RNA的生物合成
RNA生物合成的合成
剪接、剪切、修饰、添加 真核生物mRNA的转录后加工 包括首、尾修饰和剪接
首尾修饰 5'端形成 帽子结构(m7GpppGp —) 3'端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)
帽子结构的详细结构式
RNA生物合成的合成
RNA生物合成的方式 RNA的生物合成 ≠ 转录
转录 生物体以DNA为模板合成RNA的过程
参与转录的物质 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA 酶: RNA聚合酶 (RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子 RNA的复制 以RNA为模板生成RNA，如冠状病毒 转录的模板和酶 转录的模板 DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链，另一股单链是编码链(coding strand) 不对称转录（asymmetric transcription)
转录起始点上游区段具有核心启动子序列
原核生物转录过程 转录起始 转录起始需解决两个问题： 1、RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。 2、DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。 过程 1. RNA聚合酶全酶(α2ββ'σ)与模板结合，形成闭合转录复合体； 2. DNA双链局部解开，形成开放转录复合体； 3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物： 特点 σ因子辨认转录起始点，被辨认的DNA区域就是-35区的TTGACA序列。 辨认结合后，酶移向-10区的TATAAT序列并跨入了转录起始点。 转录起始不需要引物。 转录起始生成RNA的第一位多是GTP，RNA链5 '端结构5'-pppGpN - OH3 '。 转录的延伸 1. σ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； 2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。 转录复合物：转录过程中，RNA聚合酶及其所覆盖的DNA双链以及合成的RNA共同构成的复 合物。 羽毛状现象
RNA的生物合成
第十四章RNA的生物合成RNA生物合成的两种方式：●转录：DNA指导的RNA合成，生物体内的主要合成方式。
●RNA复制：RNA指导的RNA合成，常见于病毒。
RNA前体（RNA precursor）：转录产生的初级转录本，需经加工为成熟的RNA 后才具有生物学活性与功能。
一、转录的基本特点1.不对称转录：转录时，只以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，将遗传信息由DNA传递给RNA的现象。
1)RNA分子只有一条链可转录，模板链并不总是在同一单链上。
2)每个基因的转录都受到相对独立的调控。
3)模板链及反（无）意链：指导RNA合成的DNA链，又称为负链（－链）。
4)编码链及有意链：不作为转录模板的另一条DNA链，又称为正链（+链）。
5)有意链与反意链并非固定不变。
2.转录的连续性1)RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，从头连续合成一段RNA链（不需要引物），各条RNA链之间无需再进行连接。
2)单顺反子：合成的RNA中只含一个基因的遗传信息。
3)多顺反子：合成的RNA中含有几个基因遗传信息。
3.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’。
4.转录不需要引物5.有特定的起点和终点：1)启动子：RNA聚合酶特异识别、结合和开始转录的一段DNA序列。
2)终止子：提供转录停止信号的DNA序列，在DNA模板的特异位点处终止RNA的合成。
3)转录单位：DNA链上从启动子到终止子为止的一段DNA序列。
4)转录起点：与新生RNA链第一个核苷酸相对应的DNA链上的碱基，此点通常用+1表示；5)上游：转录起点前面（5’末端）的序列，用负数表示；6)下游：转录起点后面（3’末端）的序列，用正数表示。
7)操纵子：原核生物基因转录的功能单位，结构上包括调节基因、启动子、操作基因、多顺反子（结构基因区）和终止子等功能区。
医学分子生物学——RNA的生物合成
医学分子生物学名词解释——RNA的生物合成1、转录：生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。
2、结构基因：基因组中，能转录出RNA的DNA区段。
3、不对称转录：在双链DNA分子上，一股链用作模板，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条DNA单链上。
