第十三章 RNA的生物合成

第十三章 RNA的生物合成

第十三章 RNA的生物合成

RNA的生物合成包括转录和RNA的复制。

转录（transcription）：以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下合成RNA。 转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA

除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物。 转录研究的主要问题

①RNA聚合酶 ②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控 ①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心。 转录与DNA复制的异同：

相同：要有模板，新链延伸方向5’→3’，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。 相异：①复制需要引物，转录不需引物。

②转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留。 ③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。 转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。 基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质 转录过程涉及两个方面 ①RNA合成的酶学过程

②RNA合成的起始信号和终止信号，即DNA分子上的特定序列。 DNA正链：与mRNA序列相同的DNA链。 负链：与正链互补的DNA链。

转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。 第一节 DNA指导的RNA合成（转录）

RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。

基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。 转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止由DNA上的终止子控制，转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的。

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一、 RNA聚合酶 RNA合成的基本特征

①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP） ②RNA链生长方向：5’→3’ １

③不需引物 ④需DNA模板 反应： RNA聚合酶/DNA模板、

Mg2?n1ATP?n2GTP?n3CTP?n4UTP???????????????RNA?(n1?n2?n3?n4)PPi1、 E.coli RNA聚合酶（原核）

E.coli和其它原核细胞一样，只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。 一个E.coli细胞中约有7000个RNA聚合酶分子，在任一时刻，大部分聚合酶（5000左右）正在参与RNA的合成，具体数量依生长条件而定。 E.coli RNA聚合酶全酶（|holoenzyme）分子量46万Da，由六个亚基组成，α2ββ’ σω，另有两个Zn2+。 无σ亚基的酶叫核心酶，核心酶只能使已开始合成的RNA链延长，而不具备起始合成活性，加入σ亚基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亚基称为起始因子。 E.coli RNA聚合酶各亚基的大小与功能：

亚基 β’ β σ α ω 亚基数 1 1 1 2 1 分子量基因 （KD） 160 150 70 37 9 rpoC rpoB rpoD rpoA ---- 功能 与模板DNA结合 与核苷酸结合，起始和催化部位。 起始识别因子 与DNA上启动子结合 不详 不同的细菌，β’、β、α亚基分子量变化不大，σ亚基分子量变化较大，44KD~92KD。

σ亚基的功能：核心酶在DNA上滑动，σ亚基能增加酶与DNA启动子的结合常数，增加停留时间，使聚合酶迅速找到启动子并与之结合，σ亚基本身无催化活性。

不同的σ因子识别不同的启动子，从而表达不同的基因。

不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亚基有所差别，这决定了原核基因表达的选择性。

RNA聚合酶的催化活性：RNA聚合酶以完整的双链DNA为模板，转录时DNA的双链结构部分解开，转录后DNA仍然保持双链的结构。

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P360 图20-1RNA聚合酶的活性中心

核心酶覆盖60bp的DNA区域，其中解链部分17bp左右，RNA-DNA杂合链约12bp。 纯的RNA聚合酶，在离体条件下可转录双链DNA，但在体内，DNA的两条链中只有一条可用于转录，这可能是由于RNA聚合酶在分离时丢失了σ亚基引起的。 解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的内在特性，在酶的前端解螺旋，在后端以相反方向重新螺旋化，活体状况中，可能还有其它酶活性来帮助调整DNA的拓扑学性质。 ２

37℃时，RNA聚合酶的聚合速度可达40~100个核苷酸/秒 2、 真核生物RNA聚合酶

真核生物的转录机制要复杂得多，有三种细胞核内的RNA聚合酶：RNA聚合酶I转录rRNA，RNA聚合酶II转录mRNA，RNA聚合酶III转录tRNA和其它小分子RNA。这三种RNA聚合酶分子量都在50万左右，亚基数分别为6-15。

P362 表20-3 真核生物RNA聚合酶的分类、分布及各自的功能 动物、植物、昆虫等不同来源的细胞，RNApolⅡ的活性都可被低浓度的α-鹅膏蕈碱抑制，而RNApolⅠ不受抑制。

动物RNApolⅢ受高浓度的α-鹅膏蕈碱抑制，而酵母、昆虫的RNApolⅢ不受抑制。

除了细胞核RNA聚合酶外，还分离到线粒体和叶绿体RNA聚合酶，它们的结构简单，能转录所有种类的RNA，类似于细菌RNA聚合酶。 3、 噬菌体T3和T7编码的RNA聚合酶

仅为一条分子量11KD的多肽链，这些聚合酶只需要识别噬菌体DNA的少数启动子，并无选择地与其作用，37℃时的聚合速度200nt/秒。 二、 RNA聚合酶催化的转录过程（E.coli） P361 图20-2 1、 起始

RNA聚合酶结合到DNA双链的特定部位，局部解开双螺旋，第一个核苷酸掺入转录起始位点，从此开始RNA链的延伸。

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