第十四章RNA的生物合成.ppt

第 一 章 RNA的生物合成Ø转录的基本特点 Ø转录的条件 Ø原核生物的转录Ø真核生物的转录ØRNA转录产物的加工 ØRNA的复制Ø RNA生物合成的两种方式ü DNA指导的RNA合成，生物体内的主要合成方式ü RNA指导的RNA合成（RNA复制），常见于病毒ü RNA前体（RNA precursor）：转录产生初级转录 本，需经加工为成熟的RNA后才具有生物学活性Ø 不对称转录（asymmetric transcription）：转录 时只以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，将遗 传信息由DNA传递给RNA的现象第一节 转录的基本特点ü RNA分子只有一条链可转录，模板链并不总是在同 一单链上ü 每个基因的转录都受到相对独立的控制 ü 模板链(template strand)及无意链(antisense strand)：指导RNA合成的DNA链，又称为负链（-链 ）ü 编码链(coding strand)及有意链(sense strand) ：不作为转录模板的另一条DNA链，又称为正链（+ 链）ü 有意链与反意链并非固定不变Ø 转录的连续性ü RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催 化下，从头连续合成一段RNA链（不需要引物），各 条RNA链之间无需再进行连接。

ü 单顺反子：合成的RNA中只含一个基因的遗传信息ü 多顺反子：合成的RNA中含有几个基因的遗传信息Ø 转录的单向性：RNA转录合成时，只能向一个方向进 行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3’→5’，而 RNA链的合成方向为5’→3’Ø 转录不需要引物Ø 有特定的起点和终点ü 启动子(promotor) ：RNA聚合酶特异识别、结合和 开始转录的一段DNA序列ü 终止子(terminator)：提供转录停止信号的DNA序 列，在DNA模板的特异位点处终止RNA的合成ü 转录单位（transcript）：DNA链上从启动子到终 止子为止的一段DNA序列；一个转录单位可以包括一 个基因，也可以包括几个基因ü 转录起点（startpoint）：与新生RNA链第一个核 苷酸相对应的DNA链上的碱基，此点通常用+1表示；ü 上游（upstream）：转录起点前面（5’末端）的 序列，用负数表示；ü 下游（downstream）：转录起点后面（3’末端） 的序列，用 正数表示阻遏蛋白Lac I P2 OLacZLacYLacAP1RNA聚合酶阻遏蛋白和 乳糖复合物乳糖或IPTG转录Lac I P2 OLacZLacYLacAP1ü 操纵子（operon）：原核生物基因转录的功能单位 ，结构上包括四个功能区：多顺反子（结构基因区 ）、启动子、操作子、终止子和调节基因。

第二节 转录的条件一、底物四种脱氧核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP 和 UTPNMP）n + NTP （NMP）n+1 + PPi二、模板转录反应需要DNA作为模板，且不同的RNA聚合酶对 DNA两股链以及不同的DNA段落都有一定的选择性三、RNA聚合酶Ø RNA聚合酶的特点ü 可启动RNA的合成，不需引物；ü 只以一条DNA链或其一段DNA为模板；ü 碱基互补配对的原则：A与U，G与C配对；ü 合成方向：5’ →3’；ü 合成是连续进行的；ü 无校读功能；ü 需要Mg2+或Mn2+离子ü 可与多种调节转录的蛋白因子相互作用Ø 大肠杆菌RNA聚合酶ü 每个细胞中约有3000个RNA聚合酶分子；ü 组成：全酶由α2、β、β’、、σ 5种亚基组 成，椭圆球形，可结合约60个核苷酸；ü σ因子与其它部分的结合不紧密，它易于与 α2β’β  分离；ü 核心酶：没有σ亚基的酶，只催化RNA链的延长， 对转录的起始无作用；全酶 = 核心酶（α2ββ’  ）+ σ因子ü 各亚基的功能α：参与全酶和启动子的牢固结合；β ：聚合作用的催化位点，催化形成磷酸二酯键 ；σ：识别启动子，起始转录；β’：酶的装配、与启动子上游元件和活化因子结 合；：？ü RNA聚合酶的作用u识别启动子：主要依赖于亚基，亚基只参与 转录的起始，并决定转录的方向。