4、TATA盒：基因的转录起始点上游多具有典型的TATA序列，通常认为是启动子的核心序列。
5、Pribnow盒：原核生物中，在起始密码子上游有一个由5-6个核苷酸组成的共有序列，以其发现者的名字命名为Pribnow盒，这个框的中央位于起点上游10bp处，所以又称—10序列，是转录的解旋功能部位，一般较保守。
6、内含子：真核生物中隔断基因的线性表达，而在剪切过程中被除去的核酸序列。
7、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。
8、转录前复合物：真核生物转录前，RNA-pol通过众多的TF与DNA相结合。
包括：TF ⅡD,A ,B,E,F,H,RNA-polⅡ和TATA序列形成的复合结构。
9、断裂基因：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，可翻译出完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
10、转录终止修饰点：真核生物读码框架的下游，常存在共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列，在该处对应的mRNA被切断并加polyA。
被称为转录终止修饰点。
11、转录因子：反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子。
12、转录空泡：也称转录复合物，在转录过程中由RNA聚合酶的核心酶、DNA和转录产物RNA三者结合形成的复合体。
13、CTD：羧基末端结构域，RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列为yr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域。
14、核酶：具有催化活性的核糖核酸（RNA）称为核酶。
第十六章 RNA的生物合成
第十六章RNA的生物合成一、内容提要（一）RNA转录基本规律与体系1．RNA生物合成的概念转录是以DNA单链为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。
2．不对称转录在结构基因的DNA双链中，只有一条链可以作为模板，通常将这条能指导转录的链称为模板链或有意义链；与其互补的另一条链则称为编码链或反意义链，模板链并非总在一条链上。
转录的这种选择性称不对称转录。
3．RNA聚合酶原核生物中只有一种RNA聚合酶，由4个亚基αββ′σ组成五聚体（α2ββ′σ）蛋白质。
α2ββ′亚基合称核心酶，σ亚基加上核心酶称为全酶，转录起始需要全酶。
σ亚基的作用是能够识别不同基因的启动序列，从而使RNA聚合酶能特异地启动不同基因的转录。
真核生物有三种RNA聚合酶，分别为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，RNA聚合酶Ⅰ的转录产物是45S rRNA，聚合酶Ⅱ的转录产物是hnRNA，RNA聚合酶Ⅲ的转录产物是5S rRNA、tRNA、snRNA。
（二）转录的过程1．原核生物RNA的转录过程（1）起始首先由RNA聚合酶的σ亚基辨认启动子，并以RNA聚合酶全酶的形式与启动子结合，形成酶-启动子开链复合物，使DNA 模板链暴露，启动转录。
（2）延伸链的延伸有核心酶催化，核心酶在DNA模板上沿3′→5′方向以屈伸交替状移行，一面使双股DNA解链，一面催化4种NTP按模板链互补的核苷酸序列逐个连接，使RNA按5′→3′方向不断延伸，直至转录终止处。
新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交双链，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。
（3）终止①依赖ρ因子转录终止：ρ因子在终止点处与转录产物结合，使RNA-DNA双螺旋解开，释放RNA，并和RNA聚合酶一起从模板上脱落。
②非依赖ρ因子的转录终止：DNA 模板上靠近转录终止部位有特殊的核苷酸序列，转录生成的RNA 产物可形成特殊的发夹结构，发夹结构可以阻止RNA聚合酶继续沿DNA模板向前移动，而终止转录。
基因操作中常用的生化技术—RNA的生物合成
2、RNA的延长： 5´ → 3´ RNA聚合酶沿模板链向前移动,使RNA链不断合成延长。
DNA 解旋，以一条链为模板合成RNA 细 胞 核 中
DNA上游的离遗的传核信糖息核就苷传酸递(到原m料R）NA上
三、转录过程
mRNA在细胞核中合成
A A T C T A T A G DNA
细胞核
U U A G AU AUC
mRNA
核孔
细胞质
mRNA通过核孔进入细胞质
细胞核 A A T C T A T A G U U A G A U AUC mRNA U U A G A U A U C 细胞质 mRNARN源自的生物合成(转录)一、定义
