执行生命功能、表现生命特征的主要物质是蛋白质分子。DNA贮存着决定生物特征的遗传信息，只有通过蛋白质才能表达出它的生命意 义，直接决定蛋白质合成及蛋白质特征的不是RNA而是DNA,因而人们确定DNA是遗传信息贮存者后就推测DNA是通过RNA去决定蛋白质合 成的。50年代未RNA聚合酶的发现开始证实了这一推测。 以DNA为模板合成RNA的过程称为转录(transcription),转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息朋DNA向RNA传递过程，也 是基因表达的开始（图I7-l)。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做依赖DNA的RNA聚合酶(DNA-dependentRNA polynerase,DDRP)。转录产生初级转录物为RNA前体(RNa precursor),它们必须经过加工过程变为成熟的RNA,才能表现其生物活性。 X00i0o0o00000c00o08000000o00☒x T R AN S C R I P T IO N mRNA RNA 17-1 Expression of genetic information bytranscription.[Note:RNAs shown are eukaryotic.] 第一节转录作用 RNA的转录合成从化学角度来讲类似于DNA的复制，多核苷酸链的合成都是以5'一→3'的方向，在3'-OH末端与加入的核苷酸磷酸二酯键， 但是，由于复制和转录的目的不同，转录又具有其特点：(1)对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因的转录都受到 相对独立的控制（图17-2）；(2)转录是不对称的。(3)转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。 一、依赖DNA的RNA聚合酶 真核和原核细胞内都存在有DDRP,迄今发现的DDRP的有以下特点：@以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模 板，这条链叫做模板链(templatestrand),又叫做无意义链。DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫做有意义链，编码链的的 序列与转录本RNA的序列相同，只是在编码链上的T在转录本RNA为U,由于RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的，所以这种转 录方式又叫做不对称转录。②都以四种三磷酸核苷的底物，原料；③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U,T=A,C=G,合成与模 板DNA序列互补的RNA链。④RNA链的延长方向是5'→3'的连续合成。⑤需要Mg2+或M2+离子。⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏 3'→5'外切酶活性，所以没有校正功能。 RNA Y-TOCACAICS 3RNAS 模板链 上1编码宽 十 ACGTGTAG CATCGTA 数色体 雄因a 些因b 基因 是因d TOCACATC GTAGCAT DNA 3- 銳码健 棋板证 RNA 图17·2细菌染色体上几个基因转录的方向及所用模板 RNA聚合酶催化下列反应： ATP 十 n:GTP RNA案合酵 DNA,M*被Mo RNA+(n+na十n+n,)ppi nUTP] 大肠杆菌RNA聚合酶的研究得比较透彻的，这是一个分子量达50多万，全酶由五咱亚基组成，去掉δ亚基的部分称为核心酶，核心酶本身 就能催化苷酸间磷酸二酸键形成。利福平和利福霉素能结合在β亚基上而对此酶发生强烈的抑制作用。B亚基似乎是酶和核苷酸底物结合的部 位。细胞内转录是在DNA特定的起始点上开始的，δ亚基的功能是辨认转录起始点的。阝'亚基是酶与DNA模板结合的主要成分。a亚基可能与 转录基因的类型和种类有关。 表17-1大肠杆菌RNA聚合酶 亚单位 分子量 亚单位数目 功能 36512 决定哪此基因被转录 150618 1 与转录全过程有关
执行生命功能、表现生命特征的主要物质是蛋白质分子。DNA贮存着决定生物特征的遗传信息，只有通过蛋白质才能表达出它的生命意 义，直接决定蛋白质合成及蛋白质特征的不是RNA而是DNA，因而人们确定DNA是遗传信息贮存者后就推测DNA是通过RNA去决定蛋白质合 成的。50年代末RNA聚合酶的发现开始证实了这一推测。 以DNA为模板合成RNA的过程称为转录（transcription）。转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息朋DNA向RNA传递过程，也 是 基 因 表 达 的 开 始 （ 图 17-1 ） 。 转 录 也 是 一 种 酶 促 的 核 苷 酸 聚 合 过 程 ， 所 需 的 酶 叫 做 依 赖 DNA 的 RNA 聚 合 酶 （ DNA-dependentRNA polynerase ,DDRP）。转录产生初级转录物为RNA前体（RNa precursor），它们必须经过加工过程变为成熟的RNA，才能表现其生物活性。 图17-1 Expression of genetic information bytranscription.[Note:RNAs shown are eukaryotic.] 第一节 转录作用 RNA的转录合成从化学角度来讲类似于DNA的复制，多核苷酸链的合成都是以5’→3’的方向，在3’-OH末端与加入的核苷酸磷酸二酯键， 但是，由于复制和转录的目的不同，转录又具有其特点：（1）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因的转录都受到 相对独立的控制（图17-2）；（2）转录是不对称的。（3）转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。 一、依赖DNA的RNA聚合酶 真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有以下特点：①以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模 板，这条链叫做模板链（templatestrand），又叫做无意义链。DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫做有意义链，编码链的的 序列与转录本RNA的序列相同，只是在编码链上的T在转录本RNA为U，由于RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的，所以这种转 录方式又叫做不对称转录。②都以四种三磷酸核苷的底物，原料；③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U，T=A，C=G，合成与模 板DNA序列互补的RNA链。④RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成。⑤需要Mg2+或Mn2+离子。⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏 3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。 图17－2 细菌染色体上几个基因转录的方向及所用模板 RNA聚合酶催化下列反应： 大肠杆菌RNA聚合酶的研究得比较透彻的，这是一个分子量达50多万，全酶由五咱亚基组成，去掉δ亚基的部分称为核心酶，核心酶本身 就能催化苷酸间磷酸二酸键形成。利福平和利福霉素能结合在β亚基上而对此酶发生强烈的抑制作用。β亚基似乎是酶和核苷酸底物结合的部 位。细胞内转录是在DNA特定的起始点上开始的，δ亚基的功能是辨认转录起始点的。β’亚基是酶与DNA模板结合的主要成分。α亚基可能与 转录基因的类型和种类有关。 表17-1 大肠杆菌RNA聚合酶 亚单位 分子量 亚单位数目 功能 α β 36512 150618 2 1 决定哪此基因被转录 与转录全过程有关
