生物化學(xué) 第六講RNA的生物合成和加工

RNA的

生物合成和加工DNA指導(dǎo)下RNA

的合成中心法則32023/2/1842023/2/1852023/2/1862023/2/1872023/2/18轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有mRNA、rRNA、tRNA和小RNA。除某些病毒基因組RNA外，生物體內(nèi)絕大多數(shù)RNA分子都來自DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。轉(zhuǎn)錄（transcription）以某一基因DNA分子的一條鏈為模板，合成出與其序列對(duì)應(yīng)的RNA分子的過程。是在基因或操縱子的水平上個(gè)別基因的行為（DNA指導(dǎo)RNA合成）。DNA復(fù)制：以整個(gè)親代DNA分子為模板，合成出相同子代DNA分子的過程。是在基因組的水平上進(jìn)行的整體基因的行為。82023/2/18①復(fù)制需要引物，轉(zhuǎn)錄不需引物②轉(zhuǎn)錄時(shí)，模板DNA的信息全保留，復(fù)制時(shí)模板信息是半保留RNA聚合酶只有5’→3’聚合活性，無5’→3‘及3’→

5’外切活性復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較相同：①要有模板②新鏈延伸方向5’→3’，③堿基的加入遵循堿基配對(duì)原則不同：92023/2/18●轉(zhuǎn)錄由DNA上的啟動(dòng)子區(qū)等順式作用元件（cis-element）和組織特異性的反式作用因子（trans-factors，轉(zhuǎn)錄因子）控制，轉(zhuǎn)錄的終止由DNA上的終止子控制。有關(guān)轉(zhuǎn)錄的基本概念●轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步?；虮磉_(dá)的終產(chǎn)物：①RNA②蛋白質(zhì)●基因的轉(zhuǎn)錄是有選擇性的，不同組織、不同生長(zhǎng)發(fā)育階段和細(xì)胞環(huán)境條件的改變，將轉(zhuǎn)錄不同的基因?！褶D(zhuǎn)錄起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以是一個(gè)基因（真核），也可以是多個(gè)基因（原核）。102023/2/18●DNA正鏈：非模板鏈，與mRNA序列相同的鏈。DNA負(fù)鏈：模板鏈，與mRNA序列互補(bǔ)的鏈?！褶D(zhuǎn)錄單位的起點(diǎn)核苷酸為+1，起點(diǎn)右側(cè)為下游（轉(zhuǎn)錄區(qū)），轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)左側(cè)為上游，用負(fù)數(shù)表示：-1，-2，112023/2/18

Templatestrands122023/2/18

SensestrandandAntisensestrand132023/2/18一、RNA聚合酶RNA聚合酶的反應(yīng)條件與催化特征：①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②Mg2+促進(jìn)聚合反應(yīng)③需DNA模板④不需引物⑤RNA鏈生長(zhǎng)方向：5’→3’⑥第一個(gè)核苷酸常為pppG或pppA142023/2/18E.coli和其它原核細(xì)胞一樣，由一種RNA聚合酶合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。一個(gè)E.coli細(xì)胞中約有7,000個(gè)RNA聚合酶分子，在任何時(shí)刻，大部分聚合酶（5,000左右）正在參與RNA的合成，具體數(shù)量依生長(zhǎng)條件而定。

1、E.coliRNA聚合酶（原核）形狀：多突起的橢球體，長(zhǎng)達(dá)16nm（50bp）轉(zhuǎn)錄速度：50-100nt/sat37℃翻譯速度：15aa/s復(fù)制速度：50Kb/min（800nt/s）152023/2/18亞基基因分子量（KD）全酶中的數(shù)目功能αrpoA37-402與啟動(dòng)子上游元件及活化因子結(jié)合βrpoB150-1551結(jié)合NTP，催化磷酸二酯鍵形成β'rpoC155-1601與模板DNA結(jié)合σrpoD32-921識(shí)別啟動(dòng)子，起始轉(zhuǎn)錄ω─9-111未知轉(zhuǎn)錄因子Ρrho466轉(zhuǎn)錄終止nusAnusA691轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)，終止全酶（holoenzyme）：

α2ββ’σω，另有兩個(gè)Zn2+。分子量465Kd。不同的σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子，從而表達(dá)不同的基因。不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亞基有差別，這決定了原核基因表達(dá)的選擇性。162023/2/18172023/2/18

