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第十一章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription概述基因表达：通过转录和翻译、用基因的遗传信息在细胞内合成有功能蛋白质(生物活性产物)的过程。转录(transcription)：生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录与复制的相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程都以DNA为模板都需依赖DNA的聚合酶聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键都从5’至3’方向延伸聚核苷酸链都遵从碱基配对规律复制和转录的区别参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子第一节模板和酶TemplatesandEnzymes一、转录模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。•DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。不对称转录(asymmetrictranscription)含义：•在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；•模板链并非永远在同一条单链上。二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶组成与功能核心酶(coreenzyme)：（2）全酶(holoenzyme):（2）（二）真核生物的RNA聚合酶种类与产物：RNA-polⅡ最大亚基羧基末端结构域（carboxylterminaldomain，CTD）（YSPTSPS）n三、模板上酶的辨认、结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启动子(promoter)。RNA聚合酶保护法原核生物启动子保守序列:-35区:TTGACARNA-pol辨认位点(recognitionsite)-10区:Pribnowbox第二节转录过程(TheProcessofTranscription)一、原核生物的转录过程（一）转录起始1RNA聚合酶全酶(2)与模板结合2DNA双链解开,形成转录空泡3在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应起始复合物:RNApol-DNA-pppGpN-OH（二）转录延长1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA原核生物转录过程中的羽毛状现象（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类:依赖Rho(ρ)因子的转录终止;非依赖Rho因子的转录终止1.依赖Rho因子的转录终止Rho因子终止转录的机制：1)很强的结合polyC的能力，与RNA3’端结合，使RNA聚合酶变构而终止转录2)ATP酶和解螺旋酶活性解开DNA-RNA杂化链2.非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。•茎环结构使转录终止的机理:使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。1.转录起始前的上游区段顺式作用元件(cis-actingelement)：真核基因上游DNA分子上起转录起始作用的共有序列。大多数有TATAbox（-25bp）启动子的核心序列增强子：远离基因而调控基因转录的DNA序列。2.转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-actingfactors)。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(transcriptionalfactors,TF)。与上游序列如GC，CAAT等顺式作用元件结合的蛋白质，称为上游因子能结合应答元件，只在某些特殊生理情况下才被诱导产生的，称为可诱导因子3.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。4.拼板理论(piecingtheory)一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。（三）转录终止——和转录后修饰密切相关。转录终止的修饰点:AATAAAGTGTGTG第三节真核生物的转录后修饰几种主要的修饰方式:1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰•5端形成帽子结构(m7GpppGp—)与翻译有关•3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)稳定mRNA（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA•snRNA(smallnuclearRNA、100-300nt)分类：U1、2、3、4、5、6snRNA和核内的蛋白质组成小分子核糖核酸蛋白体（拼接体,splicesomeRNA剪接场所）•核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)断裂基因(splitegene)：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相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，这些基因称为断裂基因。2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子：在（断裂基因及其）初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子：在初级转录产物上出现（隔断基因的线性表达）而在剪接过程中被除去的核酸序列。3.内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类：I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。4.mRNA的剪接除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。•snRNP与hnRNA结合成为剪接体5.mRNA的编辑(mRNAediting)RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。二、tRNA的转录后加工三、rRNA的转录后加工四、核酶核酶(ribozyme)：具有酶促活性的RNA称为核酶。•除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。•最简单的核酶二级结构——槌头状结构(hammerheadstructure)：通常为60个核苷酸左右；同一分子上包括有催化部份和底物部份；催化部份和底物部份组成锤头结构•核酶研究的意义：•核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。