第十一章 RNA的生物合成

第十一章 RNA的生物合成Chapter 11 RNA Biosynthesis,生物界，RNA合成有两种方式：一是D N A指导的R N A合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。

另一种是R N A指导的R N A合成(R N A-d e p e n d e n t R N A s y n t h e s i s)，也叫R N A复制(R N A r e p l i c a t i o n),由R N A依赖的R N A聚合酶(R N A-d e p e n d e n t R N A p o l y m e r a s e)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的R N A病毒在宿主细胞以病毒的单链R N A 为模板合成R N A的方式。

重点内容掌握不对称转录、模板链和编码链的概念。

（二）掌握原核生物RNA聚合酶的全酶及核心酶的组成；熟悉模板与酶的辨认结合，启动子的概念。

了解-35区、-10区、上游、下游序列等概念，以及两区的作用特点。

（三）熟悉原核生物的转录起始，转录的方向，原核生物的转录终止分两种方式。

了解原核生物RNA合成的过程。

（四）熟悉真核生物的RNA聚合酶的分类，作用特点以及各自相应的产物；了解真核生物转录过程。

（五）掌握断裂基因、内含子、外显子的概念；（六）熟悉真核生物mRNA,tRNA的修饰过程。

复制与转录的相同点：①都是酶促的核苷酸聚合过程②以DNA为模板③遵循碱基配对原则④都需依赖DNA的聚合酶⑤聚合过程都是生成磷酸二酯键⑥新链合成方向为5’→3’原核生物转录的模板和酶Section 1 Templates and Enzymes in Prokaryotic Transcription原核生物转录的模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。

转录的这种选择性称为不对称转录(asymmetric transcription)，它有两方面含义：在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非总是在同一单链上。

全称：依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP）。

RNA合成的化学机制与DNA聚合酶催化DNA合成相似，沿5‘→3’聚合RNA。

DNA 聚合酶在启动DNA 链延长时需要引物存在，而RNA 聚合酶不需要引物就能直接启动RNA 链的延长。

RNA 聚合酶和DNA 的特殊序列——启动子(promoter)结合后，就能启动RNA 合成。

原核生物中的RNA 聚合酶全酶由五个亚基构成，即α2ββ‘σ（ω），分子量达480kD 。

σ亚基能引导RNA-pol 稳定的结合在DNA 启动子上。

σ亚基存在对核心酶的构象有较大影响，能导致RNA-pol 与DNA 上的一般序列和启动子序列的亲和力有很大不同：极大降低了酶与DNA 一般序列的结合常数，和停留时间，同时又增加了酶与启动子的亲合力和停留时间其他原核生物的RNA 聚合酶，在结构、组成、功能上均与E.coli 相似。

抗结核药利福平或利福霉素可专一性地结合RNA 聚合酶的β亚基，抑制RNA 合成。

原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个区 别: 引物酶 ①复制起始时聚合短链RNA 作为引物，以提供3¡¯-O H 末端，使子代D N A 链能够延长。

②d n a G 基因编码，③对利福平不敏感 催化转录的RNA-pol两种酶的异同共同点: 本质上都是一种依赖D N A 的R N A 聚合酶（D D R P ）;催化游离的N T P 聚合。

转录时催化子链延长 对利福平敏感结构基因及其上游(upstream)的调控序列。

启动子(启动序列，promoter)是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。

启动子(promoter)是调控序列的一部分,控制转录的关键部位，决定着基因的表达强度。

第三节原核生物RNA转录合成的过程一、转录起始需要RNA聚合酶全酶RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。

DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。

转录起始过程：1. RNA聚合酶全酶(α2σ'ββ)与模板结合，形成闭合转录复合体(closedtranscription complex) ；2. DNA双链局部解开，形成开放转录复合体(open transcription complex) ；3. 第一个NTP加入，形成转录起始复合物：DNA双链解开的范围只有≈ 17bp，比复制叉小得多。

转录起始生成RNA的5’总是GTP，且保留三个磷酸基团第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。

二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行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；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。

三、原核生物转录终止分为依赖ρ(Rho)因子与非依赖ρ因子两大类转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。

依赖Rho (ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止（一）依赖ρ因子的转录终止ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。

ρ因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。

ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。

目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA 聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA 杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放。

（二）非依赖 Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。

终止点处存在相连的富含GC的回文结构，使RNA转录产物形成发夹形的二级结构，其后又有一段寡聚U第三节真核生物的转录过程真核生物的转录过程比原核复杂。

二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。

一、真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶真核生物具有3种不同的RNA聚合酶:RNA聚合酶Ⅰ（RNA PolⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNA PolⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNA Pol Ⅲ）三种RNA聚合酶均由10～12个大小不同的亚基组成，结构复杂，功能上存在差异。

真核生物RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的结构比原核生物复杂，都由多个亚基组成。

有些亚基是三种酶所共有。

所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基.mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。

因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的。

RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。

RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminal domain, CTD)。

CTD对于维持细胞的活性是必需的。

习题DNA复制和转录过程具有许多异同点,下列关于DNA复制和转录的描述中哪项是错误的?A 在体内只有一条DNA链转录, 而两条DNA链都复制B 在这两个过程中合成方向都为5'→3'C 复制的产物在通常情况下大于转录的产物D 两过程均需RNA为引物E DNA聚合酶I 和RNA聚合酶都需要Mg2+不参与DNA修复的酶是光复活酶引物酶DNA聚合酶ⅠDNA连接酶核酸内切酶切除修复需要核酸内切酶DNA聚合酶DNA连接酶核酸外切酶下列关于σ因子的叙述正确的是A 参与识别DNA模板上转录RNA的特殊起始点B 参与识别DNA模板上的终止信号C 催化RNA链的双向聚合反应D 是—种小分子的有机化合物E 参与逆转录过程RNA聚合酶中促进磷酸二酯键生成的亚基是A 原核RNA聚合酶亚基δB 原核RNA聚合酶亚基αC 原核RNA聚合酶亚基βD 原核RNA聚合酶亚基β’E 原核RNA聚合酶亚基σ催化真核mRNA的转录的酶是A RNA聚合酶IB MtRNA聚合酶C RNA聚合酶ⅢD RNA复制酶E RNA聚合酶Ⅱ二、转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列顺式作用元件(cis-acting element)启动子启动子上游元件（upstream promoter elements）增强子（enhancer）起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATA box)。

通常认为这就是启动子的核心序列。

许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子(initiator，Inr) 。

启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。

增强子是能够与特异基因调节蛋白结合,促进邻近或远隔特定基因表达的DNA 序列。

在所控基因的上游和下游都可发挥作用;总是作用于最近的启动子DNA分子上可影响或调控转录的各种组分统称为顺式作用元件（cis-acting element）。

（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转录合成有关能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子(trans-acting factors) 。

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(transcriptional factors, TF)，通用转录因子，基本转录因子。

TFⅠ、TFⅡ、 TFⅢ中介子是反式作用因子和RNA聚合酶之间的蛋白质复合体，它与某些反式作用因子相互作用，同时能够促进TFⅡH对RNA聚合酶羧基端结构域的磷酸化。

上游因子，与启动子上游元件结合的蛋白质可诱导因子，与增强子等远端调控序列结合的转录因子，只在特定时间和组织中表达而影响转录RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。

通常包括：可诱导因子与增强子的结合;上游因子与启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；在通用转录因子、RNA聚合酶II复合物与可诱导因子、上游因子相互作用时，辅激活因子、中介子起的辅助和中介作用。

因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录。

（三）转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物(pre-initiation complex, PIC) 。