第十六RNA的生物合RNABiosynthesis(Transcription在生物界，RNA合成有兩種 一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，也叫轉(zhuǎn)錄，此為生物體內(nèi)的另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成(RNA-dependentRNAsynthesis)，也叫RNA(RNAreplication),由RNA依賴的RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase)催化，常見于，是逆轉(zhuǎn)錄以外的RNA在宿主細(xì)胞以(transcription是生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除mRNA、rRNA和tRNA外，在真核細(xì)胞內(nèi)有snRNA、miRNA等非編碼RNA和轉(zhuǎn)錄的區(qū)轉(zhuǎn)模兩股鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄原酶DNA聚合RNA聚合酶（RNA-產(chǎn)子代雙鏈（半保留配A-T，G-A-U，T-A，G-第一Templates&Enzymesinprokaryotic參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:模板:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-其他蛋白質(zhì)因子及Mg2+和Mn2+合成方向3，5-一、原核生物轉(zhuǎn)DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)(structuralgene)。轉(zhuǎn)錄的這種選擇性稱為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)，它有兩方面含義：在DNA分子DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′轉(zhuǎn)5′···GCAGUACAUGUC翻N······Ala·Val·His·

模板蛋白不對(duì)稱轉(zhuǎn)結(jié)

轉(zhuǎn)錄方 轉(zhuǎn)錄方二、RNA聚合酶催化RNA合（一）RNA聚合酶能從頭啟動(dòng)RNA鏈的合(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+ 延長的DNA聚合酶在啟動(dòng)DNA鏈延長時(shí)需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接啟動(dòng)RNA鏈的延長RNA聚合酶和DNA的特殊序列——啟動(dòng)子結(jié)合后，就能啟動(dòng)RNA（二）RNA聚合酶由多個(gè)亞基組亞 分子 功 決定哪 被轉(zhuǎn)催化功結(jié)合DNA模全

(core 轉(zhuǎn)錄延長階RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)大腸桿菌內(nèi)有一些不同的RNApol全酶，其差異是σ亞基的不同。目前已發(fā)現(xiàn)多種σ亞基，并用其分子量命名區(qū)別，最常見的是σ70（分子量70kDa）。σ70是辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)，大腸桿菌中的絕大多數(shù)啟動(dòng)子可被含有σ70但有些的啟動(dòng)子，如熱激蛋白（heatshockproteins,Hsp）也為另外的σ亞基（σ32）每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為 調(diào)控序

結(jié) 調(diào)控序列中的啟動(dòng)子是A聚合酶結(jié)合模板的部位，也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。原核生物以A聚合酶全酶結(jié)合到A的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由σ對(duì)啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即RNA RNA聚合酶 研究轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶保護(hù) 結(jié) 5-3

-

-

-

-

3 5-35

-10

TTTGACAACTG(recognitionsite)

TATATAATPuATATTATheProcessofTranscriptionin一、轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄復(fù)合體（closedtranscriptioncomple）； DNA雙鏈打開，形成開放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(opentranscriptioncomplex)；DNA分子接近-10區(qū)域的部分雙螺旋解開后轉(zhuǎn)錄開始。DNA雙鏈解開的范圍只在17bp左右，這比中形成的叉小得多。 在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成第一5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH E.coli的轉(zhuǎn)錄起始和發(fā)生改變，σ亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)合于DNA模板上，酶沿DNA鏈前移，進(jìn)入延長階二、RNA 酶獨(dú)立延長RNA (NMP) +NTP (NMP)n+1+大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄泡局部結(jié)構(gòu)示RNA-pol 酶 三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行

在同一DNA模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物（一）依賴因子的轉(zhuǎn)錄終因子因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞因子能結(jié)合RNA，又以對(duì)polyC的結(jié)合力最強(qiáng)，但對(duì)polydC/dG組成的DNA的結(jié)合能力就因子還有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的因子的作用原理（二）非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)使RNA原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)原 真轉(zhuǎn)錄與翻 幾乎同時(shí)進(jìn) 轉(zhuǎn)錄在胞核；翻譯在胞RNA聚合 1 I，II， 轉(zhuǎn)錄后修 無或很 復(fù)TheBiosynthesisofEukaryote真核生物的轉(zhuǎn)錄過程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄一、真核生物有三種DNA依賴RNA聚合RNA聚合酶Ⅲ（RNAPol真核生物的RNA聚合種 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)

