第二十四章RNA的生物合成.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑第二十四章 RNA的生物合成 2022年 王镜岩版《生物化学》考研参考笔记 - 1 - ————安雨（整理） RNA的生物合成 RNA的生物合成包括转录和RNA的复制 转录（transcription）：以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下合成RNA 转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA 除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物 转录研究的主要问题 ①RNA聚合酶 ②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控 ①~③是根本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心 转录与DNA复制的异同： 一致：要有模板，新链延迟方向5’→3’，碱基的参与严格遵循碱基配对原那么 相异：①复制需要引物，转录不需引物 ②转录时，模板DNA的信息全留存，复制时模板信息是半留存 ③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。

转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步 基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质 转录过程涉及两个方面 ①RNA合成的酶学过程 ②RNA合成的起始信号和终止信号，即DNA分子上的特定序列 DNA正链：与mRNA序列一致的DNA链 负链：与正链互补的DNA链 转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3 第一节 DNA指导的RNA合成（转录） RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核） 基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的变更，将转录不同的基因 转录的起始由DNA上的启动子区操纵，转录的终止由DNA上的终止子操纵，转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的 一、 RNA聚合酶 RNA合成的根本特征 ①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP） ②RNA链生长方向：5’→3’ - 1 - 2022年 王镜岩版《生物化学》考研参考笔记 - 2 - ————安雨（整理） ③不需引物 ④需DNA模板 回响： RNA聚合酶/DNA模板、Mg2?n1ATP?n2GTP?n3CTP?n4UTP???????????????RNA?(n1?n2?n3?n4)PPi1、 E.coli RNA聚合酶（原核） E.coli和其它原核细胞一样，只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。

一个E.coli细胞中约有7000个RNA聚合酶分子，在任一时刻，大片面聚合酶（5000左右）正在参与RNA的合成，概括数量依生长条件而定 E.coli RNA聚合酶全酶|（holoenzyme）分子量46万Da，由六个亚基组成，α2ββ’ σω，另有两个Zn2+ 无σ亚基的酶叫核心酶，核心酶只能使已开头合成的RNA链延长，而不具备起始合成活性，参与σ亚基后，全酶才具有起始合成RNA的才能，因此，σ亚基称为起始因子 E.coli RNA聚合酶各亚基的大小与功能： 分子量基因 功能 （KD） 1 160 rpoC β’ 与模板DNA结合 1 150 rpoB β 与核苷酸结合，起始和催化部位 1 70 rpoD σ 起始识别因子 2 37 rpoA α 与DNA上启动子结合 1 9 ---- ω 不详 不同的细菌，β’、β、α亚基分子量变化不大，σ亚基分子量变化较大，44KD~92KD σ亚基的功能：核心酶在DNA上滑动，σ亚基能增加酶与DNA启动子的结合常数，增加停留时间，使聚合酶急速找到启动子并与之结合，σ亚根本身无催化活性 不同的σ因子识别不同的启动子，从而表达不同的基因。

不同的原核生物，都具有一致的核心酶，但σ亚基有所区别，这抉择了原核基因表达的选择性 RNA聚合酶的催化活性：RNA聚合酶以完整的双链DNA为模板，转录时DNA的双链布局片面解开，转录后DNA依旧保持双链的布局 P360 图20-1RNA聚合酶的活性中心 核心酶笼罩60bp的DNA区域，其中解链片面17bp左右，RNA-DNA杂合链约12bp 纯的RNA聚合酶，在离体条件下可转录双链DNA，但在体内，DNA的两条链中只有一条可用于转录，这可能是由于RNA聚合酶在分开时损失了σ亚基引起的 解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的内在特性，在酶的前端解螺旋，在后端以相反方向重 亚基 亚基数 - 2 - 2022年 王镜岩版《生物化学》考研参考笔记 - 3 - ————安雨（整理） 新螺旋化，活体状况中，可能还有其它酶活性来扶助调整DNA的拓扑学性质 37℃时，RNA聚合酶的聚合速度可达40~100个核苷酸/秒 2、 真核生物RNA聚合酶 真核生物的转录机制要繁杂得多，有三种细胞核内的RNA聚合酶：RNA聚合酶I转录rRNA，RNA聚合酶II转录mRNA，RNA聚合酶III转录tRNA和其它小分子RNA。

