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1、第十七章RNA的生物合成与加工第一节DNA转录生成RNA一、定义（一）转录单位（二）启动子（promoter）（三）终止子（terminator）二、RNA聚合酶（一）酶的特性：以4种NTP为底物，需模板和镁离子，合成方向也是53，但不需 要引物。（二）酶的分类：1. 噬菌体的RNA聚合酶结构简单，是单链蛋白，功能也简单。2. 细菌则具有复杂的多亚基结构（450Kd），可识别并转录超过1000个转录单位。3. 真核生物的酶有多种，根据a一鹅膏蕈碱（环状8肽，阻断RNA延伸）的抑整理用可分为 三类：聚合酶A对它不敏感，分布于核仁，转录核糖体RNA；聚合酶B对低浓度敏感，存 在于核质，转录信使RN
2、A；聚合酶C位于核质，对高浓度敏感，转录小分子量RNA，如转 运RNA、5SRNA等。各种RNA聚合酶都是由10-15种不同亚基组成的多亚基复合物。4. 线粒体和叶绿体也有RNA聚合酶，结构简单，能合成所有种类RNA。（三）酶的构成：大肠杆菌的全酶有5个亚基（a2BB3。），含2个锌。B催化形成磷 酸二酯键，B结合模板，。亚基称为起始因子，可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。 BB 3。称为核心酶。亚基在不同菌种间变动较大，而核心酶比较恒定。酶与不同启动 子的结合能力不同，不同启动因子可识别不同的启动子。70识别启动子共有序列，。32 识别热休克基因，。60在氮饥饿时起作用。通过随机移动起作
3、用，不需解链。（四）模板：以完整双链DNA为模板，其中仅一条链可转录。转录时局部解链，转录后 DNA重新形成双螺旋结构，所以DNA是全保留的。三、转录过程分为起始、延长和终止三个阶段。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部（17bp）解 链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键。第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点。起始后起始因子离开，核心酶构象改变，沿模板移动，转录生成杂交双链（12bp），随后DNA 互补链取代RNA链，恢复DNA双螺旋结构。延伸速度为50nt/s，酶移动17nm。错误几率 为 10-5。聚合酶到达终点时，在终止辅助因子的帮助下停止反应，酶和RNA链脱落，转录结束。四、启动子
4、和转录因子（一）定义：酶识别、结合、开始转录的一段DNA序列。强启动子2秒钟启动一次转录， 弱启动子10分钟一次。（二）原核生物：大肠杆菌在起点上游约一10碱基对处有保守序列TATAAT，称为pribnow box，有助于局部解链。在其上游还有TTGACA，称为一35序列，提供RNA聚合酶识别的 信号。（三）真核生物：复杂，差异较大。1. 信使RNA的启动子通常有三个保守区，一25到一30有TATA框，是解链位置，并决定 转录起点；一75位置有CAAT框，与RNA聚合酶的结合有关；更上游还有GC框，某些转 录因子可结合。后两个称为上游因子，对转录起始频率有较大影响。2. 小RNA的启动子在转录
5、区内部，有一些辅助因子帮助RNA聚合酶识别。五、终止子和终止因子（一）定义（二）所有原核生物的终止子在终点之前都有一个回文结构，可使酶减慢移动或暂停合成。 大肠杆菌有两类终止子：1. 简单终止子，回文区有一段富含GC对的序列，回文后有寡聚尿苷。2. 依赖P的终止子，必须在有P因子时才能发挥作用，不含GC对，也无寡聚尿苷。P因 子是蛋白质，可与酶作用，释放RNA，并使酶脱离。（三）某些因子可使酶越过终止子继续转录，称为通读。常见于某些噬菌体的时序控制，早 期基因与晚期基因以终止子相隔，早期基因产生抗终止因子，使发生通读以表达晚期基因。六、转录的调控（一）遗传信息的表达有时序调控和适应调控，转录水
6、平的调控是关键环节，因为这是表达 的第一步。转录调控主要发生在起始和终止阶段。（二）操纵子是细菌基因表达和调控的单位，有正调节和负调节因子。阻遏蛋白的作用属于 负调控。环腺苷酸通过其受体蛋白（CRP）促进转录，可促进许多诱导酶的合成。操纵子可 构成综合性调控网络，如SOS反应等。对终止子也有调控作用，如衰减子。（三）真核生物不组成操纵子，而是通过激素、生长因子等进行调控。某些DNA序列对转 录起增强作用，称为增强子。第二节转录后加工一、原核生物（一）核糖体RNA：大肠杆菌共有7个核糖体RNA的转录单位，每个转录单位由16S、23S、5SRNA和若干转 运RNA基因组成。16S和23S之间常由转
7、运RNA隔开。转录产物在RNA酶III的作用下 裂解产生核糖体RNA的前体P16和P23，再由相应成熟酶加工切除附加序列。前体加工时 还进行甲基化，产生修饰成分，特别是a-甲基核苷。N4,2 -O二甲基胞苷（m4Cm）是16S核 糖体RNA特有成分。5S核糖体RNA 一般无修饰成分。（二）转运 RNA：有60个基因，其加工包括：1. 内切酶在两端切断，大肠杆菌RNA酶P是5成熟酶2. 外切酶从3修剪，除去附加顺序。RNA酶D是3成熟酶3. 3端加上CCAOH，由转运RNA核苷酰转移酶催化，某些转运RNA已有，切除附加 序列后即露出。4. 核苷的修饰：修饰成分包括甲基化碱基和假尿苷，修饰酶具有高