转录:是遗传信息从DNA流向RNA的过程。即以双链DNA中的确定的一条链 （模板链用于转录，编码链不用于转录）为模板，以ATP、CTP、GTP、UTP四 种核苷三磷酸为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。进行转录时，一个 基因会被读取并被复制为mRNA，即特定的DNA片断作为遗传信息模板，以依赖 DNA的RNA聚合酶作为催化剂，通过碱基互补的原则合成前体mRNA。
合成部位：细胞核 合成原料：四种NTP
二、转录特点
1、转录单位：启动子
终止子
2、不对称转录：两条DNA链不同时进行转录的现象。
编码链或反意义链；模板链或有意义链
3、RNA聚合酶：
全酶：由 α2ββ'ω(核心酶、延长RNA链)+ σ(识别启动子，引发RNA的合成) 5个亚基 组成，
三、转录过程
1、转录的起始：σ因子识别DNA分子上的启动子并与之结合,将DNA双链局部解开,RNA合成开始,σ因
分子生物学 第四章 RNA的生物合成
第二节 转录的基本条件
一.反应体系
含DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+ 。 其中原料为四种核苷三磷酸 NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U ； 合成过程: 连续，方向：5'→3' 合成部位：细胞核内。
二.转录反应的模板 转录反应不但需要DNA作为模板， 而且不同的RNA聚合酶对DNA两股链 以及不同的DNA段落都有一定的选择 性。
RNA聚合酶对利福平(rifampicin)和利福霉 素(rifamycin)表现敏感的原因
（二） RNA聚合酶对模板的选择
RNA聚合酶对模板的选择包含两层意思。 其一是不同的RNA聚合酶转录不同的基因， 合成不同的RNA。 其二是RNA聚合酶对DNA的两股链有选择性。
转录(transcription)的不对称性就是指 转录只以双链DNA中的一条链作为模板进行转 录，将遗传信息由DNA传递给RNA的现象。
他们的研究结果不仅破除了“酶一定是 蛋白质”的传统观点，而且也破除了“RNA 的功能只是控制蛋白质的合成”这一传统 观点。 因此他们于1989年共同获诺贝尔化学 奖。 此后RNA的重要功能不断有新的发现， 从而认识到——DNA是携带遗传信息分子， 蛋白质是执行生命功能的分子，RNA则既是 信息分子，又是功能分子。
二. RNA的结构与主要生理功能
RNA几乎总是线性单链的，极少有环状RNA分子。 但几乎每个RNA分子都有许多短的双螺旋部分，称为 发夹。 除了标准的GC和AU对之外，还有较弱的GU对可帮 助单链RNA形成二级结构。
一条正在延伸的RNA链的二级结构会影响这个RNA 分子的剩下部分的合成。
一个细胞中含有许多不同的RNA 分子，其长度为50个核苷酸到数万个核 苷酸不等。
rna生物合成
RNA生物合成介绍RNA（核糖核酸）是生物体内的一种重要的核酸分子，主要参与基因组转录、翻译和调控等生命活动。
RNA生物合成是指RNA从DNA 模板合成的过程，包括3个主要的步骤：转录初始化、RNA链延伸和终止。
转录初始化转录初始化是RNA生物合成的第一步，它涉及到转录的起始和RNA聚合酶的结合。
在细胞核中，DNA的双链被RNA聚合酶酶启动因子（TFs）识别和结合，形成转录前初始化复合体。
这些酶启动因子是一些特定的蛋白质，它们与DNA序列发生特异性相互作用，并招募RNA聚合酶。
一旦酶启动因子与DNA结合，RNA聚合酶就会在转录起始位点处结合，准备开始RNA合成。
RNA链延伸在转录初始化的阶段，RNA聚合酶结合并开始合成RNA链。
RNA链的合成是通过将合适的核苷酸三磷酸核苷酸与DNA模板上的互补碱基配对而实现的。
当RNA聚合酶酰化核苷酸与DNA模板上的首个核苷酸基对时，转录泡泡形成，并且转录复合物会从起始位点移开，保持转录链的延伸。
转录过程中，DNA的双链减速融解以供RNA聚合酶复制模板链，然后缓慢重组以恢复DNA双链。
与DNA复制不同，转录过程中只有一个DNA模板链被用来合成RNA链。
终止在RNA链延伸过程完成后，终止是RNA生物合成的最后一个步骤。
终止的发生是由一系列的终止信号和蛋白质因子的作用决定的。
当RNA聚合酶遇到终止信号时，它会停止RNA链的合成并与DNA分离。
终止信号通常是一些特定的序列，如终止密码子和转录终止序列。
一旦RNA链被释放，RNA聚合酶与DNA分离，RNA链可以被修饰和进一步加工，以在细胞质中发挥其功能。
RNA合成调控RNA生物合成的调控是细胞内基因表达的重要手段之一。
细胞可以通过多个途径调控RNA生物合成活性，从而控制基因表达的水平和模式。
例如，转录因子和辅助蛋白可以与RNA聚合酶和酶启动因子相互作用，影响转录的起始和效率。
另外，某些RNA分子本身也可以参与调控RNA合成的过程，形成正、负反馈回路，进一步调节基因表达。
《生物化学》-RNA的生物合成
