《RNA结构与转录》课件

结构与转录RNARNA结构与转录是分子生物学中重要的研究领域核糖核酸（RNA）是一种核酸，在生物体中扮演着多种重要角色RNA结构与转录研究有助于我们了解基因表达、蛋白质合成、细胞信号传导等关键过程的基本结构RNA核糖核酸RNA是由核糖核苷酸组成的线性聚合物核糖核苷酸由三个部分组成核糖、磷酸和碱基RNA的碱基包括腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和尿嘧啶U，其中尿嘧啶取代了DNA中的胸腺嘧啶TRNA的结构具有多样性，包括单链、双链和三级结构等不同类型的RNA具有不同的功能，例如mRNA负责将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成场所，tRNA负责将氨基酸运送到核糖体，rRNA则是核糖体的主要组成成分的种类及功能RNA信使转运核糖体小核RNA mRNARNA tRNARNA rRNARNA snRNA从DNA转录而来，携带遗传信在蛋白质合成中运载氨基酸，构成核糖体的主要成分，在蛋参与真核生物mRNA的前体剪息指导蛋白质合成并根据mRNA密码子将其添加白质合成中提供模板和催化活接，确保正确地去除内含子并到蛋白质链中性连接外显子核苷酸的组成RNA核糖磷酸基团12核糖是RNA中的五碳糖，与磷酸基团连接在核糖的5号碳DNA中的脱氧核糖不同，核糖上，形成磷酸二酯键，连接着的2号碳上连接一个羟基相邻的核苷酸碱基连接方式34RNA的碱基包括腺嘌呤（A）、核糖的1号碳与碱基通过糖苷鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和键相连，组成核苷尿嘧啶（U）的二级结构RNARNA二级结构是指RNA分子内部碱基之间通过氢键形成的局部空间结构这些结构主要包括茎环结构、发夹结构、假结结构等茎环结构由两个互补的RNA片段通过碱基配对形成双螺旋结构，然后通过一个单链环连接起来发夹结构是茎环结构的一种特殊形式，其环区只有单个碱基假结结构则是由两个茎环结构通过一个或多个非互补碱基配对连接而成RNA的二级结构在RNA的功能发挥中起着重要的作用，它可以帮助RNA折叠成特定的三维结构，并参与与其他分子的相互作用RNA二级结构的研究方法包括X射线晶体学、核磁共振、化学修饰等的三级结构RNARNA的三级结构是指RNA分子在二级结构的基础上，进一步折叠形成的三维空间结构三级结构的形成主要由二级结构之间相互作用、氢键、范德华力等作用力来维持RNA的三级结构对于其功能至关重要，它可以影响RNA的稳定性、活性以及与其他分子的相互作用的空间构象RNARNA三级结构的形成是由二级结构单元之间的相互作用以及与其他分子之间的相互作用决定的，例如蛋白质、金属离子、小分子等RNA的空间构象对RNA的功能至关重要，例如，tRNA的L形结构能够识别密码子和氨基酸，rRNA的特定构象能够与核糖体蛋白结合，形成核糖体转录的基本过程转录是基因表达的第一步，将DNA序列信息转录为RNA序列起始1RNA聚合酶识别启动子，并结合到DNA上延伸2RNA聚合酶沿DNA模板移动，合成RNA终止3RNA聚合酶遇到终止信号，释放RNA转录的调控机制转录因子染色质结构转录因子是蛋白质，可与DNA特染色质的结构会影响转录效率，定区域结合，调控基因表达紧密包装的染色质会抑制转录转录后修饰RNA的加工和修饰，如加帽和剪接，会影响RNA的稳定性和翻译效率真核生物聚合酶ⅡRNA核心酶模板识别转录因子合成RNA由两个大亚基和十个小亚基组识别和结合DNA模板上的启动与RNA聚合酶Ⅱ相互作用，调以DNA模板为基础，催化合成成，催化RNA链的合成子序列，启动转录控转录的起始、延伸和终止信使RNA（mRNA）转录启动的调控启动子序列转录因子启动子是RNA聚合酶结合的位点，决定转录起始位置转录因子识别启动子序列，帮助RNA聚合酶结合包含核心启动子元件，如TATA盒，以及上游启动子元件转录因子结合启动子，调节转录起始频率转录延伸的调控延长因子校对机制

1.

