內(nèi)容概要：第一節(jié)依賴DNA的RNA合成一、RNA聚合酶二、模板鏈與非模板鏈三、E.coliRNA聚合酶的組成與功能特征四、轉(zhuǎn)錄的基本過程第二節(jié)RNA合成的起始小結(jié)第三節(jié)RNA合成的終止第四節(jié)真核生物細(xì)胞核RNA聚合酶第六節(jié)以RNA為模板的DNA和RNA合成第五節(jié)新生RNA的剪切和修飾第章RNA的生物合成DNARNA引言生物遺傳信息傳遞的化學(xué)本質(zhì)，在分子水平看就是：復(fù)制特點(diǎn)：DNA雙鏈解開，分別作為模板指導(dǎo)子鏈的合成；復(fù)制本質(zhì)：遺傳信息全部傳遞給子代DNA分子。隨分裂DNA進(jìn)入子細(xì)胞，通過表達(dá)的蛋白質(zhì)控制生長(zhǎng)發(fā)育。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯在生物體體系DNA如何指導(dǎo)RNA合成？生理功能蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者，不同時(shí)期DNA表達(dá)不同蛋白質(zhì)從而控制整個(gè)生命活動(dòng)過程。信息指令的臨時(shí)形式復(fù)制特有信息拷貝成臨時(shí)形式基因表達(dá)的第一步指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成第一節(jié)依賴DNA的RNA合成一、RNA聚合酶——催化RNA合成的酶RNA聚合酶最初是從大腸桿菌（E.coli）中分離得到，當(dāng)時(shí)研究證明，它有如下的作用特點(diǎn)：RNA聚合酶所需模板：雙鏈DNA（DNA是單鏈時(shí)RNA聚合酶活性很低）合成原料：ATP、GTP、CTP、UTP；金屬離子：Mg2+轉(zhuǎn)錄最大特點(diǎn)：信息傳遞具有選擇性①DNA分子只有其中一條鏈作模板；因?yàn)檗D(zhuǎn)錄的RNA只能與變性DNA中的一條鏈形成雜種分子。②轉(zhuǎn)錄的RNA僅拷貝了DNA中的某個(gè)片段；RNA模板鏈RNA聚合酶全稱：依賴DNA的RNA聚合酶，簡(jiǎn)稱RNA聚合酶。非模板鏈歷時(shí)近半個(gè)世紀(jì)已經(jīng)解決的基本問題：1、RNA聚合酶如何催化RNA合成？2、此時(shí)此刻被轉(zhuǎn)錄的信息由誰來識(shí)別？3、RNA合成基本過程如何？Uchoa（西班牙）＆Kornberg因基因表達(dá)研究富有成果分享1959年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)；1965年Jacob＆Monod（法）提出并證實(shí)操縱子學(xué)說與Iwoff分享諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)；1975年Tiemin＆Baltimore由于發(fā)現(xiàn)腫瘤病毒逆轉(zhuǎn)錄酶，共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)；DNADNADNARNA聚合酶轉(zhuǎn)錄泡：~17bp非模板鏈（編碼鏈）模板鏈(非編碼鏈)RNA5′RNA-DNA雜螺旋活性位點(diǎn)：RNA3′端逐個(gè)添加NMP；速度：50~90NMP/s?；钚晕稽c(diǎn)：RNA3′端逐個(gè)添加NMP；速度：50~90NMP/s。RNA聚合酶沿模板鏈從3′→5′移動(dòng)RNA聚合酶沿模板鏈從3′→5′移動(dòng)RNA合成方向5′→3′RNA合成方向5′→3′RNA合成方向5′→3′RNA合成方向5′→3′RNA合成方向5′→3′RNA合成方向5′→3′重纏繞解纏繞E.coli中正在工作的RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程反應(yīng)中心鏈延長(zhǎng)機(jī)制活性中心反應(yīng)？活性中心反應(yīng)？活性中心反應(yīng)？