RNA生物合成

轉錄【目的與要求】1、掌握轉錄的概念與特點2、掌握并能敘述原核生物與真核生物中RNA聚合酶的組成及功能3、掌握RNA轉錄過程4、掌握mRNA,tRNA與rRNA轉錄后加工過程DNA復制與轉錄的比較復制轉錄相同點模板兩股鏈均復制模板鏈轉錄合成方式半保留復制不對稱轉錄原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶堿基配對A-T，G-CA-U，T-A，G-C產物半保留的雙鏈DNA單鏈RNA不同點以DNA為模板遵循堿基配對原則都需依賴DNA的聚合酶聚合過程都是生成磷酸二酯鍵新鏈合成方向為5’→3’第二節轉錄一、轉錄:由DNA指導的RNA合成,DNA以堿基互補原則，決定合成RNA的全部堿基成分及排列順序，將DNA模板上的遺傳信息傳遞到RNA分子的過程1、反應體系：DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+，合成方向5‘→3’。連接方式---3‘,5’磷酸二酯鍵2、特點：不對稱轉錄---DNA片段轉錄時，雙鏈DNA中只有一條鏈作為轉錄的模板，這種轉錄方式稱作不對稱轉錄

模板鏈及反意義鏈：指導RNA合成的DNA鏈為模板鏈，又稱反意義鏈

編碼鏈及有意義鏈：不作為轉錄的另一條DNA鏈為編碼鏈，又稱有意義鏈由于基因分布于不同的DNA單鏈中，即某條DNA單鏈對某個基因是模板鏈，而對另一個基因則是編碼鏈5’…GCAGTACATGTC…3’3’…cgtcatgtacag…5’DNA5’…GCAGUACAUGUC…3’mRNAN…AlaValHisVal…C多肽鏈轉錄翻譯編碼鏈模板鏈3、原料：四種磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中變為U4、合成過程:連續，方向：5'→3'5、合成部位：細胞核內二、原核RNA聚合酶組成：RNA聚合酶由5個亞基構成，α2ββ‘σ為全酶（分子量為480kD），α2ββ’為核心酶作用：識別DNA分子中轉錄的起始部位。促進與模板鏈結合，并使DNA雙鏈打開17bp。催化NTP的聚合，完成一條RNA鏈的聚合反應。識別轉錄終止信號，停止聚合反應，參與轉錄水平的調控決定基因轉錄的特異性亞基

分子量

每分子酶中所含數目

功能α365122β1506181與轉錄全過程有關β′1556131結合DNA模板σ702631辨認起始位點原核RNA聚合酶各個亞基的作用特點1.聚合速率慢，30-85NTP/秒2.缺乏外切酶活性,無校對功能，錯誤率10-63.不同的σ因子識別不同的啟動子4.可被藥物抑制（利福平）人的RNA聚合酶對利福平不敏感。利用此特點可研制殺菌藥物三、真核RNA聚合酶

真核較原核的酶復雜，已清楚的有RNAPolⅠ,Ⅱ,Ⅲ及Mt四型組成和功能：均由多亞基構成，聚合酶Ⅱ主要負責mRNA的合成；PolⅠ主要負責rRNA的合成；PolⅢ主要負責tRNA和5srRNA的合成四、啟動子與終止子（一）啟動子1、原核啟動子：約55bp,分為起始點（startsite）、結合部位、識別部位起始點：轉錄起始部位以+1表示，轉錄的第1個核苷酸常為嘌呤---G,A

結合部位：約6bp組成,是高度保守區,共有序列為5‘-TATAAT-3’,位于起始點上游-10。因Tm低,DNA易解開雙鏈，為RNA聚合酶提供場所

識別部位：約6bp組成,在-35處,為高度保守區,序列5'-TTGACA-3',s因子識別此部位*-35和-10都是大致位點啟動子：RNA聚合酶結合DNA的部位，包括一些轉錄調控組件TTGACA盒子TATA盒子啟動子區結構基因-10bp+1轉錄初級轉錄物RNA-35bp（二）終止信號特點：終止部位含GC富集區與AT富集區,它們分別形成發卡結構和連續的U區，以終止轉錄

