第十二章 RNA的生物合成 (转录)

茎环结构使转录终止的机理
• 使RNA聚合酶变构，转录停顿；
• 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。
二、真核生物的转录过程
（一）转录起始 1. 转录起始的上游区段：
• 真核生物的转录起始点上游-25bp区也存在一
段富含TA的顺序，被称为Hogness盒或TATA 盒，通常认为是启动子的核心序列。
（二）mRNA的剪接（splicing）
mRNA
DNA
鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图
1. 断裂基因（splite gene）
• 真核生物结构基因，由若干个编码区和 非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成， 去除非编码区再连接后，可翻译出由连
续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因 A B C D 称为断裂基因。





原核生物RNA聚合酶亚基的功能
亚基 分子量 36512 150618 155613 70263 功 能 决定哪些基因被转录 催化功能 结合DNA模板 辨认起始点
（二）真核生物的RNA聚合酶 • 真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈碱的 敏感性而分为三种，它们均由10~12个大小不同 的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。
AAAAAAA·· 3 ·· ··
mRNA
3加尾
核酸酶 5
AATAAA GTGTGTG
3 5
RNA-pol
转录终止的修饰点
3
第四节 真核生物的转录后修饰
Section 4
Post-transcriptional
Modification in Eukaryote
一、真核生物mRNA的转录后加工
成全酶复合物。
• 位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起
始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子
（promoter）。 • 启动子序列通常由一些带共性的保守序列构成。
原核生物启动子的保守序列
RNA聚合酶保护区 结构基因
5 3 5
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3 5 3 5 开始转录
移位和解聚现象。
（三）转录终止
• 真核生物转录终止与转录后修饰，即poly A尾
巴结构的添加密切相关。 • 在poly A修饰位点的下游存在一组共同序列 AATAAA和GTGTGT……，为转录终止的识 别修饰位点。 • 在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切 断，随即进行加帽和加尾修饰。
真核生物RNA的转录终止
• RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一 段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的 终止位点。
• 特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一
个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序 构成。
第二节 参与转录合成的酶和蛋 白因子
Section 2 Enzymes and Protein
Factors for RNA Biosynthesis
RNA。
（一）原核生物的RNA聚合酶
• 原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，
即2'。 • 亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开
始后被释放；余下的部分（2'）被称为核心
酶，与RNA链的聚合有关。
原核生物RNA聚合酶的核心酶和全酶
核心酶 (core enzyme)
全酶 (holoenzyme)
与RNA聚合酶Ⅱ组装形
成转录起始前复合物
(pre-initiation complex,
PIC)。
• RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。
• RNA聚合酶Ⅱ的羧基末端结构域（CTD）被磷
酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下 游移动延伸RNA链。
（二）转录延长
• 真核生物转录延长 过程与原核生物类 似，但由于存在核 小体的高级结构， 故在转录延长过程 中可观察到核小体
磷酸酶
5 ppGp…
Pi
pppG
鸟苷酸 转移酶
ppi
5 GpppGp…
SAM
甲基转移酶
5 m7GpppGp…
2．加尾（adding tail）： • 这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切 酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入 polyA。 • polyA结构与mRNA的半寿期有关。
两条不同的DNA链上。
• 能够转录RNA的那条DNA链称为模板链(template
strand) ，也称作有意义链或Watson链。
• 与模板链互补的另一条DNA链称为编码链(coding
strand)，也称为反义链或Crick链。
模板链 5’
3’ 5’
编码链
5’
5’ 3’
模板链和编码链的相对性 转录方向 5
编码区 A、B、C、D
非编码区
外显子(exon)和内含子(intron) 外显子——在断裂基因及其初级转录产物上出 现，并表达为成熟RNA的核酸序列（结构基因中 能够指导多肽链合成的编码顺序）。
内含子——隔断基因的线性表达而在剪接过程
中被除去的核酸序列（不能的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子 分为4类。
编码链 模板链 模板链
3
3
编码链
5
转录方向
模板链、编码链与转录及翻译的关系 5′···GCAGTACATGTC ···3′ 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′
转录 编码链 模板链
5′···GCAGUACAUGUC ···3′
翻译
mRNA
N··Ala · · · ··C ·· ·· Val His Val ·· ··
第二章 Lipid
第十一章 RNA的生物合成 (转录)
Chapter 11
RNA Biosynthesis,
Transcription
• 在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模
板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息
传递给RNA的过程称为转录（transcription）。 • 经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA， tRNA，mRNA，snRNA和HnRNA等。
由终止因子（因子）识别特异的终止信
号，并促使RNA的释放。
依赖 Rho因子的转录终止
ATP
2．非依赖Rho的转录终止：
模板DNA链在接近转
录终止点处存在相连的
富含GC和AT的区域，
使RNA转录产物形成 寡聚U及发夹形的二级 结构，引起RNA聚合 酶变构及移动停止，导
致RNA转录的终止。
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
蛋白质
二、转录的连续性
• RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA
聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条
RNA链之间无需再进行连接。
三、转录的单向性 • RNA转录合成时，只能向一个方向进行 聚合，所依赖的模板DNA链的方向为
3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'。
四、有特定的起始和终止位点
3 -35 区 TTGACA AA C T G T RNA-pol辨认位点 (recognition site) -10 区
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
原核生物转录起始区的一致性序列
• 被RNA聚合酶辨认的区段就是位于转录起始点
-35区的TTGACA序列。
RNA聚合酶Ⅱ的分子结构
酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ的电子晶体图
二、转录因子
• 在真核生物中，转录的起始过程较为复杂， 现已发现数百种蛋白因子与RNA转录合成有 关。
• 凡是与基因表达调控相关的蛋白因子统称为
反式作用因子（transacting factor）。
• 在反式作用因子中，直接或间接参与转录起始 复合体的形成的蛋白因子被称为转录因子 （transcriptional factor, TF）。 • 不同的RNA聚合酶存在相应的转录因子，如与
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
（二）转录延长 • 因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿 DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合 RNA。
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模 板结合松弛，沿着DNA模板前移；
I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真
核生物的 rRNA基因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是
mRNA；
III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数 mRNA基因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含
RNA聚合酶Ⅱ相关的转录因子包括 TFⅡA，
TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH等。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录因子及其功能
三、终止因子
• 原核生物中的终止因子蛋 白是一种六聚体的蛋白质， 亚基的分子量为50kd。
• 蛋白能识别转录终止信号，
并与RNA紧密结合，导致 RNA的释放。
参与RNA转录合成的物质 原料：NTP （ATP, UTP, GTP, CTP）。
模板：单链DNA。
酶：RNA聚合酶（DDRP，RNA-pol）。 其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子等。
一、RNA聚合酶（DDRP）
• 这是一种不同于引物酶的依赖DNA的RNA聚
合酶（DDRP）。
• 该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在 的条件下，不需要引物，即可从5'→3'聚合
第三节 RNA转录合成的过程
Section 3 The Process of RNA