B 155613 结合DNA模板 70263 辨认起始点 真核生物中已发现有四种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ和线粒体RNA聚合酶，分子量大致都在50万道尔顿左右，它们专一 性地转录不同的基因，因此由它们催化的转录产物也各不相同。RNA聚I合成RNA的活性最显著，它位于核仁中，负责转录编码RNA的基因。 而细胞内绝大部分RNA是rRNA是RNA。RNA聚合酶I,位于核质中，负责核内不匀一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶Ⅲ 负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。鹅膏草碱是真核生物RNA聚合酶特异性抑制剂，三种真核生物RNA聚合酶对鹅膏草碱的反应不同，见 表17-2，原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一此叫做转录因子的蛋白质 分子参与转录的全过程，见后叙。 表17-2真核生物的RNA聚合酶 种类 分布 合成的RNA类型 对α-鹅膏蕈碱的敏感性 核仁 rRNa 不敏感 核质 hnRNA 低浓度敏感 Ⅲ 核质 tRNA,5sRNA 高浓度敏感 Mt 线粒体 线粒体RNAs 不敏感 二、RNA的转录过程 转录的主要过程见图173，为研究和叙述方便，可将RNA合成分为识别与起始、延长和终止三个阶段。 promoter c L19K001908 DNA HELIX OPENING start sie for trnscription RIBONUCLEOSIDE TRIPHOSPHATES RNA CHAIN ELONGATION 0不》0 IN S-TO-3 DIRECTON BY ADDMTION OF RIPONUCLEOSIDE TRIPHOSPHATES N八%%0w八y and DNA helic 都a m-louatn XL90000 tErMINATION AND RELEASE OF POLYMERASE AND COMPLETED RNA CHAIN 图17-3转录的主要过程 (一)识别 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部信这就是启动子。为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结 合呢？显然启动子处的核苷酸序列具有特殊性，为了方便，人们将在DNA上开始转录的第一个碱基定为+1，沿转录方向顺流而下的核苷酸序 列均用正值表示；逆流而上的核苷酸序列均用负值表示。 对原核行物的100多个启动子的序列进行了比较后发现：在RNA转录起始点上游大约-10bp和-35bp处有两个保守的序列，在-10bp附近，有 一组5'.TATAATpuB的序列，这是Pribnow首先发现的称为Pribnow框，RNA聚合酶就结合在互部位上。-35bp附近，有一组5'.TTGACG-的序 列；已被证实与转录起始的辨认有关，是RN聚合酶中的δ亚基识别并结合的位置。-35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强 度。 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖7Obp的DNA序列，因此酶分子上的一个适合部位就能占据从-35到-I0序列区域（图17-4）
β δ 155613 70263 1 1 结合DNA模板 辨认起始点 真核生物中已发现有四种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和线粒体RNA聚合酶，分子量大致都在50万道尔顿左右，它们专一 性地转录不同的基因，因此由它们催化的转录产物也各不相同。RNA聚Ⅰ合成RNA的活性最显著，它位于核仁中，负责转录编码rRNA的基因。 而细胞内绝大部分RNA是rRNA是RNA。RNA聚合酶Ⅱ，位于核质中，负责核内不匀一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶Ⅲ 负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。鹅膏蕈碱是真核生物RNA聚合酶特异性抑制剂，三种真核生物RNA聚合酶对鹅膏蕈碱的反应不同，见 表17-2，原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一此叫做转录因子的蛋白质 分子参与转录的全过程，见后叙。 表17-2 真核生物的RNA聚合酶 种类 分布 合成的RNA类型 对α-鹅膏蕈碱的敏感性 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Mt 核仁 核质 核质 线粒体 rRNa hnRNA tRNA，5sRNA 线粒体RNAs 不敏感 低浓度敏感 高浓度敏感 不敏感 二、RNA的转录过程 转录的主要过程见图17-3，为研究和叙述方便，可将RNA合成分为识别与起始、延长和终止三个阶段。 图17-3 转录的主要过程 （一）识别 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部信这就是启动子。为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结 合呢？显然启动子处的核苷酸序列具有特殊性，为了方便，人们将在DNA上开始转录的第一个碱基定为+1，沿转录方向顺流而下的核苷酸序 列均用正值表示；逆流而上的核苷酸序列均用负值表示。 对原核行物的100多个启动子的序列进行了比较后发现；在RNA转录起始点上游大约-10bp和-35bp处有两个保守的序列，在-10bp附近，有 一组5’-TATAATpu的序列，这是Pribnow首先发现的称为Pribnow框，RNA聚合酶就结合在互部位上。-35bp附近，有一组5’-TTGACG-的序 列；已被证实与转录起始的辨认有关，是RNA聚合酶中的δ亚基识别并结合的位置。-35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强 度。 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖70bp的DNA序列，因此酶分子上的一个适合部位就能占据从-35到-10序列区域（图17-4）
Sequences within the prokaryotic by the RNA polymerase holoenzyme -35 Prbnow -15 base pains ATAAT -l0 hase nai我 DNA 17-4 Structure of the prokaryotic promoter region. 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比 较了上百个真核生物RNA聚合酶I的启动子核苷酸序列伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37,基本上都由A,T碱基所组成，离体转录实验表明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的 基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT,有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG,免子的珠蛋白基因转录效率只有原来的12%（图17-5）。 Start of transcriptiot ATA 40 haec 25 hase ATATAA D月 17-5 Eukaryotic gene promoter sequences 除启动子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子的序列，它能极大地增强启动子的活性，它的位置往往不固定，可存在于启 动子上游或下游，对启动子来说它们正向排列和反向排列均有效，对异源的基因也起到增强作用，但许多实验证实它仍可能具有组织特异性， 例如免疫球蛋白基因的增强子只有在$淋巴细胞内活性最高，胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增哟子也都有很高的组织的特异性。 (二)转录起始和延伸 在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子 较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r的解链形成全酶 和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶邹亚基催化下形成RNA的第 一个磷酸二酸键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP,以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而 脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。 TFIID complex TAFs RNA polymerse TeP TATA C DNA 图17~6转当起始复合物的模式 真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道，在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RN 聚合酶形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由NA聚合酶负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可 大致分为二类；第一类为普遍转录因子它们与RN八聚合酶共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种 蛋白质分子组成的，其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成一组复合物叫做转录因子ID。