OPAOPTOPGOPCOPAOPTOPGOPCOPGOPCOPAOPT生長(zhǎng)點(diǎn)合成原料：ATPCTPGTPUTP合成原料：ATPCTPGTPUTP進(jìn)入活性位位點(diǎn)NTP由誰確定？POGPPOPG堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)下，由生長(zhǎng)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的模板堿基確定加入的核苷酸解鏈DNA一條鏈作模板RNA5′用于指導(dǎo)RNA合成的鏈叫模板鏈，也稱為負(fù)鏈或無意義鏈。模板鏈互補(bǔ)于模板鏈的DNA鏈叫非模板鏈，也叫正鏈或有意義鏈。非模板鏈5′GACAACTTGAGAACCG3′非模板鏈（編碼鏈）3′CTGTTGAACTCTTGGC5′模板鏈5′AACUUGAGAA3′←RNA5′AACUUGAGAA3′←RNA因?yàn)檗D(zhuǎn)錄的RNA鏈與非模板鏈的堿基順序是相同的（RNA中U替代T）。二、模板鏈與非模板鏈

DNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNA分子的過程稱轉(zhuǎn)錄（transcription

）。在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是RNA前體（RNAprecursor），需經(jīng)加工過程（processing）方具有生物學(xué)活性。

反應(yīng)體系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向5'→3'。連接方式--3',5'磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄--DNA片段轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈DNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。模板鏈(templatestrand)：指導(dǎo)RNA合成的DNA鏈為模板鏈，又稱負(fù)鏈。

編碼鏈(codingstrand)及有意義鏈(sensestrand)：不作為轉(zhuǎn)錄模板的另一條DNA鏈為編碼鏈，又稱有正鏈。基因分布于不同的DNA單鏈中，即某條DNA單鏈對(duì)某個(gè)基因是模板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。原料：四種磷酸核苷NTP。合成過程:連續(xù)。方向：5‘→3’從頭合成,5′—末端的起始核苷酸常為GTP或ATPRNA聚合酶全酶：亞基基因相對(duì)分子量組分功能αββ′σrpoArpoBrpoCrpoD4.0×1041.55×1051.6×1058.5×104核心酶核心酶核心酶σ因子結(jié)合啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合核苷酸結(jié)合膜板DNA轉(zhuǎn)錄起始每個(gè)分子含5個(gè)亞基：α2ββ′-核心酶σ-起始因子DNAββ′αασ三、E.coliRNA聚合酶的組成與功能特征RNA聚合酶放大！結(jié)合在啟動(dòng)子部位的RNA聚合酶ββ′αασσ因子的功能σ功能①σ功能②②核心酶的別構(gòu)效應(yīng)物；全酶方能專一性識(shí)別出啟動(dòng)子并結(jié)合到該部位。RNA聚合酶σ因子③不同σ因子啟動(dòng)不同基因的轉(zhuǎn)錄；一種σ因子也可啟動(dòng)不同基因的轉(zhuǎn)錄。①負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始。當(dāng)轉(zhuǎn)錄起始后，它將脫離核心酶。σ功能③因子被啟動(dòng)基因功能－35區(qū)間距－10區(qū)

