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1、RNA的生物合成(转录)以一条DNA的片段为模板，由RNA聚合酶催化 合成RNA，使遗传信息由DNA流向RNA的过程转录：（DDRP）DNARNA转 录 与 复 制 相 同 点模板都为DNA都需依赖DNA的聚合酶都形成磷酸二酯键方向都为53都遵循碱基互补配对原则转录与复制不同点复制 转录原料dNTP（ATCG）NTP(AUCG)模板两条链全长复制 模板链转录(不对称转录)酶DNA聚合酶 RNA聚合酶：可连接两个 NTP，无35外切酶活 性无校正功能 产物子代双链DNA mRNA tRNA rRNA 引物RNA引物不需引物 碱基配对A=T；CG A=U；T=A；CG 不对称转录 (asymmet
2、ric transcription) DNA双链上某一区段一条转录 另一条不转录模板并非永远 在一条链上5335模板链编码链编码链模板链模板链(template strand) ： 反意义链，与mRNA互补编码链（coding strand）有意义链、 与mRNA一致（除UT）转录方向结构基因：能转录成RNA的DNA片断RNA聚合酶催化的化学反应(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi3-OH-P磷 酸 二 酯 键-P和-P复制的方向性： 5端3端一、原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌 全酶（holoenzyme ） 2 (起始)核心酶 （core enzyme） 2(延长 )起始因子 各亚基
3、功能辨认转录 起始点决定哪些基因被转录催化转录延长结合DNA模板（开链）70辨认起始点的蛋白质 32与热休克蛋白同源，控制 热休克（应激）基因表达利福平和利福霉素 与之结合抑制转录分布 功能 鹅膏蕈碱 RNA聚合酶核仁 45s rRNA （核糖体）耐受RNA聚合酶 最活跃 核质 hnRNA 寿命 短不稳定极敏感RNA聚合酶 合成小分子RNA（100bp以下 ）核质 5s rRNA tRNA SnRNA 中度敏感真核生物的RNA聚合酶利福平： 用于抗结核药物，抑制细菌RNA聚合酶活性 真核生物RNA聚合酶不敏感；原核生物RNA聚合酶被抑制RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 转录起 始点-10区P
4、ribnow 盒:TATAAT， 牢固结合位点5端第一个 被转录的核 苷酸为1-35区一致性序列 ；TTGACA，转录 起始辨认点因子辨认转录起始点： -35区一致性序列；TTGACARNA-pol与-35区疏松结合并沿DNA模板移动RNA-pol与-10区（TATAAT；Pribnow盒） 紧密结合成酶-DNA复合物，转录开始转录起始点往往不是翻译起始点， AUG密码子在转录起始点后出现模板与酶结合过程转录起始复合物： RNA-pol全酶 DNA模板 5pppGpN-OH 3亚基辨认-35区， RNA聚合酶与模板结合经-10区到转录起始点形 成第一个磷酸二酯键 转录起始复合物形成亚基从转录起
5、 始复合物上脱落 成转录复合物5pppGpN-OH 3 （四磷酸二核苷酸 ）5-GTP（-pppG-OH） 或ATP与第二位NTP转录复合物：RNA-pol核心酶 DNA模板、5pppGpN-OH 3过程延长过程转录空泡沿DNA3向5移动RNA合成方向53形成DNARNA杂交体 约17bp，形成转录泡转录产物伸出空泡，最远端pppGpN转录复合物： RNA聚合酶核心酶 DNA模板-5pppGpN-OH 3提供羟基末端）反应式：（NMP)n+NTP（NMP）n+1+ppi有时转录未完全终止已开始翻译5 3DNAn原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARNA聚合酶 在同一DNA模板上，有多个转
6、录同时在进行； 转录尚未完成，翻译已在进行。 这种形状说明：转录终止依赖因子的转录终止发现：T4噬菌体因子 RNA上控制转录终止蛋白质,对polyC结合力强. 有ATPase活性和解螺旋酶活性过程因子与RNA转录产物 （ 3富含C）结合因子和RNA聚合酶变构解螺旋酶活性使DNA： RNA杂化双链解离RNA聚合酶停止转 录转录产物释放不依赖因子的转录终止特点终止信号：A=T 、GC密集区（DNA分子上）转录产物：3端连续U区（mRNA） U=A配对不稳定终止区RNA发夹样或鼓槌状茎环结构机制茎环结构RNA聚合酶变构， 转录终止RNA茎环；DNA双链 杂化双链解体 寡聚U不稳定RNA从模板上脱落转
7、录终止r-independent terminator: a modelPalindrome DNA sequencesOligo UsStem-loop(hairpin) structure真核生物的转录过程连续过程起始 initiation延长 elongation终止 termination转录起始顺式作用元件反式作用因子模板DNA片段的转录起始辨认点 5-TATA，TATA盒（Hogness盒）5 -CAAT，5-GC辨认结合顺式作用元件的蛋白质其中直接或间接结合RNA-pol的结构 称为转录因子（TF）过程A：RNA聚合酶复合物识别DNA模板上的启动子序列，并与其结 合。B：RNA聚
8、合酶在转录因子的辅助下，将双链DNA解开一段，形 成转录泡（17bp）。在聚合酶的作用下以NTP为底物，与模板链的 碱基互补开始形成第一个3,5-磷酸二酯键 真核生物转录延长碱基配对稳定性GCA=TA=U酶：RNA聚合酶、合成方向： 53DNA前方解链；后方重新形成双链反应式：（NMP）n+NTP（NMP）n+1+ppi真核生物转录延长，因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象 转录终止DNA模板上出现终止信号RNA从DNA模板上脱落DNA模板重新形成双链真核生物RNA-pol 与模板DNA不能直接结合， 需TFD与TATA盒和蛋白质结合，先形成转录起 始前复合物（ pre-initiation