6-9bp
AATXXX...XXXAXX
转录泡 XXXX 3′
′3 XXXXAACTGTXXXX...XXXXATA
XXXX 5′
-35序列
TTAXXX...XXXTXX
σ亚基识别
-10序列
Pribnow框（普里布诺框）
起点+1
2.延伸：σ因子脱落，核心酶继续沿DNA滑动，催化
链的延伸，直到转录终点
2.在真核细胞中，对α-鹅膏蕈碱不敏感的RNA合成是（ ）：
a.r-RNA b.hnRNA c.snRNA d.tRNA
二、RNA的转录过程（以原核生物为例）
RNA转录由起始、延伸、终止三个阶段组成
1.转录起始
启动子：是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA序列。它包括σ亚基的识别部位、RNA聚合酶的紧 密结合部位和转录起点三个部位
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第十二章 RNA 的生物合成RNA Biosynthesis
本章重点讨论RNA 的生物合成， 对RNA 的合成后加工和RNA 的复制作一般介绍。
第一节 DNA 指导下RNA 的合成（转录）
第二节 RNA 转录后加工
第三节 RNA 指导下RNA 的合成(RNA 的复制) 第四节 核酸生物合成的抑制剂 遗传信息传递的 中心法则 （同第十一章） 第一节 DNA 指导下RNA 的合成
一、转录的概念
二、RNA 聚合酶及催化反应 三、RNA 合成过程
四、 启动子和转录因子 五、 终止子和终止因子
一、转录的概念和DNA 的有义链和反义链 转录是在 DNA 的指导下的RNA 聚合酶的催化下， 按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成 一条与模板DNA 互补的RNA 的过程。
RNA 的转录从DNA 模板的特定位点开始，并在 一定的位点终止。
此转录区域为一个转录单位。
二、 RNA 聚合酶及催化反应
（一）.E.coli RNA 聚合酶的结构与功能 1.RNA 聚合酶的结构
●全酶(α2ββ'σ)：能同启动子部位结合，并催化转录的起始 ●核心酶(α2ββ')：催化RNA 的（延长）合成。
2.亚基的功能
★α亚基可能与识别启动子区域的顺序有关。
★β亚基是RNA 聚合酶的催化亚基，该亚基可与RNA 聚合酶抑制剂利福平结合，从而导致酶活性的丧失。
★β'亚基的功能与RNA 聚合酶同模板DNA 的结合有关。
用酶解的方法将β'亚基除去，导致该酶同DNA 结合能力下降。
★σ亚基（因子）与RNA 聚合酶对启动子部位的识别有关。
一旦RNA 聚合酶结合在正确的转录起始部位上，且合成第一个磷酸二酯键后，σ因子便解离出来。
不同的σ因子识别不同的启动子，基因的表达受不同的启动子控制。
（二）. RNA 聚合酶催化RNA 合成所必需的组分
1. 模板：双股DNA 是有效的模板，产物的性质取决于模板
2. 4种rNTP ；
3. 二价的金属离子Mg 2+和Mn 2+。
在E.coli 细胞内，或者说细菌细胞内的所有三种细胞RN （mRNA ，tRNA 和rRNA ）都是同一种RNA 聚合酶根据模板合成出来的。
（三）. 真核生物RNA 聚合酶
聚合酶Ⅰ（或A ）催化rRNA 的合成（5.8 S ，18 S 和28 S ）； 聚合酶Ⅱ（或B ）催化mRNA 的合成；
聚合酶Ⅲ（或C ）催化tRNA 的合成以及5 S rRNA 的合成。
（根据对α－鹅膏蕈碱的敏感性区分）。
三、RNA 合成过程
RNA 的合成是在DNA 的一条链上进行。
在活体内，DNA 的两条链中只有一条链可用于转录，或者某些区域以这条链转录，而在另一些区域以另一条链转录。
可被转录的DNA 链称为反义链（antisense strand ）或非编码链（noncoding strand ）。
它的顺序同转录合成的RNA 链互补。
相对应的DNA 链称为有义链或编码链（sense strand or coding strand ），它的顺序同被转录合成的RNA 链相同。
RNA 合成
1. RNA 聚合酶与DNA 模板的结合
RNA 聚合酶先同DNA 非专一性结合。
在σ亚基的帮助下，聚合酶很快地滑向转录的起始部位。
这个部位称为启动子（promoter ），是聚合酶全酶专一性结合并启动转录的部位。
RNA 聚合酶催化的反应A C G A
C G U
U 模板DNA
5´
3´5´
3´
新合成RNA
链的延长反应是RNA 聚合酶核心酶催化下进行的。
链的延伸方向是5'－3'，而核心酶沿模板链3'－5'方向移动，这与RNA 是在DNA 指导下合成的结论是一致的。
4. 链的终止
1）许多E.coli 的基因转录终止顺序能被RNA 聚合酶本身所识别，并具有两个共同的特征（图8a ）： ★有一连串的4到10个A·T 碱基对，模板链上表现为连续的AAA…，
★一段富含G + C 的区域,呈回文顺序。
