNA的序列 (即可为蛋白质编码的序列)称为外显子。 内含子(intron):断裂基因中不能为mRNA编码的 序列。 原核生物的结构基因一般是连续的,不含内含子; 真核生物的结构基因一般含多个内含子不等。

§13.2 转录后RNA的加工 因发现断裂基因而获1993年诺贝尔生理学奖的Richard J Roberts and Phllip A Sharp Richard J Roberts 1943 Phllip A Sharp 1944

§13.2 转录后RNA的加工 卵清蛋白hnRNA的加工过程

真核mRNA前体的加工步骤: §13.2 转录后RNA的加工 加工包括: 1、5’端连接“帽子”结构(m7G5ppp5NmpNp-); 3、hnRNA被剪接,把内含子转录序列剪掉,把外 显子转录序列拼接上。 4、分子内部的核苷酸甲基化修饰。 1、5’端连接“帽子”结构(m7G5ppp5NmpNp-); 2、3’端添加polyA “尾巴”;

§13.2 转录后RNA的加工

§13.2 转录后RNA的加工 一种真核mRNA的5’-“帽子”加工

§13.2 转录后RNA的加工 真核生物mRNA3’-“尾巴”的加工 内切酶

§13.2 转录后RNA的加工 (二)真核rRNA前体的加工 (45S)

§13.2 转录后RNA的加工 (三)真核tRNA前体的加工

§13.2 转录后RNA的加工 三、RNA的拼接机理 ●大多真核生物基因是断裂基因,即含有内含子。 ●断裂基因的转录产物必需通过拼接,去除内含 子,使编码区(外显子,exon)成为连续序列, 这是基因表达的重要环节。 ●内含子的结构多种多样,拼接机制也是多种 多样的。

(一)内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式不同,通常把内含子分 为四类: Ⅰ类:主要存在核、线粒体、叶绿体的rRNA基因,也有 线粒体、叶绿体的mRNA的基因; Ⅱ类:主要存在真菌、藻类和植物线粒体、叶绿体的 mRNA的基因中; Ⅲ类:大多数mRNA的基因所含的内含子,常以形成套索 结构而剪接; Ⅳ类:是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子,剪接 过程需要酶与ATP。

§13.2 转录后RNA的加工 (二)RNA的四种拼接方式 核蛋白体(snRNP)的作用(类型Ⅲ内含子的切除)。 类型Ⅰ内含子的自我拼接:核酶的作用 类型Ⅱ内含子的自我拼接:核酶的作用 hnRNA的拼接:核内小RNA(SnRNA)与蛋白质组成 核蛋白体(snRNP)的作用(类型Ⅲ内含子的切除)。 核tRNA的拼接:酶促拼接

§13.2 转录后RNA的加工 背景知识: 核酶的发现 1981年Cech T在研究四膜虫(Tetrahymena thermophila) 背景知识: 核酶的发现 1981年Cech T在研究四膜虫(Tetrahymena thermophila) rRNA前体拼接过程中发现,此类的拼接无需蛋白质的酶 参与作用,它可自我催化完成。Cech称具有催化功能的 RNA为核酶(ribozyme)。 随后Altman S发现RNaseP中的M1RNA单独也具有催 化功能 。 1989年cech T和Altman S共同获诺贝尔化学奖。 核酶的发现改变了酶的化学本质是蛋白质的传统观 念,被认为是近三十年来生物化学领域中最令人鼓 舞的成就之一。

发现四膜虫rRNA前体的中的内含子是自我剪接的thomas Cech 发现核糖核酸酶P的M1RNA具有催化活性的Altman 1939 发现四膜虫rRNA前体的中的内含子是自我剪接的thomas Cech 1947 因发现核酶而获1989年诺贝尔奖化学的两位科学家

借助与鸟苷酸或鸟苷的作用,内含子自我催化, §13.2 转录后RNA的加工 1、类型Ⅰ内含子的自我拼接(P333图13-11) 借助与鸟苷酸或鸟苷的作用,内含子自我催化, 通过两次转酯反应完成拼接,切下L19RNA。 L19RNA 四膜虫rRNA的剪接方式

§13.2 转录后RNA的加工 四膜虫rRNA前体中内含子Ⅰ(L19RNA)的二级结构 5’-端的核苷酸序列

§13.2 转录后RNA的加工 L19 RNA体外催化的反应 反应时间 pG9 pG8 pG7 pG6 pG5 pG4 pG3

也是由内含子自 2、类型Ⅱ内含子的自我拼接 §13.2 转录后RNA的加工 我催化完成,但转 酯反应无鸟苷的参 与,两次转酯反应 后内含子形成套索 结构而切下。

3. hnRNA的加工:依赖snRNP的剪接作用 小核RNA(Small nuclear RNA,snRNA): 细胞核内存在的小分子RNA,大小约100~300个核苷酸, 因尿嘧啶含量较高得名,称之为U系列的snRNA 。 snRNA与多种蛋白质结合形成snRNP(核蛋白体)参 与hnRNA 的加工。 U1、U2、U4、U5、U6等snRNA结合形成的snRNP参与 hnRNA的拼接 U3 snRNP参与rRNA的拼接。

