《生化RNA代谢》课件

生化代谢RNARNA在生物体中起着至关重要的作用，参与蛋白质合成、基因表达调控等重要生命活动本课件将深入探讨RNA的生化代谢过程，包括转录、翻译、RNA加工和降解等关键步骤生物大分子的组成碳水化合物脂类蛋白质核酸由碳、氢、氧三种元素组成主要由碳、氢、氧组成由碳、氢、氧、氮、硫等元素由碳、氢、氧、氮、磷等元素组成组成主要功能是储存能量、构成细主要功能是为生物体提供能量胞膜等主要功能是构成细胞结构、催主要功能是储存和传递遗传信化生物化学反应、运输物质等息核酸的化学结构核酸是生物体内重要的生物大分子，由核苷酸单体聚合而成核苷酸由三部分组成磷酸、五碳糖和含氮碱基核酸根据其五碳糖的不同分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）DNA的五碳糖是脱氧核糖，含氮碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）；RNA的五碳糖是核糖，含氮碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）的种类RNA信使转运1RNA mRNA2RNA tRNA携带遗传信息，指导蛋白质合运输氨基酸，参与蛋白质合成成核糖体小3RNA rRNA4RNA sRNA构成核糖体的组成部分，参与参与基因表达调控，包括蛋白质合成miRNA、siRNA等的合成过程RNA模板识别1RNA聚合酶识别并结合到DNA模板上的启动子区域链延伸2RNA聚合酶沿DNA模板移动，读取模板链上的碱基序列，并催化新的核苷酸加入到正在合成的RNA链上，形成新的磷酸二酯键链终止3当RNA聚合酶遇到终止信号时，RNA合成终止，新合成的RNA链从DNA模板上释放转录转录是遗传信息从DNA传递到RNA的过程启动1RNA聚合酶识别并结合到DNA模板的启动子上延伸2RNA聚合酶沿着DNA模板移动，催化RNA链的延伸终止3RNA聚合酶遇到终止信号，释放RNA转录本转录过程由RNA聚合酶催化，需要模板DNA、核糖核苷酸以及能量前体的加工mRNA端加帽51在mRNA的5端加上一个7-甲基鸟苷帽结构端加尾32在mRNA的3端加上一个多聚腺苷酸尾剪接3去除内含子，连接外显子前体mRNA加工是一系列复杂的修饰过程，它确保mRNA能够被有效地翻译成蛋白质剪接RNA剪接体识别剪接体是一种大型核糖核蛋白复合体，它识别并结合到前体mRNA中的剪接位点剪接反应剪接体通过一系列的催化反应，将内含子从前体mRNA中切除，并将外显子连接起来剪接位点前体mRNA中的剪接位点是特定的核苷酸序列，它们指导剪接体识别和结合的位置成熟mRNA经过剪接后，前体mRNA转化为成熟的mRNA，可以进入细胞质进行翻译的修饰RNA甲基化假尿嘧啶修饰酰化甲基化是RNA修饰中最常见的一种，它通假尿嘧啶是一种罕见的核苷酸，它在RNA酰化修饰主要发生在RNA的5末端，它可以常发生在腺嘌呤碱基上中可以影响其二级结构和稳定性影响RNA的稳定性和翻译效率的成熟RNA转录后加工1前体RNA经过一系列加工步骤，包括5端加帽、3端加尾和剪接，最终形成成熟的RNA帽子结构25端加帽结构由一个7-甲基鸟苷（m7G）帽子组成，保护mRNA免遭降解，并促进核糖体与mRNA的结合多聚腺苷酸化33端加尾结构由一系列腺嘌呤核苷酸组成，延长了mRNA的半衰期，并促进mRNA从细胞核运输到细胞质剪接RNA4剪接过程将前体RNA中非编码区域（内含子）去除，并将编码区域（外显子）连接起来，形成成熟的mRNA核糖体生物合成核糖体亚基组装1核糖体小亚基和大小亚基分别组装结合mRNA2mRNA与核糖体小亚基结合起始密码子识别3起始密码子AUG与tRNA结合肽链延伸4核糖体沿着mRNA移动，合成多肽链终止密码子识别5终止密码子UAG/UAA/UGA识别，释放多肽链的结构和功能tRNA的结构的功能tRNA