第十章RNA的生物合成 (The Biosynthesis of RNA) 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) RNA的生理功能:DNA将携带的遗传信息转到RNA分子中,RNA分子 以其信息指导蛋白质的合成 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。 TRANSCRIPTION GP→AA §2 tRNA TRNA 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RN 聚合酶(DNA- dependent RNA 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。 第一节转录作用 NA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:;(内含子,不出现转录生成的mRNA中的一种序 列,DNA(外显子1+内含子1+外显子2+内含子2)→单链RNA(外显子1+ 内含子1+外显子2+内含子2)→成熟单链RNA(外显子1+内含子1+外显子 2+内含子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
第十章 RNA 的生物合成 ·1· 第十章 RNA 的生物合成 (The Biosynthesis of RNA) 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）。 RNA 的生理功能：DNA 将携带的遗传信息转到 RNA 分子中，RNA 分子 以其信息指导蛋白质的合成。 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。 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-dependent RNA 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。 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；（内含子，不出现转录生成的 mRNA 中的一种序 列，DNA（外显子 1+内含子 1+外显子 2+内含子 2）→单链 RNA（外显子 1+ 内含子 1+外显子 2+内含子 2）→成熟单链 RNA（外显子 1+内含子 1+外显子 2+内含子 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。 mRNA tRNA rRNA
基因:是遗传物质的最小功能单位。是特定的DNA片段,这些片段中有 些是为一种或几种蛋白质(酶)的全部AA编码的核苷酸顺序,称为基因或 基因组 、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 ( template strand),又叫做负链(-链)。DNA双链中另一条不做为模板的链叫 做编码链,又叫做正链(+链),编码链的的序列与转录的RNA序列相同,只 是在编码链上的T在转录RNA中为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 (5,)CGCTATAGCGTTT(3") DNA nontemplate(coding)strand-fiE (3)GCGATATCGCAAA(5) DNA template strand 链 (5,)CGCUAUAGCGUUU(3") RNA transcript 在体内DNA的两条链中仅有一条链可用于转录:或者在某些区域以这条 链转录,另一些区域以另一条链转录。 2)都以四种三磷酸核苷为底物、原料 3)都遵循DNA与RNA之间的碱基配对,A=U,T=A,C=G,合成与模 板DNA序列互补的RNA链 4)RNA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,故没有校正功能 大肠杆菌RNA聚合酶(由5个亚基构成)的研究得比较透彻的,这是 个分子量达50多万,全酶由5个亚基组成,去掉8亚基的部分称为核心酶, 核心酶本身就能催化核苷酸间磷酸二酸键形成。a2Bβ'σ为全酶,a2BB 为核心酶。全酶还含有2个Zn2+。 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 a亚基可能与转录基因的类型和种类有关 B亚基是酶与DNA模板结合的主要成分 o亚基的功能是辨认转录起始点的:与启动子结合,参与基因转录的起 始,一旦引发RNA的合成,就与核心酶a2Bβ分离 a、β、β亚基在不同细菌中的大小比较恒定,而0亚基的变化较大 原核生物只有一种酶,转录三种RNA(mRNA、rRNA、tRNA)前体。 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
第十章 RNA 的生物合成 ·2· 基因：是遗传物质的最小功能单位。是特定的 DNA 片段，这些片段中有 些是为一种或几种蛋白质（酶）的全部 AA 编码的核苷酸顺序，称为基因或 基因组。 一、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 （template strand），又叫做负链（-链）。DNA 双链中另一条不做为模板的链叫 做编码链，又叫做正链（+链），编码链的的序列与转录的 RNA 序列相同，只 是在编码链上的 T 在转录 RNA 中为 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。 在体内 DNA 的两条链中仅有一条链可用于转录；或者在某些区域以这条 链转录，另一些区域以另一条链转录。 2）都以四种三磷酸核苷为底物、原料； 3）都遵循 DNA 与 RNA 之间的碱基配对，A=U，T=A，C=G，合成与模 板 DNA 序列互补的 RNA 链。 4）RNA 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，故没有校正功能。 大肠杆菌 RNA 聚合酶（由 5 个亚基构成）的研究得比较透彻的，这是一 个分子量达 50 多万，全酶由 5 个亚基组成，去掉δ亚基的部分称为核心酶， 核心酶本身就能催化核苷酸间磷酸二酸键形成。α2ββ'σ为全酶， α2ββ' 为核心酶。全酶还含有 2 个 Zn2+。 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； α亚基可能与转录基因的类型和种类有关； β'亚基是酶与 DNA 模板结合的主要成分； σ亚基的功能是辨认转录起始点的；与启动子结合，参与基因转录的起 始，一旦引发 RNA 的合成，就与核心酶 a2ββ'分离。 α、β、β'亚基在不同细菌中的大小比较恒定，而σ亚基的变化较大。 原核生物只有一种酶，转录三种 RNA（mRNA、rRNA、tRNA）前体。 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、 -链 +链
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。 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。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。 对a鹅膏蕈碱的敏分子量 转录产物 反应条件 型 感性 (kD) I|核←RNA、58sRNA 低离子强度,要求Mg2或 不敏感 500~700 l8 SrRNA、28 SrrNA Ⅱ1核质| hnRNA(mRNA前体)抑制(高度敏感) ~700 高离子强度 Ⅲ|核质|tRNA和5sRNA前体抑制(中度敏感) 高Mm2浓度 RNA聚合酶缺乏核酸外切酶活性,不具备校对功能,因此RNA转录的 保真度比DNA复制低的多。 、RNA的转录过程 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 NA合成过程 终止子 双链DNA 局部解开 领形成NxN 延长阶段 解链区 NNN 基因终点 终止阶段 RNA