σ亞基的功能：核心酶在DNA上滑動(dòng)，σ亞基能增加酶與DNA啟動(dòng)子的結(jié)合常數(shù)，增加停留時(shí)間，使全酶迅速找到啟動(dòng)子并與之結(jié)合，σ亞基自身無催化活性。無σ亞基的酶（α2ββ’ω）叫核心酶。核心酶(coreenzyme)只能使已開始合成的RNA鏈延長(zhǎng)，而沒有起始合成活性，加入σ亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力。不同的σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子，從而表達(dá)不同的基因。這決定了原核基因表達(dá)的選擇性。182023/2/18大腸桿菌不同的因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子因子基因功用-35順序間隔距離-10順序σ70rpoD正常狀態(tài)TTGACA10-18bpTATAATσ32rpoH熱休克CNCTTGAA13-15bpCCCCATNTσ60rpoN氮的利用CTGGNA6bpTTCGA192023/2/18EcoliRNApolymerase（coreoenzyme）202023/2/18原核生物RNApol(Core)的結(jié)構(gòu)與功能ααβ’β212023/2/18EcoliRNApolymerase（holoenzyme）222023/2/18

★37℃時(shí)，反應(yīng)速度可達(dá)40核苷酸/秒?！镌诿傅那岸私饴菪?，在后端以相反方向重新螺旋化，活體狀況中，可能還有其它酶活性來幫助調(diào)整DNA的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)?！锖诵拿父采w60bp的DNA區(qū)域，其中解鏈部分17bp左右，RNA-DNA雜合鏈約12bp?！颮NA聚合酶以完整的雙鏈DNA為模板，轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)部分解開，轉(zhuǎn)錄后DNA仍然保持雙鏈的結(jié)構(gòu)。232023/2/18242023/2/18RNA合成－1252023/2/18RNA合成－2262023/2/18真核生物的轉(zhuǎn)錄機(jī)制要復(fù)雜得多，三種RNA聚合酶，在細(xì)胞核中起不同的作用。2、真核生物RNA聚合酶根據(jù)對(duì)α-鵝膏蕈堿的敏感性分。聚合酶種類位置產(chǎn)物活性比較對(duì)α-鵝膏蕈堿的敏感性聚合酶Ⅰ核仁45sRNA→5.8s，18s，28srRNA50-70%不敏感聚合酶Ⅱ核漿hnRNA，大多數(shù)snRNA20-40%高度敏感（10-9M）聚合酶Ⅲ核漿tRNA，5SrRNA，U6-snRNA，scRNA10%動(dòng)物中度敏感（10-5M）酵母、昆蟲不敏感真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)272023/2/18282023/2/18●三種RNA聚合酶分子量都在50萬左右，亞基數(shù)分別為8-14。

●真核生物RNA聚合酶中沒有細(xì)菌σ因子的對(duì)應(yīng)物，聚合酶自身不能識(shí)別和結(jié)合到啟動(dòng)子上，而需要由其它轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶配合，在啟動(dòng)子上裝配成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物?！窦?xì)胞器RNA聚合酶類似于細(xì)菌RNA聚合酶，能轉(zhuǎn)錄所有種類的RNA。292023/2/18302023/2/18YeastRNAPolymeraseII312023/2/183、噬菌體T3和T7編碼的RNA聚合酶僅為一條分子量10KD左右的多肽鏈，對(duì)自身啟動(dòng)子具有高度專一性和極高的轉(zhuǎn)錄效率（37℃時(shí)的聚合速度200nt/秒），322023/2/18二、RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程σ因子/RNA聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)從啟動(dòng)子的-10區(qū)解鏈從轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄，σ因子離開，nusA結(jié)合終止子和ρ因子參與，RNA和聚合酶釋放332023/2/18轉(zhuǎn)錄的步驟342023/2/18352023/2/18起始過程中，σ因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合。σ亞基與β’結(jié)合時(shí)，β’亞基的構(gòu)象有利于核心酶與啟動(dòng)子緊密結(jié)合RNA聚合酶在σ亞基的引導(dǎo)下識(shí)別并結(jié)合到啟動(dòng)子上，然后DNA雙鏈被局部解開，形成轉(zhuǎn)錄泡。第一個(gè)核苷酸（通常pppG或pppA）從轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)開始摻入。合成2-9個(gè)核苷酸后，σ因子脫落，核心酶才能離開啟動(dòng)子向前移動(dòng)，從此開始RNA鏈的延伸。1、