tRNAtRNA是转运RNA，呈三叶草形结tRNA的主要功能是将氨基酸转运构tRNA结构包含四个臂，分别至核糖体，参与蛋白质合成每为受体臂、二氢尿嘧啶臂、反密个tRNA分子特异地识别一个氨基码子臂和TψC臂酸，并通过反密码子与mRNA上的密码子配对，保证蛋白质合成的准确性的修饰tRNAtRNA分子中存在许多修饰碱基，这些修饰增强了tRNA的稳定性和功能，并提高了蛋白质合成的效率氨基酰合成酶tRNA催化氨基酸与连接高度特异性细胞内定位tRNA氨基酰tRNA合成酶是一类重要的酶，它们每种氨基酰tRNA合成酶只识别一种特定的氨基酰tRNA合成酶主要分布在细胞质中，催化氨基酸与相应的tRNA连接，形成氨基氨基酸和相应的tRNA，确保蛋白质合成过与核糖体和mRNA等相互作用，参与蛋白质酰tRNA，为蛋白质合成提供必要的原料程中氨基酸序列的准确性合成过程蛋白质合成机制起始核糖体识别mRNA上的起始密码子AUG，并与之结合，起始氨基酰tRNA（甲酰甲硫氨酸tRNA）进入核糖体A位，形成起始复合物延伸根据mRNA密码子的顺序，相应的氨基酰tRNA进入核糖体A位，与mRNA配对，并与前一个氨基酸形成肽键终止当核糖体遇到mRNA上的终止密码子时，释放因子结合到A位，导致肽链从核糖体上释放，核糖体解聚翻译过程的调控蛋白质水平核糖体水平翻译过程的调控通常发生在蛋白质水核糖体的活性可以影响翻译速率，进平，例如蛋白质的降解和修饰而调节蛋白质合成基因水平分子水平基因表达的调控直接影响mRNA的产某些特定的小分子可以调节翻译过程生，进而影响翻译过程，例如一些药物或生物活性物质干扰RNA基因沉默沉默机制12RNA干扰是指通过双链RNA（dsRNA被Dicer酶切割成小dsRNA）介导的基因沉默机制RNA，这些小RNA与RISC蛋白结合，进而降解或抑制目标mRNA的翻译，从而沉默目标基因的表达抗病毒防御生物技术应用34RNA干扰在抗病毒防御、基因RNA干扰技术已被广泛应用于调控和发育过程中发挥着重要生物技术领域，例如基因功能作用研究、药物开发等小的种类RNA小干扰微小RNA siRNA RNA miRNAsiRNA是一种双链小RNA，它通miRNA是一类单链小RNA，它通过与靶mRNA结合并引导其降解过与靶mRNA结合并抑制其翻译来抑制基因表达来调节基因表达相互作用长链非编码Piwi RNARNApiRNA lncRNApiRNA是一种小RNA，它在生殖lncRNA是一类长度超过200个核细胞中发挥作用，保护基因组免苷酸的非编码RNA，它们在基因受转座子的入侵表达调控、染色体结构和细胞功能中发挥多种作用的合成和作用siRNA双链RNA1Dicer酶将dsRNA切割成siRNA复合体RISC2siRNA与RISC结合靶降解mRNA3siRNA引导RISC降解互补的靶mRNAsiRNA是一种短链双链RNA，在真核细胞中发挥着重要的基因沉默功能siRNA的合成过程起始于双链RNA（dsRNA）的识别，然后由Dicer酶将其切割成短链的siRNA的合成和作用miRNA初级转录本的加工1miRNA基因转录产生初级转录本，经过Drosha酶切割形成前体