RNABiosynthesis(Transcription)RNA生物合成(轉錄)第十一章轉錄（transcription）

生物體以DNA為模板按照堿基配對原則合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

轉錄與復制的相似點：1.模板均為DNA；2.延長機理都是形成磷酸二酯鍵；3.

方向均為5′→3′；4.遵循堿基配對原則；5.聚合酶的活性依賴于DNA。

轉錄和復制的區(qū)別復制轉錄模板DNA雙鏈DNA的一條鏈原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物DNARNA配對A-T、G-CA-U、T-A、G-C參與轉錄的物質原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白質因子

一、轉錄的模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes（一）轉錄的概念轉錄是以DNA為模板，在RNA聚合酶的催化下按堿基配對原則合成RNA的過程。（二）轉錄的模板

體內(nèi)DNA的兩條鏈中僅有一條鏈可以作為模板進行轉錄；或者某些區(qū)段以一條鏈為模板，而另一區(qū)段以另一條鏈為模板。模板鏈并非永遠在同一單鏈上。轉錄僅以DNA一條鏈的某一區(qū)段為模板，這種轉錄方式稱為不對稱轉錄(asymmetrictranscription)。雙鏈DNA分子中能作為模板轉錄出RNA的那條鏈，稱為模板鏈（templatestrand）、無意義鏈、負鏈或Crick鏈。另一條互補鏈稱為編碼鏈（codingstrand）、有意義鏈、正鏈或Watson鏈。模板鏈(templatestrand)編碼鏈(codingstrand)編碼鏈模板鏈

轉錄產(chǎn)物RNA的堿基序列，除了T變U外，其余與編碼鏈相同。

二、RNA聚合酶（DDRP）

1.

原核生物的RNA聚合酶

E.coli的RNA聚合酶是由五種亞基組成的六聚體（

2

）

E.coli

RNA聚合酶組分亞基分子量功能

36512決定哪些基因被轉錄

150618催化磷酸二酯鍵形成

155613結合DNA模板

ω7026311000辨認起始點未知RNA聚合酶全酶及核心酶電泳圖譜

其他原核生物的RNA聚合酶，在結構、組成、功能上均與E.coli相似。 原核生物的RNA聚合酶都受一類抗結核藥利福平或利福霉素的特異性抑制。這類藥物能與RNA聚合酶的

亞基特異結合，從而影響酶的活性。應用：農(nóng)桿菌轉化煙草后，以利福平作為抗生素抑制農(nóng)桿菌的生長2.

真核生物的RNA聚合酶（3種）種類IIIIII轉錄產(chǎn)物rRNA前體hnRNA（mRNA前體）5SrRNAtRNA,snRNA對α-鵝膏蕈堿的反應不敏感極敏感中度敏感

二、轉錄過程TheProcessofTranscription

分為三個階段：

起始(initiation)

延長(elongation)

終止(termination)2.DNA雙鏈解開。1.RNA聚合酶全酶與模板結合。

3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物。5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+PPi轉錄起始過程（一）原核生物的轉錄過程1.轉錄起始RNA聚合酶結合在轉錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成第一個磷酸二酯鍵。

酶與模板的辨認結合

原核生物一個轉錄區(qū)段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。

RNA聚合酶結合模板DNA的部位稱為啟動子(promoter)。是調(diào)控轉錄的關鍵部位。結構基因(structuregene)：

DNA分子中能編碼蛋白質的基因。定義：將mRNA開始轉錄的第一個核苷酸定為起點（+1），由此向轉錄延長的方向為下游，其核苷酸以+XX表示，起始點左側為上游，核苷酸以-XX表示。原核生物啟動子－35區(qū)：一致性序列為TTGACA

與聚合酶（sigma）亞基結合

是RNA-pol的辨認位點－10區(qū)：一致性序列為TATAAT

又叫Pribnow盒（TATAbox）

與聚合酶β亞基形成酶-DNA復合物 是RNA-pol的結合位點開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(qū)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動子保守序列5

5

RNA聚合酶結合區(qū)結構基因3

3

不同基因的啟動子區(qū)域：RNA聚合酶全酶在轉錄起始區(qū)的結合RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉錄起始復合物轉錄起始動畫：2.轉錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi

轉錄泡（transcriptionbubble）：

在轉錄延長過程中，由局部打開的DNA雙鏈、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者結合在一起的復合體，為空泡狀結構，又稱轉錄復合物。轉錄泡

核心酶（α2ββ′）延長RNA鏈

轉錄的起始及延長過程

3.轉錄終止

RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來，轉錄產(chǎn)物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。

分類：非依賴ρ因子的轉錄終止依賴ρ因子的轉錄終止

1.不依賴ρ因子的轉錄終止

DNA模板上靠近終止處，有特殊的堿基序列(富含GC的反向重復序列)，轉錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結構（發(fā)夾結構）來終止轉錄。發(fā)夾結構終止轉錄的機理

使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。富含GC的反向重復序列

2.依賴ρ因子的轉錄終止

因子是強堿性六聚體蛋白；

因子能結合RNA，改變RNA聚合酶構象，停止前移，使轉錄終止；

因子還有ATP酶和解螺旋酶的活性，使DNA-RNA雜化雙鏈解鏈，新轉錄成的RNA釋放。

原核生物轉錄過程起始延長終止（二）真核生物的轉錄過程1.轉錄起始真核生物的轉錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不直接結合模板，其起始過程比原核生物復雜。轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)（1）轉錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體順式作用元件(cis-actingelement)

：是同一DNA分子中具有轉錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。按功能特性，真核基因順式作用元件包括啟動子、增強子及沉默子等。

反式作用因子(trans-actingfactor)

：是指能直接或間接地識別或結合在各類順式作用元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉錄效率的蛋白質。反式作用因子由另一基因表達后，可與靶基因特異的順式作用元件相互作用，從而激活靶基因的轉錄。這種調(diào)節(jié)蛋白稱反式作用因子。反式作用因子（2）轉錄因子反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(trans-criptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ轉錄因子亞基和(或)分子量（kDa）功能TFⅡDTBP，38結合TATA盒TAF輔助TBP-DNA結合TFⅡA12，19，35穩(wěn)定ⅡD-DNA復合物TFⅡB33促進RNA-polⅡ結合TFⅡF30，74解螺旋酶TFⅡE57(

)，34(β)ATPaseTFⅡH蛋白激酶，使CTD磷酸化（3）轉錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。

拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉錄需要3至5個轉錄因子。轉錄因子之間互相結合，生成有活性和專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。

TBPTAFTFIIH2.真核轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。

RNA-pol前移處處都遇上核小體。

轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向3.真核轉錄終止（專一終止的核酸內(nèi)切酶）

（終止信號）（三）RNA的復制RNA病毒的遺傳基因有（+）RNA（－）RNA（±）RNA1.概念：以RNA為模板合成RNA的過程。2.復制方式：見表10-6總是以RNA（+）為模板合成蛋白質。三、轉錄調(diào)控（自學）（一）原核生物的轉錄調(diào)控

操縱子（operon）（二）真核生物的轉錄調(diào)控

順式作用元件：啟動子（promoter）、增強子（enhancer）、沉默子（silencer）

反式作用因子：DNA結合結構域

四、轉錄產(chǎn)物的修飾最初轉錄生成的RNA一般是不成熟的，需要經(jīng)過一系列的加工（斷裂、拼接和修飾）才能變成成熟的RNA。原核生物和真核生物的tRNA和rRNA轉錄后的加工方式基本相同，但mRNA轉錄后的加工存在很大的差別。（一）mRNA的轉錄后加工

原核生物的mRNA大多不需要加工，直接翻譯成蛋白質，且邊轉錄邊翻譯。

真核生物mRNA轉錄的初產(chǎn)物是hnRNA（核不均一RNA），需要經(jīng)過加工生成成熟的mRNA，包括：5’端加帽、3’端加尾、mRNA剪接以及甲基化。

1.5′-端加帽：m7GpppG——加帽過程2.3′-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)——除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。3.mRNA的剪接真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。

斷裂基因(splitegene)非編碼區(qū)A~G編碼區(qū)1~7外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟mRNA的核酸序列。內(nèi)含子斷裂基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。

UnitoftranscriptioninaDNAstrandTranscriptmodification3’5’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錄、轉錄后修飾4.甲基化

在mRNA分子內(nèi)部有少量的A存在甲基化，而在mRNA前體中不存在這樣的結構，需要由甲基化酶催化加工生成。