生物化学原理——RNA合成
第11章RNA合成
本章概念总结：
1、遗传学中心法则：
2、转录：
3、模板链：
4、编码链：
5、核心酶：
6、RNA聚合酶：
7、启动子：
8、内含子：
9、外显子：
10、终止因子：
11、核酶：
12、剪接体：
13、RNA加工过程：
14、RNA剪接：
15、转录因子：
16、操纵子：
17、操纵基因：
18、结构基因：
19、基因：
20、阻遏物：
21、衰减作用：
希望同学们明确以上概念的含义，加油
一、转录概述：
蛋白质合成不是直接由DNA指导的，而是通过一个中介物mRNA实现的。所有的RNA都可与DNA的互补序列杂交，即所有的RNA都是从DNA模板转录来的。要注意：DNA复制要求染色体两条链同时进行完全复制，而遗传信息的表达却只是基因组中某些单链区域。转录就是将遗传信息由DNA转给RNA，也叫作RNA合成。转录的模板只是双链DNA中的某一条链，能作为模板的链称为模板链，互补链叫做编码链。从DNA到RNA的转录是由RNA聚合酶催化的。
同时，请同学们注意RNA合成和DNA复制之间存在的差别：
① RNA合成的底物是核糖核苷三磷酸；
②在RNA中，尿嘧啶与腺嘌呤配对；
③ RNA合成不需要一个预先存在的引物；
④ RNA合成的选择性非常强，只有基因中很小的一部分被转录。
二、RNA聚合酶
大肠杆菌RNA聚合酶的核心酶是由5个蛋白亚基组成的，分别被命名为β，βˊ，α（2个）和ω亚基。其中β亚基是催化亚基。
请注意：RNA聚合酶全酶还含有第6个亚基，称之σ亚基（也称为ζ因子），与核心的RNA聚合酶瞬时结合，其功能是识别模板上的启动子，使RNA聚合酶与启动子结合。一旦延伸开始σ亚基就脱离聚合酶。
三、转录起始
当E.coli RNA聚合酶结合到模板上的启动子后，就开始了RNA的合成。可以说转录是在启动子调控下起始。细菌启动子要行使其功能需要两个高度保守DNA序列，一个序列区是处于开始转录的第一个核苷酸的5ˊ端之前（习惯称之上游）的－35区（上游核苷酸编号为“－”），提供RNA聚合酶识别信号。另一个保守区称为－10区，即转录起始点上游的10个核苷酸，提供DNA双链解旋信号。
基因转录和翻译的过程和调节
基因转录和翻译是生物体内进行基因表达的关键过程，它们是细胞内复杂而高效的生物化学反应。 在这篇文章中，我们将探讨基因转录和翻译的过程，以及这些过程是如何被调节的。
基因是细胞内的遗传信息单位。直到20世纪60年代中期，科学家们才首次揭示了基因的真正含义。基因是DNA链上的一小段序列，编码出一种特定的蛋白质序列。蛋白质是生命周期很长的大分子，由20种不同的氨基酸组成，是大多数细胞内化学反应所必需的。
基因的转录和翻译分别是DNA和RNA分子和蛋白质分子之间的相互转化过程。转录是指从DNA复制出一段RNA序列的过程。翻译是指将RNA序列翻译成具有特定功能的蛋白质序列的过程。
基因的转录被DNA依赖的RNA聚合酶所控制。在这个过程中，RNA聚合酶沿着DNA模板链逐个读取碱基对，并将RNA核苷酸的序列与DNA模板链上互补的碱基对应。当转录终止时，生成的RNA序列被释放，形成后基因体RNA (mRNA)。
而翻译的过程则需要mRNA、tRNA和核糖体的共同作用。mRNA携带信息序列，核糖体是由RNA和蛋白质组成的复杂结构，它通过识别、维持和帮助定位mRNA上的编码密码子，引导tRNA的加入，并将其上的氨基酸按正确的顺序连接起来，最终形成一条完整、有功能的蛋白质链。
基因转录和翻译的过程是非常复杂的。这些过程需要许多不同的分子和细胞内的适当环境才能进行。此外，基因转录和翻译还需要受到各种调控机制的调节，以确保基因表达在不同的生理和环境条件下正常发挥作用。
一个基因的调节机制可以发生在多个层面。最基本的层面就是基因的启动子区域的DNA序列。启动子是控制基因转录启动的区域，在这个区域，大量的调控因子和诸如组蛋白修饰、DNA甲基化等化学改变可以影响RNA聚合酶的结合和基因的表达。
此外，mRNA的稳定性以及转录后加工也可以影响基因表达。磷酸化、脱磷酸化和其他化学修饰都可以影响RNA的稳定性，以及促进或限制其在翻译中的表现出的效果。因此，对试验条件、组织类型和生理状态等各种因素的化学变化都可能会对这个过程产生影响。
1 第十一章 RNA的生物合成
RNA的生物合成包括转录和RNA的复制。
转录（transcription）：以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下合成RNA。
转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA
除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物。
转录研究的主要问题：
①RNA聚合酶 ②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控
①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心。
