分子生物学课14章

第 14章RNA的生物合成 转 录转录 (Transcription)以 DNA为模板合成RNA 的过程。14.1 转录的特点 以 DNA为模板酶促合成 RNARNA聚合酶 以双链 DNA中的一条链（或单链 DNA）为模板，按照 A与 U（或 T与 A）、 G与 C配对的原则，将 4种核糖核苷酸（ NTP）以 3,5- 磷酸二酯键的方式聚合起来，催化合成与模板互补的 RNA。被转录成单个 RNA分子的一段 DNA序列，称为一个 转录单位。一般由启动子（ promoter）、结构基因 （ structural gene） 、终止子（ terminator）三部分组成 。 355 结 构 基 因p t3 DNA双链中只有一条链被转录成 RNA实验证明，双链 DNA中只有一条链作为模板转录合成 RNA。负责转录合成 RNA的 DNA链叫 模板链 （ template strand），另一条链叫 编码链 （ coding strand）。模板链与编码链互补，模板链转录合成的 RNA的碱基顺序与编码链的碱基顺序完全一致，只是其中的 T被 U取代而已。 转录的方向为 53模板链编码链555314.2 原核生物基因的转录原核生物基因的转录过程已基本研究清楚，共包括 模板的识别，转录起始、延伸、终止 等 4个步骤。1.原核生物的 RNA聚合酶1) RNA聚合酶的结构全酶 （ 2 ） 含 2拷贝 亚基， 、 、 和 各一个。分子量大约 500 000。 亚基的作用仍不清楚。在大肠杆菌的 RNA聚合酶中， 因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与 2， ， 分离，后者称为核心酶。细菌的 RNA聚合酶全酶：2： 500 kD和 亚基 ：催化中心，构成核酸通道；亚基：核心酶组装所需；也与调节因子作用；亚基：启动子识别，具有启动子特异性。亚基？RNA聚合酶的核心酶结构（即从全酶中去掉 亚基）亚 基 基因 分子量 数目 组 分 可能的功能 rpoA 40 000 2 核心 酶 酶 的 连 接，装配 rpoB 155 000 1 核心 酶 与底物（核苷酸） 结 合 rpoC 160 000 1 核心 酶 与模板 结 合 10 000 1 核心 酶 不 详70 rpoD 70 000 1 因子 与启 动 子 结 合， 识别 模板链E.coli RNA聚合酶的结构与功能 2) 亚基 亚基 在 RNA合成的起始中具有关键作用。在生物进化过程中，形成了不同的 亚基 。 不同 的 亚基可以 帮助 RNA聚合酶识别不同的启动子序列。细胞中不同状态 RNA聚合酶的数量每个 E.coli细胞中含约7000个 RNA 聚合酶；核心酶主要以松散的闭合复合体为主；足量的 亚基使三分之一的聚合酶以全酶形式存在，主要是在非特异位点的松散复合体和启动子处的紧密（开放）复合体；约 2500个核心酶正在进行转录。核心酶与 DNA双链的作用比较松散，结合半寿期约 1 hr。核心酶不区分启动子和其他序列。亚基加入后，全酶与松散结合位点的结合力下降，半寿期1 s；但与启动子结合可增强1000倍，半寿期达几个小时。全酶与启动子结合常数基本反映了启动子的强度。亚基 与核心酶的解离 -结合对RNA聚合酶功能的影响2. 转录过程1) 启动子 （ promoter）启动子 RNA聚合酶识别、结合、并启动转录的 DNA序列。两组序列： Pribnow框 （ Pribnow box）又叫 10区，序列为： TATAAT Sexfama框 （ Sexfama box）又叫 35区，序列为： TTGACA细菌启动子特征：1、起点通常是一个嘌呤；2、起点上游 10 bp处，有一约 6 bp的保守区域，称为 -10 区（也叫 Pribnow Box），共有序列为：T80 A95 T45 A60 A50 T96 ；3、起点上游 35 bp处，有一约 6 bp的保守区，称为 -35 区，共有序列为：T82 T84 G78 A65 C54 A45；4、 90%的启动子中， -10与 -35区的距离在 16-18bp之间；两个保守区之间的序列并不重要，但距离很关键。因子与启动子的结合70的 2.4区的氨基酸与启动子 -10区非模板链特异碱基的结合RNA聚合酶对启动子的识别可能有三种方式 :随机扩散随机行走定向取代2) 模板的识别全酶 -启动子形成闭合二重复合体；闭合复合体转变为开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一个磷酸二酯键，形成三重复合体；在酶不需要移动时，即可加入 9个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放 RNA；起始成功后，释放出 亚基。3) 转录的起始RNA聚合酶结合在 DNA上时，其长度会发生变化尺蠖模型4) 转录的延伸 转录过程中的模板识别、起始与延伸 终止子（ terminator）：终止 RNA合成反应所需的 DNA序列；在转录结束的位点，提供终止信号。 RNA合成的终止实际依赖于已转录的 RNA序列。 终止发生有两种方式。5) 转录的终止不依赖于 因子的终止子依赖 因子的终止不依赖于 因子的终止子 （intrinsic terminators ） 合成的 RNA尾部的序列特征：(1) 二重对称的序列形成发卡结构；在发卡结构的茎基部富含 G-C对；发卡结构可减缓或暂停合成；(2) 尾部有约 6个连续的 U；连续的 A-U对使杂交链更容易分离。依赖 因子的终止因子：六聚体，每个亚基 46kD,也称 终止因子 ；具依赖 RNA的 ATP酶活性；在 E.coli中可结合于自由 RNA链，并沿 RNA链移动；序列特征：有一富含 C而少 G的序列终止子序列 : 先结合于 RNA链上； 沿 RNA链移动； RNA聚合酶在终止子处暂停； 因子追上聚合酶并使之解离，并拆分 RNA-DNA杂交链。3. 原核生物 RNA转录后的加工1) mRNA的加工原核生物转录生成的 mRNA基本上不经加工即可进行蛋白质的生物合成（翻译）。事实上许多原核生物的 mRNA是在转录尚未完成之前就已开始翻译了。也就是说，转录与翻译是偶联在一起的。许多转录生成的 RNA需经加工后才能成为有功能的 RNA分子。加工方式 : 剪接 (剪切 ) 、 加头加尾、 修饰rRNA的加工过程是以核糖体颗粒的形式进行的，即rRNA前体合成后先与蛋白质结合，