u与DNA结合并使之解旋、解链，另外还具有重新 使DNA螺旋化作用u催化RNA聚合反应，负责三种RNA合成u核心酶通过与不同的亚基结合，识别不同的启 动子Ø 真核生物RNA聚合酶ü 三种RNA聚合酶：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲü 每个酶分子有两个大亚基，还有10个以下的小亚基 ü RNA聚合酶Ⅰ：位于核仁中，活性最显著，负责转录 rRNA基因ü RNA聚合酶Ⅱ：位于核浆中，负责hnRNA（mRNA的前 体）的合成，其活性可被低浓度的α-鹅膏蕈碱所迅 速抑制ü RNA聚合酶Ⅲ：负责合成tRNA和许多小的核内RNAs， 其活性可被高浓度的α-鹅膏蕈碱所迅速抑制Ø 噬菌体RNA聚合酶ü 仅由一条多肽链组成；ü 合成速度很快，在37℃时可达约200核苷酸/秒；ü 噬菌体RNA聚合酶只能识别噬菌体本身所具有的启动 子，不能识别其他启动子Ø 线粒体和叶绿体中的RNA聚合酶ü 和细胞核中的酶完全不同，分子较小ü 类似于噬菌体RNA聚合酶抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌的全酶与σ亚基结合，阻止起始链霉溶菌素细菌的核心酶与β亚基结合，阻止延长放线菌素D真核RNA聚合酶Ⅰ与DNA结合，阻止延长α-鹅膏蕈碱真核RNA聚合酶Ⅱ与RNA聚合酶Ⅱ结合Ø 常用的转录抑制剂四、启动子和转录因子 Ø 原核生物启动子ü 在基因表达调控中，转录起始是关键，基因能否表达 决定于在特定启动子的起始过程。

ü 不同启动子对RNA聚合酶的亲和力各不同，对转录起 始频率（基因表达的程度）有重要的调控作用RNA聚合酶 与启动子的 结合模式图ü 启动子的共同顺序：启动子的关键部位，在RNA合成 开始位点的上游大约10bp和35bp处有两个共同的顺序 （-10和-35序列）-35区：T85T83G81A61C69A52 （-35bp,-35序列）-10区：T89A89T50A65A65T100 （-10bp,-10序列）u-35序列：RNA聚合酶全酶的识别位点，对全酶有很 高的亲和性，提供RNA聚合酶识别的信号u-10序列：又称TATA盒，是RNA聚合酶全酶的紧密结 合位点，有助于DNA局部双链的解开，决定着双链解 开的速度和转录的方向 u两者共同决定了启动子的强度，也调控了转录的 速度和RNA分子数ü 上游顺序：起始位点上游50到150bp之间的顺序； 是某些RNA聚合酶的激活蛋白”（ CAP-cAMP复合物 ）的结合部位，也是拓扑异构酶的结合部位，这有 利于转录起始的超螺旋状态的产生ü 上游顺序所引起的DNA结构的微细变化可能在双螺 旋上被传导到相当远的距离，影响到-10和-35区的 DNA结构细节。

结合位点TTGACATATAAT起始位点-10~18b--5~8bp--35序列-10序列CAP-cAMPØ 真核生物启动子ü 真核生物三种RNA聚合酶都有各自的启动子ü RNA聚合酶Ⅰ启动子：又称rRNA基因启动子或Ⅰ型启 动子u不同真核生物Ⅰ型启动子序列有较大的差异，缺乏 保守性，目前发现有两个区域是转录必需的u核心启动子： -40至+5序列，决定转录起始的精确 位置u上游控制元件(upstream control element,UCE) ： -165至-40序列，影响转录的频率ü RNA聚合酶Ⅱ启动子：又称蛋白质基因启动子或Ⅱ型 启动子u有四个区域对转录起始起着调控作用，是真核基因 转录不可缺少的序列u转录起始位点两侧序列：起始位点两侧的若干个嘧 啶核苷酸序列对启动子的强度，以及确定起始位点方 面都是必要的uTATA盒（核心序列）：位于-25至-30bp左右，基本 上由AT组成，极少数启动子中有GCbp；起作用是决定 转录的起点和转录的效率其共有序列： T85A97T93A85(A63/T37)A83(A50/T37)u上游启动子区：真核Ⅱ型启动子上游具有的多种 调控元件CAAT盒：转录起始位点上游70-80bp处的CAAT顺序。