σ70rpoD許多TTGACA16~18TATAATσ32rpoH熱休克TCTCNCCCTTGAA13~15CCCCATNTAσ54rpoN參與氮代謝CTGGNA6TTGCA大腸桿菌σ因子與對(duì)應(yīng)基因及啟動(dòng)子負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄工作。即轉(zhuǎn)錄一旦起始，σ因子脫離核心酶，后續(xù)的工作則由它完成。它很高的連續(xù)特性，使轉(zhuǎn)錄直向終止子。DNA局部解鏈作用即核心酶所到之處被結(jié)合的DNA約有17bp被臨時(shí)解開。轉(zhuǎn)錄不同基因可用一種核心酶，只是起始所需σ因子不一樣。核心酶四、轉(zhuǎn)錄的基本過程起始延伸RNA聚合酶從起始位點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄，合成pppNpN后，σ因子解離。延伸由核心酶完成。核心酶沿DNA模板鏈從3′→5′移動(dòng)在反應(yīng)中心于RNA3′逐個(gè)添加核苷酸。RNA聚合酶終止遇到終止子后，RNA自動(dòng)脫離核心酶或在ρ因子幫助下脫離核心酶，終止合成。核心酶從DNA解離，進(jìn)入下一輪合成過程。核心酶終止子第二節(jié)RNA合成的起始核心酶σ5′GCCAUGAATTGACACCAGAGAGCCGGAAAGAACATATAATCACCACACCAACGA3′ADNA模板鏈對(duì)RNA合成起指導(dǎo)作用的第一個(gè)堿基計(jì)為+1區(qū)；也叫起始位點(diǎn)；在編碼鏈中一般為A或G。DNA編碼鏈正區(qū)負(fù)區(qū)－10區(qū)（σ70因子與之結(jié)合常數(shù)1012~14）－35區(qū)（σ70因子與之結(jié)合常數(shù)108~9）RNA聚合酶向起始位點(diǎn)移動(dòng)啟動(dòng)子：DNA分子中用于轉(zhuǎn)錄起始的特殊序列。盒子盒子pppApN3′OHRNA合成起始，σ脫離下游上游起始位點(diǎn)RNA合成從起始位點(diǎn)開始，其上游存在σ因子識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)，起始位點(diǎn)與上游的σ因子識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)構(gòu)成啟動(dòng)子。起始位點(diǎn)起始位點(diǎn)核心酶σσσσσ核心酶核心酶對(duì)于一個(gè)特定的基因來說，編碼鏈可以是給定染色體DNA雙鏈中的任意一條。例如腺病毒（引起脊椎動(dòng)物上呼吸道感染的病毒）基因組編碼的遺傳信息如下。DNA3′5′3′5′3.6×104bp3′5′編碼3′5′編碼3′5′編碼3′5′編碼5′3′5′3′轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA重疊基因兩條鏈不同時(shí)期分別作模板重疊基因兩條鏈不同時(shí)期分別作模板重疊基因兩條鏈不同時(shí)期分別作模板基因與DNA：①原核細(xì)胞、病毒DNA中基因可重疊；②生物體系基因轉(zhuǎn)錄具有不對(duì)稱性：此時(shí)此刻被打開的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，只是DNA分子中的一條鏈起模板作用；它與DNA兩條鏈在不同時(shí)期分別作模板并不矛盾。足跡法：利用DNA序列分析原理建立的一種DNA特定序列或基因檢測(cè)（定）技術(shù)。32P32P①DNA一條鏈末端被放射性標(biāo)記的溶液（如32P-DNA）加入RNA聚合酶不加入RNA聚合酶②同種溶液分成兩份限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶③保溫、酶切④變性、電泳③保溫、酶切④變性、電泳當(dāng)RNA聚合酶結(jié)合DNA后，限制性內(nèi)切酶的一些切割位點(diǎn)被遮蓋，切割次數(shù)減少，相比較溶液中缺少某些長(zhǎng)度的DNA。酶作用結(jié)果酶作用結(jié)果＋－PAGE放射自顯影DNA遷移方向失去的區(qū)帶，表明是RNA聚合酶結(jié)合DNA的位點(diǎn)加入RNA聚合酶不加入RNA聚合酶加入RNA聚合酶不加入RNA聚合酶失去的區(qū)帶，表明是RNA聚合酶結(jié)合DNA的位點(diǎn)失去的區(qū)帶，表明是RNA聚合酶結(jié)合DNA的位點(diǎn)被結(jié)合蛋白保護(hù)的樣品在電泳圖缺少的譜帶處留下空白，即所謂的“足跡”。