第十章 RNA 的生物合成 ·3· 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。 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。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。 类 型 分布 转录产物 对α-鹅膏蕈碱的敏 感性 分子量 (kD) 反应条件 Ⅰ 核仁 rRNA、5.8SrRNA、 18SrRNA、28SrRNA 不敏感 500 ~700 低离子强度,要求 Mg2+或 Mn2+ Ⅱ 核质 hnRNA（mRNA 前体） 抑制（高度敏感） ~700 高离子强度 Ⅲ 核质 tRNA 和 5S rRNA 前体 抑制（中度敏感） - 高 Mn2+浓度 RNA 聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具备校对功能，因此 RNA 转录的 保真度比 DNA 复制低的多。 二、RNA 的转录过程 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
RNA聚合酶与DNA模板结合:因子识别启动子,与模板结合 转录的起始:β亚基催化ATP或GTP与起动部位碱基配对,d因子脱落,使核心酶() 模板上滑动 链的延长:核心酶沿DNA模板3→5滑动,根据模板指令选择相应的NP加入,使链延长 转录的终止:核心酶滑到终止子时,ρ因子与核心酶结合使核心酶滑动停止,转录即终止 释放出合成的RNA链 (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 结合的部位这就是启动子,是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列。一般位于转录起点的上游,约包括40个碱基对。 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。 对原核生物的100多个启动子的序列进行比较发现: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 TATAAT的序列,这是 Pribnow首先发现的称为 Pribnow框或称为-10序列,富含AT,有助于DNA双螺旋的局部解链,全酶 结合部位 35bp附近,有一组5- TTGACG-的序列叫识别区或35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。RNA聚合酶全酶识别 部位,约含12bp 原核生物启动子的结构 12-14bp 5… TGTTGACAATTT………… ATATG Pug………3(+)链 3… ACAACTGTTAAA ATATAC……………5(-)链 识别部位 紧密结合部位 转录起点 -35顺序 Pribnow 真核生物的启动子有其特殊性,真核生物有三种RNA聚合酶,每一种都 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
第十章 RNA 的生物合成 ·4· Pribnow 框 （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 结合的部位这就是启动子，是 RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA 序列。一般位于转录起点的上游，约包括 40 个碱基对。 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。 对原核生物的 100 多个启动子的序列进行比较发现：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'-TATAAT 的序列，这是 Pribnow 首先发现的称为 Pribnow 框或称为-10 序列，富含 AT，有助于 DNA 双螺旋的局部解链，全酶 结合部位。 -35bp 附近，有一组 5'-TTGACG-的序列叫识别区或-35 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。RNA 聚合酶全酶识别 部位，约含 12bp。 原核生物启动子的结构 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种 RNA 聚合酶，每一种都 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后发现: 在-25区有TAA框,又称为 Hogness框或 Goldberg- Hogness框。其一致 序列为T2A97A9A8A63T37 As:AsoT37,基本上都由A,T碱基所组成,离体转 录实验表明,TAIA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。 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 的增强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0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。 全酶分子较大,其另一端可达到-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 个核苷酸总有GTP或ATP,以GTP常见,此时σ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σ因子与另一个核心酶结合成全酶 反复利用 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 NA聚合酶I和RNA聚合酶Ⅲ的启动子种类有限,对其识别所需的辅助 因子的数量也很少。 RNA聚合酶的启动子序列多种多样,基本上由各种顺式作用元件组合 而成,分散在转录起点上游大约200bp的范围内。参与RNA聚合酶Ⅱ转录起 始的各类因子数目很大,可分为三类:通用因子、上游因子和可诱导因子 类别I启动子只控制rRNA前体基因的转录,转录产物经切割和加工后生 成各种成熟的rRNA。该基因有许多拷贝,往往成簇存在。由两部分保守序列 组成。核心启动子位于转录起点附近,从-45至+20:上游控制元件位于相对 分子质量为97000的多肽链,可结合在富含GC区 类别Ⅱ启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制,包括4类控制元
第十章 RNA 的生物合成 ·5· 个真核生物 RNA 聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列后发现： 在-25 区有 TATA 框，又称为 Hogness 框或 Goldberg-Hogness 框。其一致 序列为 T82A97A93A85A63T37A83A50T37，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。 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 的增强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σ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。 全酶分子较大，其另一端可达到-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σ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σ因子与另一个核心酶结合成全酶 反复利用。 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。 RNA 聚合酶Ⅰ和 RNA 聚合酶Ⅲ的启动子种类有限，对其识别所需的辅助 因子的数量也很少。 RNA 聚合酶Ⅱ的启动子序列多种多样，基本上由各种顺式作用元件组合 而成，分散在转录起点上游大约 200bp 的范围内。参与 RNA 聚合酶Ⅱ转录起 始的各类因子数目很大，可分为三类：通用因子、上游因子和可诱导因子。 类别Ⅰ启动子只控制 rRNA 前体基因的转录，转录产物经切割和加工后生 成各种成熟的 rRNA。该基因有许多拷贝，往往成簇存在。由两部分保守序列 组成。核心启动子位于转录起点附近，从-45 至+20；上游控制元件位于相对 分子质量为 97000 的多肽链，可结合在富含 GC 区。 类别Ⅱ启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制，包括 4 类控制元