GC盒：位于CAAT盒邻近，共同顺序：GGGCGGu远端调控区：在真核生物中，有些基因的启动子 远上游区域（-100bp以上）可大大增强启动子的活 性u顺式作用元件（cis-acting element）：与基因 转录调控有关的DNA序列，如启动子和增强子u上游启动子元件（upstream promoter element， UPE）或上游激活序列（upstream activating sequence，UAS）：TATA区上游的保守序列u增强子（enhancer）：增强真核生物启动子活性 的DNA顺序长约100～200bp，其核心组件常为8～ 12bp，可以单拷贝或多拷贝串联形式存在ü 增强子的特点u增强效应明显；u可以远距离调控，可位于基因的上游或下游； u增强作用与其序列方向无关；u有组织和细胞特异性；u无基因专一性；受外部信号调控ü RNA聚合酶Ⅲ启动子u一般位于转录起点的上游u在由RNA聚合酶Ⅲ转录的5SRNA基因中，其启动子 位于转录单位之中，在转录起点的下游50个碱基以 后，约在+55到+80之间故称为下游启动子或内部 启动子u在tRNA基因中启动子分为两段，均在基因内部； A段在+8和+30之间，B段在+51和+72之间；两段必 须同时存在，否则不能起始。

Ø 反式作用因子（transacting factor）：识别并作 用于顺式作用元件的蛋白质因子，如转录因子Ø 转录因子（transcription factor，TF）：RNA聚合 酶在进行转录时所需要的一些辅助蛋白质因子ü 通用转录因子：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，如TFⅡD 、TFⅡA、TFⅡF、TFⅡE、TFⅡH 等ü 组织细胞特异性转录因子和可诱导性转录因子：这 些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，如：热激因子 Ø 原核生物终止子：在终止位点之前均有一个回文序 列，RNA可形成发夹结构四、终止子和终止因子 ü 不依赖ρ因子的终止子（简单终止子）和依赖ρ因 子的终止子ü 不依赖ρ因子的终止子： DNA模板链中有约6个一串连A， 转录为RNA 3’端的寡聚UØ 真核生物终止子：真核生物转录的终止信号和机制 了解很少，其主要原因在于大多数RNA在转录后很快 进行加工，难确定原初的3’-端Ø 加尾信号：DNA上AATAAA + 富含G.T序列Ø 终止因子（terminator factors）：协助RNA聚合酶 识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。

ü ρ因子：六聚体蛋白质，亚基的分子量为50kD该蛋白因子能识别终止信号，并能与RNA紧密结合，导致 RNA的释放ü nusA蛋白：分子量69kD的酸性蛋白，它能与RNA及 RNA聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放五、抗终止Ø 又称通读，RNA聚合酶越过终止子继续转录的现象 ，通读是由于终止子被特异性的因子抑制产生的Ø 抗终止因子：引起抗终止作用的蛋白质第三节 原核生物的转录一、转录的起始Ø 识别ü 全酶与DNA分子随机结合，形成松弛复合物；ü σ因子在DNA双链上寻找启动子：σ因子识别启动 子的-35区，促使形成封闭复合物(双螺旋形式) ， 并滑动到-10区；Ø 起始ü RNA聚合酶全酶促使局部双链解开，“关闭”复合体 转变为“开放”复合体(双螺旋解旋，两条链分开， 形成“转录空泡”) ；ü 催化ATP或GTP与另外 一个三磷酸核苷聚合， 形成第一个 3',5'-磷酸二酯键Ø 延长 ü σ因子从全酶上脱离，核心酶继续沿DNA链移动，连 续聚合RNA ； ü DNA的解链和重复螺旋化Ø 转录的终止ü 依赖ρ因子的终止：新 生RNA上有ρ因子的识别 位点它与聚合酶-DNA- 。