用這種方法可了解RNA聚合酶結(jié)合的DNA順序第三節(jié)RNA合成的終止真核生物中轉(zhuǎn)錄終止過程仍不清楚，在E.coli染色體DNA中已知的至少有兩種終止信號(hào)：①依賴于ρ因子（蛋白質(zhì)）的終止子；②不依賴于ρ因子的終止子。第十二章RNA的代謝不依賴于ρ因子的終止子有兩個(gè)特性：1、具有轉(zhuǎn)錄成自身互補(bǔ)序列的區(qū)域，它能在RNA鏈末端之前15~20個(gè)核苷酸為中心處形成一個(gè)發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠的形成能打斷轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中的RNA-DNA雜交部分，使RNA從整個(gè)復(fù)合物解離。2、由模板鏈上polyA轉(zhuǎn)錄而成的RNA3′端具有polyU序列RNA-polyU與DNA-polyA結(jié)合很不穩(wěn)定，很容易從模板DNA上解離而終止合成。GCCGCGCGCGAUGCCC3′OHAAUUGAC5′富含G∶C發(fā)夾結(jié)構(gòu)UUUUUUUUUUpolyU不依賴于ρ因子的終止信號(hào)AUGCGC3′OHAUU5′GCUAAUAUCGUUUUC發(fā)夾結(jié)構(gòu)CAAUCAACAC無polyU依賴于ρ因子的終止信號(hào)3′5′轉(zhuǎn)錄酶UUUUU3′5′UUUUUUUUUU依賴于ρ因子的終止信號(hào)不依賴于ρ因子終止信號(hào)中的polyU與模板結(jié)合疏松，會(huì)使得RNA與模板結(jié)合不牢固很容易從復(fù)合體解離。后者則沒有polyU，因此需要ρ因子幫助不依賴于ρ因子的終止信號(hào)不依賴于ρ因子的終止信號(hào)不依賴于ρ因子的終止信號(hào)依賴于ρ因子的終止信號(hào)依賴于ρ因子的終止信號(hào)富含GC第四節(jié)真核生物細(xì)胞核RNA聚合酶RNA聚合酶功能Ⅰ僅負(fù)責(zé)核糖體rRNA18S、5.8S、28S的前體Ⅱ基本功能是合成mRNA及一些特殊RNAⅢ合成tRNA、5SrRNA和一些其它特殊小分子RNA各種調(diào)節(jié)順序TATAAAYYANYYTATATA盒子Inr順序5′3′RNA聚合酶識(shí)別的啟動(dòng)子的一般順序?yàn)樘攸c(diǎn)：1、全酶結(jié)構(gòu)比原核生物的復(fù)雜，起始因子（σ因子）種類多；2、已發(fā)現(xiàn)的有聚合酶有三種；合成過程與原核細(xì)胞基本相同；3、線粒體中具有不同于原核生物中的RNA聚合酶（小分子量）。1、E.coli新合成的RNA5′端第一個(gè)堿基一般是那種堿基？2、DNA雙鏈在特定時(shí)期只有一條鏈可轉(zhuǎn)錄，而另一條鏈不會(huì)被轉(zhuǎn)錄，這叫作不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。用作模板的哪條鏈叫有意義鏈或正鏈。學(xué)術(shù)界是這種說法嗎？3、RNA聚合酶合成RNA是從什么樣的位點(diǎn)開始的？4、σ因子為起始因子，是否只參與RNA合成的全過程？RNA開始合成多少個(gè)核苷酸才算起始完畢？請(qǐng)回答下面問題：真核生物RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄過程所需的蛋白質(zhì)因子轉(zhuǎn)錄因子亞基數(shù)Mr(kd)功能起始階段RNA聚合酶Ⅱ1210~22催化RNA合成TBP（TATA盒138專門識(shí)別TATA盒子結(jié)合蛋白）TFⅡA312，19。