《RNA的合成》课件

的合成RNA是生命体内重要的生物大分子之一其合成过程通过一系列精密的RNA,生化反应实现让我们一起探讨的合成过程及其在生命活动中的RNA作用作者M M合成的意义RNA遗传信息的传递生命活动的调控是在的指导下合成参与调控基因的表达通RNA DNA,RNA,能够将遗传信息从基因转移过精细的调控机制维持细胞到蛋白质从而实现遗传信的正常生理活动,息的表达生物学功能的实现不同类型的在蛋白质合成、基因表达调控等生命活动中发挥RNA重要作用的结构特点RNA化学结构二级结构三级结构由核糖、磷酸和四种碱基、、可以通过碱基配对形成复杂的二级的三维空间构象由二级结构稳定的RNA AU RNA RNA、组成呈单链结构具有高度可变结构如发夹环、茎环等具有独特的立折叠形成呈现多种复杂的空间构型G C,,,,,性体构象模板的转录过程DNA识别启动子1聚合酶识别并结合到链上的启动子序列RNA DNA开始转录2聚合酶打开双螺旋开始合成互补的分子RNA DNA,RNA延伸转录3聚合酶沿着模板链移动逐步延长链RNA DNA,RNA转录是基因表达的第一步通过聚合酶从模板上合成互补的分子这个过程包括启动子识别、转录起始、转录,RNA DNARNA延伸等步骤最终产生前体,mRNA聚合酶的作用RNA开放染色体结构丰富转录因子聚合酶能够识别并结合聚合酶能与各种转录因RNA RNA到的启动子区域开放染子相互作用整合启动子和增DNA,,色体结构为转录做好准备强子信号调控转录的时间性,,和特异性合成链终止转录RNA聚合酶能使用链作聚合酶能识别终止信号RNA DNARNA,为模板在端逐步合成与之停止转录并释放合成的,3RNA互补的链分子RNA转录起始过程识别启动子聚合酶识别并结合到基因的启动子区域，准备开始转录RNA开启双链聚合酶打开双链，露出一条链作为模板RNA DNA结合核糖核苷酸聚合酶从头合成引子，并与模板配对RNA RNA DNA开始合成聚合酶开始以模板为依据合成互补的链RNA DNARNA转录延伸过程探针识别RNA1聚合酶识别启动子序列RNA配对延伸2通过碱基配对加入核苷酸链延长3连续的核苷酸加入形成新的链RNA伴侣因子参与4一些调节蛋白辅助聚合酶延伸RNA转录延伸是聚合酶在模板上连续合成新的链的过程首先，聚合酶将识别转录启动子序列并结合上去然后，通过碱基配对不断加RNA DNARNA RNA入新的核苷酸从而逐步延长新生的链过程中一些调节因子也会参与辅助聚合酶的工作,RNA,RNA转录终止过程识别终止信号1聚合酶会识别特殊的序列标志着转录过程应RNA DNA,当终止解离和RNA DNA2聚合酶将从模板和新合成的分子上解离RNA DNARNA,释放出成熟的分子RNA回收资源3聚合酶和其他转录因子被回收利用为下一轮转录RNA,做好准备异核的加工RNA剪切反应核糖体从前体中剪切掉非编码序列内含子连接起编码序列外显子形成成熟的mRNA,,mRNA端帽加工5在转录过程中在前体的端加上一个甲基鸟嘌呤帽增加的稳定性,mRNA57,mRNA端多腺苷酸化3在前体的端加上数十个腺苷酸残基形成尾巴增加的稳定性和运输mRNA3,poly-A,mRNA效率剪切反应的机制识别剪切位点1剪切酶能识别并结合到分子上的保守序RNA pre-mRNA列，包括剪切位点和剪切位点35断开磷酸二酯键2通过亲核加成和跨酯化反应，剪切酶能断开RNA pre-分子上的磷酸二酯键mRNA连接剪切片段3剪切酶将分离的外显子片段进行连接形成成熟的RNA,分子mRNA剪切反应的调控精确剪切位点识别剪切酶复合物的调控组织特异性调控发育阶段调控剪切过程需要复杂的剪切过程中涉及多种不同组织中剪切的模剪切在发育过程中也RNA RNA RNA RNA信号调控以确保对正确位核糖核蛋白复合物它们的式和效率存在差异需要特需要动态调节以满足不同,,,,置的精确剪切这包括识组成和活性需要精确调控定的调控机制来适应细胞发育阶段的基因表达需求别剪切位点附近的各种序以确保剪切效率和准确性和组织的需求列和结构元素多聚腺苷酸加成的端修饰多聚腺苷酸的作用RNA3在转录结束后许多会在多聚腺苷酸尾巴可以增强,RNA端添加一段多聚腺苷酸的稳定性和翻译效率有3RNA,尾巴这一过程称为利于在细胞内的运输和PolyA,RNA多聚腺苷酸加成调控加成机制关键影响因素多聚腺苷酸加成依赖于特殊多聚腺苷酸加成的效率和长的酶复合物它识别并切割度会受到转录终止信号、剪,前体分子的端然后向切