TFD再与RNA 聚合酶结合完成转录起始复合物的形成。（图176） 除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFIA,TFⅡF,TFIE,TFH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFIH就有 旋转酶活性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的打开，使RNA聚合酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的 起始是基因的表达调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调控无件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体 系。 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这此T下是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或 其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。 例如：激活剂蛋白-1就是一类可诱导的转录因子，它是由多蛋白质成份组成的复合物，可发由fos基因和ju基因家庭的蛋白质产物组成。 当某些生长因子细胞因子和某些化学物质在细胞外刺激这些细胞时，使细胞内UN蛋白和FOS蛋白发生磷酸化，特异地结合到c-ju基因和c-fos 基因的启动子部位，使这些基因转录并翻译出相应的c-JUN蛋白和c-FOS蛋白，这些蛋白质就可组成二聚体的AP1,AP1就会结合到细胞核中 靶基因的调控部位，促进或激活靶基因的转录活性，产生出由于细胞外刺激因素作用下，这些细胞做出的特异反应一表达出的特异蛋白须分 子。有关详细内容见信号转录一章
图17-4 Structure of the prokaryotic promoter region. 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比 较了上百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基本上都由A，T碱基所组成，离体转录实验表明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的 基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT。有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG，兔子的β珠蛋白基因转录效率只有原来的12%（图17-5）。 图17-5 Eukaryotic gene promoter sequences 除启动子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子的序列，它能极大地增强启动子的活性，它的位置往往不固定，可存在于启 动子上游或下游，对启动子来说它们正向排列和反向排列均有效，对异源的基因也起到增强作用，但许多实验证实它仍可能具有组织特异性， 例如免疫球蛋白基因的增强子只有在B淋巴细胞内活性最高，胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增哟子也都有很高的组织的特异性。 （二）转录起始和延伸 在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子 较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r 的解链形成全酶 和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶β亚基催化下形成RNA的第 一个磷酸二酸键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP，以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而 脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。 图17－6 转当起始复合物的模式 真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道，在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RNA 聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由RNA聚合酶Ⅱ负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可 大致分为二类；第一类为普遍转录因子它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种 蛋白质分子组成的，其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成一组复合物叫做转录因子ⅡD。TFⅡD再与RNA 聚合酶Ⅱ结合完成转录起始复合物的形成。（图17-6） 除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFⅡH就有 旋转酶活性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的打开，使RNA聚合酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的 起始是基因的表达调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调控无件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体 系。 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这此TF是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或 其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。 例如：激活剂蛋白-1就是一类可诱导的转录因子，它是由多蛋白质成份组成的复合物，可发由fos基因和jun基因家庭的蛋白质产物组成。 当某些生长因子细胞因子和某些化学物质在细胞外刺激这些细胞时，使细胞内JUN蛋白和FOS蛋白发生磷酸化，特异地结合到c-jun基因和c-fos 基因的启动子部位，使这些基因转录并翻译出相应的c-JUN蛋白和c-FOS蛋白，这些蛋白质就可组成二聚体的AP-1，AP-1就会结合到细胞核中 靶基因的调控部位，促进或激活靶基因的转录活性，产生出由于细胞外刺激因素作用下，这些细胞做出的特异反应一表达出的特异蛋白须分 子。有关详细内容见信号转录一章
RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个GTP的核糖3'.OH上与DNA模板能配对的第二个三磷酸核苷起反应形成磷酸二酯 键。聚合进去的核苷酸又有核糖3'OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5'-3。由于 DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3'-5'方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个 连续下断的反应，转录本RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA~RNA杂交体，长度约为12个碱基对，形成一个转录泡（图17-7）。转录速 度大允是每秒钟30-50个核苷酸，但并不是以恒定速度进行的。在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合 成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很鑫的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。