第六章 RNA 的生物合成

DNA 携带的遗传信息（基因）传递给 RNA 分子的过程称转录（ tra

nscription ）。

在生物界， RNA 合成有两种方式：一是 DNA 指导的 RNA 合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是 RNA指导的 RNA 合成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是 RNA 前体（ RNA precursor ），需经加工过程（ processing ）方具有生物学活性。

反应体系： DNA 模板 ,NTP, 酶， Mg2+,Mn2+ ，合成方向 5'→3' 。连接方式 -- 3' , 5' 磷酸二酯键。转录特点：不对称转录 --DNA 片段转录时，双链 DNA 中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。模板链 (template strand) 及反意义链 (antisense strand): 指导 RNA 合成的 DNA 链为模板链，又称反意义链。编码链 (coding strand) 及有意义链 (sense strand) ：不作为转录的另一条 DNA 链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不同的 DNA 单链中，即某条 DNA 单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。原料：四种磷酸核苷 NTP,DNA 中的 T在 RNA 合成中变为 U 合成过程 : 连续，方向： 5‘→3’从头合成 ,5´—末端的起始核苷酸常为 GTP或 ATP

一、转录基本特点一、转录基本特点

不对称转录不对称转录““ 转录单位”（转录单位”（ transcription unittranscription unit ））

以以操纵子操纵子（（ operonoperon ）为转录的功能单位）为转录的功能单位 ,, 结构上包括结构上包括四个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作四个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、终止子和调节基因。子、终止子和调节基因。原核原核RNARNA聚合酶聚合酶转录过程转录过程

二、原核细胞二、原核细胞 RNARNA 转录合成特点转录合成特点

调节基因 启动子操纵基因 lacZ lacY lacA

CAPcAMP

CAP-cAMP复合物

mRNA+

- 半乳糖苷酶

- 半乳糖苷透过酶

- 半乳糖苷乙酰基转移酶酶

大肠杆菌的大肠杆菌的 RNARNA 聚合酶聚合酶 全酶由全酶由 55 种亚基种亚基 αα22ββββ’’σσ 组成，组成， σσ 因因

子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与β’βαβ’βα22 分离，没有分离，没有 σσ 、 、 亚基的酶称为核心亚基的酶称为核心酶——只催化链的延长，对起始无作用。酶——只催化链的延长，对起始无作用。

五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为： αα亚基：亚基：与启动子结合功能。与启动子结合功能。 ββ亚基亚基：含催化部位，起催化作用，催化形 ：含催化部位，起催化作用，催化形

成磷酸二酯键。成磷酸二酯键。 亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。 ββ’’ 亚基亚基：与：与 DNADNA 模板结合功能。模板结合功能。 σσ 亚基：亚基：识别起始位点。识别起始位点。

识别识别

解链解链

起始起始

延伸延伸

终止终止

1. 1. 起始位点的识别起始位点的识别

σσ 识别正确的启动位点，识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组启动子的结构至少由三部分组成：成： -35-35 序列提供了序列提供了 RNARNA 聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号； -10-10 序序列是酶的紧密结合位点（富含列是酶的紧密结合位点（富含 ATAT 碱基，利于双链打开）；碱基，利于双链打开）；第三部分是第三部分是 RNARNA 合成的起始点。合成的起始点。

3’

5’

+1

转录起始点

AACTGT ATATTA

TTGACA TATAAT5’

3’

－ 35 序列

Sextama 框

－ 10 序列

Pribnow 框

2. 2. 转录起始转录起始 加入的第一个核苷三磷酸常是 GTP 或 ATP 。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点， σ亚基就会被释放脱离核心酶。

-35 -10 pppG 或 pppA

5‘

5‘

3‘

3‘模板链

E

3. 链的延伸 以 NTP 为原料和能量 ,DNA 模板链为模板，靠核心酶的催化，核苷酸间通过 3´,5´- 磷酸二酯键成核糖核酸链 (RNA)

4. 4. 转录终止转录终止 转转录终止信号有两种情况录终止信号有两种情况 弱终止子：弱终止子：依赖依赖 ρρ因子（终止因子，因子（终止因子， terminatorsterminators ））的终止的终止 NusANusA 蛋白识别蛋白识别 DNADNA 链上的终止信号，在链上的终止信号，在 ρρ因子帮助终止。因子帮助终止。 强终止子：强终止子：（ （ 1 1 ）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含 G-CG-C 的回文的回文