位点以及反馈调控等因素RNA3,其添加腺苷酸的影响端甲基化修饰5端甲基化转录过程中添加帽子结合复合体5异核的端会进行甲基化修饰添加聚合酶在转录过程中会自动添加端甲基化帽子可被多种蛋白识别形RNA5,RNA55,一个甲基鸟嘌呤帽该修饰有利于端甲基化修饰这是成熟的关键成帽子结合复合体有利于的运7-,mRNA,mRNA被核糖体识别和稳定步骤输和翻译mRNA转运至细胞质RNA核小体运输1异核由核小体运输至细胞质RNA结合运输蛋白2异核与运输蛋白复合体形成RNA通过核孔复合体3运输复合体通过核孔进入细胞质在合成完成后异核需要通过一系列的转运过程才能进入细胞质开始翻译首先异核结合特定的核小体运输蛋RNA,RNA,RNA白形成运输复合体该复合体随后通过核孔复合体跨膜进入细胞质完成了从核内到细胞质的转运过程,,的翻译过程mRNA识别1核糖体识别并结合80S mRNA扫描2核糖体沿链扫描找到起始密码子mRNA,AUG延伸3核糖体沿链移动连续加入氨基酸mRNA,终止4遇到终止密码子时释放合成的蛋白质,翻译过程包括四个关键步骤核糖体识别并结合、核糖体沿链扫描找到起始密码子、核糖体沿链移动并连续加入氨基酸、:mRNA mRNAmRNA遇到终止密码子时释放合成的蛋白质这一精密的过程确保了蛋白质能正确合成并发挥功能核糖体结构及功能核糖体是細胞中進行蛋白質合成的重要細胞器其由大小兩個亞基構成大亞基負責識別和連接氨基酸小亞基負責將,,轉錄序列與識別配對mRNA tRNA核糖體調動將相應的氨基酸串聯並形成新的蛋白質分tRNA,子這一過程需要大量的能量供給由核糖體上的酶活性提,供密码子识别机制识别过程上的密码子与上的反密码子通过氢键配对而mRNA tRNA被识别读码子核糖体通过扫描找到起始密码子并开始蛋白mRNA AUG质合成精确匹配只有当密码子与反密码子完全匹配时氨基酸才能被正确,加载氨基酸的连接过程识别tRNA核糖体识别并结合特定的分子将其与上的密码子配对tRNA,mRNA活化氨基酸上的氨基酸在酶的作用下活化并结合到自身的羧基末端tRNA氨基酸缩合核糖体催化新的肽键的形成将前一个氨基酸与当前上的氨基酸连接,tRNA多肽链延伸核糖体不断移动到上的下一个密码子重复上述过程直到整个多肽链合成mRNA,完成蛋白质折叠与修饰折叠机制1蛋白质通过氢键、离子键等相互作用形成独特的三维结构分子伴侣2协助蛋白质正确折叠的辅助性蛋白分子翻译后修饰3蛋白质成熟过程中的化学修饰增加功能多样性,蛋白质正确折叠和化学修饰对其功能发挥至关重要分子伴侣协助蛋白质形成独特的三维结构而翻译后的化学修饰如磷,酸化、糖基化等为蛋白质增添了更丰富的功能这些过程共同确保了蛋白质能够发挥其生物学作用蛋白质的分泌与靶向翻译后修饰1蛋白质经过折叠、加工等修饰过程包装与输送2蛋白质被包装进入细胞器内并输送到目标位置分泌与靶向3蛋白质被分泌到细胞外或定位于细胞膜、细胞器等蛋白质经过翻译后需要进一步修饰、包装和靶向到正确的位置发挥功能这一过程包括蛋白质折叠、加工修饰、分子鉴定、包装装载以及最终的分泌或定位这些步骤均由细胞内复杂的蛋白质转运网络协调完成的生物合成tRNA的形成过程的结构特征生物合成的调控在蛋白质合成中tRNA tRNA tRNA tRNA的作用首先在细胞核中的核成熟的分子呈现特殊细胞通过调控合成的tRNAtRNAtRNA成熟的可被核糖体识仁中合成前体分子的二级及三级结构包含抗各个步骤如转录、剪切、tRNAtRNA,,别并结合将特定的氨基酸随后经过一系列修饰与剪三连子、反密码子环等关修饰等确保的数量和,,tRNA运送至肽链延长的正确位切反应将前体转变成键结构域用于识别和装载种类满足细胞的蛋白质合,tRNA,点从而支撑蛋白质的合成为功能性的成熟分子氨基酸成需求,tRNA过程的生物合成rRNA核仁的重要性主要合成发生在核仁内这是细胞中富含核糖体的区域rRNA,转录过程基因通过聚合酶转录为前体分子rRNA RNAI rRNA加工过程前体分子经过剪切、修饰等过程转变为功能性的成熟rRNA rRNA的生物合成snRNA小核小的功能的生物合成核小颗粒的转运RNA snRNA在剪切和修饰过程中起由聚合酶转录在核仁成熟的蛋白质复合体随后snRNA RNAsnRNA RNAII,snRNA-关键作用参与成熟、中进一步修饰和装配成核小颗粒被转运到细胞核内发挥其功能,mRNA rRNA和的生成tRNA的生物合成snoRNA来源于染色体多种加工机制