而且较长的RNA链 上已看到核糖体附着，形成多聚核糖体。说明某些情况下，转录过程未完全终止，即已开始进行翻译。 DNA DNA rewinds 5 Transcriptional bubble RNA-DNA helx Site of RNA synthesis about 12 bp long smRNA 17-7 Diagrammatic representation of DNA transcription by E.coli RNApolymerase.The polymerase unwinds a stretch of DNA about 17base pairs in lengthforming a transcriptional bubble thatprogresses along thd DNA.The DNA has tounwind ahead of the polymerase and rewind behind it.The newly formed RNA formsa RNA-DNA double helix about 12 bae pairs long. 转录的延长阶段，原核生物与真核生物之间没有太大差别。 (三)转录的终止(Termination) 转录是在DNA模板某一位置上停止的，人们比较了若干原核生物RNA转录终止位点附近的DNA序列，发现DNA模板上的转录终止信号有 两种情况，一类是不依赖于蛋白质因子而实现的终止作用，另一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子， 通常又称因子。两类终止信号有共同的序列特征，在转录终止之前有一段回文结构，回文序列是一段方向相反，碱基互补的序列，在这段互 补序列之间由几个碱基隔开，不依赖p因子的终止序列中富含GC碱基对，其下游6-8个A；而依赖P因子的终止序列中GC碱基对含量较少，其 少游也没有因固定的特征，其转录生成的RNA可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构，这样的二级结构可能与RNA聚合酶某种特定 的空间结构相嵌合，阻碍了RNA聚合酶进一步发挥作用（图17-8）·除DNA模板本身的终止信号外，在入噬菌体中，发现一些蛋白质有协助 RNA聚合酶跨越终止部位的作用，叫做抗转录终止蛋白，例如入噬菌体的N基因产物。 转求方向 编钙佳分—GC0CGC—GCrG0 CT TTTTTTT·—Y 横板陈子，一TOGGGCG- COCCOGA AAAAAAA-S 轴码绿罗 TT 一3 机版链3一 -AAAAAAA- on G g米 图17-8原核生物转录作用的终止信号 真核生物由于RNA转录后很快就进行了加工，因此很难确定原初转录物的3'未端。病毒SV40的终止位点经过研究发现，很像大肠杆菌的 不依赖p因子的终止子，转录后的RNA可形成一个发夹结构，3'末端带有一连串的U。爪蟾5sRNA的3'末端有4个U,它们前后的序列为富含 GC的序列，这是所有真核生物RN八聚合酶Ⅲ转录的终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相似，任何改变这种序列特征的突变 都将导致转录终止位置的改变。 第二节RNA转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的RNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录 和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并 无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一 RNA。hnRNA分子中大约只有1O%的部分转变成成熟的mRNA,其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。 (一)mRNA的加工修饰 原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此mRNA分 子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移 酶。原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的RNA没有特殊 的转录后加工修饰过程
RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个GTP的核糖3’-OH上与DNA模板能配对的第二个三磷酸核苷起反应形成磷酸二酯 键。聚合进去的核苷酸又有核糖3’-OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5’--3。由于 DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3’--5’方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个 连续下断的反应，转录本RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA·RNA杂交体，长度约为12个碱基对，形成一个转录泡（图17-7）。转录速 度大允是每秒钟30-50个核苷酸，但并不是以恒定速度进行的。在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合 成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很鑫的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。而且较长的RNA链 上已看到核糖体附着，形成多聚核糖体。说明某些情况下，转录过程未完全终止，即已开始进行翻译。 图17-7 Diagrammatic representation of DNA transcription by E.coli RNApolymerase.The polymerase unwinds a stretch of DNA about 17base pairs in lengthforming a transcriptional bubble thatprogresses along thd DNA.The DNA has tounwind ahead of the polymerase and rewind behind it .The newly formed RNA formsa RNA-DNA double helix about 12 bae pairs long. 转录的延长阶段，原核生物与真核生物之间没有太大差别。 （三）转录的终止（Termination) 转录是在DNA模板某一位置上停止的，人们比较了若干原核生物RNA转录终止位点附近的DNA序列，发现DNA模板上的转录终止信号有 两种情况，一类是不依赖于蛋白质因子而实现的终止作用，另一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子， 通常又称ρ因子。两类终止信号有共同的序列特征，在转录终止之前有一段回文结构，回文序列是一段方向相反，碱基互补的序列，在这段互 补序列之间由几个碱基隔开，不依赖ρ因子的终止序列中富含G·C碱基对，其下游6-8个A；而依赖ρ因子的终止序列中G·C碱基对含量较少，其 少游也没有因固定的特征，其转录生成的RNA可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构，这样的二级结构可能与RNA聚合酶某种特定 的空间结构相嵌合，阻碍了RNA聚合酶进一步发挥作用（图17-8）。除DNA模板本身的终止信号外，在入噬菌体中，发现一些蛋白质有协助 RNA聚合酶跨越终止部位的作用，叫做抗转录终止蛋白，例如入噬菌体的N基因产物。 图17-8 原核生物转录作用的终止信号 真核生物由于RNA转录后很快就进行了加工，因此很难确定原初转录物的3’末端。病毒SV40的终止位点经过研究发现，很像大肠杆菌的 不依赖ρ因子的终止子，转录后的RNA可形成一个发夹结构，3’末端带有一连串的U。爪蟾5sRNA的3’末端有4个U，它们前后的序列为富含 G·C的序列，这是所有真核生物RNA聚合酶Ⅲ转录的终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相似，任何改变这种序列特征的突变 都将导致转录终止位置的改变。 第二节 RNA转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录 和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并 无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一 RNA。hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。 （一）mRNA的加工修饰 原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分 子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移 酶。原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊 的转录后加工修饰过程
