第十一章RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）RNABiosynthesis,Transcription轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別模板和酶TemplatesandEnzymes第一節(jié)一、轉(zhuǎn)錄模板DNA分子上能夠轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。DNA雙鏈中能夠按照堿基互補(bǔ)規(guī)律指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)；相對的另一股單鏈稱為編碼鏈(codingstrand)。有意義鏈，無意義鏈（反義鏈）5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一特定區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶

（以E.coli為例，五聚體）核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)熱休克蛋白在體內(nèi)有著廣泛的功能、涉及了應(yīng)激、免疫、蛋白質(zhì)折疊等多方面。熱休克蛋白（heatshockproteins,HSPs）是指細(xì)胞在高溫（熱休克）或其他應(yīng)激原作用下所誘導(dǎo)生成或合成增加的一組蛋白質(zhì)。當(dāng)溫度升高到一定程度時，大部分蛋白質(zhì)已經(jīng)停止合成，而HSPs仍能繼續(xù)合成，原因就在于HSPs使用與一般蛋白質(zhì)不同的σ亞基（σ32，本身也是一種HSPs）（二）真核生物的RNA聚合酶

三、RNA聚合酶結(jié)合到DNA的啟動子上啟動轉(zhuǎn)錄原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結(jié)構(gòu)基因及其上游的調(diào)控序列。

啟動子(promoter)指RNA聚合酶識別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。原核生物啟動子序列按功能的不同可分為三個部位，即起始部位、結(jié)合部位、識別部位。5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-pol開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33起始部位：

指DNA分子上開始轉(zhuǎn)錄的部位，該部位含有與轉(zhuǎn)錄生成新生RNA鏈的第一個核苷酸互補(bǔ)的堿基，將該堿基的序號定為+1。識別部位：RNA聚合酶σ因子的識別部位。中心部位在–35bp處,堿基序列具有高度保守性，該序列的一致性序列為TTGACA。結(jié)合部位：

RNA聚合酶的結(jié)合的部位，其長度為7bp，中心部位在–10bp處，一致性序列為TATAAT序列，故稱之為TATAbox(Pribnowbox)。識別部位和結(jié)合部位都富含AT堿基，因此雙鏈DNA易發(fā)生解鏈，有利于RNA聚合酶的結(jié)合。轉(zhuǎn)錄過程TheProcessofTranscription

第二節(jié)

2.DNA雙鏈解開(20bp以下)1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合

3.在轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)，RNA聚合酶催化發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成四磷酸二核苷酸，與全酶、DNA模板共同組成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pppG-OH

(GTP)+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi轉(zhuǎn)錄起始過程(不需要引物)（二）轉(zhuǎn)錄延長1.亞基脫落，核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n+NTP(NMP)n+1

+PPi5’3’5’5’3’3’轉(zhuǎn)錄空泡（transcriptionbubble）：也稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，是由RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體。

第一個磷酸二酯鍵生成后,亞基從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，形成轉(zhuǎn)錄空泡。核心酶沿模板DNA前移，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延長階段。RNA-pol（核心酶）-DNA-RNA5DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性原核生物的mRNA無需加工轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)5555’5’3’3’回文序列終止子：DNA模板上能夠在轉(zhuǎn)錄即將結(jié)束時，提供終止信號的序列，稱為終止子（terminator）。通常為一段被間隔開的回文序列，存在于RNApol已經(jīng)轉(zhuǎn)錄過的序列中。（三）轉(zhuǎn)錄終止2.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止

◆Rho因子是rho基因的產(chǎn)物，廣泛存在于原核和真核細(xì)胞中，由6個亞基組成，分子量300KD。Rho因子結(jié)合在新生的RNA鏈上，由5’端向3’端利用ATP水解供能快速移動。◆Rho因子有ATP酶的活性和解螺旋酶的活性ρ因子

DNARNARNA聚合酶富含C莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，阻礙前移；使雜交雙鏈易于解離，轉(zhuǎn)錄復(fù)合物解體，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG5335RNA-pol轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)：1、不對稱性2、連續(xù)性3、單向性4、有特定的起始和終止位點(diǎn)二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物和原核生物的RNA-pol種類不同，結(jié)合模板的特性不一樣。轉(zhuǎn)錄起始時，原核生物RNA-pol可直接結(jié)合模板，而真核生物的RNA聚合酶需與多種蛋白因子的相互作用才能結(jié)合模板。增強(qiáng)子

調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATATATA盒CAAT盒GC盒

轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動子保守序列

真核生物編碼基因兩側(cè)的DNA序列，可影響自身基因的表達(dá)活性，通常是非編碼序列，包括啟動子、增強(qiáng)子、沉默子1.轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段

順式作用元件(cis-actingelement)2.轉(zhuǎn)錄因子能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ

TBP:TATA結(jié)合蛋白,TAF:TBP輔因子CTD:RNA聚合酶大亞基羧基末端的結(jié)構(gòu)域3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化（二）轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位和解聚轉(zhuǎn)錄方向5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）真核生物轉(zhuǎn)錄終止——和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級RNA轉(zhuǎn)錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初級RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過加工，才能成為具有功能的成熟的RNA。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾

5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子結(jié)構(gòu)5’5’m7GpppNppolyA75pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶Pi帽子結(jié)構(gòu)的意義：可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-bindingcomplexofprotein)結(jié)合，并參與mRNA和核糖體的結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)的生物合成。（二）mRNA的剪接1.

hnRNA和snRNA核內(nèi)的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)，也稱為核內(nèi)不均一RNAsnRNA(smallnuclearRNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核蛋白體（snRNP）snRNA雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABDA、B、C、D都是編碼區(qū)非編碼區(qū)2.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA4.mRNA的剪接——除去hnRNA中的內(nèi)含子，連接外顯子。snRNP與hnRNA結(jié)合成為剪接體，使內(nèi)含子彎曲，相鄰的兩個外顯子相互靠近，便于剪接。②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

(twicetransesterification)

?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可以有多種用途的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。（三）mRNA的編輯(mRNAediting)人類apoB基因mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯mRNA6666位C脫氨基變?yōu)閁，三聯(lián)體密碼子CAA變?yōu)榻K止密碼子UAA二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNaseP、內(nèi)切酶，連接酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UD（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)

如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)

如：AI如：GmG（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S四、核酶核酶(ribozyme)

具有酶促活性的RNA稱為核酶。最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)——錘頭結(jié)構(gòu)(hammerheadstructure)除rRNA外，tRNA、