起始（initiation）（1）酶首先找到啟動(dòng)子區(qū)域（-35序列）并與之結(jié)合。（2）-10區(qū)約有17bp被解旋，暴露出模板鏈。（3）轉(zhuǎn)錄起始362023/2/18轉(zhuǎn)錄的解螺旋方式如果RNA纏繞在DNA雙螺旋上，解不開雙螺旋，不可能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。拓?fù)洚悩?gòu)酶可以解除超螺旋，使轉(zhuǎn)錄泡移動(dòng)。372023/2/18382023/2/18轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基釋放，離開核心酶，使核心酶的β’亞基構(gòu)象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動(dòng)速度加快，使RNA鏈不斷延長(zhǎng)。轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基便從全酶中解離出來，然后nusA亞基結(jié)合到核心酶上，由nusA亞基識(shí)別終止序列。2、延長(zhǎng)(elongation)392023/2/18RNA聚合酶到達(dá)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)時(shí)，在nusA亞基的幫助下，聚合反應(yīng)停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。3、終止（termination）402023/2/18識(shí)別終止子還需要NusA,NusB,NusE.NusG等因子參與，有關(guān)問題有待深入研究。412023/2/18旁路異構(gòu)化終止出口422023/2/18RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄時(shí)，需要一些輔助因子（蛋白質(zhì)）參與，此類蛋白稱為轉(zhuǎn)錄因子。三、啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子（promoter）RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄所必需的一段DNA序列。轉(zhuǎn)錄因子Transcriptonfactors（TF）組成性啟動(dòng)子：可以被基本轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別誘導(dǎo)性啟動(dòng)子：被組織特異性的轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別Generaltrans-factors：識(shí)別組成性啟動(dòng)子Tissue-specificTFs：識(shí)別組織特異性啟動(dòng)子432023/2/18promoter442023/2/18模板鏈3’端RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)解鏈區(qū)1、原核啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)與功能比較發(fā)現(xiàn)：不同的啟動(dòng)子都存在保守序列，包括RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)。452023/2/185’----TTGACANNNNNNNNNNNNNNNNNTATAATNNNNNA/GNNNNNNNNNNN+1-10區(qū)-35區(qū)3’---AACTGT

NNNNNNNNNNNNNNNNN

ATATTA

NNNNN

T/CNNNNNNNNNNN啟動(dòng)子區(qū)N16-19N5-9間隔區(qū)間隔區(qū)轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄區(qū)NNNNNNNA/G5’-462023/2/18472023/2/18轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游-10處6bp的保守序列TATAAT，出現(xiàn)在-4到-13bp之間，每個(gè)位點(diǎn)的保守性在45%-96%。

頻率：

T

A

T

A

A

T80%95%45%60%50%96%（1）-10序列（Pribnow框）Pribnow框是啟動(dòng)子的關(guān)鍵部位，決定轉(zhuǎn)錄方向。聚合酶在此部位與DNA結(jié)合形成大約17個(gè)核苷酸長(zhǎng)的開放起始復(fù)合物，并從泡狀物中的模板鏈開始轉(zhuǎn)錄RNA產(chǎn)物。482023/2/18是原核RNA聚合酶初始識(shí)別位點(diǎn)，對(duì)RNA聚合酶有很高親和性。該序列決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度，RNA聚合酶易識(shí)別強(qiáng)的啟動(dòng)。（2）-35序列（識(shí)別區(qū)域）只含-10序列的DNA不能轉(zhuǎn)錄，在它的上游還有一個(gè)-35保守序列，是RNA聚合酶識(shí)別區(qū)域。頻率T

T

G

A

C

A82%84%78%65%54%45%功能492023/2/18-35序列提供RNA聚合酶識(shí)別信號(hào)-10序列有助于DNA局部雙鏈解開啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性決定了轉(zhuǎn)錄的方向與保守序列接近的啟動(dòng)子較強(qiáng)，反之較弱。不含-35序列的啟動(dòng)子幾乎不轉(zhuǎn)錄。不同的σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子。502023/2/18啟動(dòng)子共有序列的功能512023/2/182、真核啟動(dòng)子真核基因的轉(zhuǎn)錄十分復(fù)雜，啟動(dòng)子有三類，分別由RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。522023/2/18（1）類別Ⅰ啟動(dòng)子可被RNA聚合酶Ⅰ識(shí)別，只控制rRNA前體轉(zhuǎn)錄，核心啟動(dòng)子在-45至+20區(qū)域，上游控制元件在-180至-107。轉(zhuǎn)錄因子：（1）UBF1（UCEBindingFactor）結(jié)合在兩個(gè)“GC”島上，招募SL1（2）SL1因子類似σ因子，招募RNA聚合酶I（3）RNA聚合酶I結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上開始轉(zhuǎn)錄532023/2/18（2）類別Ⅱ啟動(dòng)子RNApolⅡ識(shí)別類別Ⅱ啟動(dòng)子，轉(zhuǎn)錄mRNA?？杀籖NA聚合酶Ⅱ識(shí)別，由起始子、基本啟動(dòng)子、上游元件和應(yīng)答元件組成。542023/2/18●起始子（initiator）：

轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)●基本啟動(dòng)子（TATAbox）：與通用轉(zhuǎn)錄因子（generalactor）結(jié)合●上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelement，UPS，upstreamactivatingsequence,UAS）

通常包括：

CAAT框、GC框、八聚體框：與上游因子（Upstreamfactor，或稱轉(zhuǎn)錄輔助因子transcriptionauxiliaryfactor）結(jié)合。●應(yīng)答元件（responsiveelement）：與誘導(dǎo)因子（Induciblefactor）結(jié)合。Ⅱ型啟動(dòng)子由各種基本順式作用元件組合而成，分散在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游大約200bp的范圍內(nèi)：552023/2/18起始子（initiator）轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)處的保守序列：

PyPyA+1NT（A）PyPy其中：A+1為轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)

Py為嘧啶堿（C或T）

N為任意堿基562023/2/18中心-25至-30，長(zhǎng)度7bp，功能：解開DNA雙鏈，并決定轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)?；締?dòng)子

（TATA

box）失去TATA框，轉(zhuǎn)錄將可能在許多位點(diǎn)上開始。TATAA（T）AA（T）82%97%93%85%63%（37%）82%60%（37%）頻率：572023/2/18TATA框的改變或缺失，直接影響DNA與酶的結(jié)合程度，使轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)偏移。因此，TATA是許多數(shù)真核基因正確表達(dá)所必需的。

由于RNA聚合酶分子有相對(duì)固定的空間結(jié)構(gòu)，同此框的結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄反應(yīng)催化位點(diǎn)的距離，決定了起始位點(diǎn)的正確選擇。啟動(dòng)子特定序列和酶的正確結(jié)構(gòu)，這兩者把酶置于一種正確的構(gòu)象中，決定了識(shí)別的正確性和轉(zhuǎn)錄起始的正確性。582023/2/18“結(jié)合—變構(gòu)—激活”機(jī)制保證轉(zhuǎn)錄因子的組合在時(shí)間上和空間上的嚴(yán)格有序性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因表達(dá)的精確控制592023/2/18在CAAT框上游，序列GGGCGG，與某些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合CAAT框中心在-75處，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT，功能：與RNA聚合酶結(jié)合。GC框上游啟動(dòng)子元件八聚體框?qū)D(zhuǎn)錄的起始頻率有較大影響。共有序列：ATGCAAAT識(shí)別因子：Oct-1，Oct-2602023/2/18幾種真核生物promoter的結(jié)構(gòu)612023/2/18真核生物的promoter與增強(qiáng)子的距離和方向差別很大，轉(zhuǎn)錄因子與增強(qiáng)子結(jié)合促進(jìn)其與promoter靠近，并促進(jìn)基因的表達(dá)。622023/2/18金屬硫蛋白的promoter由多個(gè)元件構(gòu)成，特異應(yīng)答元件如MREs（金屬應(yīng)答元件）和GRE（糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件）。BLEs元件（基礎(chǔ)水平元件）與基礎(chǔ)表達(dá)(組成性表達(dá)）有關(guān)，TRE是一個(gè)腫瘤應(yīng)答元件，可以被促腫瘤佛波脂如TPA(tetradecanoylphorbolacetate,四癸基佛波乙酸脂)活化。AP為反式作用因子。632023/2/18各種應(yīng)答元件（responsiveelement）642023/2/18啟動(dòng)子區(qū)652023/2/18（3）類別Ⅲ啟動(dòng)子（1）上游啟動(dòng)子：snRNA的啟動(dòng)子（2）基因內(nèi)啟動(dòng)子：5SrRNA、tRNA、scRNA啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)下游，既在基因內(nèi)部。為RNApolⅢ所識(shí)別，分為兩大類。662023/2/18TATAbox：起始轉(zhuǎn)錄，其序列可能影響對(duì)聚合酶II或III選擇性。OCT（octamerbox）：增加轉(zhuǎn)錄效率。PSE（proximalsequenceelement）：增加轉(zhuǎn)錄效率snRNA上游啟動(dòng)子有3個(gè)控制元件672023/2/18非洲爪蟾5srRNA的基因內(nèi)啟動(dòng)子在+55~+80，有3個(gè)敏感區(qū)：boxAintermediateelementboxC腺病毒tRNA的基因內(nèi)啟動(dòng)子有2個(gè)box：boxAboxB682023/2/18四、終止子和終止因子提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的一段DNA序列稱為終止子。協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止子的輔助因子稱為終止因子（蛋白質(zhì)）。有些終止子的作用可被特異的因子阻止，使酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄（通續(xù)）。這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子。終止子位于已轉(zhuǎn)錄的序列中，DNA的終止子可被RNA聚合酶或其輔助因子識(shí)別。692023/2/181、大腸桿菌中的兩類終止子所有原核生物的終止子在轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)之前都有一個(gè)回文結(jié)構(gòu)，回文對(duì)稱區(qū)通常富含GC，它轉(zhuǎn)錄出來的RNA可以形成一個(gè)較強(qiáng)的頸環(huán)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以使聚合酶減慢移動(dòng)或暫停RNA的合成。702023/2/18反向重復(fù)反向重復(fù)反向重復(fù)反向重復(fù)寡聚U寡聚U712023/2/18722023/2/18732023/2/18742023/2/18在莖環(huán)結(jié)構(gòu)之后、終止點(diǎn)前有一寡聚U序列。

