第十六章 RNA的生物合成

由天下分享时间：2025/1/19 9:55:35 加入收藏我要投稿点赞

第十六章RNA的生物合成

一、内容提要

（一）RNA转录基本规律与体系

1．RNA生物合成的概念转录是以DNA单链为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。

2．不对称转录在结构基因的DNA双链中，只有一条链可以作为模板，通常将这条能指导转录的链称为模板链或有意义链；与其互补的另一条链则称为编码链或反意义链，模板链并非总在一条链上。转录的这种选择性称不对称转录。

3．RNA聚合酶原核生物中只有一种RNA聚合酶，由4个亚基αββ′σ组成五聚体（α2ββ′σ）蛋白质。α2ββ′亚基合称核心酶，σ亚基加上核心酶称为全酶，转录起始需要全酶。σ亚基的作用是能够识别不同基因的启动序列，从而使RNA聚合酶能特异地启动不同基因的转录。真核生物有三种RNA聚合酶，分别为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，RNA聚合酶Ⅰ的转录产物是45S rRNA，聚合酶Ⅱ的转录产物是hnRNA，RNA聚合酶Ⅲ的转录产物是5S rRNA、tRNA、snRNA。

（二）转录的过程

1．原核生物RNA的转录过程

（1）起始首先由RNA聚合酶的σ亚基辨认启动子，并以RNA聚合酶全酶的形式与启动子结合，形成酶-启动子开链复合物，使DNA 模板链暴露，启动转录。

（2）延伸链的延伸有核心酶催化，核心酶在DNA模板上沿3′→5′方向以屈伸交替状移行，一面使双股DNA解链，一面催化4种NTP按模板链互补的核苷酸序列逐个连接，使RNA按5′→3′方向不断延伸，直至转录终止处。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交双链，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。

（3）终止 ①依赖ρ因子转录终止：ρ因子在终止点处与转录产物结合，使RNA-DNA双螺旋解开，释放RNA，并和RNA聚合酶一起从模板上脱落。②非依赖ρ因子的转录终止：DNA 模板上靠近转录终止部位有特殊的核苷酸序列，转录生成的RNA产物可形成特殊的发夹结构，发夹结构可以阻止RNA聚合酶继续沿DNA模板向前移动，而终止转录。

2．真核生物RNA的转录过程

（1）起始转录起始时RNA聚合酶与DNA模板并不直接结合，而是在多种转录因子协同下完成这个过程。转录因子可分为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ，其中最为重要的是与RNA聚合酶Ⅱ相关的TFⅡ类转录因子。

（2）延伸真核生物转录延长的机制与原核生物基本一致，但没有转录翻译同步的现象。

（3）终止在结构基因最后一个外显子的3′端常有一组共同序列AATAAA，这些序列称为转录终止修饰点， mRNA在修饰点处被切断，随即加入3′端polyA尾巴及5′端帽子结构。

3．转录后的加工修饰

（1）断裂基因是指真核生物的结构基因由若干个编码区和非编码区相互间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质。断裂基因中具有表达活性的编码序列称为外显子,没有表达活性的间隔序列称为内含子。

（2）真核细胞mRNA的加工包括：①在5′末端连接上一个―帽子‖结构m7GpppmNP；②在3′末端连接多聚腺苷酸（poly A）的―尾巴‖结构；③hnRNA被剪接，除去由内含子转录来的序列，将外显子的转录序列连接起来。

（3）tRNA的加工原核生物和真核生物tRNA前体分子的加工基本相同。包括：在5′端和3′端切除一定的核苷酸序列以及tRNA反密码环的部分插入序列；在3′–末端加上CCA-OH结构；碱基的修饰。

（4）原核生物的rRNA前体为30S，经加工后可得到成熟的16SrRNA、23SrRNA和5SrRNA。真核生物的rRNA前体为45S，加工后可得到成熟的28SrRNA、5.8SrRNA和18SrRNA。

（5）核酶四膜虫的28SrRNA前体不需要酶参与，就能通过RNA本身的催化作用完成其―内含子‖的切除，这种拼接作用称为自催化剪接，具有自催化剪接活性的RNA称为核酶。