§13.2 转录后RNA的加工 hnRNA的拼接过程

4、核内tRNA前体的酶促拼接(内含子Ⅳ的切除) 核酸内切酶 环磷酸二酯酶 激酶 连接酶 磷酸酯酶

§13.2 转录后RNA的加工 (三)RNA拼接的意义 RNA拼接现象给生物学家一系列令人困惑的疑问: 为什么生物机体要先转录内含子,然后将其切除? RNA合成后再拼接是一个非常耗能的过程,对细胞 其收益是什么? 内含子由何而来? 内含子有无生物功能?

围绕以上问题,提出一些看法或观点,但争议很大, 目前尚无定论: 1、RNA的拼接是生物机体在进化历史中形成的,是进 化的结果; 2、RNA的拼接是基因表达的重要环节。RNA转录后通过 拼接而抽取有用信息,形成连续的编码序列,并可通 过选择性拼接而控制生物机体生长发育。因此,这是 真核生物遗传信息精确调节和控制的方式之一。

§13.2 转录后RNA的加工 3、基因由模块装配而成,模块间的间隔序列也就演变 4、RNA的拼接主要存在于真核生物,原核生物极为少见, 成内含子,因此外显子和内含子有着同样的古老历 史。而现今存在的几类内含子也各自有其起源和进 化历史,从它们的拼接方式和分布可以大致推测其 起源时间。 4、RNA的拼接主要存在于真核生物,原核生物极为少见, 但并非完全没有。一种合理的解释是原核生物为适应 快速生长的需要,在进化中已将内含子丢掉。事实上, 快速生长的单细胞如酵母,其编码的基因也几乎没有 内含子。然而内含子的存在和拼接作用对生物机体的 进化十分重要。

§13.2 转录后RNA的加工 5、内含子和外显子是相对的,有些内含子具有编码序 列,能产生蛋白质和功能RNA。如Ⅰ型内含子能产生 核酸内切酶,Ⅱ型内含子能产生核酸内切酶和逆转 录酶,以帮助内含子的转移。

§13.2 转录后RNA的加工 四、RNA的编辑 1、不同RNA拼接方式导致一个基因多种产物 降钙素 甲状腺 脑 降钙素基 因相关肽

真核生物复杂转录产物的两种不同的剪接方式 §13.2 转录后RNA的加工 真核生物复杂转录产物的两种不同的剪接方式

一、逆转录(reverse transcription) §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 一、逆转录(reverse transcription) 定义: 以RNA为模板,按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA 的过程称为逆转录,由逆转录酶催化进行。 1970年Temin等和Baltimore分别在前人研究劳氏肉瘤 病毒(ASV)和小白鼠白血病病毒(MLV) 的基础上发现: 用特异抑制物(放线菌素D)能抑制ASV病毒和MLV病毒 的复制,而对一般RNA病毒的复制无影响。已知放线菌素D 专门抑制以DNA为模板的反应,可见AVS病毒和MLV病毒的 复制过程必然涉及到DNA。所以Temin于1964年提出前病毒 的假说。

2.前病毒学说:致癌RNA病毒基因组RNA复制时必须经过 §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 2.前病毒学说:致癌RNA病毒基因组RNA复制时必须经过 一个DNA中间体即前病毒,此前病毒再整合到宿主细 胞中,随细胞的增殖而传递给子细胞,导致细胞的恶 性转化,即致癌RNA病毒的遗传信息可以由RNA传递至 DNA. 1970年Temin等和Baltimore分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠 白血病病毒等致病RNA病毒中分离出逆转录酶,迄今已知 的致癌RNA病毒都含有逆转录酶.

核糖核酸酶H的活性,专一水解RNA-DNA杂交分子 DNA指导的DNA聚合酶活性; RNA指导的DNA聚合酶活性; 3.逆转录酶是多功能酶,兼有3种酶的活性: 无校对功能,错误率高,易产生变异。 核糖核酸酶H的活性,专一水解RNA-DNA杂交分子 中的RNA,可沿5’3’方向起核酸外切酶的作用; DNA指导的DNA聚合酶活性; RNA指导的DNA聚合酶活性;

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 致癌RNA病毒的逆转录过程 逆转录酶也和DNA聚合酶一样,沿53’方向合成 细胞恶性转化; +RNA -DNA RNA-DNA杂交分子 +RNA -DNA +DNA 双链DNA(前病毒) 单链病毒RNA +RNA 逆转录酶也和DNA聚合酶一样,沿53’方向合成 DNA,底物为四种dNTP,并要求短链RNA作引物。

