分子生物学： 转录

第二节 RNA的酶促合成
一. RNA合成的基本特点
1960 年 Weiss,S,B 等发现 RNA 聚合酶（ RNA Pol ）。 其特点是：
（1）以核糖核苷三磷酸（rNTR）为底物； （2）以DNA为模板； （3）按5′-3′方向合成； （4）无需引物的存在能单独起始链的合成； （5）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在； （6）在体内DNA双链中仅一条链作为模板； （7）RNA的序列和模板是互补的。
了终止过程 。
---NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNN--DNA
---NNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN---
…NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN… RNA
内源性终止子
一个二级结
构中的发夹
转录单位最
末端的连续 约 6 个 U 残基 的区段
RNA聚合酶II的转录起始
启动子Ⅱ最为复杂，它和原核的启动子有很多不同： 1. 有多种元件：TATA框，GC框，CAAT框，OCT等； 2. 结构不恒定；
Jacob和Monod预言:
（1）这种“ 信使”应是一个多核苷酸； （ 2 ）其分子平均不小于 5105bp, 足以携带一个基 因的遗传信息； （3）它们至少是暂时连在核糖体上；
（4）其碱基组成反映了DNA的序列；
（5）它们能高速更新。
Jacob 和 Monod 将它定名为 : 信使 RNA （ Messenger RNA）或mRNA。
更易打开双链。
典型启动子的结构
－35序列又称为Sextama盒（Sextama box）， 其保守序列为（T82T84G78A65C54A45） 其功能是: (1) 为RNA pol的识别位点。σ亚基识别-35序列，为转录选择 模板 (2) -35和-10序列的距离是稳定的，此与RNA pol的结构有关。
典型启动子的结构
转录起始位点（I）。 起始位点通常(>90%)都是嘌呤碱基。 起始位点经常作为CAT 序列的中心，但是仅凭
这个三联体的保守性还不足构成专有信号。
理想的启动子
-35 区六聚体与-10 区六聚体相隔17bp， -10 区六聚体应位于启动点上游7bp。
σ因子的更替可控制转录起始
有终止子的一半左右
ρ- 依 赖 型 终 止 作 用 所 需 的 序 列 称 为 rut （ rho
utilization) 位点，位于终止子上游。它们的共 同特征是RNA 富含C 残基而G 残基很少。
第四节 真核生物的转录
真核生物的转录和原核转录的不同点：
(1) 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三 种聚合酶；
RNA合成和DNA复制的区别
（1）转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两 条链都可作为模板； （ 2 ） DNA-RNA 杂合双链不稳定， RNA 合成后释 放，而 DNA 复制叉形成后一直打开，新链和 母成子链； （3）RNA合成不需引物，而DNA复制需引物；
（4) 转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP；
(2) 启动子的结构特点不同，真核有三种不同 的启动子和有关的元件； (3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。
转录因子
凡是转录起始过程必需的蛋白质，只要它不是 RNA 聚
合酶的组成成分，就可将其定义为转录因子 (transcription factor，TF)。
许多转录因子是通过识别 DNA 上的顺式作用位点而起
游，碱基负值也越大。
转录的直接产物被称为初始转录物(primary transcript)。
它包含一条从启动子延伸到终止子含有原始的 5` 及 3` 端的RNA。
但初始转录物通常不稳定。在原核生物中，它或被迅
速降解 ( 对于 mRNA) ，或被剪接成为成熟产物 ( 对于 rRNA和tRNA)。而在真核生物中，它或被末端修饰(主 要 对 于 mRNA) ， 或 被 剪 接 成 为 成 熟 产 物 ( 对 于 所 有 RNA)。
此表明什么？
最令人信服的证据是 Hall.B.D 和 Spiegeman,S
的DNA-RNA的杂交实验。
将 T2 噬菌体感染 E.coli 后产生的 RNA 分离出来，
分别与 T2 和 E.coli 的 DNA 进行分子杂交，结果 这种 RNA 只能和 T2 的 DNA形成“ 杂种”链，
而不能和E.coli的DNA进行杂交。
制造出正常的转录物。
原核生物转录的终止
根据体外实验中 RNA 聚合酶是否需要辅助蛋白质参与
终止，可将E. coli 中的终止子分为两种类型：