2.12延长因子参与识别和结合核糖RNA聚合酶具有校对功能，能核苷酸，并催化其加入到正在够识别和去除错误配对的核苷生长的RNA链中酸，确保转录过程的准确性终止信号蛋白质结合

3.

4.34转录终止信号位于基因的末端，一些蛋白质可以与RNA聚合酶指示RNA聚合酶停止转录，释结合，调节转录延伸的速率和放RNA链方向转录终止的调控终止信号蛋白质因子转录终止信号位于基因的3端，通一些蛋白质因子可以与RNA聚合过RNA聚合酶识别，导致转录的酶或转录产物结合，帮助终止转结束录二级结构调控机制RNA转录产物自身形成的二级结构，转录终止的调控可以影响基因表例如发夹结构，可以促进转录的达的效率，从而影响蛋白质的合终止成转录后加工的调控加工加工加工小核加工mRNA tRNArRNA RNAmRNA加工是转录后调控的tRNA加工包括剪切、碱基修rRNA加工涉及剪切、甲基化小核RNA snRNA加工包括重要环节，包括加帽、剪切和饰、加尾，确保tRNA与等修饰，形成核糖体亚基，负剪切、修饰，参与mRNA剪多聚腺苷酸化，保证mRNA mRNA准确配对，并参与蛋责蛋白质合成的核心步骤切、翻译起始和终止的调节的稳定性、翻译效率和定位白质合成真核生物成熟加工mRNA端加帽51在转录起始后，mRNA的5端会加上一个7-甲基鸟苷帽，保护mRNA免受核酸酶降解端加尾32转录完成后，mRNA的3端会加上一个多聚腺苷酸尾巴，促进mRNA的转运和翻译剪接3真核生物mRNA中含有内含子，需要通过剪接过程去除内含子，连接外显子，形成成熟的mRNA真核生物加工tRNA转录后加工1tRNA前体转录后加工端修饰52去除5端前导序列端修饰33添加CCA三核苷酸序列内含子剪接4去除内含子序列tRNA前体经过一系列加工步骤才能成为成熟的tRNA加工过程包括5端修饰、3端修饰、内含子剪接和碱基修饰等真核生物加工rRNA转录后加工真核生物rRNA在核仁中进行转录后加工，包括剪切、修饰和折叠剪切前体rRNA被核酸内切酶剪切成成熟的18S、