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。 真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5'端和3'端的修饰以及对中间部分进行剪接。 1.在5端加帽 成熟的真核生物mRNA,其结构的5端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5'.5'焦磷酸 键与初级转录物的5'端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这 个核糖的第2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm,称为“帽1”，如果5'未端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2,称为“帽 2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。 5” OHOH OH 5-End 3-End -pApApApApApA--pA-OH 7-Methylganosine tripbosphate "cap" Poly-A tail 17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7-methylguanosine cap and poly-A tail. 真核生物mRNA5'端帽子结构的重要性在于它是mRNa做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构 还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa免遭5'外切核酸酶的攻击。 2.在3端加尾 大多数的真核mRNA都有3'端的多聚尾巴(A),多聚(A)尾巴大约为20Obp. 多聚(A)居巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa的游离3'.OH端，并加上约200 个A残基。 多核苷酸十nATP 李粮 +多核苷酸(A)n十nPP 近年来已知，在大多数真核基因的3'一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa3'.端加oolyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱 基外切断磷酸二酯键，在poly A聚合酶催化下，在3'-OH上逐一引入100-200个A碱基。关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索， 但还不完全清楚。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有poly A.居巴的mRNA如组蛋白mRNA,也照 样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定的生物半衰期。 3.mRNA前体(hnRNA)的拼接 原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一 个真核生物结构基因中内含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个内含子，而有些很 大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后，切去内元，将有编码意义的核苷酸片段(Exto外元也叫外显子)连 接起来（图17-10）。 (a) Introre Primary transcript 5'cap[Exon Exon Exon AAAAAA(A)n Splicing 6b) mRNA S'cap Exon Fxon Exon AAAAAA(A)n Translation Protein 17-10 Primary polymerase 1ltranscript of a eukaryote gene showing(a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns toform the mature mRNA is called splicing. 真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子，但内含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许 多基因中的内含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶 作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，而变为成熟的mRNA,这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需 进行剪接作用，例如α干扰素基因，图1711以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。 真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。 1．在5’端加帽 成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5’-5’焦磷酸 键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这 个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽 2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。 图17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7-methylguanosine cap and poly-A tail. 真核生物mRNA 5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa 做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构 还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa 免遭5’外切核酸酶的攻击。 2．在3’端加尾 大多数的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴（A)，多聚（A)尾巴大约为200bp。 多聚（A)屠巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa 的游离3’-OH端，并加上约200 个A残基。 近年来已知，在大多数真核基因的3’一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa 3’-端加polyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱 基外切断磷酸二酯键，在polyA聚合酶催化下，在3’-OH上逐一引入100-200个A碱基。关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索， 但还不完全清楚。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有polyA屠巴的mRNA如组蛋白mRNA，也照 样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定的生物半衰期。 3.mRNA前体（hnRNA）的拼接 原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一 个真核生物结构基因中内含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个内含子，而有些很 大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后，切去内元，将有编码意义的核苷酸片段（Extron外元也叫外显子）连 接起来（图17-10）。 图17-10 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing(a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns toform the mature mRNA is called splicing. 真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子，但内含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许 多基因中的内含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶 作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，而变为成熟的mRNA，这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需 进行剪接作用，例如α-干扰素基因，图17-11以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程