（三）逆转录

1．逆转录以RNA为模板利用宿主细胞中4种dNTP为原料，合成RNA互补的DNA的过程，称为逆转录。

2．逆转录酶逆转录酶是逆转录病毒RNA编码的，其主要功能有：①RNA指导的

DNA合成反应；②能特异性水解RNA-DNA杂交体上的RNA；③具有DNA指导的DNA聚合酶活性。

3．逆转录的意义逆转录酶及逆转录现象是分子生物学研究中重大发现，扩大和发展了中心法则，拓宽了20世纪初人们对病毒致癌的理论；逆转录酶是基因工程中重要的工具酶；逆转录及逆转录酶被广泛地应用在疾病的诊断、治疗、药物的生产等诸多领域中。二、学习要点

（一）RNA转录基本规律与体系

掌握RNA合成的概念和不对称转录的含义；掌握原核生物和真核生物RNA聚合酶的种类、组成、及作用特点。

熟悉复制与转录的区别。（二）转录的过程

掌握启动子的概念与结构特点；掌握断裂基因的概念；掌握真核生物mRNA转录后的加工修饰方法。

熟悉RNA转录合成的基本过程。了解tRNA、rRNA的转录后加工修饰。（三）逆转录掌握逆转录的概念。熟悉逆转录酶的功能。了解逆转录的意义。三、难点解析

（一）不对称转录

在结构基因的双链中只有一条链可以作为模板进行转录，另一条链不转录，模板并非永远在一条链上，这就是不对称转录的含义。

（二）顺式作用元件、反式作用因子、转录因子

真核生物结构基因上游与基因表达有关的特异DNA序列统称为顺式作用元件。能直接或间接辨认、结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的则称为转录因子。

（三）真核生物转录起始复合物的装配过程

真核生物转录起始复合物的装配就是转录因子和RNA聚合酶逐步与DNA 模板结合，使DNA双链解开为单链启动转录的过程。

（四）真核生物mRNA前体的剪接加工

断裂基因是真核生物的结构基因由若干个编码区和非编码区相互间隔开。外显子是断裂基因中具有表达活性的编码序列称为, 内含子是没有表达活性的间隔序列称为。在转录过程中，外显子和内含子序列均转录到hnRNA中。剪接就是在细胞核中，由特定的酶催化，切除由内含子转录而来的非信息区，然后将由外显子转录而来的信息区进行拼接，使之成为具有翻译功能的模板。这一过程必须依赖细胞核中的小核糖体蛋白协助完成。四、复习测试（一）名词解释

1．转录 2．不对称转录 3．结构基因 4．模板链 5．编码链 6．核心酶 7．σ因子 8．断裂基因 9．hnRNA 10．逆转录（二）选择题 A型题

1．合成RNA需要的原料是：

A．dNTP B．dNMP C．NMP D．NTP E．NDP 2．转录的含义是：

A．以DNA为模板合成DNA的过程 B．以DNA为模板合成RNA的过程 C．以RNA为模板合成RNA的过程 D．以RNA为模板合成DNA的过程 E．以DNA为模板合成蛋白质的过程 3．关于复制与转录的说法错误的是：

A．新生链的合成都以碱基配对的原则进行 B．新生链合成方向均为5′至3′ C．聚合酶均催化磷酸二酯键的形成

D．均以DNA分子为模板 E．都需要NTP为原料

4． DNA双链中,指导合成RNA的那条链叫：

A．反意义链 B．Crick链 C．编码链 D．模板链 E．以上都不对 5．关于DNA复制和转录，下列说法错误的是：

A．都以DNA为模板 B．都需dNTP作原料 C．遵从A—T（u）配对，G—C配对 D．都需依赖DNA的聚合酶 E．产物都是多核苷酸链

6．有关转录和复制的叙述正确的是：

A．合成的产物均需要加工 B．与模板链的碱基配对均为A-T C．合成起始都需要引物 D．原料都是dNTP E．都在细胞核内进行

7．关于DNA指导的RNA聚合酶，下列说法错误的是： A．以DNA为模板合成RNA B．是DNA合成的酶