第11章 RNA生物合成
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结合的相邻NTP之间以磷酸二酯键相连，RNA链
5' →3'延长。
（二）原核生物转录的延长
• 转录泡随核心酶滑动而移动，生成的RNA与DNA
模板形成约12bp杂化双链，过长的RNA
脱离模板链，伸出转录泡外。
（三）原核生物转录的终止
• 转录到终止信号时，酶停止滑动，聚合终止。
1.非依赖ρ因子的终止
• 全酶催化与模板配对结合的头 两个NTP（GTP多见，或ATP） 以磷酸二酯键相连成 5'pppGpN-OH-3'，转录泡变为转 录起始复合物RNApol(2')DNA-pppGpN-OH。 • σ因子脱落，核心酶变构，与模 板链结合变松，沿 DNA滑动。
（二）原核生物转录的延长
• 核心酶沿模板链3'→5'滑动，催化与模板碱基配对
（一）原核生物RNA聚合酶
1.组成
• 全酶（2'） • 核心酶（2'）
2.功能
• α亚基决定转录基因的类型和种类； • β亚基催化与模板链配对结合的相邻 NTP 以 3',
5' - 磷酸二酯键聚合；
• β' 亚基促进酶与模板 链结合，并使DNA双 链打开17bp；
• σ 亚基辨认转录起始位点，并与核心酶结合成全
转录概述
• 原料：ATP，UTP，CTP，GTP
• 连接方式：3'，5' - 磷酸二酯键 • 合成方向：5' → 3' • RNA聚合酶 • Mg2+，Mn2+
两个方面
合成的酶学过程
合成的起始信号和终止信号
两个方面
合成的酶学过程
合成的起始信号和终止信号
两个过程
转录
DNA RNA前体
• 转录因子（transcriptional factor, TF）
能直接或间接结合RNA pol的反式作用因子。
参与RNA polⅡ转录的TFⅡ
• TFIID结合TATA盒
• RNA聚合酶结合TFⅡD， 形成闭合的复合物 • 其它TF与RNA聚合酶形 成开放的复合物
参与RNA polⅡ转录的TFⅡ
• GC区形成发卡结构，聚U区配对不稳定，使RNA
释放。
5´
5 ´
2.依赖因子的终止
• 沿RNA链5´→3´滑动的 因子追上RNA pol，并
与RNA中富C区结合，诱使RNA聚合酶构象改变，
因子的解螺旋酶活性使RNA释放。
（四）真核生物转录特点
• 启动子复杂，某些基因不
含TATA box
• DNA在开链前，需多种
4536 a.a.
2152 a.a.
apoB mRNA的编辑加工
二 tRNA的转录后加工
• 串联 tRNA 初级转录产物由 RNase P（内切）从
tRNA 单体的5´端切下单个 tRNA；
• RNA内切核酸酶切除反 密码环前身中内含子， RNA连接酶连接反密码 环； • RNase D（Fra Baidu bibliotek切）从3´ 切下几个核苷酸，核苷 酸转移酶催化3´末端加 上−CCA−OH；
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
每分子RNA中含几种蛋白质信息
例:乳糖操纵子
含 Z,Y,A 三个基因，分别编码半
乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶
• 寿命短
• 转录没完成时翻译即开始，无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
• 寿命短
• 转录没完成时
翻译即开始， 无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
真核生物mRNA的特点
• 单顺反子(monocistronic)
一个mRNA仅编码一种蛋白质
转录起始点 （start site） 结合部位
-10bp区
TATAAT
识别部位
-35bp区
TTGACA
+1
因子识别此部位
Tm低，易解链
2.真核生物启动子
识别部位 -70区
GC盒 CAAT盒
结合部位 -25区
TATAAA
TATA box （Hogness box）
增强子（enhancer） 静息子（silencer）