蛋白ρ因子輔助識別終止信號，參與終止五、轉錄過程----轉錄起始1.RNA聚合酶與啟動子的結合（σ亞基辨認-35區）2.DNA雙鏈的打開RNApol（全酶移向-10區）3.RNA鏈上合成第一個磷酸二酯鍵5’-pppGpN-OH-3’σ亞基脫落轉錄過程(二）延長轉錄泡：是由DNA雙鏈,RNA聚合酶與新合成的轉錄本RNA局部形成的結構,它貫穿于延長過程的始終

過程：在起始階段形成第一個磷酸二酯鍵后，RNA聚合酶核心酶沿模板向下游移動，核苷酸之間以3',5'磷酸二酯鍵相連，合成方向5'→3'，合成的RNA自3'末端逐步延長。合成出的RNA與DNA形成雜交分子,約12bp，因結合不緊很易脫離

（三）終止合成移到終止信號時,酶不滑動,聚合停止,轉錄完成

特點：ρ因子參與的終止：r因子與RNA產物中富含C的部位結合,并誘使RNA聚合酶構象改變停止滑動;ρ因子的解螺旋酶活性,利于RNA產物的釋放（一）原核生物的轉錄終止1.依賴ρ因子的轉錄終止2.不依賴ρ因子的轉錄終止ρ因子1.識別結合富含C的RNA鏈功能2.ATPase活性3.解螺旋酶活性四真核生物轉錄特點啟動子復雜,某些基因不含TATAbox，由起動序列參與基本轉錄的開始順式作用元件:真核生物中轉錄起始中起轉錄調控作用的DNA序列

-35區5′-TATA(TATA盒)-70～-110區CAAT盒GC盒（真核TATA序列的位置不像原核-35和-10那樣典型，某些真核生物基因也可以沒有TATA序列）轉錄因子與反式作用因子轉錄因子與反式作用因子:調節基因表達的蛋白為轉錄因子；它們與特異的順式作用元件相互作用,并激活另一基因的轉錄TATATFIIDTFIIATFIIBRNA-polII/TFIIFTFIIEPIC12345轉錄起始復合物結合順序真核轉錄的轉錄終止序列，在3'端之后有共同序列AATAAA及多個GT序列，mRNA在轉錄終止序列處被切斷AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUGAAUAAAGUGUGUG酶切加尾信號GC豐富序列AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUG酶切(繼續轉錄，但5’端沒有“帽子”，產物被降解）加尾轉錄后的加工原核RNA不需加工，邊轉錄邊翻譯真核RNA需要加工rRNAtRNAmRNA5’加帽3’加尾剪接在轉錄過程中轉錄后進行第三節真核生物轉錄后的加工意義：轉錄生成的前體RNA,無生物學活性,需加工變為成熟、有活性的RNA加工種類：剪切與剪接、末端添加核苷酸、修飾、RNA編輯