miRNA前体的加工miRNA2前体miRNA在细胞质中被Dicer酶切割，形成成熟的miRNA双链体的作用机制miRNA3成熟的miRNA与RISC复合物结合，通过碱基配对识别靶mRNA，抑制靶基因的表达的合成和作用piRNA转录piRNA基因通过转录产生初级piRNA转录本加工初级piRNA转录本经过一系列加工步骤，形成成熟的piRNA，包括剪切、添加帽子和尾部等沉默成熟的piRNA与Piwi蛋白结合，形成piRNA-Piwi复合体，通过沉默机制抑制转座子的活性调节piRNA参与基因表达的调节，影响细胞的发育、分化和稳态的类型和功能lncRNA类型功能lncRNA lncRNAlncRNA依据其与编码基因的位置关系可分为三种主要类型正义lncRNA参与多种生物学过程，包括基因表达调控、染色质重塑、lncRNA、反义lncRNA和基因间lncRNA细胞周期控制和细胞分化正义lncRNA位于编码基因的同一链上，反义lncRNA位于编码基例如，一些lncRNA可以作为转录因子的支架，调节目标基因的表因的互补链上，基因间lncRNA位于两个编码基因之间达；另一些lncRNA可以与染色质结合，改变染色质结构，影响基因表达降解的机制RNA核酸酶1剪切RNA链降解途径25→3或3→5调控因素3细胞状态，RNA种类RNA降解由核酸酶催化，主要分为5→3和3→5两种途径降解途径的选择和速度受细胞状态、RNA种类等因素影响路径5→3起始点15端帽的去除降解25端帽去除后,核酸外切酶从5端开始降解结束3RNA被降解成单个核苷酸5→3路径是RNA降解的一种常见机制,主要由核酸外切酶从RNA的5端开始降解路径3→5核酸外切酶1从3端开始降解RNAse H2降解RNA:DNA杂交体其他酶3辅助降解RNA3→5路径是RNA降解的主要途径之一核酸外切酶从RNA的3端开始降解，而RNAse H则降解RNA:DNA杂交体此外，还有一些其他酶参与了3→5路径的RNA降解核酸酶的种类和作用核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶核酸酶的功能核糖核酸酶RNase催化RNA的降解脱氧核糖核酸酶DNase催化DNA的降解核酸酶在许多重要的生物过程中发挥作用，RNase分解单链或双链RNA，并可根据其DNase可用于研究DNA结构和功能，以包括RNA处理、DNA修复、病毒复制和作用机制、底物特异性和反应产物进行分类及在基因工程和分子生物学领域免疫防御代谢失衡与疾病RNA癌症病毒感染神经疾病免疫缺陷RNA代谢失衡可导致癌细胞生病毒利用宿主细胞的RNA代谢RNA代谢异常与阿尔茨海默病RNA代谢紊乱可导致免疫系统长和转移进行复制、帕金森病有关功能障碍总结合成蛋白质合成干扰降解RNARNARNARNA是生物体重要的分子，参RNA在蛋白质合成中起着至关RNA干扰是一种重要的基因调RNA降解是细胞中重要的代谢与蛋白质合成、基因调控等重重要的作用，指导氨基酸的顺控机制，通过小RNA分子对基过程，通过降解RNA，细胞可要生物学过程序，合成蛋白质因表达进行调控以清除不需要的RNA参考文献书籍期刊•《生物化学》第八版，沃森等编著，科学出版社，2014年•Nature•《分子生物学》第六版，莱宁格等编著，科学出版社，2016•Science年•Cell•《基因VIII》第八版，格里布等编著，科学出版社，2017年讨论与交流提问分享观点提出问题，促进更深入了解分享经验，促进不同角度思考共同学习学习彼此的知识，共同进步。