8、度特异性。甲基化对碱 基和序列都有严格要求，一般以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体。（三）信使RNA：细菌多数不用加工，转录与翻译是偶联的。也有少数多顺反子信使RNA必须由内切酶切成 较小的单位，然后翻译。如核糖体大亚基蛋白与RNA聚合酶的b亚基基因组成混合操纵子， 转录后需经RNA酶III切开，各自翻译。因为RNA聚合酶的合成水平低得多，切开有利于 各自的翻译调控。较长的RNA会产生高级结构，不利于翻译，切开可改变其结构，从而影 响其功能。二、真核生物（一）核糖体RNA：基因拷贝数多，在几十到几千之间。基因成簇排列在一起，由RNA聚 合酶I转录生成一个较长的前体，哺乳动物为45S。核仁是其转录、加
9、工和装配成核糖体的 场所RNA酶III等核酸内切酶在加工中起重要作用5SRNA基因也是成簇排列的，由RNA 聚合酶III转录，经加工参与构成大亚基。核糖体RNA可被甲基化，主要在核苷2羟基， 比原核生物甲基化程度高。多数核糖体RNA没有内含子，有些有内含子但不转录。（二）转运RNA：由RNA聚合酶III转录，加工与原核相似，但3端的CCA都是后加的， 还有2 -O-甲基核糖。（三）信使RNA：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切 除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物， 称为核内不均一 RNA（hnRNA）。其加工过程包括：1
10、. 5端加帽子：在转录的早期或转录终止前已经形成。首先从5端脱去一个磷酸，再与 GTP生成5，5三磷酸相连的键，最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化，形成帽子结构。帽 子结构有多种，起识别和稳定作用。2. 3端加尾：在核内完成。先由RNA酶III在3端切断，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。 尾与通过核膜有关，还可防止核酸外切酶降解。3. 内部甲基化：主要是6-甲基腺嘌吟，在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别 作用。三、RNA的拼接（一）转运RNA的拼接：由酶催化，酶识别共同的二级结构，而不是序列。通常内含子插 入到靠近反密码子处，与反密码子配对，取代反密码子环。第一步由内切酶切除插入序列， 不
11、需ATP；第二步由RNA连接酶连接，需要ATP。（二）四膜虫核糖体RNA的拼接：某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子，其 拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行。其实质是磷酸酯的转移反 应，鸟苷酸起辅助因子的作用，提供游离3羟基。（三）信使RNA：真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子，左端为GT， 右端为AG。先在左端切开，产生的5末端与3端上游形成5，2 -磷酸二酯键，构成套 索结构。然后内含子右端切开，两个外显子连接起来。通过不同的拼接方式，可形成不同的 信使RNA。第三节RNA的复制一、噬菌体QbRNA的复制其RNA是单链，正链，侵入大肠杆菌后立即
12、翻译，产生复制酶的b亚基，与宿主的三个亚 基（a为核糖体蛋白，丫、5均为肽链延长因子）构成复制酶，进行复制。先以正链为模板合 成负链，再根据负链合成正链。合成负链时需要宿主的两个蛋白因子，合成正链则不需要， 所以可大量合成。病毒的蛋白质合成受RNA高级结构的调控。二、病毒RNA复制的主要方式（一）病毒含正链RNA，先合成复制酶，复制后合成其他蛋白质进行装配。如噬菌体Qb 及灰质炎病毒。（二）病毒含负链和复制酶，先合成正链，再合成病毒蛋白和复制病毒RNA。如狂犬病毒。（三）病毒含双链RNA和复制酶，如呼肠孤病毒。先复制正链，再翻译成病毒蛋白，最后 合成负链，形成双链RNA分子。（四）致癌RNA病
13、毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆转录生成DNA前病毒，再转录、 翻译。第四节RNA生物合成的抑制剂 一、碱基类似物有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下两类：（一）作为代谢拮抗物，直接抑制核苷酸生物合成有关酶类。如6-巯基嘌吟进入体内后可 转变为巯基嘌吟核苷酸，抑制嘌吟核苷酸的合成。可作为抗癌药物，治疗急性白血病等。此 类物质一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑整理用。（二）进入核酸分子，形成异常RNA或DNA，影响核酸的功能并导致突变。5-氟尿嘧啶类 似尿嘧啶，可进入RNA，与腺嘌吟配对或异构成烯醇式与鸟嘌吟配对，使A-T对转变为G-C 对。因为正常细胞可将其分解，而
14、癌细胞不能，所以可选择性抑制癌细胞生长。二、DNA模板功能抑制物（一）烷化剂：带有活性烷基，能使DNA烷基化。鸟嘌吟烷化后易脱落，双功能烷化剂可 造成双链交联，磷酸基烷化可导致DNA链断裂。通常有较大毒性，引起突变或致癌。（二）放线菌素类：可与DNA形成非共价复合物，抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素。（三）嵌入染料：含有扁平芳香族发色团，可插入双链DNA相邻碱基对之间。常含丫啶或 菲啶环，与碱基大小类似，可在复制时增加一个核苷酸，导致移码突变。如漠乙啶。三、RNA聚合酶抑制剂（一）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。（二）利链菌素：与细菌RNA聚合酶b亚基结合，抑制RNA链的延长。a-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶。
