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第十三章 RNA 的代谢

第十三章 RNA 的代谢. 主要内容. 转录 转录后的加工. 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利. RNA 合成与 DNA 合成的比较：. （ 1 ）催化方向均是 5 ‘ － 3 ‘ ， 延伸的机理相同： 反应受焦磷酸水解趋动，需要模板。. （ 2 ） RNA 合成不需引物（自身可以独立起始合成），且无外切酶作用（即缺乏核对能力）； DNA 复制是一个半保留复制， RNA 合成是 全保留的（因是单链）。. （ 3 ） RNA 合成起始和终止均受严格的控制，而 DNA 的终止无特殊的信号。.

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第十三章 RNA 的代谢

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  1. 第十三章 RNA的代谢 主要内容 • 转录 • 转录后的加工 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利

  2. RNA合成与DNA合成的比较： （1）催化方向均是5‘－3‘， 延伸的机理相同： 反应受焦磷酸水解趋动，需要模板。 （2）RNA合成不需引物（自身可以独立起始合成），且无外切酶作用（即缺乏核对能力）； DNA复制是一个半保留复制，RNA合成是 全保留的（因是单链）。 （3）RNA合成起始和终止均受严格的控制，而DNA的终止无特殊的信号。

  3. 第一节 依赖DNA的RNA合成 转录的概念 以DNA分子中的某一区段的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下合成一段RNA链。 5‘――3‘： Coding strand P324 3‘――5： Template strand

  4. Coding strand, Sense strand, Crick strand Template strand, antisense strand, Watson strand Transcription Translation

  5. 原核生物的RNA聚合酶P324 1. 亚基的生成 2. 功能：催化RNA的合成: tRNA，rRNA，mRNA 3. 抑制剂：利福平rifampicin

  6. 原核生物的转录过程 1、结合 起始阶段 2、解链 3、引发 4、б因子解离 延长阶段 5、核心酶移动 6、形成3‘，5‘－磷酸二酯键 7、因子识别终止信号 8、核心酶停止转录 终止阶段 9、RNA链释放出来

  7. 一、转录（transcription）： 转录是遗传信息从DNA转移到RNA的过程。 转录过程的发现是由于发现了 DNA directed/dependent RNA polymerase (DDRPase)， 简称RNA聚合酶 或称转录酶

  8. n1ATP + n2GTP + n3CTP + n4UTP DNA指导的RNA聚合酶 RNA + (n1+n2+n3+n4) PPi DNA（模版），Mg2+ 催化的反应： 模板：DNA 引物：不需要 底物：4种NTP 合成方向：5′→3′ 辅助因子：Mg2+ or Mn2+（促进聚合反应）

  9. （一）RNA聚合酶: E.Coli RNA聚合酶 全酶: α2ββ′σ 核心酶：α2ββ′ α2ββ′σ（全酶 holoenzyme）=α2ββ′+σ

  10. 原核生物RNA聚合酶可以被利福霉素（rifamycin） • 和利链霉素(streptolydigin)抑制 • 真核生物RNA聚合酶根据它们对α-鹅膏蕈碱（α- • amanitin）的敏感性不同分为RNA聚合酶I（A）、II（B）、III（C）。

  11. 酶的种类 对抑制物的敏感性 RNA聚合酶I 对α-鹅膏蕈碱不敏感 RNA聚合酶II 对低浓度α-鹅膏蕈碱敏感 RNA聚合酶III 对高浓度α-鹅膏蕈碱敏感 真核生物RNA聚合酶

  12. 真核生物RNA聚合酶

  13. （二）原核生物转录的过程 1. 转录的一般原则： （1）模板 : 体内DNA中的一条链被转录 模板链（template strand） 编码链（coding strand） • 不是整个DNA分子的信息都被转录成一个RNA，而是某些基因以DNA的这一条链作为模板，而另一些基因以DNA的另外一条链作为模板。

  14. （2）转录过程中需要模板，需要解链，但不需要引物 。 （3）以4种核苷三磷酸为底物，并需要Mg2+激活。 （4）第一个被转录的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（约为 90%），其中以鸟嘌呤核苷酸最为常见。 （5）转录的方向的5′→3′，这与DNA的复制完全一致。 （6）转录具有高度的忠实性。 （7）转录受严格调控。

  15. DNA的转录过程：起始、延长和终止。

  16. 2. 转录的起始 • （1）启动子（promoter）的概念： • 启动子是指RNA聚合酶识别，结合并开始转录的一段DNA序列，它包括4个区域： • 转录的起始点， • -10区（pribnow box，富含AT，其一致序列为TATAAT） • -35区 一致序列为TTGACA， • -10与-35之间的序列。 原核生物的RNA聚合酶能直接识别启动子，并与启动子结合，从而启动基因转录

  17. 转录起始点（start point）为+1，位于它上游的序列为负数，位于它下游的序列为正数，没有零。

  18. （2）RNA聚合酶对启动子的识别、结合和起始复合物的形成

  19. RNA合成不需要引物，按照DNA中一条链的碱基序列选择1st and 2nd 核苷三磷酸，合成第一个磷酸二酯键，RNA链上参入的第一个核苷酸通常是嘌呤，因此新生RNA的5′端通常是pppA or pppG。 转录起始后，σ因子就从起始复合物中解离。

  20. 3.链的延长： σ因子释放后，进入链的延长阶段，核心酶的移动方向沿DNA 的3′→5′方向

  21. RNA链的合成方向5′→3′

  22. RNA合成的速度每秒种40个核苷酸，与蛋白质合成的速度相近（15个aa/sec），但比DNA复制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的运动不是匀速的，在经过富含GC对的序列8至10个核苷酸后，会发生一次暂停，这与转录的终止有关。