1.

2.12主要源于聚合前体经过剪切、修snoRNA RNAsnoRNA酶转录的蛋白编码基因的饰等多种加工过程才成熟II内含子或独立的基形成功能性snoRNA snoRNA因核小体定位指导化学修饰

3.

4.34成熟的定位于核仁可以通过碱基配对snoRNA,snoRNA参与核糖体的加工和的方式识别并定位到目标RNA修饰指导进行化学修饰rRNA,的生物合成miRNA基因转录酶修饰miRNA Drosha基因首先被聚合酶酶剪切，产生发miRNA RNAII Droshapri-miRNA转录成前体夹结构的pri-miRNA pre-miRNA转运酶切割Exportin-5Dicer被转运至细酶进一步切割，pre-miRNA Exportin-5Dicer pre-miRNA胞质进行后续加工产生成熟的双链miRNA的生物合成siRNA小干扰的形成酶的作用复合物的形成的功能RNA DicerRISC siRNA主要由双链是一种切割酶，与复合物结通过调控基因表达siRNA RNADicer RNAsiRNA RISCsiRNA,（）经过酶切能够识别并切割生合复合物负责调控靶参与细胞发育、分化、免dsRNA DicerdsRNA,,RISC割而形成，长度约为成这一过程是的切割或翻译抑制疫等多方面生命活动的调21-25siRNA mRNA,个核苷酸生成的关键步骤发挥基因沉默作用控siRNA的生物合成lncRNA转录起始剪切加工核酸修饰的生物合成始于聚合酶识生成的前体需经过剪切和修饰可通过甲基化、去甲基化等化lncRNA RNAII lncRNA,lncRNA别启动子序列并在转录因子的协作下包括去除外显子、添加帽子和学修饰来调节其稳定性和功能活性,5发起转录过程尾等步骤3polyA合成过程的调控RNA精细控制多层次调控合成的各个步骤都受到从转录、加工、转运到翻RNA精确调控确保时间点正确、译的整个生命周期都受,,RNA数量合适、功能发挥恰当到层层把关和微调动态调整错误纠正细胞内部环境的变化和外界各种检查和修复机制帮助确信号都会触发合成过程保合成的高保真度避免RNA RNA,的快速响应和动态调整错误产生合成缺陷及疾病RNA合成失衡核苷酸代谢紊乱RNA合成过程中的任何障碍都可能导致分子的结构和功能异常合成依赖内部的遗传信息如果本身存在缺陷或遗传突RNA RNA,RNADNA,DNA从而引发严重疾病如肿瘤、神经退行性疾病和免疫系统失调等变也会造成的异常合成,,RNA修饰异常代谢调控障碍RNARNA加工过程中的剪切、多腺苷酸化、甲基化等修饰若出现问题也的合成、稳定性、转运和降解等过程若受到干扰都可能引发疾RNA,RNA,会导致结构和功能的紊乱病如癌症、遗传性疾病等RNA,临床应用与展望临床应用未来展望合成的研究为疾病诊断和治疗提供了新的突破口通随着对合成调控机制的进一步深入探索我们可以期待RNARNA,过检测特异性的表达变化可以用于肿瘤标志物的筛查在基因工程、再生医学、个体化医疗等领域取得更多突破RNA和评估此外针对合成过程的靶向干预也成为新药物性进展同时利用合成过程作为生物信息学分析的新,RNA,RNA研发的重要方向切入点也将拓展生命科学研究的广度和深度。