第13章 RNA生物合成

第十三章

RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）

transcription轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)底物(substrate):

NTP(ATP、UTP、GTP、CTP)模板(template)

:DNA酶:依賴DNA的RNA聚合酶,簡稱RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他：蛋白質(zhì)因子、Mg2+、Mn2+第一節(jié)RNA合成中的模板和酶一、轉(zhuǎn)錄模板1結(jié)構(gòu)基因(structuralgene):能轉(zhuǎn)錄出RNA(mRNA、rRNA和tRNA)的DNA區(qū)段。2不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription):DNA的一些區(qū)段可以轉(zhuǎn)錄出RNA，另一些不能轉(zhuǎn)錄出RNA。在DNA雙鏈上，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄區(qū)不總是在同一單鏈上。5’3’5’3’2.方框內(nèi)的DNA區(qū)段為結(jié)構(gòu)基因為模板鏈(templestrand)

按堿基配對規(guī)律指導轉(zhuǎn)錄生成RNA1.箭頭示轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物及轉(zhuǎn)錄方向4.為編碼鏈(codingstrand)5’…GCAGTACATGTC…3’3’…cgtcatgtacag…5’DNA5’…GCAGUACAUGUC…3’mRNAN…AlaValHisVal…C多肽鏈轉(zhuǎn)錄翻譯編碼鏈模板鏈*編碼鏈又稱為有意義鏈，模板鏈又稱為反義鏈RNA聚合酶(DNAdependentRNApolymerase,RNApol)

,全稱依賴DNA的RNA聚合酶(DDRP),也稱轉(zhuǎn)錄酶（transcriptase)。原核生物（E.Coli）RNApol由α2ββ′σ共5個亞基組成。α

2ββ′核心酶(coreenzyme)二、RNA聚合酶α2ββ′

σ全酶(holoenzyme)σ亞基+σ全酶(holoenzyme)

核心酶(coreenzyme)

（一）原核生物的RNA聚合酶β

聚合酶功能σ辨認轉(zhuǎn)錄起始點β′結(jié)合DNA模板（開鏈）大腸桿菌RNA聚合酶亞基的功能α決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄類型主要功能被利福平結(jié)合而抑制ααββ’TTGACATATAAT-35原核生物的RNA聚合酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合σ-10σ70(典型)σ32（應(yīng)激）Heatshockprotein(Hsp)熱激蛋白（二）真核生物的RNA聚合酶真核生物RNApol的種類與功能種類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對鵝膏蕈堿的敏感性RNApolⅠRNApolⅡRNApol

Ⅲ45S是5.8S、18S和28SrRNA的前體hnRNA是mRNA的前體45SrRNA不敏感hnRNA極敏感tRNA、5S-rRNA中度敏感和snRNA小分子核內(nèi)核糖核酸(smallnuclearRNA，snRNA)

真核生物的RNA聚合酶亞基的功能50kD中亞基1α亞基小亞基Ⅰ(10)Ⅱ(7)

Ⅲ(11)σ亞基(識別起始點)類型數(shù)目/每個酶對應(yīng)于原核功能＞100kD大亞基2β和β′亞基(催化)★3種pol的大亞基C末端aa序列均為(YSPTSPS)n;★

n=20-60,與種屬有關(guān),稱羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD);★含帶羥基的Y(酪)\S(絲)\T(蘇),可被磷酸化;★

polⅡ的磷酸化在從轉(zhuǎn)錄起始過渡到延長時重要。PS1S2S3啟動子OPromoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因操縱子

結(jié)合RNA聚合酶表達功能蛋白?I三、RNA聚合酶與模板的辨認結(jié)合操縱子（operon）:

原核生物的轉(zhuǎn)錄單位RNA聚合酶保護法RNA聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點-10轉(zhuǎn)錄開始+1-35模板與酶的辨認結(jié)合TTGACATATAAT（Pribnowbox）RNApol辨認結(jié)合區(qū)轉(zhuǎn)錄起始區(qū)共有序列第二節(jié)RNA生物合成(轉(zhuǎn)錄)過程起始

(initiation)

延長

(elongation)

終止

(termination)（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認-35區(qū)RNApol全酶移向-10區(qū)合成第一個磷酸二酯鍵5’-pppGpN-OH-3’轉(zhuǎn)錄起始復合物RNApol(α2ββ′σ)—DNA—pppGpN-OHσ亞基脫落(進入延長階段)（結(jié)合松弛）（結(jié)合較緊密）轉(zhuǎn)錄起始不需引物！pppG-OH+pppN-OHγβαRNApol5′-pppGpN-OH-3′+PPi1.