在体外，没有任何其它因子参与，核心酶也能在某些位 点终止转录，这些位点被称为“内源性终止子 (Intrinsic
terminator)”。

“ρ- 依赖型终止子” （Rho-dependent terminator） ：体 外需要ρ因子的辅助；并且突变实验显示体内该因子参与
ρ- 依赖型终止子
ρ因子如何行使功能
ρ因子是E. coli 的一种基本蛋白
质，只在终止阶段发挥作用。 由6个相同亚基组成，其分子量 约275kD.
亚 基 具 有 一 个 RNA 结 合 域 和
ATP水解域。
ρ因子是ATP依赖的六聚体解旋
酶家族的一员。
E. coli 的 ρ- 依赖型终止子占所
怎样用实验证实mRNA的合成总是延着 5-3′方向进行的？
E.coli在 0C时需苷酸;利用这个差 别以14C来标记U,在0C培养E.coli。
提取这种正在伸长的 mRNA 分子，发现 14C 标记
首先出现在伸长的3′端，因此可以证明合成是延 着5′-3′方向进行的。
第三节 细菌基因的转录
在细菌中一种 RNA 聚合
酶 负 责 所 有 mRNA 、 rRNA 和 tRNA 的合成。 一个 E. coli 细胞中约有 7000 个 RNA 聚合酶分 子。
它们中许多都参与转录；
任 意 时 刻 大 概 有 2000~5000 酶 在 合 成 RNA( 此 数 字 因 细 菌 的 生长状态而异)。
转录和修复之间的关系
Mfd （转录修复耦联因子）识 别出停滞不前的 RNA 聚合酶并指 导损伤模板的DNA修复。 Mfd蛋白有两个作用： • 第一，它把RNA聚合酶三元复 合体从DNA上取代下来； • 第二，它使 UvrABC 酶结合到 损伤 DNA 链上去，引导外切修 复系统来修复DNA。 当 DNA 被修复后，另一个 RNA 聚合酶就能结合到基因上，从而
-10序列对转录的效率影响
TATAAT→AATAAT ，转录效率下降 , 称为下
调突变（down mutation）。
TATGTT→TATATT ，转录效率上升，为上调
突变（up mutation）。
以上突变为何会影响转录效率？
前者可能由于 T-A 的堆集能要小于 A-A 的堆积
能，后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少，
-10序列是由Pribnow和Schaller（1975）发现，故也称为
Pribnow框盒（Pribnow box）。
保守序列为T80A95T45A60A50T96 位于-10bp左右，A.T较丰富，易于解链。其功能是:
(1) RNA pol紧密结合; (2) 形成开放启动复合体； (3) 使RNA pol定向转录。
作用的，然而结合 DNA 并不是转录因子的唯一作用方 式；转录因子还可以通过识别另一种因子而起作用，
或识别 RNA聚合酶，或者只是和其他几种蛋白质一起 组成转录起始复合体。
一.真核的RNA聚合酶
真核生物的启动子
RNA聚合酶I和聚合酶Ⅱ的启动子基本上都位于转录起
始点的上游，而部分 RNA 聚合酶Ⅲ的启动子可位于起 始点下游。每种启动子均包含一组特征的短保守序列， 能被相应的转录因子所识别。
原核生物转录的起始延伸
（一）启动子（promoter）的结构和转录起始 (1)结构典型,都含识别（R),结合（B)和起始（I）位点; (2)序列保守;
(3)位臵和距离都比较恒定；
(4)直接和多聚酶相结合； (5)常和操纵子相邻； (6)位于基因的5′端； (7)决定转录的启动和方向。
典型启动子的结构
这表明什么？
同年Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫RNA
前体，发现标记的RNA在核内。 标记追踪实验：经过一段时间发现被标记的 RNA在细胞质中， 此表明什么？
1956年E. Volkin和 L.Astrachan，用同位
素脉冲 — 追踪标记，表明 T2 噬菌体新合 成的 RNA 的碱基比和它的 DNA 碱基比相 似，而和细菌的碱基比不同。由于 T2 感 染细菌时注入的是 DNA ，而在细胞里合 成的是RNA，
第三章 生物信息的传递（上） ——从DNA到RNA
1957年
RNA 复制
复制
DNA
转录 逆转录
1970
RNA
翻译
蛋白质
RNA
除了某些 RNA 病毒之外，所有 RNA 分子都来自于 DNA 。
基因组 DNA 通过一个被称为转录的过程把贮存在双链 DNA 分子中的遗传信息转换到与模板 DNA 链相互补的 RNA单链上。
现在将非模板链称为有
义链（ sense strand ）或 编码链
12~14bp
作为转录模板的 DNA 单
链称为模板链或反义链 （antisen strand）。
在体外 DNA 的两条链都
可作为 RNA 合成的模板 。
37°C： •~40 nucleotides/second (bacterial RNA polymerase); •the rate of translation (15 amino acids/sec), • the rate of DNA replication (800 bp/sec).