转录与DNA复制的异同：
相同：要有模板，新链延伸方向5’→3’，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。
相异：①复制需要引物，转录不需引物。
②转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留。
③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。
转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。
基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质
转录过程涉及两个方面
①RNA合成的酶学过程
②RNA合成的起始信号和终止信号，即DNA分子上的特定序列。
DNA正链：与mRNA序列相同的DNA链。
负链：与正链互补的DNA链。
转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），转录起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。
DNA指导的RNA合成（转录）
RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。
基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。
转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止由DNA上的终止子控制，转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的。
一、 RNA聚合酶
RNA合成的基本特征
医学生物化学国家开放大学
-1-10-1RNA的生物合成-转录一、参与转录的主要物质生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。转录合成的RNA是各种RNA的前体，称为初级转录产物，经过进一步加工成熟后才具有生物学功能，其中如tRNA和rRNA等已经是相应基因表达的终产物，而mRNA则是编码蛋白质的基因表达的中间产物，mRNA翻译后才表达出其基因编码的终产物—蛋白质。RNA的转录合成过程需要DNA模板、NTP底物、RNA聚合酶和Mg2+或Mn2+。（一）模板转录以DNA为模板，但细胞内DNA的全长不是同时被转录，而是按不同的发育阶段、生存条件和生理需要，有选择地转录部分基因。那些能转录生成RNA的DNA区段，称为结构基因。结构基因的DNA双股链中只有一股链可被转录，转录的这种方式称为不对称转录。能够转录出RNA的一股链称为模板链或负链。与模板链相对应的另一条链称为编码链或正链，编码链不被转录。模板链并非总是在同一股链上。在一个双链DNA分子中有很多基因，每个基因的模板并不是全在同一股链上，对于某个基因是编码链的那股链，对于另一个基因可能是模板链。编码链和转录产物RNA均与模板链互补，因此编码链的碱基序列与RNA的碱基序列一致，只是RNA中以U取代了DNA中的T。所以为了避免烦琐，能方便查对遗传密码，在书写DNA碱基序列时一般只写出编码链。（二）原料转录所需要的原料为四种三磷酸核糖核苷：ATP、GTP、CTP、UTP（NTP）。医学生物化学国家开放大学
-2-（三）RNA聚合酶RNA聚合酶是参与转录的关键物质，催化核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键相连合成RNA，合成方向为5'→3'。真核生物的RNA聚合酶有三种：RNA聚合酶ⅠI、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ，它们分别识别并转录不同的基因，得到不同的转录产物，如表所示。表真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶缩写符号定位转录产物对鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶ⅠPolⅠ核仁28S、5.8S、18SrRNA前体极不敏感RNA聚合酶ⅡPolⅡ核质mRNA、snRNA前体非常敏感RNA聚合酶ⅢPolⅢ核质5SrRNA、tRNA和snRNA前体中等敏感真核生物RNA聚合酶的组成和结构比原核生物RNA聚合酶复杂，但功能相同。二、转录合成的基本过程RNA的转录合成过程可以人为地分为转录起始、延长和终止三个阶段。以下主要介绍原核生物转录过程。（一）起始阶段转录起始阶段主要是RNA聚合酶识别启动子并与其结合。RNA聚合酶随以全酶形式结合于DNA的转录起始部位，促使DNA双链局部解开，启动RNA合成。1．启动子启动子是RNA聚合酶识别、结合并启动转录的一段DNA序列。2．起始过程医学生物化学国家开放大学