寡聚U序列可能提供信號(hào)使RNA聚合酶脫離模板。rU-dT組成的RNA-DNA雜交分子具有特別弱的堿基配對(duì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)RNA聚合酶暫停時(shí)，RNA-DNA雜交分子即在rU-dA弱鍵結(jié)合的末端區(qū)解開。（1）不依賴于ρ的終止子（簡(jiǎn)單終止子、強(qiáng)終止子）752023/2/18莖的前半部過早地和RNA-DNA雜交雙鏈中的后半部分退火，僅剩下多聚U序列和模板鏈雜交。因?yàn)檫@樣一個(gè)由幾個(gè)U和幾個(gè)dA形成的RNA-DNA雜交雙鏈?zhǔn)呛懿环€(wěn)定的，于是新生RNA鏈將很快自DNA雙鏈中被排除出來。762023/2/18772023/2/18在莖環(huán)結(jié)構(gòu)之后、終止點(diǎn)前無寡聚U序列。ρ因子是46KD的蛋白質(zhì)，具有依賴于RNA的NTPase、RNA-DNA解螺旋酶活力轉(zhuǎn)錄起始后，ρ因子即結(jié)合在新生RNA鏈上，借助水解NTP獲得的能量推動(dòng)其沿著RNA鏈移動(dòng)，當(dāng)RNA聚合酶遇到終止子時(shí)發(fā)生暫停，使ρ得以追上酶，ρ與酶相互作用釋放RNA，并與酶一起從DNA上脫落下來。（2）

依賴ρ的終止子（弱終止子）782023/2/18792023/2/18802023/2/18抗終止作用往往發(fā)生在弱終止子的基因上?？菇K止作用常見于某些噬菌體的時(shí)序控制。早期基因與后基因之間以終止子相隔開，通過抗終止作用可以打開后基因的表達(dá)。

λ噬菌體前早期（immediateearly）基因的產(chǎn)物N蛋白就是一種抗終止因子。它與RNA聚合酶作用使其在左右兩個(gè)終止子處發(fā)生通讀，從而表達(dá)晚早期（delayedearly）基因。晚早期基因的產(chǎn)物Q蛋白也是一種抗終止因子，它能使晚早期基因得以表達(dá)。2、抗終止作用(通讀)例抗終止作用（通讀）：

