DNA指导的RNA聚合酶

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 合成需要 RNA 聚合酶。 E.coli 细胞中约 有 RNA 聚合酶分子 3000 个。此酶催化 RNA 主链中 核苷酸间的3’,5’磷酸二酯键的形成，催化反 应速度很快，在37℃时RNA链的延伸可达50～90 个核苷酸/秒。
RNA 的合成是以 DNA 为模板合成核糖核 苷酸链的过程，故称为转录(transcription)。 RNA的合成非常精确，转录没有校正机 制（ proofreading）。由于细胞 RNA 不能自我复 制，故即使偶有差错亦不会遗传下去。
双链 DNA 分子中只有一条链作为 RNA 模板。作 模板的 DNA 链称为反义链，不作模板的 DNA 链称 为有义链。
β’ βα2σω(465000) (见下表)。 全酶形状为椭圆球形 , 可结合约 60 个核苷酸。
E.coli RNA聚合酶的亚基和转录因子
基因名称
基因图上的 位置(min)*
多肽链分 子量
全酶中的 数目
功能
β'rpoC
βrpoB σrpoD
89.5
89.5 66.5
160000
155000 32000－ 92000
• 碱基顺序互补。新生RNA即是模板DNA的 互补体。这说明，在RNA聚合酶参与的反 应中，DNA不但能起动RNA的合成，而且 它也能决定RNA产物的全部碱基顺序。另 一方面，在DNA链上有许多可以构成回文 结构的对称顺序。它是转录调控因子的 识别信号。这都说明模板在转录作用中 所处的重要地位。
（二）、RNA聚合酶对 模板的选择
三、DNA指导的RNA聚合酶 （一）、大肠杆菌RNA聚合酶的结构
大肠杆菌的RNA聚合酶，具有很复杂的结构。 其活性形式 ( 全酶 ) 为 15S，由 5 种不同的多肽链 构 成 ， 按 分 子 量 大 小 排 列 分 别 为 β’(160000),β(155000),σ(32000－92000), α(40000) 和ω(9000)。每分子 RNA 聚合酶除有 两个α亚基外，其余亚基均只有一个，故全酶 为：
1
1 1
与DNA结合
聚合作用的催化位点
识别启动子，起始转录
酶的装配与启动子上游 元件和活化因子结合
αrpoA
ω──
转录因子
72
─
400009000来自21?
ρrho
nusA nusA
84.5 65
46000 69000
6 1
转录终止 转录延长，终止
*基因图是指传统的E.coli的遗传图谱
σ亚基：识别启动子，起始转录。σ亚 基和其他肽链的结合不很牢固，易 脱离全酶。
第七章 RNA的生物合成
一、转录概述 二、转录反应的模板 三、 DNA指导的RNA聚合酶 四、启动子与终止子 五、RNA的酶促合成 六、原核生物RNA的转录后加工 七、真核生物RNA的合成 八、真核生物RNA的转录加工 九、RNA 的生物学功能
第七章 RNA的生物合成 一、转录概述(RNA生物合成概念) 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。
如果 DNA 的两条链均作为 RNA 模板，则 每个基因必将产生两条互补的 RNA。而遗传学证 明每个基因只合成了一条RNA链。即使合成两条 RNA链，其中也只有一条有功能。事实上，在活 体内只存在这两条RNA链中的一条。 如将双链DNA加热使之变性，再加入以 此 DNA 为模板所合成的单链 RNA，进行退火。结 果除复性的 DNA 双螺旋外，还形成了 DNA-RNA 杂 种分子。结果表明只有一条DNA链被转录。
在模板中，基因信息通常是不连续 的。在信息内部或者在信息之间， 往往存在一些不表达的插入顺序及 间隔顺序。这些插入顺序和间隔顺 序一般可能与信息顺序一起转录。
初生RNA中的插入顺序或间隔顺序， 有的在RNA转录后的“加工”过程中 被删除；有一些间隔顺序被保留在 mRNA中，作为多顺反子mRNA合成蛋 白质时的“标点符号”，或在蛋白 质合成中起调控作用（例如，原核 生物mRNA中不同顺反子之间的间隔 顺序）。
模板链 （-链）
3’ 5’
5’
5’ 3’
5’
编码链 （+链）
（一）、模板的必要性
• 实验证明：在RNA聚合酶参与RNA合成的 系统中，若是缺少DNA模板，或者事先用 脱氧核糖核酸酶（DNase）处理，破坏 DNA模板，这个系统就不能合成RNA。若 在这个系统中补加DNA，或者使DNase钝 化，或分离除去DNase，这个系统就能恢 复合成RNA的正常功能。新合成的RNA碱 基顺序完全与该系统中DNA的
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。
• 对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于 两条不同的DNA链上。能够转录RNA的那条 DNA链称为模板链，或负链（-链）；对应的 链称为编码链，即正链（+链）。
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。
(三)、模板中信息连续性
用 RNA 聚合酶在体外对 DNA 双螺旋进行转录， 结果取决于DNA模板受到损伤的程度。
例如将T7 DNA变性，RNA聚合酶能与单 链DNA结合，两条均能被转录。但如果用天然的 完整双链 DNA 为模板，则 RNA 聚合酶仅能和称为 启动子的顺序结合，从而只能转录在活体内被 转录的那条链。 RNA转录还需要两个基本结构元件—— 启动子和终止子。 DNA 链上从启动子到终止子 为止的长度称为一个转录单位。一个转录单位 可以包括一个基因，也可以包括几个基因。