《生物化教学课件》rna biosynthesis.ppt

T.Cech的研究工作: 研究目的：细胞中DNA转录成rRNA后，rRNA中一些无意义的序列，或“内含子”（intron），如何从RNA分子中剪切下来的。根据过去传统的概念，这一过程必须要有蛋白质酶来完成。 研究对象：四膜虫，其含有一种rRNA前体，其组成中除了核糖体RNA的固有序列外还有一个由413个核苷酸组成的插入序列（interveningsequence，IVS）。 重要发现开始于1981年 研究发现： a.转录产物rRNA前体很不稳定，在鸟苷和Mg2+存在下切除自身的413个核苷酸的内含子（IVS），使两个外显子拼接起来，变成成熟的rRNA分子。催化反应是在没有任何蛋白质酶的存在下发生的，称为自我剪接。 b. IVS具有类似蛋白酶的功能，能够打断及重建磷酸二脂键。 rRNA前体能靠自己完成剪接过程。在一定条件下rRNA前体可以按一定方式盘绕，进而自己切割自己，然后把保留的rRNA部分的末端连接起来。即它是可以催化自有底物切割的具有酶活性的RNA。 RNA分子具有自身断裂的催化作用，以及酶活性的另一个重要方面即催化其他分子的反应。 研究目的：t-RNA分子的剪接过程 研究发现： 在较高浓度的镁离子和适量精氨酸参与下，核糖核酸酶P （RNase P）中的 RNA能够切割tRNA前体的5’端。 S.Altman的研究工作 核糖核酸酶P是一种核糖核蛋白, 含有一个单链RNA分子, 长度为375个碱基，结合一个相对分子质量为20kDa的多肽(119个氨基酸残基)。 过去都认为核酸酶P的催化作用由RNA和蛋白质共同完成的。 而该实验证明，核酸酶P的催化作用是由RNA完成的，而其中的蛋白质在细胞内仅仅起稳定构象的作用。 (Thomas Robert Cech) (SidneyAltman) 核酶的发现对于所有酶都是蛋白质的传统观念提出了挑战。1989年，核酶的发现者T.Cech和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。 最简单的核酶二级结构——槌头状结构 (hammerhead structure) 底物部分 通常为60个核苷酸左右 同一分子上包括有催化部份和底物部份 催化部份和底物部份组成锤头结构 人工设计的核酶 粗线表示合成的核酸分子 细线表示天然的核酸分子 X 表示一致性序列 箭头表示切断点 （一）应用于生命起源的研究 核酶的应用 生命的起源？ 新的观点：生命从RNA开始 目前已经找到了一些催化基本生化反应（如RNA剪切、连接、合成以及肽键合成等）的核酶，这些结果支持了在蛋白质产生以前核酶可能参与催化最初的新陈代谢的设想。 （二）在医学领域中的应用 经过基因工程改造的核酶，可以位点特异性地切割任意给定的RNA分子，从而抑制目标基因的表达，抑制效率高，专一性强； 利用核酶的剪接能力，可引入新的基因功能或修复已有的基因缺陷； 免疫源性低，很少引起免疫反应； 针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。 核酶技术面临的问题 核酶催化切割反应的可逆性问题 提高催化效率 寻找合适载体将核酶高效、特异地导入靶细胞 使核酶在细胞内有调控地高效表达 增强核酶在细胞内的稳定性 对宿主的损伤问题有待进一步考察 —— 转录是基因表达的重要环节,转录产物进 一步参与和调控基因表达(翻译环节) DNA RNA Protein 转录 翻译 转录具有十分重要的生物学意义 科恩伯格 59岁,美国斯坦福大学医学院 研究领域: 真核生物转录的分子基础 科恩伯格的研究揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储的信息合成蛋白质，而人类的多种疾病如癌症、心脏病等都与这一过程发生紊乱有关 2006年诺贝尔化学奖得主－科恩伯格 总 结 1. 复制和转录的区别 2.几个定义 模板链、编码链、不对称转录、断裂基因、 剪接体、核酶 3.几个问题 (1)原核生物RNA聚合酶的组成及功能 (2)原核生物RNA聚合酶与模板的辨认结合过程 (3)原核生物的转录过程 (4)真核生物mRNA的转录后加工过程 大肠杆菌(E.coli)的RNA聚合酶 转录过程 起始 (initiation) 延长 (elongation) 终止 (termination) 第三节 真核生物ＲＮＡ的生物合成 转录延长 RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小体 转录延长中的核小体移位 转录方向 5?------AAUAAA- 5? ------AAUAAA-- 核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol AATAAA GTGTGTG 转录终止的修饰点 5? 5? 3? 3? 3?加尾