有些終止子的作用可被特異的蛋白質(zhì)因子所阻止，使酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀，這類引起轉(zhuǎn)錄通讀的抗終止作用的蛋白質(zhì)因子稱為抗終止因子。812023/2/18細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境改變，可位于基因的上游或下游區(qū)或內(nèi)含子中。五、轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制時(shí)序調(diào)控temporalregulation生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、時(shí)間程序適應(yīng)調(diào)控adaptiveregulation基因的表達(dá)是受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制的，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要發(fā)生在起始和終止階段。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控取決于調(diào)節(jié)因子（RNA或蛋白質(zhì)）與啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子之間的相互作用。822023/2/18基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，包括結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因及由調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物所識(shí)別的控制序列（啟動(dòng)子、操縱基因）。增強(qiáng)子真核生物、病毒的一段DNA序列，對(duì)轉(zhuǎn)錄起增強(qiáng)作用。具有長(zhǎng)距離效應(yīng)，與方向無關(guān)，只作用于同一條DNA鏈上的啟動(dòng)子?？晌挥诨虻纳嫌位蛳掠螀^(qū)或內(nèi)含子中。操縱子操縱子（operon）：指啟動(dòng)基因、操縱基因和一系列緊密連鎖的結(jié)構(gòu)基因的總稱。轉(zhuǎn)錄的功能單位。很多功能上相關(guān)的基因前后相連成串，由一個(gè)共同的控制區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的控制，包括結(jié)構(gòu)基因以及調(diào)節(jié)基因的整個(gè)DNA序列。主要見于原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，如乳糖操縱子、阿拉伯糖操縱子、組氨酸操縱子、色氨酸操縱子等832023/2/18RNA轉(zhuǎn)錄后的加工RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，經(jīng)過剪切、修飾、拼接等過程，轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子。★tRNA、rRNA、mRNA一般都要經(jīng)過一系列復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄后加工，才能成為成熟的RNA★原核mRNA一般不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄立即進(jìn)行翻譯852023/2/18原初轉(zhuǎn)錄物通過RNA拼接反應(yīng)后而保留于成熟RNA中的序列，或基因中與成熟RNA對(duì)應(yīng)的DNA序列。真核的mRNA多內(nèi)含子，壽命比原核mRNA的長(zhǎng)。內(nèi)含子intron原初轉(zhuǎn)錄物中通過RNA拼接反應(yīng)而被去除的RNA序列，或基因中與這種序列對(duì)應(yīng)的DNA序列。外顯子exon862023/2/18EukaryotemRNA872023/2/18EukaryotemRNA882023/2/18半衰期只有幾分鐘。這是原核生物重要的調(diào)控機(jī)制，如果一種酶或蛋白質(zhì)不再需要時(shí)，只需簡(jiǎn)單地關(guān)閉其mRNA的合成就行了。

原核mRNA892023/2/18

在細(xì)胞內(nèi)的tRNA、rRNA相對(duì)穩(wěn)定，半衰期一般為幾個(gè)小時(shí)。所有的tRNA、rRNA都不是原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。原核、真核的tRNA、rRNA原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5’是三磷酸（pppG、pppA），成熟tRNA、rRNA的5’是單磷酸。b.成熟tRNA、rRNA分子都比原初轉(zhuǎn)錄物小。tRNA分子都含有稀有堿基（A、G、C、U以外的堿基）。902023/2/18原核生物的rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子，可提高效率、節(jié)省空間（增加有效信息）。其它的tRNA基因也成簇存在，并與編碼蛋白質(zhì)的基因組成操縱子，它們?cè)谛纬啥囗樂醋愚D(zhuǎn)錄物后，斷裂成為rRNA和tRNA的前體，然后進(jìn)一步加工成熟。一、原核生物RNA的加工912023/2/18

