第十四章RNA的生物合成

1、DD 深圳翻译公司l 在在RNA聚合酶的催化下，以一段聚合酶的催化下，以一段DNA链为模链为模板合成板合成RNA，从而将，从而将DNA所携带的遗传信息所携带的遗传信息传递给传递给RNA的过程称为的过程称为转录转录。l 经转录生成的经转录生成的RNA有多种，主要的是有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和和HnRNA。（一）、转录的不对称性（一）、转录的不对称性l转录转录(transcription)(transcription)的不对称性就是指的不对称性就是指以双链以双链DNA中的一条链作为模板进行转中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由录，从而将遗传信息由DNA传递给

2、传递给RNA。l 对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的两条不同的DNA链上。能够转录链上。能够转录RNA的那条的那条DNA链称为链称为有意义链有意义链( (模板链），而与之互补模板链），而与之互补的另一条的另一条DNA链称为链称为反意义链反意义链（编码链）。（编码链）。有意义链有意义链反意义链反意义链553355（二）、转录的连续性（二）、转录的连续性lRNA转录合成时，以转录合成时，以DNA作为模板，在作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条链，各条RNA链之间无需再进行连链之间无需再进行连

3、接。接。l合成的合成的RNA中，如只含一个基因的遗传中，如只含一个基因的遗传信息，称为信息，称为单顺反子单顺反子；如含有几个基因；如含有几个基因的遗传信息，则称为的遗传信息，则称为多顺反子多顺反子。 （三）、转录的单向性（三）、转录的单向性lRNA转录合成时，只能向一个方向进行转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板聚合，所依赖的模板DNA链的方向为链的方向为35，而，而RNA链的合成方向为链的合成方向为53。 （四）、有特定的起始和终止位点（四）、有特定的起始和终止位点lRNA转录合成时，只能以转录合成时，只能以DNA分子中的分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位某一段作为模板，

4、故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特点和特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的定终止点之间的DNA链构成一个链构成一个转录单转录单位位，通常由转录区和有关的调节顺序构，通常由转录区和有关的调节顺序构成。成。 1 1、底物、底物l四种核糖核苷酸，即四种核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。 2 2、模板、模板l以一段单链以一段单链DNA作为模板。作为模板。 3、RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）l这是一种不同于引物酶的依赖这是一种不同于引物酶的依赖DNA的的RNA聚合酶。该酶在单链聚合酶。该酶在单链DNA模板以及模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要四种核糖核苷酸

5、存在的条件下，不需要引物，即可从引物，即可从53聚合聚合RNA。 l 原核生物中的原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，聚合酶全酶由五个亚基构成，即即2。l 亚基与转录起始点的识别亚基与转录起始点的识别有关，而在转录合有关，而在转录合成开始后被释放，余下的部分（成开始后被释放，余下的部分（2）被）被称为称为核心酶，与核心酶，与RNA链的聚合链的聚合有关。有关。 亚基亚基 功能功能 与模板与模板 DNA 结合结合 起始和催化合成起始和催化合成 识别起始点，稳定全酶识别起始点，稳定全酶 转录的特异性转录的特异性 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶全酶聚合酶全酶l真核生物中的真核生物中的RNA聚合酶

6、可按其对聚合酶可按其对-鹅鹅膏蕈碱敏感性而分为三种，它们均由膏蕈碱敏感性而分为三种，它们均由1012个大小不同的亚基所组成，结构个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。非常复杂，其功能也不同。 种类种类 亚细胞定位亚细胞定位 对对-鹅膏蕈碱敏感性鹅膏蕈碱敏感性 功能功能 RNA pol 核仁核仁 不敏感不敏感 合成合成 rRNA 前体前体 RNA pol 核基质核基质 极敏感极敏感 合成合成 HnRNA RNA pol 核基质核基质 敏感敏感 合成合成 tRNA 前体前体 snRNA 及及 5S rRNA 4 4、终止因子、终止因子 1蛋白蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，：这是一种六

7、聚体的蛋白质，亚基的分子量为亚基的分子量为50kd。该蛋白因子能识。该蛋白因子能识别终止信号，并能与别终止信号，并能与RNA紧密结合，导紧密结合，导致致RNA的释放。的释放。 2nusA蛋白：为一分子量蛋白：为一分子量69kd的酸性的酸性蛋白，它能与蛋白，它能与RNA及及RNA聚合酶相结合，聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放。在终止部位使两者被释放。 5 5、激活因子、激活因子l目前已知激活因子为目前已知激活因子为降解产物基因激活降解产物基因激活蛋白（蛋白（CAP），又称为），又称为cAMP受体蛋白受体蛋白（CRP）。是一种二聚体蛋白质，亚基。是一种二聚体蛋白质，亚基分子量为分子量为23kd

