第 14 章 RNA 的生物合成 ---- 转录 RNA Biosynthesis----Transcription

第14章 RNA的生物合成----转录RNA Biosynthesis----Transcription

本章主要内容 转录是基因表达的中心环节转录涉及的酶与过程转录后的加工

转录（transcription） 以DNA为模板，在RNA聚合酶（RNA polymerase）的作用下合成mRNA，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录。

1 转录是基因表达的中心环节 转录是以 DNA为模板合成RNA, 并且只是以单股DNA 为模板，因此具有不对称性；用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同，转录是局部的,从启动子开始到终止子结束,为一个转录单位; 转录不需要引物；转录的忠实性相对弱；转录首先得到RNA前体，然后再进行加工转变为成熟的RNA.

被转录成单个RNA分子的一段DNA 称为一个转录单位(transcript)

2 RNA聚合酶（ RNA polymerase ） 2.1 原核的RNA聚合酶分子量48万，5种亚基：全酶= 核心酶（α2ββ’）+ σ因子 α亚基决定转录的基因 β亚基在5’——3’方向上延长多核苷酸链，其方式与DNA 聚合酶相同，原料为NTP，没有纠错的功能。 β’亚基结合DNA模板 σ因子识别“启动子”并与之结合

2.2 真核的RNA聚合酶 聚合酶I ：转录45S rRNA 聚合酶II：转录mRNA的前体(核不均RNA, hnRNA）聚合酶III：转录tRNA 和5S rRNA 等（注意： S）

沉降系数 S 生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场下的沉降速度是个定值，称为沉降系数（sedimentation coefficient）。蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒之间。为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。

3 启动子（ promoter ） DNA上的转录起始序列，称为启动子，有序列保守性，不仅是转录起始的位置，而且影响转录的活性。上游下游 RNA聚合酶结合在启动子上

Pribnow box 注意原核启动子在-35 和-10区域的保守序列

真核转录启动子的保守序列 （TATA box，TATA盒）并非所有的真核基因都有典型的TATA box，不同生物的基因有不同的上游DNA序列

4 转录过程及其特点 4.1 转录开始由σ因子辨认并且结合到启动子上，局部解链（10-20bp），拓朴异构酶等也参与。 4.2 RNA链的延伸由核心酶催化，以其中的一股DNA 单链作为模板链，以NTP为原料，按照碱基互补配对的原则，通常是由5’ppp嘌呤核苷（G 或A ）开头向着3’方向延长多核苷酸链，合成开始后，σ因子从模板上脱离下来（可以重复利用）。核心酶覆盖双链DNA和RNA复合物，向前推进，一边解开螺旋，一边释放出新合成的RNA链，后面已经转录的区域中分开的DNA链又重新形成双螺旋。

“转录泡（transcription bubble）”

转录过程中的模板识别、起始和延伸

4.3 转录的终止 A. 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-RNA复合物结合，向3’端移动，并解开DNA-RNA杂交体，需ATP。 B. 依赖于特定序列的终止转录终止区有特殊结构。终止区的上游有GC二重对称区，转录的RNA容易形成多个“发卡”结构, 转录产物的3’端有polyU序列。这种特殊的二级结构阻止了转录向下游继续推进。

A B 转录终止的两种方式

5 RNA后的加工（ post-transcriptional processing）转录得到的只是RNA的初级产物，通常要经过加工，才能转变为成熟的RNA。tRNA 和rRNA的转录后加工比较简单. 原核前体RNA的加工

tRNA转录后的加工与修饰 注意tRNA上的修饰和稀有碱基

mRNA转录后的加工 原核生物的结构基因（编码的）是多顺反子（poly-cistron），通常是将几个相关的结构基因一起转录得到多个mRNA。（顺反子cistron 一词可以视作基因的同义词）。而真核基因是单顺反子（mono-cistron），其mRNA 的转录比较复杂, 因为真核通常只转录出一个结构基因,而且其结构基因通常又是断裂基因, 即是由编码的外显子（exon）和不编码的内含子（intron）间隔排开组成的。因此, 转录得到的仅仅是mRNA的“毛坯”，称为核不均RNA（hnRNA），要进行转录后的加工-----------在其5’端加上鸟嘌呤“帽子”，3’端加上polyA的“尾巴”，再切除内含子，将外显子拼接，才能成为一个成熟的mRNA。

内含子 外显子 5’ 3’ 真核mRNA前体转录后加工(以卵清蛋白mRNA的转录为例)

真核生物mRNA的转录后加工，包括：1.在5’端加鸟嘌呤“帽”结构2.在3’端加polyA的“尾”3.切除内含子；4.拼接外显子。真核生物mRNA的转录后加工，包括：1.在5’端加鸟嘌呤“帽”结构2.在3’端加polyA的“尾”3.切除内含子；4.拼接外显子。 5’ 帽结构

6 核酶的发现 在原生动物四膜虫（tetrahymena）中，26S rRNA分子是有一个6.4kb的前体经切除1个414nt的内含子后形成的,在此过程中, RNA进行了自我剪接（self-splicing），但是要有鸟嘌呤存在的条件下通过转酯反应实现. RNA催化作用的发现提示了生命的最初形式可能是兼遗传信息载体和催化功能于一身的RNA.

本章结束

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