• 聚合速率慢，30 ~ 50 NTP/s • 无外切酶活性，无校对功能，错误率10-6 • β亚基可被利福平，利福霉素结合、抑制
（二）真核生物RNA聚合酶
种类
转录产物
Ⅰ
45S-rRNA
Ⅱ
hnRNA
Ⅲ
5S-rRNA tRNA snRNA 中度敏感 不敏感 核质 600KD
Mt
线粒体 RNA
鹅膏蕈碱 利福平 亚细胞定位 分子量
酶启动转录。
• 不同的σ识别不同的启动子
σ70：辨认一般转录起始点
σ32：辨认原核生物热休克
基因的转录起始点
真核生物热休克蛋白（heat shock protein, Hsp）与σ32 高度同源
• 全酶（2'）参与转录水平的调控；
• 核心酶（2'）识别转录终止信号，停止 聚合反应。
3.特点
转录后的加工成熟
RNA前体 RNA的过程
第一节 转录 （Transcription）
一 转录模板
不对称转录（asymmetric transcription）
DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转 录的模板，这种转录方式称作不对称转录。
• 模板链（template strand）
反意义链，指导RNA合成的DNA链
功能
• 稳定mRNA结构，维持了mRNA的活性；
• 参与mRNA由核进入胞浆。
3.剪接（splicing）
• hnRNA剪切内含子，拼接外显子，连接为成熟
mRNA的过程
• 剪接部位为内含子末端的特定序列
5´- GU·······AG - 3´
• 机制：套索的形成及二次磷酸酯转移
• 核基质
• snRNA（small nuclear RNA）
4.甲基化
• 甲基化发生在剪接之前，在非编码区分子含1~2个
m6A
5.RNA编辑（RNA editing）
• 遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA
编辑。
• 某些mRNA的核苷酸序列，在生成转录产物后还
需插入、删除或取代一些核苷酸残基，方能生成
具有正确翻译功能的模板。
锥虫细胞色素氧化酶ⅡRNA的编辑
转录因子结合后，RNA
pol 加入形成转录起始前
复合物（pre-initiation
complex，PIC）
• 顺式作用元件（cis-acting element）
转录上游区与转录相关的DNA序列。
• 反式作用因子（trans-acting factor）
能直接或间接辨认、结合转录上游区段DNA的蛋 白质。
转录因子
TFⅡA
TFⅡB TFⅡD TFⅡE TFⅡF
分子量
12，19，35
33 TBP， 38 57(α )34(β ) 30，74
功能
稳定TFⅡD结合
促进polⅡ结合 辨认TATA盒 ATPase 解旋酶
TFⅡH
蛋白激酶，磷酸化 RNApolⅡ大亚基C末端结 构域（CTD）
Department of Genetics and Molecular Biology
耐受 不敏感 核仁 550KD
极敏感 不敏感 核质 600KD
敏感 线粒体 64-68KD
RNA pol Ⅱ
RNA pol Ⅲ
三 启动子和终止信号
（一）启动子（promoter）
• 转录开始进行时，RNA聚合酶与模板结合
的特定部位，也是调控转录的关键部位。
1.原核生物启动子
RNA聚合酶
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
每分子RNA中含几种蛋白质信息
例：乳糖操纵子含 Z，Y，A 三个基因，分别编码
半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶
• 寿命短
• 转录没完成时翻译即开始，无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
• hnRNA(heterogenous RNA)
mRNA前体，经加工修饰后成为成熟的mRNA。
Department of Genetics and Molecular Biology
断裂基因（splite gene）
卵清蛋白基因成熟mRNA与基因DNA杂交电镜所见
真核生物的结构基因（编码序列）中插入若
一 真核生物mRNA前体的加工