一、mRNA前體的加工

（一）生成特點：原核：mRNA是多順反子(polycistronic),每分子RNA中含幾種蛋白質信息，RNA壽命短，轉錄沒完時翻譯即開始

例:乳糖操縱子，含Z,Y,A三個基因,分別編碼半乳糖苷酶、透過酶及乙酰基轉移酶

真核：單順反子,一個mRNA僅編碼一種蛋白質

外顯子:在真核生物基因中編碼蛋白質的序列

內含子:非編碼蛋白的序列,因其插于外顯子之間又稱插入序列,居間序列

hnRNA:為mRNA的前體,轉錄物中外顯子與內含子間隔排列，需經剪接加工后生成mRNA（二）mRNA前體加工過程

真核：

5‘末端帽子

部位：核內

3‘端多聚A尾部位：核內,胞質有酶也可進行

剪接作用

部位：胞核甲基化(甲基化發生在剪接之前,在非編碼區分子中含1-2個m6A)RNA編輯(某些mRNA的核苷酸序列,在生成轉錄產物后還需插入、刪除或取代一些核苷酸殘基,方能生成具有正確翻譯功能的模板,遺傳信息在mRNA水平上的改變過程，稱為RNA編輯)原核：多順反子mRNA在RNaseⅢ作用下轉變為單獨的順反子5’加帽pi5’pppG…磷酸酶ppi5’pG…pppG5’GpppG…甲基化酶＋CH3mGpppG…OHOH帽1帽0帽2NNNNOH2NCH3+OHHCH2HOPOPOPOPPPN1N2N3OOHOOHOOHOCH3OCH32'OH79H甲基鳥苷5’，5’-三磷酸3’加尾AAUAAAAAAAAAAAA……….加尾AATAAAGTGTGTG-----AAUAAAGUGUGUGAAUAAAGUGUGUG酶切轉錄的終止加尾信號GC豐富序列polyA尾（約20～200個A）AAAAAA斷裂基因：真核生物的基因由若干個編碼區和非編碼區互相隔開但又連續鑲嵌而成外顯子（exon):基因中出現在mRNA的序列內含子（intron）：基因中不出現于mRNA而被剪接掉的序列核內不均一RNA（hnRNA）：真核生物中編碼蛋白質基因的初級轉錄本，包括5’帽子、3’poly(A)尾、外顯子、內含子，經剪接加工成為mRNA剪接剪接:在細胞核內,hnRNA剪切掉內含子,將多個外顯子連接為成熟mRNA的過程為剪接例:同一轉錄本,在不同的組織,因剪接差異產生各自不同的mRNA剪接的本質：磷酸酯鍵的轉移剪接特點：剪接部位的結構為內含子末端的特定序列，分布在內含子的三個部位，5‘端剪切點為GU;3’端剪切點為AG；靠近3‘端含A序列的分支點mRNA的剪接：

hnRNA被剪接體作用，剪除內含子、連接外顯子，產生成熟的mRNA的過程外顯子內含子DNAmRNA轉錄形成套索RNA，外顯子靠近剪接體去除套索RNA，外顯子連接成熟mRNAmRNA的剪接套索結構外顯子外顯子內含子內含子5’端斷開前一個外顯子的3’末端攻擊下后個外顯子的5末端’前后外顯子的連接二、tRNA前體的加工

1、切除多余的核苷酸：RNasep切除5'端多余的核苷酸；RnaseD切除3'端多余的核苷酸2、剪切內含子：核酸內切酶切除內含子,連接酶進行連接3、修飾與3‘末端加-CCA:修飾包括甲基化,脫氨基,還原反應等，在核苷酸基轉移酶催化下完成3’末端添加CCAtRNA的加工內含子編碼區內切核酸酶外切核酸酶PPP53-OH3’DNA內含子初級轉錄物3端加CCA-OH3P

除去內含子（內切酶與連接酶）CCA-OH

3成熟tRNA5CCA-OH內含子5’和3’端的酶切3’加上CCA去掉內含子特異部位堿基的加工三、rRNA前體的加工

（一）特點：

1、rRNA拷貝多,原核5-10個拷貝;真核:果蠅260個拷貝;Hela細胞1100個拷貝

2、rRNA基因之間以縱向串聯的方式重復排列（二）加工過程1、剪切作用：需核酸酶參與

2、甲基化修飾：修飾在堿基上

3、自我剪接：一種核酶的作用

5S的加工變化不大

原核rRNA加工：rRNA含非轉錄的間隔區，其產物中含tRNA

真核rRNA加工：1.5S自成體系加工少無修飾和剪接。

2.45S加工中含剪切和甲基化