RNABiosynthesis(Transcription)RNA生物合成(轉(zhuǎn)錄)第十一章轉(zhuǎn)錄（transcription）

生物體以DNA為模板按照堿基配對原則合成RNA的過程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似點：1.模板均為DNA；2.延長機理都是形成磷酸二酯鍵；3.

方向均為5′→3′；4.遵循堿基配對原則；5.聚合酶的活性依賴于DNA。

轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板DNA雙鏈DNA的一條鏈原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物需要不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物DNARNA配對A-T、G-CA-U、T-A、G-C參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白質(zhì)因子

一、轉(zhuǎn)錄的模板和酶TemplatesofTranscriptionandEnzymes（一）轉(zhuǎn)錄的概念轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板，在RNA聚合酶的催化下按堿基配對原則合成RNA的過程。（二）轉(zhuǎn)錄的模板

體內(nèi)DNA的兩條鏈中僅有一條鏈可以作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；或者某些區(qū)段以一條鏈為模板，而另一區(qū)段以另一條鏈為模板。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。轉(zhuǎn)錄僅以DNA一條鏈的某一區(qū)段為模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱為不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)。雙鏈DNA分子中能作為模板轉(zhuǎn)錄出RNA的那條鏈，稱為模板鏈（templatestrand）、無意義鏈、負(fù)鏈或Crick鏈。另一條互補鏈稱為編碼鏈（codingstrand）、有意義鏈、正鏈或Watson鏈。模板鏈(templatestrand)編碼鏈(codingstrand)編碼鏈模板鏈

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的堿基序列，除了T變U外，其余與編碼鏈相同。

二、RNA聚合酶（DDRP）

1.

原核生物的RNA聚合酶

E.coli的RNA聚合酶是由五種亞基組成的六聚體（

2

）

E.coli

RNA聚合酶組分亞基分子量功能

36512決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄

150618催化磷酸二酯鍵形成

155613結(jié)合DNA模板

ω7026311000辨認(rèn)起始點未知RNA聚合酶全酶及核心酶電泳圖譜

其他原核生物的RNA聚合酶，在結(jié)構(gòu)、組成、功能上均與E.coli相似。 原核生物的RNA聚合酶都受一類抗結(jié)核藥利福平或利福霉素的特異性抑制。這類藥物能與RNA聚合酶的

亞基特異結(jié)合，從而影響酶的活性。應(yīng)用：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化煙草后，以利福平作為抗生素抑制農(nóng)桿菌的生長2.

真核生物的RNA聚合酶（3種）種類IIIIII轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA前體hnRNA（mRNA前體）5SrRNAtRNA,snRNA對α-鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感極敏感中度敏感

二、轉(zhuǎn)錄過程TheProcessofTranscription

分為三個階段：

起始(initiation)

延長(elongation)

終止(termination)2.DNA雙鏈解開。1.RNA聚合酶全酶與模板結(jié)合。

3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+PPi轉(zhuǎn)錄起始過程（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄過程1.轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成第一個磷酸二酯鍵。

酶與模板的辨認(rèn)結(jié)合

原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。

RNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位稱為啟動子(promoter)。是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：

DNA分子中能編碼蛋白質(zhì)的基因。定義：將mRNA開始轉(zhuǎn)錄的第一個核苷酸定為起點（+1），由此向轉(zhuǎn)錄延長的方向為下游，其核苷酸以+XX表示，起始點左側(cè)為上游，核苷酸以-XX表示。原核生物啟動子－35區(qū)：一致性序列為TTGACA

與聚合酶（sigma）亞基結(jié)合

是RNA-pol的辨認(rèn)位點－10區(qū)：一致性序列為TATAAT

又叫Pribnow盒（TATAbox）

與聚合酶β亞基形成酶-DNA復(fù)合物 是RNA-pol的結(jié)合位點開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動子保守序列5

5

RNA聚合酶結(jié)合區(qū)結(jié)構(gòu)基因3

3

不同基因的啟動子區(qū)域：RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始動畫：2.轉(zhuǎn)錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi

轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）：

在轉(zhuǎn)錄延長過程中，由局部打開的DNA雙鏈、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者結(jié)合在一起的復(fù)合體，為空泡狀結(jié)構(gòu)，又稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄泡

核心酶（α2ββ′）延長RNA鏈

轉(zhuǎn)錄的起始及延長過程

3.轉(zhuǎn)錄終止

RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。

分類：非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

1.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

DNA模板上靠近終止處，有特殊的堿基序列(富含GC的反向重復(fù)序列)，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）來終止轉(zhuǎn)錄。發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄的機理

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。富含GC的反向重復(fù)序列

2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

因子是強堿性六聚體蛋白；

因子能結(jié)合RNA，改變RNA聚合酶構(gòu)象，停止前移，使轉(zhuǎn)錄終止；

因子還有ATP酶和解螺旋酶的活性，使DNA-RNA雜化雙鏈解鏈，新轉(zhuǎn)錄成的RNA釋放。

原核生物轉(zhuǎn)錄過程起始延長終止（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄過程1.轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)（1）轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體順式作用元件(cis-actingelement)

：是同一DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。按功能特性，真核基因順式作用元件包括啟動子、增強子及沉默子等。

反式作用因子(trans-actingfactor)

：是指能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。反式作用因子由另一基因表達(dá)后，可與靶基因特異的順式作用元件相互作用，從而激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)蛋白稱反式作用因子。反式作用因子（2）轉(zhuǎn)錄因子反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(trans-criptionalfactors,TF)。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ轉(zhuǎn)錄因子亞基和(或)分子量（kDa）功能TFⅡDTBP，38結(jié)合TATA盒TAF輔助TBP-DNA結(jié)合TFⅡA12，19，35穩(wěn)定ⅡD-DNA復(fù)合物TFⅡB33促進(jìn)RNA-polⅡ結(jié)合TFⅡF30，74解螺旋酶TFⅡE57(

)，34(β)ATPaseTFⅡH蛋白激酶，使CTD磷酸化（3）轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。

拼板理論(piecingtheory)一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性和專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。

TBPTAFTFIIH2.真核轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。

RNA-pol前移處處都遇上核小體。

轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向3.真核轉(zhuǎn)錄終止（專一終止的核酸內(nèi)切酶）

（終止信號）（三）RNA的復(fù)制RNA病毒的遺傳基因有（+）RNA（－）RNA（±）RNA1.概念：以RNA為模板合成RNA的過程。2.復(fù)制方式：見表10-6總是以RNA（+）為模板合成蛋白質(zhì)。三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控（自學(xué)）（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

操縱子（operon）（二）真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

順式作用元件：啟動子（promoter）、增強子（enhancer）、沉默子（silencer）

反式作用因子：DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域

四、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的修飾最初轉(zhuǎn)錄生成的RNA一般是不成熟的，需要經(jīng)過一系列的加工（斷裂、拼接和修飾）才能變成成熟的RNA。原核生物和真核生物的tRNA和rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工方式基本相同，但mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工存在很大的差別。（一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

原核生物的mRNA大多不需要加工，直接翻譯成蛋白質(zhì)，且邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。

真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄的初產(chǎn)物是hnRNA（核不均一RNA），需要經(jīng)過加工生成成熟的mRNA，包括：5’端加帽、3’端加尾、mRNA剪接以及甲基化。

1.5′-端加帽：m7GpppG——加帽過程2.3′-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)——除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。3.mRNA的剪接真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。

斷裂基因(splitegene)非編碼區(qū)A~G編碼區(qū)1~7外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟mRNA的核酸序列。內(nèi)含子斷裂基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。

UnitoftranscriptioninaDNAstrandTranscriptmodification3’5’雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾4.甲基化

在mRNA分子內(nèi)部有少量的A存在甲基化，而在mRNA前體中不存在這樣的結(jié)構(gòu)，需要由甲基化酶催化加工生成。