区域。（区域。（ 22 ）富含）富含 G-CG-C 的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的 dAdA 碱基序列，碱基序列，它们转录的它们转录的 RNARNA 链的末端为一连串链的末端为一连串 UU （连续（连续 66 个）个）。。

三、真核生物的转录作用三、真核生物的转录作用

酶类酶类 分布分布 产物产物 活性活性 分子量分子量(KDa)(KDa)

反应条件反应条件

ⅠⅠ

ⅡⅡ

ⅢⅢ

核仁核仁

核质核质核质核质

rRNArRNA （ （ 5.8S5.8S 、、 118S8S 、、 28S 28S ））

mRNAmRNA

tRNAtRNA 、、 5S rRNA5S rRNA

5050 ～～ 7070 ％％

2020 ～～ 4040 ％％1010 ％％

500500

～～ 700700

～～ 700700

低离子强度要低离子强度要求求 MgMg2+2+ 或或 MnMn22

++

高离子强度高离子强度高高 MnMn2+2+ 浓度浓度

1.真核 RNA 聚合酶

2. 转录 真核 RNA 转录基本过程与原核类似，但其产生的 mRNA 为“单顺反子”，只编码一条肽链。

四、转录过程的选择性抑制剂 四、转录过程的选择性抑制剂

放线菌素 D 利福平 α－鹅膏蕈碱

原核 抑制 抑制 不抑制

真核 抑制 不抑制 抑制 RNA 聚合酶Ⅱ

五、转录产物的“加工”（成熟过程）五、转录产物的“加工”（成熟过程） 在细胞内，由 RNA 聚合酶合成的原初转录物（ primary transcript ）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5 和 3 末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的 RNA 分子。此过程总称为 RNA 的成熟或称为 RNA 的转录后加工。

原核生物的 mRNA 转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。

rRNA 前体的转录后加工

tRNA 前体的加工真核 mRNA 前体的加工

rRNArRNA 前体的加工前体的加工 rRNA 基因之间以纵向串联的方式重复排列。

加工过程： 1 、剪切作用：需核酸酶参与。 2 、甲基化修饰：修饰在碱基上。 3 、自我剪接：一种核酶的作用。 原核 rRNA 加工： rRNA 含非转录的间隔区，其产物中含tRNA

真核 rRNA 加工： 1.5S 自成体系加工少无修饰和剪接。 2.45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。

大肠杆菌 rRNA 前体加工

真核生物 rRNA 前体加工

tRNAtRNA 前体的加工前体的加工

tRNAtRNA 前体在前体在 tRNAtRNA 剪切酶的作用下，切成一定在小的剪切酶的作用下，切成一定在小的 ttRNARNA 分子分子

3’3’ 末端加上末端加上 CCACCA

碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用

真核真核 mRNAmRNA 前体的加前体的加工工

剪接（剪接（ SplicingSplicing ）） 去除内含子，连接外显子去除内含子，连接外显子

5’5’ 帽端结构的生成（如图）帽端结构的生成（如图）

3’3’ 端多聚端多聚 AA （（ polyApolyA ）的附加）的附加

六、六、 RNARNA 的复制合成（的复制合成（ RNARNA 指导的指导的 RNARNA 合合成）成）

噬菌体 Qβ的 RNA 复制两阶段（ 1）其单链 RNA可充当 mRNA ，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和 RNA 复制酶的β亚基。

（ 2）复制酶的β亚基可与来自寄主细胞的亚基αδ自动装配成 RNA 复制酶，可进行 RNA 的复制，以分子中单链 RNA 为模板（正链），复制出一条新的 RNA 链（负链），再复制出正链，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。

某些 RNA 病毒可以以自身 RNA 为模板进行复制。不同的 RNA 病毒复制方式不同

5 RNA-

5 3

3 RNA+

释放 释放

3 5 3 3 5

5

RNA+ RNA+

RNA-

RNA- 及 RNA+ 的合成方向均为 5‘ 3’

本章重点本章重点 ::

1.1. RNARNA 合成的机制合成的机制2.2. RNARNA 的转录后加工 的转录后加工