卵清蛋白mRNA的生成过程
1. 5´末端加帽
m7GpppN
功能
• 帽子稳定了mRNA结构
• 给核蛋白体提供了识别
的信号
• 核基质
2. 3´末端加尾
• 在polyA聚合酶催化下，
以ATP为原料在修饰点
后逐个加上ATP形成
polyA尾（100～200nt）
• 核基质
水解。
第二节 转录后的加工修饰
转录生成的前体RNA，无生物学活性，需加 工变为成熟、有活性的RNA。
• 末端添加核苷酸（terminal addition） • 剪切、拼接（cleavage，splicing） • 修饰（modification）对碱基和核糖的化学修饰 • RNA编辑（RNA editing）
• 编码链（coding strand）
有意义链，不被转录的DNA单链 其碱基序列除有T无U外，与转录产物RNA相同。
二 RNA聚合酶
• DDRP：DNA-dependent RNA polmerase，RNA
pol
• 原核生物 RNA聚合酶（1种）
• 真核生物 RNA聚合酶（4种）
– RNA pol ，RNA pol Ⅱ，RNA pol Ⅲ， Mt
Department of Genetics and Molecular Biology
Intron的分类
按基因线性表达分为：
• 翻译前切除 • 翻译绕过 • 翻译后切除
Department of Genetics and Molecular Biology
Intron的功能
• 利于物种的进化选择
参与RNA polⅢ转录的TFⅢ
转录终止的修饰
• 编码链的AATAAA及富GT序列转
录出AAUAAA及富GU序列后，在 AAUAAA后约11～13nt的修饰点 （processing）被切断，游离的 mRNA加尾。
• 螺旋酶使在AAUAAA后继续转录出
的RNA脱离模板链，转录终止，
RNA polⅡ脱落，该RNA被RNase
Department of Genetics and Molecular Biology
生物合成RNA的两种方式
RNA转录（RNA transcription）：DNA指 导的RNA合成。 在RNA聚合酶催化下，以
DNA为模板，NTP为原料，合成RNA的过程。
RNA复制（RNA replication）：RNA指导 的 RNA合成。
干非编码序列而被隔开，故称断裂基因。
47
185 51
129 118
143 156
1043
卵清蛋白基因
• 外显子（exon）
原初转录产物通过剪接反应，保留于成熟RNA中的
序列，在基因中对应的DNA序列。
• 内含子（intron）
原初转录产物通过剪接反应，被去除的RNA序列， 在基因中相应的DNA序列。
• 基因表达的调控
Department of Genetics and Molecular Biology
降钙素基因相关肽
大鼠降钙素基因转录体在甲状腺及脑中的不同剪接
MSH:促黑激素 ACTH：促肾上腺皮质激素 Lipotropin：脂解激素 Endorphin：脑内啡 Enkephalin：脑啡肽
（二）终止信号（terminator）
• DNA特定部位含富GC回文区与富AT配对区，转
录后使mRNA形成发卡结构，以终止转录。
四 RNA生物合成过程
3 2 1
转录的起始 RNA链的延 长
终止
（一）原核生物转录的起始
• σ识别起始位点，RNApol全酶解开双链
DNA10～20bp形成转录空泡
因子尚未脱落
长100 – 300nt，已发现U1、 U2、U4、U5、U6。
• 并接体（splicesome）
snRNA和核内蛋白质构成的核 糖核蛋白（snRNP）。能结合 hnRNA内含子区段，使内含子 弯曲，3´和5´靠近，利于剪接。
Intron的分类
按基因类型分为：
第Ⅰ类Intron 线粒体、叶绿体rRNA基因中 第Ⅱ类Intron 线粒体、叶绿体mRNA基因中 第Ⅲ类Intron mRNA基因中 第Ⅳ类Intron tRNA基因中
第十一章 RNA的生物合成
孙 健
E-mail: sunjian1@mail.xjtu.edu.cn
本章要求
• 掌握RNA合成主要方式的特点；
• 熟记原核生物RNA聚合酶全酶的结构；