8、。该蛋白与。该蛋白与cAMP结合后，结合后，刺激刺激RNA聚合酶与起始部位结合，从而聚合酶与起始部位结合，从而起始转录过程。起始转录过程。 1 1、识别、识别l 原核生物原核生物RNA聚合酶中的聚合酶中的因子识别转录起始因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。l 被辨认的区段就是位于转录起始点被辨认的区段就是位于转录起始点-35-35区的区的TTGACATTGACA序列序列。l 酶与该区结合后，即滑动至酶与该区结合后，即滑动至-10-10区的区的TATAATTATAAT序序列列（PribnowPribnow盒）盒） ，并启动转录。，并启动转录。

9、l位于基因上游，与位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些合并起始转录有关的一些DNA顺序称为顺序称为启动子启动子（promoter)promoter)。 l真核生物的转录起始区上游也存在一段真核生物的转录起始区上游也存在一段富含富含TA的顺序，被称为的顺序，被称为Hogness盒盒或或TATA盒。盒。 l除此之外，在真核生物中还可见到其他除此之外，在真核生物中还可见到其他带共性的序列，如带共性的序列，如CAAT盒及盒及GC盒盒等。等。l 真核生物的转录起真核生物的转录起始较为复杂。目前始较为复杂。目前已知已知RNA聚合酶聚合酶至少有六种不同的至少有六种不同的蛋

10、白因子参与转录蛋白因子参与转录复合体的形成。这复合体的形成。这些蛋白因子被称为些蛋白因子被称为转录因子转录因子（trans-criptional factor, TF)。包括。包括 TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I。 转录因子转录因子 功功 能能TFA 稳定稳定TFD结合结合TFB 促进促进pol 结合结合TFD 辨认辨认TATA盒盒TFE ATPase TFF 解旋酶解旋酶真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶转录因子及其功能转录因子及其功能2 2、起始、起始lRNA聚合酶全酶促使局部双链解开，并聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化催化ATP或或GTP与另外一个三磷酸核苷与另外一个

11、三磷酸核苷聚合，形成第一个聚合，形成第一个3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。 3 3、延长、延长l 因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。 4、终止、终止lRNA转录合成的终止机制有两种：转录合成的终止机制有两种： 1自动终止：自动终止：模板模板DNA链在接近转录链在接近转录终止点处存在相连的富含终止点处存在相连的富含GC和和AT的区的区域，使域，使RNA转录产物形成寡聚转录产物形成寡聚U及发夹及发夹形的二级结构，引起形的二级结构，引起RNA聚合酶变构及聚合酶变构及移动停止，导致移

12、动停止，导致RNA转录的终止。转录的终止。 2依赖辅助因子的终止：依赖辅助因子的终止：由终止因子由终止因子(因子因子)识别特异的终止信号，并促使识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。的释放。 （一）、（一）、mRNA的转录后加工的转录后加工 1加帽加帽(adding cap)：l即在即在mRNA的的5-端加上端加上m7GTP的结构。的结构。此过程发生在细胞核内，即此过程发生在细胞核内，即HnRNA即可即可进行加帽。进行加帽。l加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成磷酸，形成GpppN的

13、结构，再对的结构，再对G进行进行甲基化。甲基化。 2加尾加尾(adding tail)：l这一过程也是细胞核内完成，首先由核这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去酸外切酶切去3-端一些过剩的核苷酸，端一些过剩的核苷酸，然后再加入然后再加入polyA。polyA结构与结构与mRNA的半寿期有关。的半寿期有关。 3剪接（剪接（splicing)：l真核生物中的结构基因基本上都是断裂真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。结构基因中能够指导多肽链合成基因。结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序被称为的编码顺序被称为外显子外显子，而不能指导，而不能指导多肽链合成的非编码顺序就被称为多肽链合成的

14、非编码顺序就被称为内含内含子子。l真核生物真核生物HnRNA的剪接一般需的剪接一般需snRNA参参与构成的核蛋白体参加，通过形成套索与构成的核蛋白体参加，通过形成套索状结构而将内含子切除掉。状结构而将内含子切除掉。 4内部甲基化：内部甲基化：l由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。化处理。 真核生物真核生物mRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰l 主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：1. 切断。切断。2. 剪接。剪接。3. 化学修饰。化学修饰。（三）、（三）、rRNA的转录后加工的转录后加工 有些RNA病毒，进入寄主细胞后，借助复制酶而进行R