原初轉(zhuǎn)錄物含6300個(gè)核苷酸，約30S。rRNA基因與tRNA基因混排在一個(gè)操縱子中，E.coli共有七個(gè)這樣的操縱子，每個(gè)操縱子中tRNA基因的種類、數(shù)量和位置都各不相同。1、原核rRNA前體的加工（E.coli）E.coli共有三種rRNA：5SrRNA120b16SrRNA1541b23SrRNA2904b922023/2/18大腸桿菌rRNA加工過程932023/2/18942023/2/182、原核tRNA前體的加工①核酸內(nèi)切酶在tRNA兩端切斷。RNAaseP、RNAaseF。②核酸外切酶從3’端逐個(gè)切去附加序列。RNAaseD。③在tRNA3’端加上-CCA-OH。tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶。④核苷的修飾（修飾酶）甲基化酶S-腺苷蛋氨酸（SAM）。E.coli基因組有60個(gè)tRNA基因，即每種氨基酸的tRNA基因不止一個(gè)拷貝。tRNA前體加工步驟：952023/2/18tRNA前體的加工962023/2/18tRNA的加工972023/2/183、原核mRNA前體的加工由單順反子構(gòu)成mRNA，一般不需加工。一經(jīng)轉(zhuǎn)錄，即可直接進(jìn)行翻譯。有些多順反子構(gòu)成的mRNA，由核酸內(nèi)切酶切成較小的mRNA，然后再進(jìn)行翻譯。該加工過程的意義：可對(duì)mRNA的翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)，核糖體蛋白質(zhì)的合成必須適應(yīng)rRNA的合成水平，而細(xì)胞內(nèi)RNA聚合酶的合成水平則要低得多，兩者切開，有利于各自的翻譯。982023/2/18核糖體大亞基蛋白L10、L7、L12與RNA聚合酶β、β’亞基的基因組成混合操縱子。它在轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA后，由RNAaseⅢ將核糖體蛋白質(zhì)基因與聚合酶亞基基因的mRNA切開，然后各自翻譯。例992023/2/18真核生物的核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場(chǎng)所。二、真核生物RNA的加工1002023/2/1837SrRNA前體：含17S、5.8S、26SrRNA1、真核rRNA前體的加工小亞基：16-18SrRNA大亞基：26-28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA真核rRNA基因拷貝數(shù)較多，幾十至幾千個(gè)之間。哺乳動(dòng)物45SrRNA前體：含18S、5.8S、28SrRNA果蠅38SrRNA前體：含18S、5.8S、28SrRNA酵母1012023/2/181022023/2/181032023/2/18★核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場(chǎng)所，大、小亞基分別組裝后，通過核孔轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中參與核糖體循環(huán)。★rRNA在成熟過程中可被甲基化，位點(diǎn)主要在核糖2’-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，約1-2%的核苷酸被甲基化?！镎婧松飏RNA前體的甲基化、假尿苷酸化和切割受核仁小RNA（snoRNA）指導(dǎo)★多數(shù)真核生物rRNA基因不存在內(nèi)含子，果蠅的285個(gè)rRNA基因中有1/3含有內(nèi)含子但不轉(zhuǎn)錄，四膜蟲核rRNA基因和酵母線粒體rRNA基因含有內(nèi)含子，可以自我剪接。1042023/2/18rRNA的轉(zhuǎn)錄1052023/2/18核糖體的組裝1062023/2/182、真核tRNA前體的加工真核tRNA成簇排列，被間隔區(qū)分開，tRNA基因由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄。剪切、修飾過程與原核相似。真核tRNA基因的數(shù)目比原核tRNA的要多很多。例

物種

tRNA基因數(shù)E.coli：60個(gè)啤酒酵母：250個(gè)果蠅：850個(gè)爪蟾：1,150個(gè)人：1,300個(gè)1072023/2/18hnRNA半壽期很短，比細(xì)胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時(shí)。而細(xì)胞質(zhì)mRNA的半壽期為1-10小時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞mRNA最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)年。3、真核生物mRNA前體的加工mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。1082023/2/181092023/2/18hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的過程:（1）5’末端形成帽子結(jié)構(gòu)（m7G5’ppp5’NmpNp-）（2）3’末端切斷并加上polyA（3）剪接除去內(nèi)含子（4）甲基化（5）RNA的編輯和再編碼1102023/2/18（1）

5’末端加帽m7G5’-ppp5’-N(m)p

N(m)p-5’帽子的功能：a.在翻譯過程中起信號(hào)識(shí)別作用，能協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合。b.保護(hù)mRNA，避免5’端被核酸外切酶降解。1112023/2/18pppN1pN2p-RNARNA三磷酸酶ppN1pN2p-RNAmRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶G5/ppp5/N1pN2p-RNASAMmRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶m7G5/ppp5/N1pN2p-RNAmRNA（核苷-2’）甲基轉(zhuǎn)移酶m7G5/ppp5/N1mpN2p-RNAPiGTPPPiS-硫腺苷高半胱氨酸S-硫腺苷高半胱氨酸SAM1122023/2/181132023/2/181142023/2/18hnRNA鏈由RNAaseⅢ切斷，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP為供體。切割及加尾信號(hào)：AAUAAA、YGTGTGYY（Y為嘧啶)3’脫氧腺苷（既冬蟲夏草素）是多聚腺苷酸化的特異抑制劑，但它不抑制hnRNA的轉(zhuǎn)錄。（2）