• 描述原核生物RNA合成的过程；
• 熟悉原核生物和真核生物在转录中DNA模板的结 构特点； • 掌握真核生物mRNA，tRNA，rRNA转录后的加 工过程。
5' →3'延长。
（二）原核生物转录的延长
• 转录泡随核心酶滑动而移动，生成的RNA与DNA
模板形成约12bp杂化双链，过长的RNA
脱离模板链，伸出转录泡外。
（三）原核生物转录的终止
• 转录到终止信号时，酶停止滑动，聚合终止。
1.非依赖ρ因子的终止
• 全酶催化与模板配对结合的头 两个NTP（GTP多见，或ATP） 以磷酸二酯键相连成 5'pppGpN-OH-3'，转录泡变为转 录起始复合物RNApol(2')DNA-pppGpN-OH。 • σ因子脱落，核心酶变构，与模 板链结合变松，沿 DNA滑动。
（二）原核生物转录的延长
• 核心酶沿模板链3'→5'滑动，催化与模板碱基配对
（一）原核生物RNA聚合酶
1.组成
• 全酶（2'） • 核心酶（2'）
2.功能
• α亚基决定转录基因的类型和种类； • β亚基催化与模板链配对结合的相邻 NTP 以 3',
5' - 磷酸二酯键聚合；
• β' 亚基促进酶与模板 链结合，并使DNA双 链打开17bp；
• σ 亚基辨认转录起始位点，并与核心酶结合成全
转录概述
• 原料：ATP，UTP，CTP，GTP
• 连接方式：3'，5' - 磷酸二酯键 • 合成方向：5' → 3' • RNA聚合酶 • Mg2+，Mn2+
两个方面
合成的酶学过程
合成的起始信号和终止信号
两个方面
合成的酶学过程
合成的起始信号和终止信号
两个过程
转录
DNA RNA前体
• 转录因子（transcriptional factor, TF）
能直接或间接结合RNA pol的反式作用因子。
参与RNA polⅡ转录的TFⅡ
• TFIID结合TATA盒
• RNA聚合酶结合TFⅡD， 形成闭合的复合物 • 其它TF与RNA聚合酶形 成开放的复合物
参与RNA polⅡ转录的TFⅡ
• GC区形成发卡结构，聚U区配对不稳定，使RNA
释放。
5´
5 ´
2.依赖因子的终止
• 沿RNA链5´→3´滑动的 因子追上RNA pol，并
与RNA中富C区结合，诱使RNA聚合酶构象改变，
因子的解螺旋酶活性使RNA释放。
（四）真核生物转录特点
• 启动子复杂，某些基因不
含TATA box
• DNA在开链前，需多种
4536 a.a.
2152 a.a.
apoB mRNA的编辑加工
二 tRNA的转录后加工
• 串联 tRNA 初级转录产物由 RNase P（内切）从
tRNA 单体的5´端切下单个 tRNA；
• RNA内切核酸酶切除反 密码环前身中内含子， RNA连接酶连接反密码 环； • RNase D（Fra Baidu bibliotek切）从3´ 切下几个核苷酸，核苷 酸转移酶催化3´末端加 上−CCA−OH；
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
每分子RNA中含几种蛋白质信息
例:乳糖操纵子
含 Z,Y,A 三个基因，分别编码半
乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶
• 寿命短
• 转录没完成时翻译即开始，无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
• 寿命短
• 转录没完成时
翻译即开始， 无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
真核生物mRNA的特点
• 单顺反子(monocistronic)
一个mRNA仅编码一种蛋白质
转录起始点 （start site） 结合部位
-10bp区
TATAAT
识别部位
-35bp区
TTGACA
+1
因子识别此部位
Tm低，易解链
2.真核生物启动子
识别部位 -70区
GC盒 CAAT盒
结合部位 -25区
TATAAA
TATA box （Hogness box）
增强子（enhancer） 静息子（silencer）
• 聚合速率慢，30 ~ 50 NTP/s • 无外切酶活性，无校对功能，错误率10-6 • β亚基可被利福平，利福霉素结合、抑制