这三种RNA聚合酶分子量都在50万左右，亚基数分别为6-15 P362 表20-3 真核生物RNA聚合酶的分类、分布及各自的功能 动物、植物、昆虫等不同来源的细胞，RNApolⅡ的活性都可被低浓度的α-鹅膏蕈碱抑制，而RNApolⅠ不受抑制 动物RNApolⅢ受高浓度的α-鹅膏蕈碱抑制，而酵母、昆虫的RNApolⅢ不受抑制 除了细胞核RNA聚合酶外，还分开到线粒体和叶绿体RNA聚合酶，它们的布局简朴，能转录全体种类的RNA，类似于细菌RNA聚合酶 3、 噬菌体T3和T7编码的RNA聚合酶 仅为一条分子量11KD的多肽链，这些聚合酶只需要识别噬菌体DNA的少数启动子，并无选择地与其作用，37℃时的聚合速度200nt/秒 二、 RNA聚合酶催化的转录过程（E.coli） P361 图20-2 1、 起始 RNA聚合酶结合到DNA双链的特定部位，局部解开双螺旋，第一个核苷酸掺入转录起始位点，此后开头RNA链的延迟 在新合成的RNA链的5’末端，通常为带有三个磷酸基团的鸟苷或腺苷（pppG或pppA），即合成的第一个底物是GTP或ATP。

起始过程中，σ因子起关键作用，它能使聚合酶急速地与DNA的启动子结合，σ亚基与β’结合时，β’亚基的构象有利于核心酶与启动子精细结合， 正链：与mRNA序列一致的两、链 负链：模板链 转录起点是+1，上游是-1 - 3 - 2022年 王镜岩版《生物化学》考研参考笔记 - 4 - ————安雨（整理） 2、 延长 转录起始后，σ亚基释放，离开核心酶，使核心酶的β’亚基构象变化，与DNA模板亲和力下降，在DNA上移动速度加快，使RNA链不断延长 转录起始后，σ亚基便从全酶中解离出来，然后nusA亚基结合到核心酶上，由nusA亚基识别序列序列 3、 终止 RNA聚合酶到达转录终止点时，在终止辅佐因子的扶助下，聚合回响中断，RNA链和聚合酶脱离DNA模板链，nusA又被σ亚基所取代 由此形成RNA聚合酶起始复合物与终止复合物两种形式的循环 三、 启动子和转录因子 启动子：RNA聚合酶识别、结合并开头转录所必需的一段DNA序列 转录因子：RNA聚合酶在举行转录时，常需要一些辅佐因子（蛋白质）参与作用，此类蛋白质统称为转录因子。

踪迹法和DNA测序法确定启动子的序列布局 P363 （一） 原核启动子布局与功能 分析对比上百种启动子序列，察觉不同的启动子都存在保守的共同序列，包括RNA聚合酶识别位点和结合位点 （1）、 -10序列（Pribnow框） 在转录起点上游大约-10处，有一个6bp的保守序列TATAAT，称Pribnow框此段序列展现在-4到-13bp之间，每个位点的保守性在45%-100% 频度： T89 A89 T50 A65 A65 T100 据预料，Pribnow框中，一开头的TA和第6位最保守的T在结合RNA聚合酶时起特别重要的作用 目前认为，Pribnow框抉择转录方向酶在此部位与DNA结合形成稳定的复合物，Pribnow框中DNA序列在转录方向上解开，形成开放型起始布局，它是RNA聚合酶坚韧的结合位点，是启动子的关键部位 RNA聚合酶的结合，诱导富含AT的Pribnow框的双链解开，然后进一步扩大成17个核苷酸长度的泡状物，在泡状物中RNA聚合酶从模板链开头转录RNA产物 - 4 - 2022年 王镜岩版《生物化学》考研参考笔记 - 5 - ————安雨（整理） （2）、 -35序列（Sexfama box）（识别区域） 只含-10序列的DNA不能转录，在-10序列上游还有一个保守序列，其中心约在-35位置，称为-35序列，此序列为RNA酶的识别区域。

各碱基展现频率如下：T85 T83 G81 A61 C69 A52 ，其中TTG特别保守 -35序列的功能：它是原核RNA聚合酶全酶依靠σ因子的初始识别位点因此，-35序列对RNA聚合酶全酶有很高的亲和性35序列的核苷酸布局，在很大程度上抉择了启动子的强度，RNA聚合酶易识别强的启动子 -35序列供给RNA聚合酶识别信号， -10序列有助于DNA局部双链解开， 启动子布局的不对称性抉择了转录的方向 P364 图20-4 原核型启动子的布局 （二） 真核启动子 真核基因的转录特别繁杂，对启动子的分析要比原核基因的困难得多 真核生物有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分别转录rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA，这三类聚合酶的启动子各有其布局特点 1、 RNA聚合酶Ⅱ的启动子 RNA聚合酶Ⅱ的启动子有三个保守区： （3）、 TATA框（Hogness框） 中心在-25至-30，长度7bp左右 碱基频率：T82 A97 A85 A63 （T37 ）A83 A50（T37 ）（全为A-T，少数含有一个G-C对）。

此序列功能：使DNA双链解开，并抉择转录的起点位置，失去TATA框，转录将可能在大量位点上开头 TATA框的变更或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，TATA是绝大多数真核基因正确表达所必需的 由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间布局，同此框的结合位点和转录回响催化位点的距离，抉择了起始位点的正确选。