RNA转录与转录后加工

第7章 RNA转录与转录后加工

1 本章主要内容

1)转录的基本概念

2)大肠杆菌RNA聚合酶及其转录

3)真核生物的RNA聚合酶及其转录

4)RNA的转录后加工和反转录

2 教学目的和要求

通过本章学习，掌握转录的基本概念，原核转录的主要参与者（RNA聚合酶和启动子）以及原核转录的过程（起始、延伸和终止）。

1)掌握真核转录的三种主要RNA聚合酶、所转录的基因类型和参与转录过程各种因

子等。

2)了解不同前体RNA的加工机制。

3)了解反转录的特点

3 重点难点

1) 转录

2) 大肠杆菌RNA聚合酶、原核转录的过程

3) 真核生物的RNA聚合酶、真核转录过程、转录因子

4) RNA的转录后加工、反转录

4 教学方法与手段

讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。

5 授课内容

1)RNA转录概述

2)细菌基因的转录

3)真核生物的转录

4)RNA的转录后加工

5) RNA的反转录

第一节 RNA转录概述

一、信使的发现

•1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行实验：

–若加入RNA酶，则蛋白质合成就停止；

–若再加入来自酵母的RNA，又可合成蛋白质。

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：经过一段时间又发现被标记的RNA在细胞质中，

•这表明什么？

•1956年E. Volkin和L.Astrachan：

•用同位素脉冲一追踪标记

•表明T2噬菌体新合成的RNA的碱基比和自身的DNA碱基比相似，而和细菌的碱基比不同。T2感染细菌时注入的是DNA，而在细胞里合成的是RNA。

•这表明什么？

•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“杂种”链，而不能和E.coli的DNA进行杂交。

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5 105bp,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。

二、几个基本概念

•转录(transcription):是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4

种rNTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。

•在有些病毒中，RNA也可以指导合成RNA。

•转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。

三、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。

确定有义链

•1963 J.Marmur和Doty Spiegelnan区分有义链。采用枯草杆菌的SP8噬菌体为材料，SP8 DNA 双链有“ 轻”、“ 重”差异明显。

•现在将作为转录模板的DNA单链称为模板链或反义链（antisen strand），

•非模板链称为有义链（sense strand）或编码链。

•在体外DNA的两条链都可作为RNA合成的模板。

•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0︒C时需13秒钟才能加上一个核苷酸，但在37︒C每秒就可加上40个核苷酸; •利用这个差别以14C来标记U, 在0︒C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。

四、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；

(5) 聚合酶系不同。

第二节细菌基因的转录

一、细菌的RNA聚合酶

1. 全酶(Holo Enzyme)和核心酶(Core Enzyme)

(1) 全酶（Holo Enzyme）

•用于转录的

•依靠空间结构与DNA模板结合(σ与核心酶结合后引起的构象变化)

•专一性地与DNA序列(启动子)结合

•结合常数：1014／mol

•半衰期：数小时（107／mol 1秒以下）

•转录效率低，速度缓慢（σ的结合）

（2）核心酶（Core Enzyme）

•作用于转录的延伸过程（终止）

•依靠静电引力与DNA模板结合（蛋白质中碱性基团与DNA的磷酸根之间）•非专一性的结合（与DNA的序列无关）

•结合常数：1011／mol

•半衰期：60秒

E.Coli RNApol 的亚基组成

core enzyme

（3）全酶的组装过程

•此外，新发现的一种ω亚基的功能尚不清楚。

2. 各亚基的特点和功能

（1）σ因子

• σ因子可重复使用

• 修饰RNApol构型

• 使Holo Enzyme 识别启动子的Sextama Box(－35区),并通过σ与模板链结合

E.coli中不同的 因子可识别不同的启动子

（2）α因子

•核心酶的组建因子

•促使RNApol 与DNA模板链结合