（二）真核生物RNA聚合酶
种类
转录产物
Ⅰ
45S-rRNA
Ⅱ
hnRNA
Ⅲ
5S-rRNA tRNA snRNA 中度敏感 不敏感 核质 600KD
Mt
线粒体 RNA
鹅膏蕈碱 利福平 亚细胞定位 分子量
酶启动转录。
• 不同的σ识别不同的启动子
σ70：辨认一般转录起始点
σ32：辨认原核生物热休克
基因的转录起始点
真核生物热休克蛋白（heat shock protein, Hsp）与σ32 高度同源
• 全酶（2'）参与转录水平的调控；
• 核心酶（2'）识别转录终止信号，停止 聚合反应。
3.特点
转录后的加工成熟
RNA前体 RNA的过程
第一节 转录 （Transcription）
一 转录模板
不对称转录（asymmetric transcription）
DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转 录的模板，这种转录方式称作不对称转录。
• 模板链（template strand）
反意义链，指导RNA合成的DNA链
功能
• 稳定mRNA结构，维持了mRNA的活性；
• 参与mRNA由核进入胞浆。
3.剪接（splicing）
• hnRNA剪切内含子，拼接外显子，连接为成熟
mRNA的过程
• 剪接部位为内含子末端的特定序列
5´- GU·······AG - 3´
• 机制：套索的形成及二次磷酸酯转移
• 核基质
• snRNA（small nuclear RNA）
4.甲基化
• 甲基化发生在剪接之前，在非编码区分子含1~2个
m6A
5.RNA编辑（RNA editing）
• 遗传信息在mRNA水平上的改变过程，称为RNA
编辑。
• 某些mRNA的核苷酸序列，在生成转录产物后还
需插入、删除或取代一些核苷酸残基，方能生成
具有正确翻译功能的模板。
锥虫细胞色素氧化酶ⅡRNA的编辑
转录因子结合后，RNA
pol 加入形成转录起始前
复合物（pre-initiation
complex，PIC）
• 顺式作用元件（cis-acting element）
转录上游区与转录相关的DNA序列。
• 反式作用因子（trans-acting factor）
能直接或间接辨认、结合转录上游区段DNA的蛋 白质。
转录因子
TFⅡA
TFⅡB TFⅡD TFⅡE TFⅡF
分子量
12，19，35
33 TBP， 38 57(α )34(β ) 30，74
功能
稳定TFⅡD结合
促进polⅡ结合 辨认TATA盒 ATPase 解旋酶
TFⅡH
蛋白激酶，磷酸化 RNApolⅡ大亚基C末端结 构域（CTD）
Department of Genetics and Molecular Biology
耐受 不敏感 核仁 550KD
极敏感 不敏感 核质 600KD
敏感 线粒体 64-68KD
RNA pol Ⅱ
RNA pol Ⅲ
三 启动子和终止信号
（一）启动子（promoter）
• 转录开始进行时，RNA聚合酶与模板结合
的特定部位，也是调控转录的关键部位。
1.原核生物启动子
RNA聚合酶
原核生物mRNA的特点
• 多顺反子（polycistronic）
每分子RNA中含几种蛋白质信息
例：乳糖操纵子含 Z，Y，A 三个基因，分别编码
半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶
• 寿命短
• 转录没完成时翻译即开始，无加工过程。
Department of Genetics and Molecular Biology
• hnRNA(heterogenous RNA)
mRNA前体，经加工修饰后成为成熟的mRNA。
Department of Genetics and Molecular Biology
断裂基因（splite gene）
卵清蛋白基因成熟mRNA与基因DNA杂交电镜所见
真核生物的结构基因（编码序列）中插入若
一 真核生物mRNA前体的加工
卵清蛋白mRNA的生成过程
1. 5´末端加帽
m7GpppN
功能
• 帽子稳定了mRNA结构
• 给核蛋白体提供了识别
的信号
• 核基质