卵清蛋白基因)，70减：对 12 事4 66 A b cIEFT G 内含子 外星子 34 56 ABICILEI 丨加帽 多聚腺苷酸化 1234 5香 剪按去除5个内含子 1234 56 剪接中间体 剪按去除2个内言子 k12345 成熟卵清蛋白信使RNA ■ 182核苷敏 图17-11卵清蛋白基因转录及加工过程 图中外显示以1、2、3、4表示，内含子以A、B、C、D..表示 mRNA的拼接，需要在拼接部位有供拼接识别的保守性强的一致顺序，通过对100多种真核细胞基因的分析，发现外元和内元拼接部位部 分碱基顺序有一定的规律（见表174）。 表17·4含有内元的转录产物其拼接处的碱基顺序 基因区域 Exon Intron Exon 卵清蛋白内元2 UAAG GUGA ACAGGUUG 卵清蛋白内元 UCAG GUAC UCAGUCUG -珠蛋白内元！ GCAG GUUG UCAGGCUG 珠蛋白内元2 CAGG GUGA ACAGUCUC g以内含子1 UCAG GUCA GCAGGGGC SV40病毒早期T抗原 UAAG GUAA UUAGAUUC 表中划线的碱基对拼接识别有重要作用，如将兔的B-珠蛋白的拼接部位的GT改为AT后，拼接反应即受到影响。 mRNA前体拼机制 5splice site U2 snRNP US,U4U6.cte. ASSEMDLY OG SPLICEOSOME STEP I 112 LARIAT FORMATION AND 5 SPLICE SITE CLEAVAGE U4 STEP 2 SPLICE SITE CLEAVAGE AND EXON SEQUENCE LIGATION excid intron soquence in the form of a Lariat 3 (will be degraded in uncle》 U6 OH on 17-12 The RNA splicing mechanism.RNA splicing is catalyzed by aspliceosome formed from the assembly of U1.U2,U5,and sn RNPs(shown as greencircles )plus other components(not shown).After assembly of the spliceosome,the reaction occures in two speps:in step Ithe branch-point A nucleotide inthe intron sequence,which is located colse to the 3'splice site,attacks the5'splice site and cleaves it;the cut 5'end of the intron sequence therebybecomes covalently linked to this A nucleotide,forming the branched nucleotideshown in Figure 8-55.In step 2 the 3'-OH end of the first exon sequence,whichwas created in the first step,adds to the beginning of the second exonsequence,cleqving the RNA molecule at the 3'splice site;the two exon sequencesare thereby joined to each other and the intron sequence is released ad aribosone.These splicing reactions occur im the nucleus and gengerate mRNamolecules from primary RNA transcripts (mRNA precursor molecules)
图17-11 卵清蛋白基因转录及加工过程 图中外显示以1、2、3、4……表示，内含子以A、B、C、D…表示 mRNA的拼接，需要在拼接部位有供拼接识别的保守性强的一致顺序，通过对100多种真核细胞基因的分析，发现外元和内元拼接部位部 分碱基顺序有一定的规律（见表17-4）。 表17－4 含有内元的转录产物其拼接处的碱基顺序 基因区域 Exon Intron Exon 卵清蛋白内元2 UAAG GUGA ～～～～～～～ ACAGGUUG 卵清蛋白内元3 UCAG GUAC ～～～～～～～ UCAGUCUG β-珠蛋白内元1 GCAG GUUG ～～～～～～～ UCAGGCUG β-珠蛋白内元2 CAGG GUGA ～～～～～～～ ACAGUCUC Igλ内含子1 UCAG GUCA ～～～～～～～ GCAGGGGC SV40病毒早期T抗原 UAAG GUAA ～～～～～～～ UUAGAUUC 表中划线的碱基对拼接识别有重要作用，如将兔的β-珠蛋白的拼接部位的GT改为AT后，拼接反应即受到影响。 mRNA前体拼机制 图 17-12 The RNA splicing mechanism.RNA splicing is catalyzed by aspliceosome formed from the assembly of U1,U2,U5,and sn RNPs(shown as greencircles )plus other components (not shown).After assembly of the spliceosome,the reaction occures in two speps:in step 1the branch-point A nucleotide inthe intron sequence,which is located colse to the 3'splice site ,attacks the5'splice site and cleaves it;the cut 5'end of the intron sequence therebybecomes covalently linked to this A nucleotide,forming the branched nucleotideshown in Figure 8-55.In step 2 the 3'-OH end of the first exon sequence,whichwas created in the first step,adds to the beginning of the second exonsequence,cleqving the RNA molecule at the 3'splice site;the two exon sequencesare thereby joined to each other and the intron sequence is released ad aribosone.These splicing reactions occur im the nucleus and gengerate mRNamolecules from primary RNA transcripts (mRNA precursor molecules)