5.8S和28S rRNA修饰rRNA分子上的碱基和核糖被修饰，以增加其稳定性和功能折叠修饰后的rRNA分子折叠成三维结构，形成核糖体亚基的骨架真核生物小核加工RNA剪切1小核RNA前体（pre-snRNA）经过剪切生成成熟的小核RNA修饰2小核RNA经过5端加帽、3端多聚腺苷酸化和碱基修饰等加工组装3小核RNA与蛋白质组装形成snRNP小核RNA加工过程十分复杂，参与蛋白质的翻译和基因表达调控转录与基因表达调控转录因子表观遗传调控调控网络转录因子通过与基因启动子区域结合，控制DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传机制多个转录因子协同作用，形成复杂的基因表基因表达影响基因表达水平达调控网络转录因子的结构域结合域转录激活域DNA转录因子通过DNA结合域特异性地识别和结合转录激活域与其他蛋白质相互作用，招募RNA到基因启动子区域的特定DNA序列上聚合酶和转录共激活因子，促进转录的起始和延伸二聚化域配体结合域一些转录因子通过二聚化域与自身或其他蛋白一些转录因子具有配体结合域，与特定的小分质形成二聚体或多聚体，增强其活性或改变其子配体结合后发生构象改变，激活或抑制其转靶基因的结合录活性转录因子的作用机理识别结合位点DNA转录因子具有特异性结合DNA的结构域，可识别特定的DNA序列，称为转录因子结合位点招募聚合酶RNA转录因子与RNA聚合酶相互作用，并将RNA聚合酶招募到转录起始位点，启动转录过程调控转录起始转录因子通过与其他蛋白质相互作用，调节转录起始的效率，决定基因表达的水平影响转录延伸一些转录因子可促进或抑制转录延伸过程，影响基因转录的效率和产物转录共激活因子复合体蛋白质复合物增强子活性转录共激活因子复合体是由多个这些蛋白质能够与增强子结合，蛋白质组成的复杂结构，它们共从而提高RNA聚合酶的活性，同作用于基因表达的调控促进基因转录染色质重塑信号传递有些共激活因子能够改变染色质它们还可以参与细胞信号传递途的结构，使基因更容易被转录径，将细胞外信号传递到转录机器组蛋白修饰与转录调控组蛋白修饰转录调控组蛋白修饰是指对组蛋白进行的化学修饰，包括甲基化、乙酰化、组蛋白修饰可以影响转录因子与DNA的结合，从而调节基因的转磷酸化等这些修饰会影响染色质的结构和功能，从而调节基因录活性例如，组蛋白乙酰化通常与基因激活相关，而组蛋白甲表达基化则与基因抑制相关甲基化与转录调控DNA甲基化修饰抑制转录DNA甲基化是指在DNA碱基胞嘧DNA甲基化通常与基因表达沉默啶的第5位碳原子上添加一个甲基相关，甲基化修饰会阻止转录因基团，这是真核生物中重要的表子与DNA结合，抑制基因的转录观遗传调控机制基因沉默DNA甲基化参与了发育、免疫、癌症等许多生物学过程，异常的DNA甲基化与许多疾病的发生发展密切相关染色质重塑与转录调控染色质重塑转录因子结合染色质重塑复合物可以改变核小体的转录因子可以与DNA结合并招募其他位置，使DNA更容易或更难被转录因蛋白质，启动转录过程子访问结构改变基因表达调控DNA染色质重塑可以影响DNA的结构，从通过改变染色质结构，染色质重塑可而影响转录效率以调节基因的表达水平包装素与转录调控包装素结构包装素与转录调控DNA包装素是真核生物中的一类蛋白质，它们在包装素通过与DNA结合，帮助将DNA压缩包装素的结构和功能变化会影响基因的转录DNA包装和染色质结构中发挥着重要作用成染色质结构，影响基因的表达活性，影响基因的表达水平线粒体转录DNA独特转录机制转录起始12线粒体DNA转录由线粒体RNA线粒体DNA转录起始位点存在聚合酶催化，具有独立于核基多种顺式作用元件，控制转录因组的转录系统效率转录产物转录调控34线粒体DNA转录产物包括线粒体DNA转录受到多种因素mRNA、tRNA和rRNA，用于的调控，如核基因编码的转录线粒体蛋白合成因子和能量代谢状态叶绿体转录DNA叶绿体转录过程DNA叶绿体拥有自己的遗传物质，即叶绿体DNA（cpDNA）叶绿体DNA的转录由叶绿体RNA聚合酶（RNAP）催化cpDNA编码叶绿体中一些关键蛋白质和RNA，例如光合作用所需叶绿体RNAP与核RNAP结构和功能类似，但具有独特的转录调控的酶和核糖体RNA机制质粒转录DNA质粒特点质粒转录DNA DNA质粒DNA是细菌细胞中的小型环质粒DNA编码的基因，可以通过状DNA，通常含有复制起始位点，细菌细胞的RNA聚合酶进行转录，可在细菌细胞内独立复制合成相应的mRNA，进而翻译成蛋白质转录调控研究意义质粒DNA的转录过程通常受宿主质粒DNA转录研究对于理解细菌细胞的转录调控机制控制，也受细胞的基因表达调控机制，以及质粒本身的调控元件影响开发新型基因工程工具具有重要意义总结与展望RNA结构与转录是生命科学领域中的重要研究方向未来将继续深入研究RNA的结构、功能、调控机制以及与疾病的关系。