lncRNA,piRNA,

tRNA,5S對(duì)鵝膏蕈的反

耐 敏 高濃度下敏細(xì)胞內(nèi)定 核 核 核真核生物RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，所有真核生物的RNA聚合酶都有兩個(gè)不同的大亞基和十幾個(gè)基RNApolⅡ在核內(nèi)轉(zhuǎn)錄生成核不均一RNA（hnRNA），然后加工成mRNA并輸送給胞質(zhì)的蛋白質(zhì)合成體系。mRNA是各種RNA中最短、最不穩(wěn)定的，需經(jīng)常重新合成。RNApolⅡ還催化合成一些具有重要的表達(dá)調(diào)節(jié)作用的非編碼RNA，如長鏈非編碼RNA（lncRNA）、微RNA（miRNA）和piRNA（與Piwi蛋RNA聚合酶Ⅱ由12個(gè)亞基組成，其最大的亞基稱為RBP1RNA聚合酶最大亞基的羧基末端有一段共有序列(consensussequence為Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重復(fù)序列片段，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminalCTD)。CTD對(duì)于維持細(xì)胞的活性RNApolⅡ是真核生物中最活躍、最重要的酶，故本章敘述的真核生物的轉(zhuǎn)錄主要以RNApolⅡ所催化的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)二、轉(zhuǎn)錄因子在有重要作真核生物的轉(zhuǎn)錄過程，同樣可以分為3個(gè)階段：起始階段（RNApol和通用轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體）、與原核生物的顯著不同是，起始和延長過程都需要眾多相關(guān)的蛋白質(zhì)因子參與，這些因子被稱為轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionalfactors,TF）或反式作用因子actingfactors）（一）轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體的形不同物種、不同細(xì)胞或不同的 ，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游都有不同的特異A序列，包括啟動(dòng)子增強(qiáng)子等，統(tǒng)稱為順式作用元件cs-cigeleent。修飾順式作用元件(cis-acting修飾切切離加翻譯翻譯起始外顯增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄起始OCT-OCT-CAATGCOCT-1：ATTTGCAT八聚GC真核生物轉(zhuǎn)錄起始也需要RNApol對(duì)起始點(diǎn)上游DNA序列進(jìn)行辨認(rèn)和結(jié)合，生成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體（preinitiationcomplex,PIC）。轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，真核生物的RNApol不直接識(shí)別和結(jié)合模板的起始區(qū)，而是依靠轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別并結(jié)合起始序列，故其起始復(fù)合體的裝配過程能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為通用轉(zhuǎn)錄因子（generaltranscriptionfactor）或基本轉(zhuǎn)錄因子（basaltranscriptionfactor）aa

反式調(diào) bbAAAA蛋白質(zhì)順式調(diào)C

cC蛋白質(zhì)cC反式與順式作用蛋真核生物中不同的RNApol需要不同的基本轉(zhuǎn)錄因子（TF）配合完成轉(zhuǎn)錄的起始和延長。相對(duì)應(yīng)于RNApolI、RNApolII、RNApolIII，這些TF分別稱為TFI、TFII、參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ的作轉(zhuǎn)錄因 功 TBP亞基結(jié)合TATA 輔助TBP-DNA 穩(wěn)定TFⅡD-DNA復(fù)合物，結(jié)合RNApol 促進(jìn)RNApolⅡ結(jié)合及作為其他因子結(jié) 解旋酶、作為蛋白激酶催化CTD磷酸真核RNA聚合酶Ⅱ與通用轉(zhuǎn)錄因子的作用過①由TFIID中的TBP識(shí)別TATA盒，并在TAFs的協(xié)助下結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)，然后TFIIB與TBP結(jié)合，同時(shí)TFIIB也能與DNA結(jié)合，TFIIA可以穩(wěn)定與DNA結(jié)合的TFIIB-TBP復(fù)②TFIIB-TBP復(fù)合體與RNApolII-TFIIF復(fù)合體結(jié)合，此舉可降低RNApolII與DNA的非特異部位的結(jié)合，協(xié)助RNApolII靶向結(jié)合啟動(dòng)子；TFIIE和TFIIHTH具有解旋酶（hlias）活性，能使轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近的雙螺旋解開，使閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體成為開放轉(zhuǎn)II的CTD磷酸化TFIIH釋放，RNApolII進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延長期。此后，大RNA聚合酶Ⅱ由12個(gè)亞基組成，其最大的亞基稱為RBP1RNA聚合酶最大亞基的羧基末端有一段共有序列(consensussequence為Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重復(fù)序列片段，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminalCTD)。CTD對(duì)于維持細(xì)胞的活性RNApolⅡ是真核生物中最活躍、最重要的酶，故本章敘述的真核生物的轉(zhuǎn)錄主要以RNApolⅡ所催化的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)（二）少數(shù)幾個(gè)反式作用因子的搭配啟動(dòng)特定的轉(zhuǎn)錄為了保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，不同需不同轉(zhuǎn)錄拼板理論(piecingtheory)：少數(shù)幾個(gè)反式作用而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的?？烧T導(dǎo)三、真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程中沒有真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚RNA-RNA- 轉(zhuǎn)錄方RNA-RNA-