mRNA拼接反应需要有核内小分子RNA参与它们与蛋白质形成的复合物称为小核糖核蛋白颗粒，SnRNA分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和 U6RNA。SRNA中的U2RNA由与内元右端拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补，形成一个环状结构，由特定的酶来识别切除该环状结 构，完成拼接过程，如图17-12所示。 2=-一。 OH Exon 1 pGU AGp Exon 23 Primary RNA AGp OH Exon 1 Exon 2 AG mRNA 17-13 Mechanim of mRNa splicing.Note that,for clarity,the process is shownin two stages;energy is not required for the process since transesterificationreactions are involved. 真核生物RNA前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在内含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基，它的2'.OH可以自动攻 击内含子5端与外显子1连接的磷酸二酯键，切开了外噗子1，而腺苷酸原来已有3'，5”-磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此 3”,5’磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索，已被切下的外显子1的3'0H攻击内含子3'未端与外显子2之间的3'，5’磷酸二酯键， 键断裂后，内含子以套索的形式被节下来，此时外显子1和外显子2可以连接起来（图17-13）。 不论拼接过程如何，拼接必须极为精确，否则会导致遗传信息传递障碍，合成的蛋白质可能丧失其正常的功能。我国南方广大地区是郢-地 中海贫血的高发区，这是由于阝-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所引起的一种血红蛋白病。实验表明那-珠蛋白基因元1中核苷酸的点突变 改变了正常拼接部位的碱基顺序，结果造成错误部位的拼接。加工成熟的mRNA虽能翻译，但产物不是正常的β珠蛋白，结果引起血红蛋白级 结构和功能的改变。 (二)rRNA转录后加工 原核生物rRNA转录后加工，包括以下几方面：①rRNA前体被大肠杆菌RNaseⅢ，RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子；②rRNA在修饰 酶催化下进行碱基修饰；③rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基（见图17-14） RNA的体ST 16 RNA RNA 23s RNA 5s RNA IRNA RNase I 核股制 RNAS 16s RNA IRNA 一RNRRR 图17-14大肠杆菌rRNA前体的加工 真核生物RNA前体比原核生物大，哺乳动物的初级转录产物为45s,低等真核生物的rRNA前体为38s,真核生物5sRNA前体独立于其他三 种rRNA的基因转录（图17-15）. sRNA的体 )甲潘化 甲基化45sRNA 5s rRNA 水解 416前体 20 325 18 385 ,3约种置白质 47种蛋白质 40s爱延 60s亚基 图17-15真核生物rRNA前体的加工 真核生物rRNA前体中含有插入顺序，rRNA前体要形成成熟的RNA,需要经过拼接反应。例如，四膜虫的rRNA前体的拼接是一种无酶催 化的自动拼接过程。四膜虫基因组内，26 srRNA编码的区域内有413bp的插入顺序。该插放序列可以不消耗能量从rRNA前体中被除掉。用SDS
mRNA拼接反应需要有核内小分子RNA参与它们与蛋白质形成的复合物称为小核糖核蛋白颗粒，SnRNA分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和 U6RNA。SnRNA中的U2RNA由与内元右端拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补，形成一个环状结构，由特定的酶来识别切除该环状结 构，完成拼接过程，如图17-12所示。 图17-13 Mechanim of mRNa splicing.Note that,for clarity,the process is shownin two stages;energy is not required for the process since transesterificationreactions are involved. 真核生物 mRNA前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在内含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基，它的2’-OH可以自动攻 击内含子5’端与外显子1连接的磷酸二酯键，切开了外噗子1，而腺苷酸原来已有3’，5’--磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此 3’，5’-磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索，已被切下的外显子1的3’-OH攻击内含子3’末端与外显子2之间的3’，5’-磷酸二酯键， 键断裂后，内含子以套索的形式被节下来，此时外显子1和外显子2可以连接起来（图17-13）。 不论拼接过程如何，拼接必须极为精确，否则会导致遗传信息传递障碍，合成的蛋白质可能丧失其正常的功能。我国南方广大地区是β-地 中海贫血的高发区，这是由于β-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所引起的一种血红蛋白病。实验表明β-珠蛋白基因元1中核苷酸的点突变 改变了正常拼接部位的碱基顺序，结果造成错误部位的拼接。加工成熟的mRNA虽能翻译，但产物不是正常的β-珠蛋白，结果引起血红蛋白级 结构和功能的改变。 （二）rRNA转录后加工 原核生物rRNA转录后加工，包括以下几方面：①rRNA前体被大肠杆菌RNaseⅢ,RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子；②rRNA在修饰 酶催化下进行碱基修饰；③rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基（见图17-14） 图17-14 大肠杆菌rRNA前体的加工 真核生物rRNA前体比原核生物大，哺乳动物的初级转录产物为45s，低等真核生物的rRNA前体为38s，真核生物5sRNA前体独立于其他三 种rRNA的基因转录（图17-15)。 图17-15 真核生物rRNA前体的加工 真核生物rRNA前体中含有插入顺序，rRNA前体要形成成熟的rRNA，需要经过拼接反应。例如，四膜虫的rRNA前体的拼接是一种无酶催 化的自动拼接过程。四膜虫基因组内，26srRNA编码的区域内有413bp的插入顺序。该插放序列可以不消耗能量从rRNA前体中被除掉。用SDS
煮沸和用蛋白酶外理等破坏酶活性办法，都不能破坏拼接活性，但反应中Mg2+和鸟嘌呤核苷酸是必在的。用32PGTP进行追踪实验表明，起 始过程是GTP在插入顺序5'端发生亲核反应，同时GMP与5端切点的切除段形成磷酸二酯键并使原RNA断开。第二步是5'切点的外元3'OH与 3'切点的外元5P共价连接，获得成熟的RNA,被切除部分最后环化，形成一个环状结构，同时从5端去掉一个15核苷酸啐片。剩余部分连接 成399核苷酸的环状产物，再经过几步，最后切下一个19个核苷酸的线性内含子序列即L-19,它具有催化活性，上面的剪接作用，是由内含子 本身的催化性质决定的（图17-16）。 内含子 外显子1外显子2 15 外显子1 外显子2 OH/ G 0-0H OH 414 399 开环 开环 L19RNA 395 图17-16四膜虫rRNA前体的自我剪接 这种RNA的自身剪接反应给人们一个提示：即RNA分子也有酶的催化活性。这向酶的化学本质是蛋白质这一传统概念提出了挑战。这种 有酶催化活性的RNA分子命名为Ribozyme。T.Cech和S.Altman各自分别发现RNA具有催化作用，他们的发现对于了解生命进行过程有重要意 义。很可能在原始生命中，RNA所催化的断裂一连接反应是最早出现的催化过程。为此，他们共同获得了1989年Nobel化学奖。 从大多数Ribozymw的结构中发现一些特征，例如：锤头状结构的RNA分子有13个保守的核苷酸序列，如果它们中的碱基改变会使这种催 化活性失去作用。根据这种特片，科学家们在体外没计并人工合成这种RNA分子，用于抗肿瘤及抗病毒的实验中（图1717）。 NNNAA NN NAOIN AGUC 图17-17锤头结构模式图 (三)tRNA转录后的加工修饰 原核生物和真核生物刚转录生成的tRNA前体一般无生物活性，需要进行①剪切和拼接②碱基修饰③3'OH连接ACC结构（图17-18）， 3 QH 图17-18tRNA前体的加工 ①tRNA前体在RNA剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNA分子。大肠杆菌RNase P可特异剪切tRNA前体的S'旁顺序，因此，该酶被称 为tRNA5成熟酶。除了RNaseP外，tRNA前体的剪切尚需要一个3'-核酸内切酶，这可将tRNA前体3'端的一段核苷酸序列切下来。此外 RNaseD是tRNA3'端成熟酶。近年来的研究表明大肠杆菌RNaseP.是一种非常特殊的酶分子，它是由RNA和蛋白质组成，最近发现RNAaseP分 子中的RNA部分在某些条件下，可以单独地催化RNA前体的加工成熟，这个发现和四膜虫tRNA能自我拼接被认为是近十年来生化领域内最令 人鼓舞的发现之一。说明RNA分子确具有酶的催化活性。经过剪切后的tRNA分子还要在拼接酶作用下，将成熟tRNA分子所需的片段拼起来。 ②成熟的tRNA分子中有许多的稀有碱基，因此tRNA在甲基转移酶催化下，某些嘌呤生成甲基嘌呤如A→mA,G一mA。有些尿密啶还原为 双氢尿嘧啶。尿嘧啶核苷转变不假尿嘧啶核苷。某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸()