2. 3´末端加尾
• 在polyA聚合酶催化下，
以ATP为原料在修饰点
后逐个加上ATP形成
polyA尾（100～200nt）
• 核基质
水解。
第二节 转录后的加工修饰
转录生成的前体RNA，无生物学活性，需加 工变为成熟、有活性的RNA。
• 末端添加核苷酸（terminal addition） • 剪切、拼接（cleavage，splicing） • 修饰（modification）对碱基和核糖的化学修饰 • RNA编辑（RNA editing）
• 编码链（coding strand）
有意义链，不被转录的DNA单链 其碱基序列除有T无U外，与转录产物RNA相同。
二 RNA聚合酶
• DDRP：DNA-dependent RNA polmerase，RNA
pol
• 原核生物 RNA聚合酶（1种）
• 真核生物 RNA聚合酶（4种）
– RNA pol ，RNA pol Ⅱ，RNA pol Ⅲ， Mt
Department of Genetics and Molecular Biology
Intron的分类
按基因线性表达分为：
• 翻译前切除 • 翻译绕过 • 翻译后切除
Department of Genetics and Molecular Biology
Intron的功能
• 利于物种的进化选择
参与RNA polⅢ转录的TFⅢ
转录终止的修饰
• 编码链的AATAAA及富GT序列转
录出AAUAAA及富GU序列后，在 AAUAAA后约11～13nt的修饰点 （processing）被切断，游离的 mRNA加尾。
• 螺旋酶使在AAUAAA后继续转录出
的RNA脱离模板链，转录终止，
RNA polⅡ脱落，该RNA被RNase
Department of Genetics and Molecular Biology
生物合成RNA的两种方式
RNA转录（RNA transcription）：DNA指 导的RNA合成。 在RNA聚合酶催化下，以
DNA为模板，NTP为原料，合成RNA的过程。
RNA复制（RNA replication）：RNA指导 的 RNA合成。
干非编码序列而被隔开，故称断裂基因。
47
185 51
129 118
143 156
1043
卵清蛋白基因
• 外显子（exon）
原初转录产物通过剪接反应，保留于成熟RNA中的
序列，在基因中对应的DNA序列。
• 内含子（intron）
原初转录产物通过剪接反应，被去除的RNA序列， 在基因中相应的DNA序列。
• 基因表达的调控
Department of Genetics and Molecular Biology
降钙素基因相关肽
大鼠降钙素基因转录体在甲状腺及脑中的不同剪接
MSH:促黑激素 ACTH：促肾上腺皮质激素 Lipotropin：脂解激素 Endorphin：脑内啡 Enkephalin：脑啡肽
（二）终止信号（terminator）
• DNA特定部位含富GC回文区与富AT配对区，转
录后使mRNA形成发卡结构，以终止转录。
四 RNA生物合成过程
3 2 1
转录的起始 RNA链的延 长
终止
（一）原核生物转录的起始
• σ识别起始位点，RNApol全酶解开双链
DNA10～20bp形成转录空泡
因子尚未脱落
长100 – 300nt，已发现U1、 U2、U4、U5、U6。
• 并接体（splicesome）
snRNA和核内蛋白质构成的核 糖核蛋白（snRNP）。能结合 hnRNA内含子区段，使内含子 弯曲，3´和5´靠近，利于剪接。
Intron的分类
按基因类型分为：
第Ⅰ类Intron 线粒体、叶绿体rRNA基因中 第Ⅱ类Intron 线粒体、叶绿体mRNA基因中 第Ⅲ类Intron mRNA基因中 第Ⅳ类Intron tRNA基因中
第十一章 RNA的生物合成
孙 健
E-mail: sunjian1@mail.xjtu.edu.cn
本章要求
• 掌握RNA合成主要方式的特点；
• 熟记原核生物RNA聚合酶全酶的结构；
• 描述原核生物RNA合成的过程；
• 熟悉原核生物和真核生物在转录中DNA模板的结 构特点； • 掌握真核生物mRNA，tRNA，rRNA转录后的加 工过程。