15、NA病毒的复制。 RNA病毒的RNA复制酶具有很强的模板特异性，只识别病毒自身的RNA，它以病毒RNA为模板，合成与模板性质相同的RNA。QRNA翻译和复制 的 自 我 调 节 ： QRNA的高级结构（双螺旋区的结构）参与翻译的调节控制：（1）只有刚复制的QRNA，成熟蛋白基因才能翻译。（2） 核糖体能直接启动外壳蛋白基因的翻译（3） 复制酶亚基基因只有在外壳蛋白合成时双链打开才能进行翻译。QRNA的翻译、复制还受寄主细胞调节：以正链RNA为模板复制负链RNA时，另需寄主细胞的HF和HF因子。而以负链RNA 为模板复制正链RNA时，不需这两个因子，因此感染后期大量合成的是正链RNA。噬菌体Q：

16、直径20nm，正十二面体，含30%RNA，其余为蛋白质，单链RNA，4500个核苷酸，编码3-4个蛋白质。基因组结构：5端成熟蛋白（A或A2蛋白）基因外壳蛋白（或A1蛋白）基因复制酶亚基基因3端Q复制酶：四个亚基，只有是自己编码，其余三个亚基来自寄主细胞二、二、 病毒病毒RNA复制的主要方式复制的主要方式1、正链正链RNA病毒（病毒（mRNA）：噬菌体）：噬菌体Q、灰质炎病、灰质炎病毒等。毒等。进入寄主细胞后，利用寄主的翻译系统，首先合成复制酶及有关的蛋白质，然后进行病毒RNA的复制，最后由病毒RNA和蛋白质装配成病毒颗粒。 2、负链负链RNA病毒（带有复制酶）：狂犬病毒等病毒（带有复制酶）：

17、狂犬病毒等此类病毒带有复制酶，侵入后，复制酶首先合成出正链RNA（mRNA），再以正链RNA为模板，合成负链RNA及蛋白质，然后装配。3、双链双链RNA病毒（带有复制酶）：呼肠孤病毒等病毒（带有复制酶）：呼肠孤病毒等以双链RNA为模板，在复制酶作用下先转录正链RNA（mRNA），从而翻译出蛋白质，然后合成负链RNA，形成双链RNA，再包装。4、 反转录病毒（含反转录酶）：白血病病毒、肉瘤病反转录病毒（含反转录酶）：白血病病毒、肉瘤病毒等致癌毒等致癌RNA病毒病毒正链RNA病毒，它们的复制需要经过DNA前病毒阶段。 不同RNA病毒合成mRNA的途径可以分4类： P382 图20-16第三节第三节

18、 RNA生物合成的抑制剂生物合成的抑制剂某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸或核酸的合成，因而可以用于抗病毒或抗肿瘤药物，也可以用于核酸的研究一、一、 嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物抑制核苷酸的合成，还能掺入核酸分子中去，形成异常DNA、RNA，影响核酸功能。主要有：6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、2.6二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤、5-氟尿嘧啶 、6-氮尿嘧啶碱基类似物进入体内后需转变成相应的核苷酸，才表现出抑制作用。二、二、 DNA模板功能的抑制剂模板功能的抑制剂此类化合物能与DNA结合，使DNA失去模板功能，从而抑制其复制与转录。1、 烷化剂烷化剂氮芥（二（氯乙基）胺的衍生物）、磺酸酯、氮丙啶、乙撑亚胺类。它们带有活性烷基，使DNA烷基化。烷化位点：鸟嘌呤N7 ，腺嘌呤N1、N3、N7，胞嘧啶N1烷基化后，碱基易被水解下来，留下的空隙可干扰DNA复制或引起错误碱基掺入。带有双功能基团的烷化剂，可同时与DNA两条链结合，使双链DNA交联，从而失去模板功能。环磷酰胺：肿瘤细胞中磷酰胺酶活化，生成活性氮芥。苯丁酸氮芥：癌细胞酵解作用强，乳酸多，pH低，苯丁酸氮芥易进入。2、 放线菌素放线菌素D（对真核、原核细胞都起作用）（对真核、原核细胞都起作用）有抗菌和抗癌作用。它可与DNA形成非共价复合物，使其多肽部分在DNA的“浅沟”上如同阻遏蛋白一样，抑制DNA的转录和复制。此类