件:基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。这些元件的不同组合,再 加上其他序列的变化,构成数量十分庞大的各种启动子,并受各自相应转录 因子的识别和作用。也可大致分为组成型表达(在各类细胞中表达)和诱导 型表达(受时序、空间和各种内外条件的调节)。 基本启动子序列为以-25至30左右的7bp保守区为中心。它的辅助因子 称为通用转录因子,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TAIA盒结合蛋白;还有一组复合物叫做转录因子用TF IX来表示。如TFⅢA、TFID、TFE、TFIF、TFⅢH等。与TATA盒结 合的先后顺序为:TFⅡD、TFⅢA、TFHF、TFⅡD、TFⅢE、TFIH RNA链的延伸图解 模板链〔反义链) 有义链 复链 解链 RNA-DNA杂交螺旋 延长部位 新生RNA 聚合酶的移动方向 类别Ⅲ启动子为RNA聚合酶Ⅲ所识别,涉及一些小分子RNA的转录。 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 的核苷酸又使核糖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,转录的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 Transcription bubble DNA Template Active site 5 hybrid, 8 bp
第十章 RNA 的生物合成 ·6· 件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。这些元件的不同组合，再 加上其他序列的变化，构成数量十分庞大的各种启动子，并受各自相应转录 因子的识别和作用。也可大致分为组成型表达（在各类细胞中表达）和诱导 型表达（受时序、空间和各种内外条件的调节）。 基本启动子序列为以-25 至-30 左右的 7bp 保守区为中心。它的辅助因子 称为通用转录因子，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；还有一组复合物叫做转录因子用 TF ⅡX 来表示。如 TFⅡA、TFⅡD、TFⅡE、TFⅡF、TFⅡH 等。与 TATA 盒结 合的先后顺序为：TFⅡD 、TFⅡA 、TFⅡF 、TFⅡD、TFⅡE、 TFⅡH。 类别Ⅲ启动子为 RNA 聚合酶Ⅲ所识别，涉及一些小分子 RNA 的转录。 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 的核苷酸又使核糖 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，转录的 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
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基因上可以有很多个的 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 转录的延长阶段,原核生物与真核生物之间没有太大差别。 supercoils Positi (三)转录的终止( TerminatiDinection of transcription 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68个A:而依赖p因 子的终止序列中G·C碱基对含量较少,其下游也没有固定的特征,其转录生 成的RNA可形成二级结构即柄-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。 除DNA模板本身的终止信号外,在λ噬菌体中,发现一些蛋白质有协助
第十章 RNA 的生物合成 ·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 基因上可以有很多个的 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。 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，其下游也没有固定的特征，其转录生 成的 RNA 可形成二级结构即柄-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。 除 DNA 模板本身的终止信号外，在λ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。 Pause 5′ Isomerize Escape Terminate 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 真核生物和原核生物转录的差别 ·真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同 ·启动子不同 ·转录后RNA加工修饰不同 mRNA前体 mRNA 核糖体 SoU 原核生物新生蛋白质 真核生物
第十章 RNA 的生物合成 ·8· 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。 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
图:DNA指导下的RNA转录过程示意图 RNA聚合酶 恢复螺旋 模板链 编码链 一(反义链) 解开螺旋 (有义链) DNA-RNA杂交螺旋 延伸位点 新生的RNA 图:RNA聚合酶沿D 合成RNA
第十章 RNA 的生物合成 ·9· 图: DNA 指导下的 RNA 转录过程示意图 图: RNA 聚合酶沿 DNA 模板链移动合成 RNA
第二节RNA转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的rRNA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开始在 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开的,刚转录出来的 RNA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。 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。 原核生物中没有核膜,所以转录与翻译是连续进行的,往往转录还未氕 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.外显子的剪接(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。 and 5 capping RNA polymerase Prima and splicing
第十章 RNA 的生物合成 ·10· 第二节 RNA 转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的 rRNA 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 开始在 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开的，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。 原核生物中没有核膜，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. 外显子的剪接〔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