9、 complex，PIC ）几种RNA的合成特点mRNA转录终止修饰点编码链3端后有 3-AATAAA-GT-5序列TF ：RNA-pol 转录的转录因子TFDTFATFBTFETFF辨认TATA盒，唯一能结 合TATA盒的蛋白质解旋酶稳定TFD结合促进pol结合ATPase转录因子TFH蛋白激酶结合顺序： TFD TFA TFB TFFRNA-pol TF E TFHRNA-polRNA-pol转录因子TF- TF- 转录产物5.8S，18S，28SrRNA5SrRNA，tRNA特点一个转录单位，保证等 量合成核糖体的合成是细胞生长的限速步骤，通过共价修 饰调节，磷酸化RNA-pol激活转录
10、rRNA与tRNA的合成第三节 转录后核糖核酸的加工mRNA的加工RNA-pol 的转录产物DNA在核内mRNA，免受核酸酶攻击 前体为核内不均一RNA（hnRNA） 加工成mRNA过程30%左右保留真核生物的结构基 因由若干编码区（ 外显子）和非编码 区（内含子）互相 隔开又连续镶嵌而 成，为一个由连续 氨基酸组成的蛋白 质编码称为断裂基 因断裂基因 EM studies of mRNA-DNA hybrids for thechickenEM studies of mRNA-DNA hybrids for thechickenovalbumin gene (the R-looping te
11、chnique) ovalbumin gene (the R-looping technique)首、尾的修饰5端加帽m7GpppmGpN (RNA-pol)3端加多聚腺苷酸（polyA）约200bp核内完成3端加尾增加mRNA的稳定性，免遭3 -5外切核酸酶的攻击。维持mRNA作为翻译模板的活性(与mRNA寿命有关) 有人推测polyA可能与从细胞核转送到细胞质有关帽子结构 帽0：第一个G的N-7甲基化 帽1：第二个G的N-7甲基化或5 端 两G间核糖甲基化 帽3：多个位点上甲基化帽 子 结 构 的 生 成磷酸酶鸟苷酸转移酶 帽子结构参与翻译起始，帽0结构是核糖 体识别mRNA所必需的；核糖
12、体上有帽结 合蛋白。 帽子结构增加mRNA的稳定性，保护 mRNA防止其受5核酸外切酶的降解 促进某些RNA的合成。切去3端过剩碱基（核酸外切酶 ）加入polyAmRNA内部的剪切hnRNA是mRNA的前体，大几倍，几十倍； snRNA（切掉内含子）切 去 内 含 子连 接 外 显 子核酸内切酶连接酶连接外显子内含子（intron） 隔断基因线性表达的序列，不编码蛋白质外显子（exon） mRNA前体中编码蛋白质的序列 胰岛素（C肽被内含子隔开 ，后被水解掉）3. 内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类： I ：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生 物的 rRNA基
13、因； II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基 因有此类内含子； IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪 接过程需酶及ATP。并接体（U1 SnRNA, U2 SnRNA）与hnRNA内含 子碱基互补结合于5 ，3端套索 二次转酯反应切下内含子核酸内切酶剪接接口： 5 GUAG-OH3第一次转酯反应第二次转酯反应二次转酯反应内含子切除鸡卵清蛋白 基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡 卵 清 蛋 白 基 因 及 其 转 录 、 转 录 后 修 饰v选择性剪接vmRNA的编辑临床相关-地中海贫血我国南方是
14、高发区原因：血红蛋白 -亚基不正常-珠蛋白基因核苷酸的点突变改变了正常 拼接部位的碱基顺序，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-珠蛋白tRNA的转录后加工RNA-pol的 转录产物携带、运送氨基酸剪接稀有碱基的生成 3端除去个别碱基后加上 CCA-OH结构tRNA前体-核酸内切酶-小的tRNA 分子-连接酶- 三叶草形碱基修饰（2）还原反应 如：U DHU（3）核苷内的转位反应 如：U （4）脱氨反应 如：A I如：A Am（1）甲基化（1） （1）（3）（2）（4）稀有碱基的生成 Pseudouridine 7-methyl guanosine7-methy
15、l guanosineInosineDihydrouracilrRNA的转录后加工核仁基因间隔 ：不被转录内含子：被转录、 加工时被切掉转录转录hnRNA转录后加工mRNAmRNArDNA原核生物真核生物RNA-pol转录产物45s rRNARNA-pol的转录产 物是5s rRNA41S人工合成锤头结构的核酶破坏病原微生物 （RNA病毒）T.Cech和 S.Altman各自分别发现RNA具有催化作 用，共同获得了1989年Nobel化学奖应用四、核 酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme) The M1 RNA in ribonuclease P is catalyticThe intron in the pre-rRNA of Tetrahemena is self-splicedRNA catalyzed RNA processing (Ribozyme，核酶 ) (Nobel Prize in 1989).Sidney AltmanThomas R. Cech核酶(ribozyme )具有酶促活性的RNA最简单的核酶二级结构槌头状结构 (hammerhead structure)底物部分人工设计的核酶粗