亞基脫落，RNA-pol聚合酶核心酶變構(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+PPi（二）轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄空泡(酶-DNA-RNA形成的轉(zhuǎn)錄復合物）RNA穩(wěn)定性：GC>AT>AUtranscriptionbubble

RNApol（核心酶）DNA原核生物轉(zhuǎn)錄延長與蛋白質(zhì)合成同 時進行

多個轉(zhuǎn)錄同時進行原核生物轉(zhuǎn)錄的特點：多聚核糖體(polysome)

（三）轉(zhuǎn)錄終止1.依賴Rho（ρ）因子的轉(zhuǎn)錄終止2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子1.識別結(jié)合富含C的RNA鏈功能2.ATPase活性3.解螺旋酶活性ρ因子+ATP5′3′Polymerase富含C1.依賴Rho（ρ）因子的轉(zhuǎn)錄終止RNApol5′3′RNApol失活ρ因子解螺旋，使RNA脫落RNA轉(zhuǎn)錄后，形成特殊的結(jié)構(gòu)，以終止轉(zhuǎn)錄。2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止特點：1.RNA單鏈內(nèi)部接近終止區(qū)域有富含G-C配對區(qū)，形成穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)。2.在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的下游有polyU結(jié)構(gòu)。莖環(huán)（stemloop）或發(fā)夾（hairpin）結(jié)構(gòu)UUGCAGCCUGAGAAAUCAGGCUGAUGG…5′3′…5′3′自發(fā)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（E.colirpl-L3’末端）第1個莖環(huán)AUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU5′3′UUUU……5′3′自發(fā)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)第2個莖環(huán)UUUU………..5′3′1.莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變RNApol的結(jié)構(gòu)，使其失活2.莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成使轉(zhuǎn)錄復合物趨于解體，polyU加速這一過程。GpN結(jié)構(gòu)基因RNApol識別結(jié)合生成起始復合物轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄終止啟動子終止點pppGpppG原核生物的轉(zhuǎn)錄過程σ二、真核生物的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始點上游-25bp區(qū)段多數(shù)有共同的TATA序列，稱為Hogness盒或TATA盒。不同物種、不同細胞、不同的基因，可以有不同的上游DNA序列，但都可統(tǒng)稱為順式作用元件(cis-actingelement)。（一）轉(zhuǎn)錄起始1.轉(zhuǎn)錄起始點的上游序列(upstreamsquences)與基因表達調(diào)控有關(guān)的DNA非編碼序列，統(tǒng)稱為順式作用元件。真正轉(zhuǎn)錄終止點GCGC-CAAT-TATA..ATGAATAAA修飾點外顯子內(nèi)含子翻譯起始轉(zhuǎn)錄起始TATA盒(Hognessbox)CAAT盒GC盒增強子切離加尾真核生物RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄的基因翻譯終止能直接或間接辨認、結(jié)合順式作用元件，從而調(diào)節(jié)基因表達的一類蛋白質(zhì)因子。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的蛋白質(zhì)因子。2.反式作用因子(trans-actingfactor)轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactor,TF)參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ轉(zhuǎn)錄因子功能TFⅡA穩(wěn)定TFⅡD-DNA復合物TFⅡB促進polⅡ結(jié)合TFⅡDTBP結(jié)合TATA盒TAF輔助TBP-DNA結(jié)合TFⅡEATPaseTFⅡF解螺旋酶TFⅡH蛋白激酶活性,使CTD磷酸化TAF：TBPassociatedfactorsTBP輔因子TBP：TATAbindingproteinTATA結(jié)合蛋白3.轉(zhuǎn)錄起始前復合物(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。ⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化ⅡAⅡBTBPTAFTATA拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間不同方案組合，生成有活性、專一性的復合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。

按不同組合，人類約３.５萬個基因，估計需轉(zhuǎn)錄因子３００余個即可。（二）轉(zhuǎn)錄延長*polⅡ大亞基CTD被TFⅡH磷酸化才能離開起動子區(qū)域并進入延長階段。*真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。*

RNA-pol前移處處都遇上核小體。

*轉(zhuǎn)錄延長過程中隨RNApol前移，可以觀察到核小體移位或解聚現(xiàn)象。轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位和解聚RNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄方向移位RNA-PolRNA-Pol解聚及彎曲（三）真核生物的轉(zhuǎn)錄終止AAUAAAGUGUGUGAATAAAGTGTGT3′processing（核酸內(nèi)切酶）—AAUAAA—Poly(A)NucleaseHelicasehnRNA5’Release轉(zhuǎn)錄終止修飾點pausepolII（一）真核生物mRNA的剪接1.hnRNA(heterogeneousnuclearRNA)富含Ｕ不均一核RNA，核內(nèi)未被剪接的有內(nèi)含子的mRNA前體。2.

snRNA(smallnuclearRNA)種類：U1，U2，U3，U4，U5，U6等。幾個重要概念第三節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄后加工一、真核生物新生mRNA的剪接和修飾核內(nèi)小RNAsnRNP（小分子核糖核蛋白體）(RNA剪接的場所)

核內(nèi)蛋白質(zhì)snRNA4.斷裂基因(splitgene)真核生物的結(jié)構(gòu)基因中，外顯子被內(nèi)含子間隔開，但連續(xù)鑲嵌，為一個連續(xù)完整的蛋白質(zhì)編碼。這種基因稱為斷裂基因。3.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)