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 逆转录病毒的生活史

4.逆转录病毒的基因组结构 §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 劳氏肉瘤病毒基因组 LTR gag pol env src LTR:长末端重复序列; gag:病毒粒子结构蛋白基因,编码基质蛋白、衣壳蛋白 gag+pol:编码逆转录酶、整合酶、蛋白酶 evn:编码病毒外膜糖蛋白前体 src:癌基因,导致细胞癌变,是一种酪蛋白激酶

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 HIV病毒基因组: gag vif tat vpu env pol rev nef LTR rve vpr nef gag tat vif tat vpu env pol LTR LTR HIV病毒:感染T淋巴细胞后杀死细胞,造成宿主机 体免疫系统损伤,引起艾滋病(AIDS)

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 5.逆转录酶发现的理论与实践意义: 理论上: 逆转录酶催化的逆转录和遗传信息的流向是对传统 的中心法则的一种补充和发展。 致癌RNA病毒和肝炎DNA病毒都含逆转录酶,但前 者遗传信息按RNA→DNA→RNA流向,后者按DNA→ RNA→DNA流向,这为两类的病毒防治或治疗提供 了必要的理论依据。 真核生物细胞中也发现逆转录酶存在,如DNA端粒 中、网织红细胞和正在分裂的淋巴细胞中,这可能 与细胞分化和抗体的形成有关。

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 1983年,发现人类免疫缺陷病毒(human immune deficiency virus,HIV),感染T淋巴细胞后即杀死 细胞,造成宿主机体免疫系统损伤,引起艾滋病 (acquired immunodeficiency syndrome,AIDS), 该病毒为逆转录病毒。 逆转录酶的实践意义:构建cDNA文库、艾滋病、癌症 药物设计等。 cDNA:互补DNA ,几乎所有真核生物mRNA分子的3‘末端 都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时,mRNA就可作为模 板,在逆转录酶催化下在体外合成与该mRNA互补的DNA,称为 cDNA。

因发现逆转录病毒的遗传物质而获1975年 诺贝尔奖的三位科学家 Howard Martin Temin USA §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 因发现逆转录病毒的遗传物质而获1975年 诺贝尔奖的三位科学家 Daviel Baltimore USA 1938 Howard Martin Temin USA 1934-1994 Renoto Dulbecco USA 1914

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 5、端粒酶是一种逆转录酶 端粒(telomere):真核染色体末端的特殊结构,它 一般含许多串联重复的寡聚核苷酸序列,通常是 TxGy,x、y常为1-4。 端粒结构提出了一个特别的生物学问题。DNA复制需 要引物,但在线形DNA分子中,DNA复制结束后,引 物去除留下的链的短缺无法进行补缺,若没有特殊 的机制解决末端复制,DNA就会因为复制而不断变短。 这个问题是由一种特殊的酶—端粒酶(telomerase) 解决的。

端粒酶是一种逆转录酶 §13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 端粒酶:端粒的合成酶 含有一段RNA和蛋白质,其中的RNA成分为150个核 苷酸,并含1.5个拷贝的与端粒互补的重复序列 CyAx,这是端粒TxGy合成的模板。 端粒酶是以该段RNA为模板的逆转录酶,端粒合成时 以该段RNA为引物和模板,合成因引物切除而产生的 DNA末端缺口,使染色体的端粒达到正常的长度。

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录 端粒的合成

§13.3 RNA指导下DNA的合成:逆转录

§13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制 两个阶段: (1)病毒RNA可充当mRNA,利用寄主中的核糖体合成外壳 蛋白和复制酶的β亚基。 (2)复制酶的β亚基与来自宿主细胞的亚基α’ σ自动 装配成RNA复制酶,进行RNA复制,通常以分子中单链 RNA为模板(正链),复制出一条新的RNA链(负 链),然后以负链为模板复制出大量正链,再与外壳 蛋白组装成新的噬菌体颗粒。

二、RNA复制酶的催化性质 §13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制 以四种NTP为底物; 专一性地选择病毒RNA为模板; 错误率高,易变异。 按5’ →3’的方向合成病毒RNA; 专一性地选择病毒RNA为模板;

病毒RNA的复制方式 §13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制 1、病毒含正链RNA:进入宿主细胞后先进行病毒RNA复制酶 和有关病毒蛋白质的合成(借助于宿主细胞的蛋白质合 成体系),然后进行RNA的复制,再装配病毒颗粒。如: 噬菌体、Qβ和灰质炎病毒。 2、病毒含负链RNA和复制酶:这类病毒进入宿主细胞后, 先进行RNA的复制合成正链RNA,再以正链RNA为模板合 成病毒蛋白质、负链RNA,然后装配病毒颗粒。如:狂 犬病病毒、马水苞性口炎病毒。

§13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制

§13.4 RNA指导下的RNA的合成:RNA复制 (±)双链DNA (-)DNA (+)RNA (-)RNA RNA (+)链 (±)双链RNA (+)RNA

本章完