RNA的生物合成

轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為範(fàn)本合成RNA的過(guò)程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄與複製的相同點(diǎn)都是酶促的核苷酸聚合反應(yīng)都以DNA為範(fàn)本都需要依賴DNA的聚合酶聚合的過(guò)程都是磷酸二酯鍵形成的過(guò)程聚合方向（新鏈延長(zhǎng)方向）都是：5’3’

都遵循堿基配對(duì)規(guī)律複製和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)範(fàn)本:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因數(shù)範(fàn)本和酶TemplatesandEnzymes第一節(jié)一、轉(zhuǎn)錄範(fàn)本結(jié)構(gòu)基因：DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈範(fàn)本鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯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，稱為範(fàn)本鏈(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。不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作範(fàn)本指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；範(fàn)本鏈並非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。5

3

3

5

範(fàn)本鏈編碼鏈編碼鏈範(fàn)本鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向二、RNA聚合酶

(RNA-pol)（一）原核生物的RNA聚合酶DNAdependentRNApolymerase(DDRP)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

亞基的功能：辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)核心酶可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，但不能在特定的起始點(diǎn)上開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合

原核生物的RNA聚合酶都受一類結(jié)核菌藥物利福平或利福黴素的特異性抑制

亞基目前發(fā)現(xiàn)多種

因數(shù)常規(guī)基因表達(dá)採(cǎi)用的是

70（分子量70kD）熱休克反應(yīng)：細(xì)菌中:當(dāng)細(xì)菌受到熱應(yīng)激，則由

32啟動(dòng)另一套轉(zhuǎn)錄，所生成的產(chǎn)物稱為熱休克蛋白（Hsp），Hsp編碼的基因稱為熱休克基因（hsp）真核生物中也存在熱休克基因只是功能各異。（二）真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可認(rèn)為是真核生物中最活躍的RNA聚合酶三、範(fàn)本上酶的辨認(rèn)、結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。

5

3

3

5

結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-pol啟動(dòng)子(promoter)：RNA聚合酶結(jié)合範(fàn)本DNA的部位RNA聚合酶保護(hù)法開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因3

3

TATA盒CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列轉(zhuǎn)錄過(guò)程TheProcessofTranscription

第二節(jié)（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄範(fàn)本的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的範(fàn)本。一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程2.DNA雙鏈解開(kāi)1.RNA聚合酶全酶(2)與範(fàn)本結(jié)合

RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始複合物:3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始複合物5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與範(fàn)本結(jié)合鬆弛，沿著DNA範(fàn)本前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+

PPi轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol

（核心酶）

····DNA

····RNA5

3

DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶依賴Rho(ρ)因數(shù)的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因數(shù)的轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA範(fàn)本上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄複合物上脫落下來(lái)。分類ATP1.依賴

Rho因數(shù)的轉(zhuǎn)錄終止Rho因數(shù)對(duì)RNA上的polyC結(jié)合能力強(qiáng)Rho因數(shù)有ATP酶活性和解螺旋酶活性與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，使得Rho因數(shù)和RNA聚合酶都可發(fā)生構(gòu)象變化，從而使RNA聚合酶停頓，解螺旋酶活性使得DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利於產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄複合物中釋放Rho因數(shù)轉(zhuǎn)錄終止的作用：2.非依賴

Rho因數(shù)的轉(zhuǎn)錄終止DNA範(fàn)本上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA後，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/髮夾(hairpin)結(jié)構(gòu)

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；

DNA和RNA各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈更加不穩(wěn)定，以致轉(zhuǎn)錄複合物趨於解體。接著的一串寡聚U，則更是促進(jìn)RNA新鏈從範(fàn)本上脫落的促進(jìn)因素。5′pppG53

35RNA-pol莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合範(fàn)本，其起始過(guò)程比原核生物複雜。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子順式作用元件(cis-actingelement)1.轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體2.轉(zhuǎn)錄因數(shù)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)稱為反式作用因數(shù)(trans-actingfactors)。反式作用因數(shù)中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因數(shù)(transcriptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ

3.轉(zhuǎn)錄起始前複合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因數(shù)。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA複合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化4.拼板理論(piecingtheory)一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個(gè)轉(zhuǎn)錄因數(shù)。轉(zhuǎn)錄因數(shù)之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的複合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向（三）轉(zhuǎn)錄終止——

和轉(zhuǎn)錄後修飾密切相關(guān)。真核生物mRNA帶有聚腺苷酸尾巴的結(jié)構(gòu)，這是轉(zhuǎn)錄之後加上的。在範(fàn)本鏈讀碼框架的3’端之後，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的GT序列，這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。5

------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5

5

3

3

3加尾AAAAAAA······3mRNA真核生物的轉(zhuǎn)錄後修飾Post-transcriptionalModification第三節(jié)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄後加工（一）首、尾的修飾5

端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子結(jié)構(gòu)5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥(niǎo)苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶Pi加工過(guò)程首先是在磷酸酶的作用下，將5‘-端的磷酸基水解，然後再加上鳥(niǎo)苷三磷酸，形成GpppN的結(jié)構(gòu)，再對(duì)G進(jìn)行甲基化加帽出現(xiàn)在hnRNA中，說(shuō)明可能在細(xì)胞核中完成，並在剪接之前。真核生物mRNA中polyA的出現(xiàn)是不依賴於DNA範(fàn)本的。加入polyA之前，先由核酸外切酶切去3’末端一些過(guò)剩的核苷酸，然後加入polyA。3‘’端修飾也是在細(xì)胞核中，在剪接之前進(jìn)行的。PolyA的有無(wú)與長(zhǎng)短，是維持mRNA作為翻譯範(fàn)本的活性，以及增加mRNA本身的穩(wěn)定性。加尾(addingtail)：3’端修飾示意圖真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接後，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)（二）mRNA的剪接1.hnRNA

和snRNA

核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核內(nèi)小RNA核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體（並接體,splicesome）snRNA——

hnRNA

剪接的場(chǎng)所2.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，並表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄後修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA3.內(nèi)含子的分類根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4類。I：主要存在於線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發(fā)現(xiàn)於線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA；III：是常見(jiàn)的形成套索結(jié)構(gòu)後剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子；IV：是tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過(guò)程需酶及ATP。4.mRNA的剪接——

除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結(jié)合成為並接體①②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

?RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄後加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的編輯(mRNAediting)人類apoB基因mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯二、tRNA的轉(zhuǎn)錄後加工tRNA前體RNApol

ⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、