煮沸和用蛋白酶外理等破坏酶活性办法，都不能破坏拼接活性，但反应中Mg2+和鸟嘌呤核苷酸是必在的。用32P-GTP进行追踪实验表明，起 始过程是GTP在插入顺序5’端发生亲核反应，同时GMP与5’端切点的切除段形成磷酸二酯键并使原RNA断开。第二步是5’切点的外元3’-OH与 3’切点的外元5’-P共价连接，获得成熟的rRNA，被切除部分最后环化，形成一个环状结构，同时从5’端去掉一个15核苷酸啐片。剩余部分连接 成399核苷酸的环状产物，再经过几步，最后切下一个19个核苷酸的线性内含子序列即L-19，它具有催化活性，上面的剪接作用，是由内含子 本身的催化性质决定的（图17-16）。 图17-16 四膜虫rRNA前体的自我剪接 这种rRNA的自身剪接反应给人们一个提示：即RNA分子也有酶的催化活性。这向酶的化学本质是蛋白质这一传统概念提出了挑战。这种 有酶催化活性的RNA分子命名为Ribozyme。T.Cech和S.Altman各自分别发现RNA具有催化作用，他们的发现对于了解生命进行过程有重要意 义。很可能在原始生命中，RNA所催化的断裂一连接反应是最早出现的催化过程。为此，他们共同获得了1989年Nobel化学奖。 从大多数Ribozymw的结构中发现一些特征，例如：锤头状结构的RNA分子有13个保守的核苷酸序列，如果它们中的碱基改变会使这种催 化活性失去作用。根据这种特片，科学家们在体外没计并人工合成这种RNA分子，用于抗肿瘤及抗病毒的实验中（图17-17）。 图17-17 锤头结构模式图 （三）tRNA转录后的加工修饰 原核生物和真核生物刚转录生成的tRNA前体一般无生物活性，需要进行①剪切和拼接②碱基修饰③3’-OH连接-ACC结构（图17-18）。 图17-18 tRNA前体的加工 ①tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNA分子。大肠杆菌RNase P可特异剪切tRNA前体的5’旁顺序，因此，该酶被称 为tRNA5’成熟酶。除了RNaseP外，tRNA前体的剪切尚需要一个3’-核酸内切酶，这可将tRNA前体3’端的一段核苷酸序列切下来。此外 RNaseD是tRNA3’端成熟酶。近年来的研究表明大肠杆菌RNaseP是一种非常特殊的酶分子，它是由RNA和蛋白质组成，最近发现RNAaseP分 子中的RNA部分在某些条件下，可以单独地催化tRNA前体的加工成熟，这个发现和四膜虫tRNA能自我拼接被认为是近十年来生化领域内最令 人鼓舞的发现之一。说明RNA分子确具有酶的催化活性。经过剪切后的tRNA分子还要在拼接酶作用下，将成熟tRNA分子所需的片段拼起来。 ②成熟的tRNA分子中有许多的稀有碱基，因此tRNA在甲基转移酶催化下，某些嘌呤生成甲基嘌呤如A→mA,G→mA。有些尿嘧啶还原为 双氢尿嘧啶。尿嘧啶核苷转变不假尿嘧啶核苷。某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸（Ⅰ）
③3'未端加上CCA:在核苷酸转移酶作用下，3'-未端除去个别碱基后，换上tRNA分子统一的CCA-OH末端，完成tRNA分子中的氨基酸 臂结构。 第四节RNA的复制 以DNA为模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式，但有些生物像某些病毒，噬菌体它们的遗传信息贮存在RNA分子中，当它们进入 宿细胞后，靠复制而传代，它们在RNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA分子，当以RNA模板时，在RNA复制酶作用下，按5'一3'方向合成 互补的RNA分子，但RNA复制酶中缺乏校正功能，因此RNA复制时错误率很高，这与反转录酶的特点相似.RNA复制酶只对病毒本身的RNA起作用， 而不会作用于宿主细胞中的RNA分子。 小结 转录是以DNA为模板合成RNA的过程，经过转录DNA分子中的贮存信息传递到RNA分子中，再由mRNA做为模板合成蛋白质分子，转录也是 从DNA的一个特定位置开始的，以DNA分子中的一条链为模板，在RNA聚合酶作用下，以四种单核苷酸为原料，合成方向仍是5'→3'，完成RNA的合 成 大肠杆菌的RNA聚合酶由五个亚基构成，a2卵'构成核心酶，再加上σ因子是全酶。RNA聚合酶识别并特异结合的DNA一段区域叫做启动 子，启动子的序列中一10区和一35区很保守，决定了启动子的强度是转录正确起点的关键，真核生物中位于-20的TATA盒和-70-110区域的 元件是控制真核生物RNA的转录的关键。真核生物的RNA聚合酶有I、Ⅱ、ⅢTMtn几种，它们分别催化rRNA、mRNAt、.tRNa Usn RNA, tRNA、以及线粒体RNA的合成。转录作用停止于DNA模板的终止信号，蛋白质p因子可识别此信号，终止区常常转录出一段反向重复序列。 转录生成的RNA分子为前体RNA,必须经过必在的加工修饰，才能成为有功能的RNA分子，但真核生物的RNA转录后加工修饰比原生物 复杂的多。原核生物转录生成的mRN八属于多顺反子形式，由于原核生物没有核膜，转录与翻译的过程没有明显的屏障。而真核生物转录生成 的mRNA为单顺反子，而且具有复杂的转录加工修饰，包括5'端加幅，3'端加尾，剪切内含子，连接外显子等等，人们在研究RNA前体的加工 过程中发现了具有催化作用的RNA分子，称为酶RNA,从而打破了酶的本质是蛋白质的传统观念。 思考题 I、RNA转录有哪此特点？ 2、RNA聚合酶的组成及其作用？ 3、原核生物与真核生的中的启动子结构特点及功能 4、真核生物mRNA转录后加工包括哪些内容？ 5、什么是酶RNA,它们的发现有何意义？
③3’末端加上CCA：在核苷酸转移酶作用下，3’--末端除去个别碱基后，换上tRNA分子统一的CCA-OH末端，完成tRNA分子中的氨基酸 臂结构。 第四节 RNA的复制 以DNA为模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式，但有些生物像某些病毒，噬菌体它们的遗传信息贮存在RNA分子中，当它们进入 宿细胞后，靠复制而传代，它们在RNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA分子，当以RNA模板时，在RNA复制酶作用下，按5'→3'方向合成 互补的RNA分子,但RNA复制酶中缺乏校正功能,因此RNA复制时错误率很高,这与反转录酶的特点相似.RNA复制酶只对病毒本身的RNA起作用, 而不会作用于宿主细胞中的RNA分子。 小结 转录是以DNA为模板合成RNA的过程,经过转录DNA分子中的贮存信息传递到RNA分子中,再由mRNA做为模板合成蛋白质分子,转录也是 从DNA的一个特定位置开始的,以DNA分子中的一条链为模板,在RNA聚合酶作用下,以四种单核苷酸为原料,合成方向仍是5'→3',完成RNA的合 成. 大肠杆菌的RNA聚合酶由五个亚基构成,α2ββ'构成核心酶，再加上σ因子是全酶。RNA聚合酶识别并特异结合的DNA一段区域叫做启动 子，启动子的序列中一10区和一35区很保守，决定了启动子的强度是转录正确起点的关键，真核生物中位于--20的TATA盒和--70--110区域的 元件是控制真核生物RNA的转录的关键。真核生物的RNA聚合酶有Ⅰ、Ⅱ、ⅢTMtn几种，它们分别催化rRNA、mRNAt、tRNa Usn RNA、 tRNA、以及线粒体RNA的合成。转录作用停止于DNA模板的终止信号，蛋白质ρ因子可识别此信号，终止区常常转录出一段反向重复序列。 转录生成的RNA分子为前体RNA，必须经过必在的加工修饰，才能成为有功能的RNA分子，但真核生物的RNA转录后加工修饰比原生物 复杂的多。原核生物转录生成的mRNA属于多顺反子形式，由于原核生物没有核膜，转录与翻译的过程没有明显的屏障。而真核生物转录生成 的mRNA为单顺反子，而且具有复杂的转录加工修饰，包括5’端加幅，3’端加尾，剪切内含子，连接外显子等等，人们在研究rRNA前体的加工 过程中发现了具有催化作用的RNA分子，称为酶RNA，从而打破了酶的本质是蛋白质的传统观念。 思考题 1、RNA转录有哪此特点？ 2、RNA聚合酶的组成及其作用？ 3、原核生物与真核生的中的启动子结构特点及功能 4、真核生物mRNA转录后加工包括哪些内容？ 5、什么是酶RNA，它们的发现有何意义？