35穩(wěn)定TFⅡB和TFP對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合TFⅡB135結(jié)合于TFP；組裝PolⅡ-TFⅡF復(fù)合物TFⅡD1215~25和正調(diào)節(jié)、負(fù)調(diào)節(jié)蛋白相互作用TFⅡE234，57組裝TFⅡH；ATP和解旋酶活性TFⅡF230，74緊密結(jié)合于PolⅡ，結(jié)合TFⅡB，防止RNA聚合酶結(jié)合于非特異DNA順序TFⅡH1235~89啟動(dòng)子DNA解螺旋，磷酸化RNA聚合酶，組裝核苷酸切割修復(fù)復(fù)合物；轉(zhuǎn)錄因子亞基數(shù)Mr(kd)功能起始階段RNA聚合酶Ⅱ1210~22催化RNA合成TBP（TATA盒138專門識(shí)別TATA盒子結(jié)合蛋白）TFⅡA312，19。35穩(wěn)定TFⅡB和TFP對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合TFⅡB135結(jié)合于TFP；組裝PolⅡ-TFⅡF復(fù)合物TFⅡD1215~25和正調(diào)節(jié)、負(fù)調(diào)節(jié)蛋白相互作用TFⅡE234，57組裝TFⅡH；ATP和解旋酶活性TFⅡF230，74緊密結(jié)合于PolⅡ，結(jié)合TFⅡB，防止RNA聚合酶結(jié)合于非特異DNA順序TFⅡH1235~89啟動(dòng)子DNA解螺旋，磷酸化RNA聚合酶，組裝核苷酸切割修復(fù)復(fù)合物；轉(zhuǎn)錄因子亞基數(shù)Mr(kd)功能起始階段RNA聚合酶Ⅱ1210~22催化RNA合成TBP（TATA盒138專門識(shí)別TATA盒子結(jié)合蛋白）TFⅡA312，19，35穩(wěn)定TFⅡB和TFP對(duì)啟動(dòng)子的結(jié)合TFⅡB135結(jié)合于TFP；組裝PolⅡ-TFⅡF復(fù)合物TFⅡD1215~25和正調(diào)節(jié)、負(fù)調(diào)節(jié)蛋白相互作用TFⅡE234，57組裝TFⅡH；ATP和解旋酶活性TFⅡF230，74緊密結(jié)合于PolⅡ，結(jié)合TFⅡB，防止RNA聚合酶結(jié)合于非特異DNA順序TFⅡH1235~89啟動(dòng)子DNA解螺旋，磷酸化RNA聚合酶，組裝核苷酸切割修復(fù)復(fù)合物；第五節(jié)新生RNA的剪切和修飾除去內(nèi)含子的剪切5′AAA（A）3′RNA聚合酶初始轉(zhuǎn)錄完成轉(zhuǎn)錄和5′端加帽子外顯子5′剪切去除內(nèi)含子，拼接外顯子；多腺苷酸化3′端加尾巴內(nèi)含子內(nèi)含子編碼區(qū)第一類剪切——在GMP、GDP或GTP輔因子參與下，RNA自身剪切。鳥嘌呤核苷3′—OH作為親核基團(tuán)進(jìn)攻內(nèi)含子5′末端剪切接點(diǎn)的磷酸基團(tuán)UApGpU外顯子外顯子5′3′外顯子pU3′－OH5′內(nèi)含子剪切的RNAGpAGUp外顯子3′內(nèi)含子內(nèi)含子+5′3′外顯子外顯子pUpUUApGpU外顯子外顯子5′3′UApGpU外顯子外顯子5′3′內(nèi)含子內(nèi)含子pG3′－OHpG3′－OHpG3′－OH第二類RNA的自剪切2′OH內(nèi)含子中的一個(gè)特異腺嘌呤核苷酸殘基2′OH作為親核劑進(jìn)攻5′端剪切點(diǎn)形成的套索結(jié)構(gòu)GACA放大外顯子5′端的3′OH作為親核劑進(jìn)攻下游剪切接點(diǎn)完成剪接反應(yīng)U-3′OH內(nèi)含子5′GpAp3′至3′末端pU內(nèi)含子內(nèi)含子pU5′UpU內(nèi)含子pCpApApU5′3′初始轉(zhuǎn)錄物外顯子外顯子UpGAGAA2′OH2′OHGG放大放大AA內(nèi)含子2′，5′-磷酸二酯鍵3′—磷酸酯鍵斷裂第六節(jié)以RNA為模板的DNA和RNA合成RNA逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯一、逆（反）轉(zhuǎn)錄酶一些感染動(dòng)物細(xì)胞的病毒含有存在與病毒顆粒中的反轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase)，這是一種依賴RNA的DNA聚合酶。感染后，單鏈RNA病毒基因組（約10000核苷酸長(zhǎng)）和酶一起進(jìn)入宿主細(xì)胞。反轉(zhuǎn)錄酶催化互補(bǔ)于病毒的一條DNA鏈的合成，形成RNA-DNA雜種分子，該酶同時(shí)能降解其