  23. 4.链的终止： 当核心酶沿模板3′→5′方向移动到终止信号区域时，转录就终止，提供终止信号的DNA序列称终止子。 终止有2种类型：不依赖ρ因子的终止，依赖于ρ因子的终止。

  24. 不依赖于ρ因子的终止：这类终止子结构上有2个特征不依赖于ρ因子的终止：这类终止子结构上有2个特征 （1）DNA链的3′端附近有回文结构，富 含G-C碱基，随后紧跟的是A-T碱 基，转录而形成的RNA具有茎环的发夹形结构（hairpin structure） 。 （2）发夹结构末端紧跟6个连续的U，这 发夹结构阻碍了聚合酶的进一步延 伸，RNA链的合成就终止，酶和 mRNA就从模板DNA上释放。

  25. 依赖ρ因子（rho factor）的终止：ρ因子是ρ基因编码的蛋白质，是一种酶，它具有ATPase的活性和解链酶的活性，在水解ATP的情况下，它沿着5′→3′方向转录物的3′端前进，直到遇到暂停在终止点位置的RNA聚合酶。随后ρ因子通过解链酶的活性解开转录泡（transcription bubble）上的RNA/DNA形成的杂交双螺旋，使RNA转录物得到释放，从而终止转录。

  26. 依赖ρ因子（rho factor）的终止：

  27. 结 合 RNA聚合酶（ 2ββ‘б）与启动子（promoter）结合，б组别启动子部位（-35启动子部位）。 б和β‘起连接作用。 RNA聚合酶合成RNA的方向为5‘－3‘，所以从转录起始点沿RNA聚合酶运动的方向称为下游（downstream），核苷酸残基编号依次为+2，+3…，而反方向为上游（upstream），核苷酸残基编号为-1，-2…。 原核生物的转录过程

  28. 解 链 解开一小段DNA双螺旋，以便产生单链DNA转录模板。 原核生物的转录过程

  29. 引 发 第一个核苷三磷酸上去（GTP、ATP）（模板）若第一个是C，那么是PPPG（GTP） 结合上去。 б因子的作用： 组别启动子部位 组别启动部位 原核生物的转录过程

  30. 延 长 阶 段 4. б因子解离 5. 核心酶移动 6. 形成3‘，5‘－磷酸二酯键 核心酶，特别是其中的β亚基起3‘，5‘－磷酸二酯键的催化作用的核心酶沿模板3‘→5‘移动，RNA链5‘→3‘延长。 原核生物的转录过程

  31. 终 止 阶 段 7. 因子识别终止信号（不衣赖因子） 8. 核心酶不停止转录 9. RNA链释放出来

  32. 第四节 真核细胞的转录作用 1、真核有三种RNA聚合酶 (P328) 原核 真核 只有一种 3种 RNA聚合酶 不受抑制 受抑制 利福平 不同步 转录和蛋白质合成 同步

  33. 真核生物与原核生物转录的主要区别 1. 真核细胞RNApol种类较多，根据它们对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同分为RNA pol I 、II 、III（or A、B、C），它们是高度分工的，不同的RNA聚合酶负责合成不同的RNA。

  34. 2. 真核启动子比原核启动子更复杂和更多样性，不同的 RNA聚合酶有不同的启动子。

  35. 3. 原核细胞靠RNA pol本身可识别启动子，而真核细胞 的RNApol无法识别启动子，要靠转录因子 (transcription factor,TF）识别启动子 ，有许多转录 因子。 • 转录因子的功能：调节RNA聚合酶的活性，将RNA • 聚合酶引到启动子位置。

  36. 4. 真核生物的转录受特定的顺式作用元件（cis-acting element）的影响，顺式作用元件：真核生物DNA中转录调控有关的核苷酸序列，包括增强子、沉默子等。 增强子（enhaucer）：增加转录的速度。 沉默子（silencer）：降低转录的速度，沉默子也称抑 制子。

  37. 顺式作用元件并不能直接发挥作用，要与反式作用因子（trans-acting factors）相互作用来调控转录，反式作用因子是一些特殊的蛋白质因子。

  38. 5. 原核细胞基因转录的产物大多数为多顺反子mRNA，这是由于原核转录系统中功能相关的基因共享一个启动子，它们在转录时，以一个共同的转录单位进行转录。而真核细胞，每一种蛋白质的基因都有自己独立的启动子，所以 真核细胞转录产物是单顺反子mRNA。

  39. A B C DNA P 转录 mRNA A B C DNA P A P B P C 转录 mRNA A B C 原核 真核

  40. 6. 原核细胞是边转录、边翻译，两个过程几乎是同时进 行的，而真核细胞转录和翻译在时间上和空间上都是 分开的，转录在细胞核，翻译在细胞质。 7. 真核细胞中DNA与组蛋白结合在一起，形成染色质， 后者进一步盘曲、折叠形成染色体，其中只有一小 部分能转录。 8. 真核细胞被转录的产物要经过非常复杂的后加工。

  41. 如何保证转录的忠实性：(转录差错率为10-5) 1、靠模板链与新合成链之间的碱基配对 2、核心酶对底物有专一性

  42. 转录过程的选择性抑制 抗菌素放线菌素D P330 丫啶 利福平 -鹅膏覃碱

  43. 第五节 新生RNA的剪接和修饰 一、除去内含子的剪接过程 内含子有四种类型

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