因此，这个区域的RNA 转录结构能自我互补形成“发夹”结构，其后由几个U 残基连接，于是与模板的结合力减弱，很容易使RNA 从模板上解离下来。
2）另外一个终止机制需要rho 因子（ρ）。
ρ因子由6个相同的亚基组成，它能识别不能由RNA 聚合酶本身所识别的终止信号，并且具有DNA －RNA 解螺旋酶的活性，因而使RNA 和RNA 聚合酶 从终止部位解脱下来。
真核生物和原核生物转录的差别
; 启动子不同; 转录后RNA 加工修饰不同
DNA
核核糖体
新生蛋白质
真核生物
原核生物
mRNA 转运
加工mRNA
大肠杆菌两类终止子的回文结构
A. 不依赖于Rho （ρ）
的终止子
A. 依赖于Rho （ρ）的
终止子
富含G-C
系列U
五、 启动子和转录因子
启动子( promoter)是指RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列。
RNA 聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子(transcriptional factor)。
利用足迹法(footprint)和DNA 测序法可以确定启动子的序列结构。
六、 终止子和终止因子
提供转录停止信号的DNA 序列称为终止子( termter)。
协助RNA 聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination factor)。
有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNA 聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antitermination)。
第二节 RNA 转录后的加工
一、RNA 的加工 真核生物rRNA 前体 二、RNA 的拼接、编辑和再编码 三、RNA 生物功能的多样性 四、RNA 的降解 rRNA 的加工
1) 细菌rRNA 的加工
3′σpromoter)(terminator)
5′
σRNA 聚合酶
σ
5′3′ρ3′
3′ρ
细菌的各种rRNA （16S 、23S 和5S ）的基因排列在一个转录单位中。
在E.coli 中检测出7个这样的转录单位。
转录和加工同时进行，不存在一个完整的前体。
但是从缺失 RNase Ⅲ的突变体中，可分离出它们的共体前体（约5500nt ）。
除包含三种主要的rRNA 外，还含有tRNA 产物。
rRNA 前体（pre-rRNA ）的加工涉及到RNase Ⅲ、RNase P 、RNase E 和RNase F （这些在初级加工中涉及），以及RNase M16、M23和M5（这些在二次加工中涉及（图11））。
2) 真核生物rRNA 的加工
真核生物rRNA 的加工发生在细胞核的核仁部位。
真核生物的18S 、5.8S 和28S rRNA 是作为单一的转录单位转录的产物（7500nt ，约45S ）出现的。
这些rRNA 之间被间隔顺序分开。
（图12）。
E.coli 染色体含有大约60种tRNA 基因，其中有些是rRNA 操纵子的组分，其他则散布在（但往往成串）整个染色体上。
tRNA 最初的转录产物（含有多达5个相同的tRNA ）在分子的3ˊ端和5ˊ端含有额外的核苷酸顺序，需要通过加工、切除。
加工的过程与E.coli rRNA 加工相似，而且也使用某些相同的酶。
E.coli RNase P 加工tRNA ，产生tRNA 的5ˊ端。
S.Altman 证实，RNase P 有两种组分，即377nt 的RNA 和119个氨基酸的蛋白质。
在高盐浓度下是这个RNA 组分具有催化反应的性质，而蛋白质组分则没
tRNA 前体分子的加工
a、切除tRNA前体两端多余的序列：5’—端切除几到10个核苷酸。
b 、末端添加：3’-端添加CCA 序列。
c 、修饰：形成稀有碱基如DH 2 。
RNAaseP
RNAaseF RNAaseP RNAaseF
RNAaseD RNAaseD
A C C
ϕ
ϕ
ϕ
表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用
表示核酸外切酶的作用表示异构化酶的作用
m 7G-5´ppp-N-3 ´p
5′端接上一个“帽子”(CAP)结构；
3′端添加PolyA“尾巴”, 由RNA 末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)
问答题
1、比较DNA 复制与RNA 转录的异同。
2、比较DNA 聚合酶与RNA 聚合酶催化作用的异同。
3、DNA 复制的高度准确性是通过什么来实现的？
4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？
5、何谓基因工程？简述其基本理论、基本过程及应用价值 名词解释：中心法则、半保留复制、转录、反转录、翻译、
有意义链 反意义链、内含子、外显子、冈崎片段、突变
DNA 和RNA 合成的比较。