第十四章 RNA 生物合成

功能未知
起始亚基，为转录 起始所必需
E.Coli RNA聚合酶的三维构像图
• 参与转录的各因素：
2. 转录单位：RNA链的合成是从模板特定的部位起始的， 经过链的延伸终止于特定的模板部位。一般将从转录起始 点到转录终止点的整个区域称为转录单位。
• 参与转录的各因素：
3. 启动子结构：启动子是指RNA聚合酶识别、结合并由 此启动转录的一段DNA序列，位于转录起点的5’端上游 区，启动子本身一般是不被转录的。
原核生物中rRNA前体的加工：E. Coli 中rRNA 有7个转录单位，每 个转录单位由16s rRNA、23s rRNA、5s rRNA以及一个或几个 tRNA基因组成。
• 真核生物体内RNA的转录后加工：真核生物体内的
tRNA和rRNA和原核生物有些类似，但真核生物的 mRNA前体必须经过复杂的加工过程。
内切酶
Poly A聚合酶
（3） 内含子的剪切：大多数真核基因是断裂基因，其转录产物中 同时含有内含子（插入序列）和外显子（编码序列）。在mRNA的 后加工过程中，将通过拼接（splicing）去除内含子，使外显子成 为连续序列。
真核生物的mRNA剪切
外显子
内含子
真核生物的mRNA剪切模式（1）
（1） 5’端加“帽”：
7-甲基鸟苷
真核生物 mRNA 5’端 5’,5’-三磷酸键 “帽”结构
真核生物mRNA 5’端“帽”结 构
磷酸水解酶 鸟苷酰转移酶 鸟嘌呤-7-甲基转移酶 2’-O-甲基转移酶
真核生物mRNA 5’ 端加“帽”过程
（2） 3’端加polyA 尾：
AAUAAA：最主要的 polyA信号
σ亚基
转录泡结构
非模板链

7-12. DNA片段的合成和链的延伸
13. 连接酶
14. 单链结合蛋白
15. 松弛酶
16. DNA的复制
14.5.1 原核生物与真核生物 DNA复制的特点比较

1. 复制的起点和单位

复制单位：复制子，生物体内能独立行使复制 功能，进行独立复制的DNA单位。
ori

① 原核生物


由一个复制子组成 双向复制 大肠杆菌，θ结构

重组修复（recombination repair）
复制同时的修复
*
复制
DNA聚合酶、连接酶补缺

应急修复（response repair）——SOS修复
是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情 况下，为求得生存而出现的应急效应。

* * * * * * ** 诱导校对能力差的DNA聚合酶形成，局部“乱配” * * * *

1.

DNA聚合酶（DNA-polymerase）
DNA聚合酶能催化四种脱氧核糖核苷三 磷酸合成DNA
四种脱氧核苷 三磷酸为底物
Arthur Kornberg
具有3`-OH末端的低聚 多核苷酸为引物
单链DNA为模板
Mg
2+或Mn 2+


① 原核细胞的DNA聚合酶
DNA聚合酶I（pol I）—Kornberg酶
逆转录病毒DNA单链
病毒RNA被降解
单链病毒DNA复制互补链
异源重组 病毒RNA转录
指导形成病毒蛋白原链
组合成 新病毒 并攻击 下一个 目标
切割形成病毒蛋 白
免疫系统的敌 我识别机制失 效！—免疫缺 陷

3’
3’
5’
-35 -10
5’ 3’ 启动子
1.识别启动子
2.在启动子处 打开双链
3. 加入第一个 核苷三磷酸， 通常为GTP 或ATP
4.依次加入 与模板互补的
NTP NMP PPi
打开的双链区 域约为17bp
图10-20
RNA
RNA链的聚合方向： 5’→3’
5’ RNA
5.转录的终止
富含A 富含T
全酶
核心酶
提取全酶时与聚合 酶结合在一起，但 功能不清楚
核心酶：5' →3' 方向合成RNA
σ：辨认转录 的起始位点
RNA聚合酶： α2β β’ σ
（2）σ因子的机制：
辨认启动子，并使核心酶与启动子结合 的亲和力增加，而与其它序列的亲和力 下降。
（二）大肠杆菌的转录过程
5’
-10 -1 +1 +2 +100
（2）模板链
转录时作为RNA合成的模板，其碱基排 列顺序与生成的RNA链反向互补。
（3） 对每个基因来说，编码 链是不变的。
每次转录出相同的RNA分子。
5’
3’
3’
5’
3’
5’
5’ 3’
2.转录是有选择的
基因只占DNA全长的一小部分 （人：3％）
3.不对称转录
① DNA双链上的多个基因进行转录的模 板并不在同一条DNA链上，故又称为不 对称转录。
外显子：编码序列（先导序列L和编码氨基 酸的序列1～7）
内含子：位于外显子之间，没有表达活性的 序列。
3. tRNA前体的加工
RNA形成发夹结 构，转录终止
（四） RNA转录后的“加工”：

5、RNA转录后加工（ post-transcriptional processing）
转录得到的只是初级产物，通常要经过加工，才能转变为成熟 的RNA。tRNA 和rRNA的转录后加工比较简单，而mRNA （真核） 的转录后加工比较复杂。
原核基因是多顺反子（poly-cistron），通常是几个相关的结构 基因（编码的）同时转录得到一个mRNA，原核mRNA转录后不进 行加工，常常一条mRNA转录尚未结束，翻译就已经开始。
2、RNA聚合酶（ RNA polymerase ）
2.1、原核的RNA聚合酶
分子量48万，5种亚基：
全酶= 核心酶（α2ββ’）+ σ因子
α亚基决定转录的基因 β亚基在5’→3’方向上延长多核苷酸链，其方式与DNA 聚合酶相同，原 料为NTP（N代表A\U\C\G），没有纠错的功能。 β’亚基结合DNA模板 σ因子识别启动子并与之结合
而真核基因是单顺反子（mono-cistron），一条mRNA只编码 一条多肽链。且是断裂基因，其结构基因由外显子（exon）和内含 子（intron）组成。转录得到的是“毛坯”，要在其5’端加上鸟嘌 呤“帽子”，3’端加上poly A的“尾巴”，切除内含子，拼接外显 子，才能成为一个成熟的mRNA。
在原生动物四膜虫（tetrahymena）中，26S rRNA分子是有一个6.4 kb的前体经 切除1个414 nt的内含子后形成的,在此过程中, RNA进行了自我剪接（self-splicing）， 但是要有鸟嘌呤存在的条件下通过转酯反应实现。RNA催化作用的发现提示了生命 的最初形式可能是兼遗传信息载体和催化功能于一身的RNA.
转录（transcription）： 以DNA为模板，在RNA聚合酶（RNA polymerase）的作用下合成RNA，将遗传信息从DNA分子上转移到 RNA分子上，这一过程称为转录（transcription）。