分子生物學(xué)rna的合成

同等學(xué)力-臨床分子生物學(xué)—RNA的生物合成和加工2RNA的生物合成和加工本章基本內(nèi)容轉(zhuǎn)錄和基因表達(dá)RNA聚合酶啟動(dòng)子和增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄因子終止子和種子因子RNA生物合成抑制劑轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄后加工一、轉(zhuǎn)錄（transcription

）（一）轉(zhuǎn)錄和基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄——生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。

不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄:

雙鏈DNA只有一股單鏈用作轉(zhuǎn)錄模板(模板鏈);而另一股單鏈作為編碼鏈，且模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。轉(zhuǎn)錄方向

5’3’

轉(zhuǎn)錄方向模板鏈編碼鏈模板鏈編碼鏈5335結(jié)構(gòu)基因基因表達(dá)

——指基因攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)變成為表型的過(guò)程。最常見(jiàn)的基因表達(dá)產(chǎn)物是蛋白質(zhì)和多肽，其次是RNA。轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步。

復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩股鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）原料dNTP

NTP酶DDDP

DDRP產(chǎn)物子代雙鏈DNA

mRNA，tRNA，rRNA配對(duì)A-T，G-C

A-U，T-A，G-C注：DDDP是依賴于DNA的DNA聚合酶；

DDRP是依賴于DNA的RNA聚合酶

復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的區(qū)別5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈（正鏈DNA）模板鏈（負(fù)鏈DNA）mRNA（正鏈RNA）蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯

RNA聚合酶（RNApol）——是以雙鏈DNA的一條鏈為模板，以NTP為原料催化RNA生成的酶。

RNApol不同于DNApol，它無(wú)校對(duì)功能，不需引物參與聚合反應(yīng)。新的RNA鏈的合成方向?yàn)椋?＇→3＇。（二）RNA聚合酶(RNApolymerase,RNApol)RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶

模板單鏈DNA雙鏈DNA

引物不需要需要起始啟動(dòng)子起始區(qū)延伸40nt/s900bp/s

終止子合成的RNA模板DNA

校正功能無(wú)有

全酶：2+

核心酶：2原核生物的RNA聚合酶注：α2ββ’為核心酶，起催化RNA鏈延長(zhǎng)的作用

有多種(如：70)，識(shí)別不同基因的啟動(dòng)子

α365122決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄

β1506181催化功能,形成磷酸二酯鍵

β＇1556131結(jié)合DNA模板

702631識(shí)別啟動(dòng)子,辨認(rèn)起始點(diǎn),轉(zhuǎn)錄起始亞基分子量亞基數(shù)目功能真核生物的RNA聚合酶種類IIIIII細(xì)胞內(nèi)定位核仁核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S

rRNA,加工hnRNA5SrRNAtRNA

產(chǎn)生3種rRNA

U1-U5snRNA

U6snRNA

-鵝膏蕈堿耐受極敏感中度敏感真核生物RNA-Pol比原核生物RNA-pol復(fù)雜,各含13-15個(gè)亞基,分三類核心亞基共同亞基：3種RNA-pol共有特異亞基：每種RNA-pol有4-7個(gè)RNA-polII的最大亞基的C端結(jié)構(gòu)域(CTD)：若干個(gè)7肽重復(fù)序列(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser)

在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工時(shí)期作用。（三）啟動(dòng)子(promoter)和增強(qiáng)子(enhancer)

順式作用元件：指能夠調(diào)節(jié)基因表達(dá)的核酸序列。包括：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、操縱子和沉默子。順式作用元件通過(guò)反式作用因子起作用。反式作用因子：指能夠調(diào)節(jié)基因表達(dá)的因子。通常是蛋白質(zhì)（如轉(zhuǎn)錄因子），也可能是RNA。反式作用因子直接或間接與順式作用元件相互作用。1.啟動(dòng)子（promoter）：是RNApol識(shí)別、結(jié)合和開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。（1）細(xì)菌啟動(dòng)子特點(diǎn)：

有轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的堿基90%以上是嘌呤。

-10序列-35序列分別以-10序列、-35序列為中心，各含6bp，其中富含A/T。原核生物的啟動(dòng)子區(qū)有兩個(gè)高度保守的序列：

-35區(qū)的TTGACA序列：RNApol的轉(zhuǎn)錄起始辨認(rèn)位點(diǎn)

-10區(qū)的TATAAT（Pribnow盒）序列：為轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)-10和-35序列之間保持一定距離一般為16-18bp，在空間上利于RNApol

的結(jié)合。不同的啟動(dòng)子與RNApol

的親合力不同，是影響轉(zhuǎn)錄頻率的重要因素。原核生物啟動(dòng)子保守序列開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33（2）真核生物的啟動(dòng)子特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)子必須與轉(zhuǎn)錄因子（TF）結(jié)合才能被RNA聚合酶識(shí)別與結(jié)合。真核基因的啟動(dòng)子包括轉(zhuǎn)錄與調(diào)節(jié)所必需的位點(diǎn)，主要是轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。蛋白質(zhì)編碼基因的啟動(dòng)子在轉(zhuǎn)錄起始上游-100-200bp范圍內(nèi)。分類：

核心啟動(dòng)子：包括TATA盒和起始子。決定轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)啟動(dòng)子近側(cè)序列元件：位于核心啟動(dòng)子上游約-100bp

處。包括GC盒、CAAT盒和OCT(八聚體)等。決定啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄效率和特異性。注：TATA盒結(jié)合蛋白(TBP)具有結(jié)合TATA盒的作用。2、增強(qiáng)子(enhancer)：定義：是一段DNA序列，其中含有多個(gè)能被反式作用因子識(shí)別與結(jié)合的順式作用元件，能調(diào)控（常為增強(qiáng)）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄活性。部位：一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游或下游50kb處，但在基因外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列。特點(diǎn)：增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄激活作用與其位置和序列方向無(wú)關(guān)。有些增強(qiáng)子具有組織特異性有些增強(qiáng)子屬于可誘導(dǎo)增強(qiáng)子負(fù)增強(qiáng)子(negativeenhancer)又稱沉默子(silencer)

對(duì)基因表達(dá)起負(fù)調(diào)控作用

TATA盒

CAAT盒

GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列3、內(nèi)含子（intron）和外顯子(exon):

內(nèi)含子：是存在于結(jié)構(gòu)基因或RNA中能轉(zhuǎn)錄但不被翻譯的序列。外顯子：是結(jié)構(gòu)基因或RNA中既能被轉(zhuǎn)錄又能被翻譯的序列。（四）轉(zhuǎn)錄因子(TF)

轉(zhuǎn)錄因子——是指RNApol

起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子

(蛋白質(zhì))。通常結(jié)合于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子區(qū)。轉(zhuǎn)錄因子為反式作用因子的一種。轉(zhuǎn)錄因子含兩種結(jié)構(gòu)域：

①DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：負(fù)責(zé)識(shí)別并結(jié)合特異的順式作用元件有4種模體：螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix,HTH)

鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)

亮氨酸拉鏈(leucinezipper)

螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,HLH)②激活結(jié)構(gòu)域:負(fù)責(zé)與轉(zhuǎn)錄裝置中的其他組分相互作用并激活轉(zhuǎn)錄。（五）終止子和終止因子

1.終止子：是提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列。

2.終止因子：是協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子（蛋白質(zhì)）。原核生物的終止子有兩種類型：①不依賴ρ因子的終止子：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3’端形成富含G/C的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終點(diǎn)出現(xiàn)寡聚U，使RNA聚合酶脫離模板而終止轉(zhuǎn)錄。②依賴ρ因子的終止子：

ρ因子與RNA聚合酶相互作用以終止轉(zhuǎn)錄。

RNA生物合成的抑制劑

特點(diǎn)

舉例嘌呤和嘧啶類似物人工合成的堿基類似物，6-巰基嘌呤（堿基類似物）能夠抑制和干擾核酸的合成5-氟尿嘧啶DNA模板功能的與DNA結(jié)合，使DNA失去轉(zhuǎn)錄烷化劑,放線菌素D抑制劑的模板功能，從而抑制其復(fù)制嵌入染料

和轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶抑制劑抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和結(jié)核分利福霉素枝桿菌的RNA聚合酶的亞基;

抑制真核生物的RNA聚合酶α-鵝膏蕈堿（六）RNA生物合成的抑制劑二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程

原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

原核生物真核生物

起始階段①RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合；②DNA雙鏈解開(kāi)；③在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3。

比原核生物復(fù)雜。啟動(dòng)子由轉(zhuǎn)錄因子所識(shí)別，多種轉(zhuǎn)錄因子和RNApol在起點(diǎn)上形成前起始復(fù)合物而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄延伸階段①亞基脫落，RNApol核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿DNA模板前移；②在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)，核苷酸間以體；3’5’磷酸二酯鍵相連。過(guò)程與原核大致相同。因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象；RNApol前移處處遇上核小可觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。終止階段①RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)；②轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落。有依賴ρ因子與不依賴ρ因子兩種方式。在讀碼框架下游，有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的GT序列，稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)三、轉(zhuǎn)錄后加工原核生物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核膜阻隔，轉(zhuǎn)錄的初始產(chǎn)物加工簡(jiǎn)單而且可邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA需加工修飾后，再轉(zhuǎn)入胞液，進(jìn)行翻譯。（空間與時(shí)間存在間隔）原核生物的轉(zhuǎn)錄后加工rRNA前體tRNA前體mRNA前體①轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（30S）經(jīng)過(guò)5’

端由RNAaseP切割加工大多不需要加工

RNAaseⅢ切割，產(chǎn)生3’端由RNAaseD加工。少數(shù)需核酸內(nèi)切

16SrRNA，23SrRNA，包括:酶切割后再翻譯

5SrRNA的中間前體；①核酸內(nèi)切酶兩端切斷；②核酸內(nèi)切酶和外切酶加②核酸外切酶切去3’端工及甲基化修飾至成熟。附加序列；③3’端加-CCA-OH；④核苷酸的修飾和異構(gòu)化核仁是rRNA合成和加工5’端由RNAaseP負(fù)責(zé)加工；復(fù)雜的場(chǎng)所。

3’端的加工需要多種核酸酶：①rRNA前體(45S)經(jīng)過(guò)①CCA-OH的添加由核苷酰

RNAaseⅢ切割產(chǎn)生28S、轉(zhuǎn)移酶完成；

5.8S和18SrRNA的中間②堿基經(jīng)修飾和異構(gòu)化形成前體；稀有堿基(DHU、T、I、φ)②核酸內(nèi)切酶加工及甲基化修飾至成熟。真核生物的轉(zhuǎn)錄后加工注：對(duì)rRNA自我剪切加工的研究中，發(fā)現(xiàn)了“核酶”（Ribozyme），它是具有錘頭型或發(fā)卡型二級(jí)結(jié)構(gòu)并具有催化活性的一類核糖核酸。

rRNA前體

tRNA前體

mRNA前體5’端加帽*轉(zhuǎn)錄開(kāi)始不久，mRNA的5’端加上一個(gè)7-甲基鳥(niǎo)

苷三磷酸

m7Gppp，G來(lái)自GTP。帽子結(jié)構(gòu)有3種

類型。

甲基來(lái)自S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。3’端加尾*PolyA位點(diǎn)上游10-30個(gè)核苷酸處有一個(gè)保守的

加尾信號(hào)

AAUAAA，下游還有另一個(gè)加尾信號(hào)

（富含G/U），由polyA聚合酶在polyA位點(diǎn)加上

100-250個(gè)A尾。

內(nèi)部甲基化*主要是

N6-甲基腺嘌呤（m6A）。

真核生物mRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工注:初合成的mRNA，即mRNA前體，稱

hnRNA(heterogeneousnuclearRNA,核不均一RNA)轉(zhuǎn)下表

真核生物mRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工注:初合成的mRNA，即mRNA前體，稱

hnRNA(heterogeneousnuclearRNA,核不均一RNA)RNA剪接*即去掉內(nèi)含子，連接外顯子。外顯子和內(nèi)含子交界處的共有序列（內(nèi)含子5’端