生物化學 課件 第十一章第二節(jié) RNA的生物合成

第十一章基因信息的傳遞與表達第二節(jié)RNA的生物合成(轉錄)轉錄（transcription）生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉錄RNADNA

轉錄和復制有許多相似之處：①模板均為DNA②聚合酶均需依賴DNA③均遵循堿基配對原則④聚合過程每次都只延長一個核苷酸⑤核苷酸之間連接鍵均是3′，5′-磷酸二酯鍵⑥鏈的延長方向均從5′→3′項目DNA復制轉錄合成模板DNA兩條鏈均作模板DNA一條鏈作模板合成原料dNTP（N=A,G,C,T）NTP（N=A,G,C,U）主要酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA分子mRNA、tRNA、rRNA等堿基配對A-T、G-CA-U、T-A、G-C引物需要不需要DNA復制和轉錄的區(qū)別一、轉錄體系原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板:DNA酶:RNA聚合酶（RNApolymerase,RNA-pol）其他蛋白質因子

(一)轉錄模板

能轉錄出RNA的DNA區(qū)段編碼鏈模板鏈(templatestrand)編碼鏈(codingstrand)模板鏈

雙鏈DNA分子中能作為模板轉錄出RNA的那條鏈，稱為模板鏈。又叫有意義鏈（sensestrand）或Watson鏈。另一條互補鏈稱為編碼鏈，又叫反義鏈（antisensestrand）或Crick鏈。

轉錄產(chǎn)物RNA的堿基序列，除了T變U外，其余與編碼鏈相同。

不對稱轉錄

(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈可轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一單鏈上。

(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

）

亞單位分子量功能α36512決定哪些基因被轉錄β150618與轉錄的全過程有關β′155613結合DNA模板σ70263辯認起始點大腸桿菌中的RNA聚合酶組成（三）轉錄的特點1.不對稱性2.連續(xù)性RNA3.單向性RNA4.有特定的起始和終止位點二、轉錄過程

分為三個階段： 起始(initiation)

延長(elongation)

終止(termination)原核生物的轉錄過程（一）轉錄起始

1.RNA聚合酶結合在轉錄模板的起始區(qū)域。

2.DNA雙鏈解開，以一條鏈為模板，合成第一個磷酸二酯鍵。2.DNA雙鏈解開。1.RNA聚合酶全酶(

2)與模板結合。3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物。5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+PPi轉錄起始過程

RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉錄起始復合物（二）轉錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，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

轉錄泡（transcriptionbubble）：

在轉錄延長過程中，由局部打開的DNA雙鏈、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者結合在一起的復合體，為空泡狀結構，又稱轉錄復合物。核生物轉錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象

(三)轉錄終止

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

分類：不依賴ρ(Rho)因子的轉錄終止依賴ρ(Rho)因子的轉錄終止

1.不依賴ρ因子的轉錄終止

在DNA分子上有終止轉錄的特殊堿基順序稱為終止子（terminators），為連續(xù)的A-T區(qū)域和上游的富含G-C的回文結構。該部位轉錄出的RNA產(chǎn)物可形成特殊的發(fā)夾結構，這種結構可以阻止RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA模板向前移動，而終止轉錄。

2.依賴ρ因子的轉錄終止有些RNA的轉錄終止需依賴ρ因子的參與。主要是協(xié)助RNA聚合酶識別新生RNA鏈上的終止信號，以停止轉錄，故又稱終止因子(terminationfacor)。ρ因子是Rho基因編碼產(chǎn)生的由6個亞基所組成的蛋白質類終止因子只有在多聚體狀態(tài)下才能發(fā)揮作用具有RNA-DNA雙螺旋解旋酶和ATP酶活性三、轉錄后加工對新轉錄合成的DNA分子或前體進行各種化學修飾、添加、剪切、剪接、編輯等反應，使之轉變成為具有特定生物學功能的成熟RNA的過程，該過程稱轉錄后加工或轉錄后修飾。（一）mRNA轉錄后加工（二）tRNA轉錄后加工（三）rRNA轉錄后加工（一）mRNA轉錄后加工1.5

端形成帽子結構(m7GpppNm—)。2.3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)。7－甲基鳥苷三磷酸帽子結構多聚A尾結構OOCH2OOH+NHNNOH2NNCH3OOHH2CO-OPOOPO-OP鳥嘌呤OO-OPOOAAA-OH3/3.hnRNA中段序列的剪接斷裂基因：真核生物結構基因，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，這些基因稱為斷裂基因(splitgene)。外顯子：斷裂基因中具有表達活性的編碼序列稱為外顯子(exon)內含子：斷裂基因中沒有表達活性的間隔序列稱為內含子(intron)。在酶的作用下切除hnRNA中內含子、拼接外顯子，使之成為具有指導翻譯功能的模板，該過程稱為hnRNA的剪接。剪接過程中分子中的內含子先彎成套索狀，稱為套索RNA(lariatRNA)，從而使各外顯子相互接近。接著，由特異的RNA酶切斷內含子與外顯子之間的磷酸二酯鍵，再使編碼區(qū)相互連接生成成熟的mRNA。4.RNA的編輯（RNAediting）

指在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。是某些RNA，特別是mRNA前體的一種加工方式，如插入、刪除或替換一些核苷酸殘基（包括U→C，A→U；U的插入或缺失、多個G或C的插入等）。經(jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化，使得一個基因序列可能產(chǎn)生幾種不同的蛋白質，這可能是生物在長期進化過程中形成的、更經(jīng)濟有效地擴展原有遺傳信息的機制。（二）tRNA轉錄后加工1.剪接在RNA酶的催化下，tRNA前體的5′-端及相當于反密碼環(huán)的區(qū)域各被切去一定長度的多核苷酸鏈，然后由連接酶催化拼接。2.加上CCA-OH的3’-末端在核苷酸轉移酶的催化下，以CTP、ATP為供體，在RNA前體的3’-末端加上CC