核小RNA-RNA-真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾 構(gòu)，轉(zhuǎn)錄不是在polyA的位置上終止，而是超出數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在再下游還有相當(dāng)多的GT序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終（）（）聚合核酸轉(zhuǎn)錄終止的修飾 TheProcessingandDegradationofEukaryoticRNA真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初能的成RNA。幾種主要的修飾方式剪接 2.剪切3.修飾 4.添加RNA編輯(RNA真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后，需要進(jìn)行5-端和3-端（首、尾部）的修飾以及對(duì)hnRNA進(jìn)行剪接（splicing），才能成為成mRNA，被（一）前體mRNA在5-末端加入“帽”結(jié)這個(gè)真核mRNA加工過程的起始步驟由兩種酶，加帽酶(capenzyme)和甲基轉(zhuǎn)移酶帽結(jié)帽結(jié)構(gòu)的生成過帽結(jié)構(gòu)的意義可以使mRNA免遭核酸酶的也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-bindingcomplexofprotein)結(jié)合，并參與mRNA和核（二）前體在3端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾polyA的有無與長短，是維持mRNA作為翻譯模一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的mRNA，其polyPoly(A)信 Poly(A)位

聚腺苷酸化特異因

斷裂因子、斷裂激動(dòng)因

多聚腺苷酸結(jié)合蛋白多聚腺

多腺苷酸慢速多腺苷

AAAAAAAAAA

（二）前體在3端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾hnRNA(heterogeneousnuclearRNAhnRNA)snRNA(smallnuclear

（（三）前體mRNA的剪接主要是去除內(nèi)含在細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的分子量往往比在胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)的成熟mRNA大幾倍，甚至數(shù)十倍。核酸序列分析證明，mRNA來自hnRNA，而hnRNA和DNA模去除初級(jí)轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成RNA的過程稱為mRNA剪接（mRNAsplicing）斷 (splite真核生物結(jié)構(gòu)，由若干個(gè)編碼區(qū)和非的完整蛋白質(zhì)，這些稱為斷裂。ABCD編碼區(qū)A、B、C、 非編碼外顯子(exon)和內(nèi)含子 雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡雞雞卵清蛋 清 及首、尾修 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)hnRNA剪 后修 內(nèi)含子形成套索RNA被剪剪接首先涉及套索RNA（lariatRNA）區(qū)段彎曲，使相鄰的兩個(gè)外顯子互相靠近而利于剪此后，還發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子近3′端的嘌呤甲基化，例如3mG是形內(nèi)含子在剪接接口處大多數(shù)內(nèi)含子都以GU為5端的起始，而其末端則為AG-5GU……AG-OH-3稱為剪接接口（splicingjunction）邊界序列剪接后，GU或AG不一定被剪接過程需兩次轉(zhuǎn)酯反剪接體是內(nèi)含子剪接場snRNA:U1U2U5snRNP:核小核糖蛋白顆前體mRNA分子有剪切和剪接兩種模前體mRNA分子的加工除上述剪接外，還有一剪切指的是剪去某些內(nèi)含子后，在上游的外顯子3-端直接進(jìn)行多聚腺苷酸化，不進(jìn)行相鄰?fù)饧艚邮侵讣羟泻笥謱⑾噜彽耐怙@子片段連接起前體mRNA分子可發(fā)生可變剪許多前體mRNA分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成mRNA，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些則可剪切或（和）剪接加工成結(jié)構(gòu)有所不同的mRNA，這一現(xiàn)象稱為可變剪接（alternativesplicing），真核細(xì) 的前體mRNA交替加工的兩種機(jī)大鼠降鈣 轉(zhuǎn)錄本的可變剪 有些的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物序列并不完全對(duì)應(yīng)，mRNA上的一些序列在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生了改變，稱為RNA編輯（RNAediting）RNA編輯作用說明，的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。 的mRNA在肝和腸黏膜編碼不同多肽45S-18S 5.8S和28S-真核前體rRNA轉(zhuǎn)錄后的剪 RNApoltRNA前內(nèi)切tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶連接堿基修如：A如：U如：Uψ如：A 1982年科學(xué)家T.Cech和他的同事發(fā)現(xiàn)四膜（tetrahymenathermophilic）編碼rRNA前體的DNA序列質(zhì)情況下，rRNA前體能準(zhǔn)確地剪接去除內(nèi)含子。這種由RNA分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為自剪接（self-一些噬菌體的mRNA前體及細(xì)菌tRNA前體也發(fā)現(xiàn)有