3’端加polyA1152023/2/183?末端的多聚腺苷酸化

靠近3?末端的AAUAAA為鏈的切斷和多聚腺苷酸化提供信號(hào)，鏈的切斷由RNaseⅢ催化，多聚腺苷酸化由多聚腺苷酸聚合酶催化，此外還需要多種蛋白質(zhì)參與。冬蟲夏草素是多聚腺苷酸化的特異抑制劑。1162023/2/181172023/2/18是在真核細(xì)胞前體mRNA3’端加工中起主導(dǎo)作用的蛋白質(zhì)因子，它由4個(gè)亞基組成。每個(gè)亞基分別由一個(gè)基因編碼，在細(xì)胞中以單拷貝形式存在。CPSF:(CleavagePolyadenylation-Specificfactor，切割與多聚腺膘吟化特異因子),polyA的功能：a.防止核酸外切酶對(duì)mRNA信息序列的降解。b.與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。1182023/2/18某些真核mRNA內(nèi)部有甲基化的位點(diǎn)，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A），可能與翻譯無關(guān)，而對(duì)mRNA前體的加工起識(shí)別作用。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過拼接，去除內(nèi)含子，使編碼區(qū)（外顯子）成為連續(xù)序列。（3）

mRNA甲基化（4）剪接（splicing）切除內(nèi)含子1192023/2/18四膜蟲rRNA的拼接1202023/2/18tRNA拼接1212023/2/18hnRNA的拼接1222023/2/18類型Ⅰ內(nèi)含子的自我拼接1232023/2/18類型Ⅱ內(nèi)含子的自我拼接1242023/2/18（5）

RNA的編輯和再編碼編輯（editing）：RNA編碼序列在轉(zhuǎn)錄后的插入、刪除或改變。編輯過程有編輯體的多種酶和蛋白質(zhì)參與。RNA的編輯可以消除突變?cè)斐傻奈：?，增加基因產(chǎn)物的多樣性，可能與生物的發(fā)育和進(jìn)化有關(guān)。再編碼（recoding）：成熟mRNA編碼或讀碼方式的改變。由于存在選擇性剪接、編輯和再編碼，一個(gè)基因可以產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。1252023/2/18紅色9RNA編輯1262023/2/18RNA編輯1272023/2/18RNA編輯1282023/2/18tRNA反密碼環(huán)上堿基的變化，或決定其特異性的堿基的變化，引起對(duì)密碼子閱讀的變化是RNA的再編碼的一種方式。核糖體閱讀框的改變是RNA的再編碼的另一種方式。勞氏肉瘤病毒的基因重疊RNA的再編碼1292023/2/18RNA的復(fù)制有些RNA病毒，進(jìn)入寄主細(xì)胞后，借助復(fù)制酶而進(jìn)行RNA病毒的復(fù)制。致癌RNA病毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆轉(zhuǎn)錄生成DNA前病毒，再轉(zhuǎn)錄、翻譯。病毒RNA復(fù)制的主要方式病毒含正鏈RNA，先合成復(fù)制酶，復(fù)制后合成其他蛋白質(zhì)進(jìn)行裝配。如噬菌體Q及灰質(zhì)炎病毒。病毒含負(fù)鏈RNA和復(fù)制酶，先合成正鏈，再合成病毒蛋白和復(fù)制病毒RNA。如狂犬病毒。病毒含雙鏈RNA和復(fù)制酶，如呼腸孤病毒。先復(fù)制正鏈，再翻譯成病毒蛋白，最后合成負(fù)鏈，形成雙鏈RNA分子。1312023/2/18進(jìn)入寄主細(xì)胞后，利用寄主的翻譯系統(tǒng)，先合成復(fù)制酶及有關(guān)的蛋白質(zhì)，然后進(jìn)行病毒RNA的復(fù)制，最后由病毒RNA和蛋白質(zhì)裝配成病毒顆粒。

例如：噬菌體Qβ、灰質(zhì)炎病毒等。一、正鏈RNA病毒（mRNA）1322023/2/18直徑20nm，正二十面體，含30%RNA，其余為蛋白質(zhì)，單鏈RNA，4,500個(gè)核苷酸，編碼3-4個(gè)蛋白質(zhì)。5’端-成熟蛋白-外殼蛋白（或A1蛋白）-復(fù)制酶β亞基-3’端。1、噬菌體QβQβ復(fù)制酶