1、第十四章第十四章 RNA的生物合成的生物合成转录转录 基本概念基本概念() 转录转录以以DNA为模板，在为模板，在RNA聚聚合酶（合酶（RNA polymerase）的作用下合成的作用下合成mRNA，将遗传信息从，将遗传信息从DNA分子上转移到分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录分子上，这一过程称为转录（transcription）。 从广义上讲，从广义上讲，转移转移RNA(tRNA)和核和核糖体糖体RNA(rRNA)等的生物合成过程也是等的生物合成过程也是转录。转录。 （Transcription） (2) 起始位点、终止位点起始位点、终止位点 转录起始于转录起始于DNA模板上的特定
2、部位，模板上的特定部位，即即起始位点（起始位点（start point）或启动子）或启动子（promoter）。）。 终止于模板上的特殊顺序，称之为终止于模板上的特殊顺序，称之为终止位点（终止位点（termination site）或终止）或终止子（子（terminator） 启动子（启动子（promoter）的结构的结构是一段大小为是一段大小为20200bp的的DNA序序列。列。能够被能够被RNA聚合酶识别并与之聚合酶识别并与之结合。结合。 为了叙述的方便，习惯上以编码链为准，将转录起为了叙述的方便，习惯上以编码链为准，将转录起始位点的始位点的5-端称为上游（端称为上游（upstream），
3、），3-端称为下端称为下游（游（downstream）。）。 原核生物原核生物基因及绝大部分基因及绝大部分真核生物基因真核生物基因的启动子位于转录的启动子位于转录起始起始位点的位点的上游序列中上游序列中。 只有真核生物只有真核生物RNA聚合酶聚合酶III的启动子位于转录起始位点的的启动子位于转录起始位点的下游序列中下游序列中。 将转录将转录起始位点标记起始位点标记为为+1，上游以负数表示，如，上游以负数表示，如-10、-35等，等，下游则以正数表示，如下游则以正数表示，如+50、+100等。等。 (3) 转录单位转录单位：DNA中指导转录中指导转录一条一条RNA链的全部序列。链的全部序列。 转
4、录单位下游上游启动子终止子结构基因结构基因两个涵义：方向；碱基序列两个涵义：方向；碱基序列 (5) (5) 模板链模板链 DNADNA链中被转录的一条链称链中被转录的一条链称模板链或负（模板链或负（- -）链；非编码链）链；非编码链 （相对的）。（相对的）。 编码链编码链 与模板链互补的与模板链互补的DNADNA链称为非模链称为非模板链或正（板链或正（+ +）链。他与从基因上转录的）链。他与从基因上转录的RNARNA在碱在碱基序列上是一致的，只是基序列上是一致的，只是DNADNA中用中用T T代替了代替了U U，故，故又称又称编码链。编码链。533355DNARNA转录方向转录方向模板链编码链
5、 (6) 基因基因 被转录成被转录成RNA的的DNA片段。片段。 结构基因（结构基因（structural gene） 将负责编码蛋将负责编码蛋白质多肽链的白质多肽链的DNA片段称为片段称为 。也称为顺反子。也称为顺反子。 （拷贝，（拷贝，如乳糖操纵子中三个基因一个如乳糖操纵子中三个基因一个RNARNA拷贝。汪拷贝。汪308308页）。页）。 单顺反子（单顺反子（monocistron） 一个转录单位可一个转录单位可以是单个基因。以是单个基因。 多顺反子（多顺反子（polycistron） 也可以是多个基因也可以是多个基因 。 多顺反子多顺反子原核细胞中大多数转录单位原核细胞中大多数转录单位为
6、为 单顺反子单顺反子 真核细胞的真核细胞的mRNAmRNA为为单顺反子单顺反子产产物。物。 基因组基因组 一个一个细胞或生物体细胞或生物体所含的全套所含的全套 基因称基因组。基因称基因组。 思考思考 1. 在物质代谢中，丙酮酸是在物质代谢中，丙酮酸是一个重要的中间产物（物质代谢交一个重要的中间产物（物质代谢交汇点），请写出以丙酮酸为底物的汇点），请写出以丙酮酸为底物的四个不同的酶反应与有关代谢途径四个不同的酶反应与有关代谢途径的联系（亦可用文字形式表示）。的联系（亦可用文字形式表示）。 2按下列已知按下列已知DNA片断为片断为模板模板，写出：，写出： （1）DNA复制时新的一条复制时新的一条D
7、NA链的序列链的序列 （2）转录成的）转录成的mRNA的序列的序列 （3）合成多肽氨基酸的序列）合成多肽氨基酸的序列 己知己知DNA模板链：模板链： 5CATGTCCAAGCTTGCATAGCA 3 已知密码子：已知密码子：UUG（Leu）UCG(Ser) UAU(Tyr) UGC(Cys) CGA(Arg) AGC(Ser) AUG(Met) GCA(Ala) GAC(Asp)53肽1肽2肽3肽4原核细胞原核细胞mRNAAUGAC GC UGGUGC AGUAA53帽子尾巴一条肽真核细胞真核细胞mRNA 真核细胞真核细胞mRNA的编码序列只指导的编码序列只指导一一条肽链的合成，条肽链的合成，
8、称为称为单顺反子单顺反子mRNAmRNA。 原核细胞原核细胞mRNA的编码序列可指导的编码序列可指导几条肽链的合成，几条肽链的合成，称为称为多顺反子多顺反子mRNAmRNA。( (一个转录单位包括几个基因一个转录单位包括几个基因) )（启动子）启动子）（终止子（终止子 ）结构基因结构基因 非结构基因非结构基因 此基因表达的产物此基因表达的产物 是是RNARNA，但他们不发挥将，但他们不发挥将DNADNA上的遗传信息上的遗传信息传递给蛋白质分子的功能，故传递给蛋白质分子的功能，故tRNAtRNA 、 rRNA rRNA 、 tRNAtRNA分子的基因分子的基因是非结构基因是非结构基因（rRNA
9、rRNA 、tRNAtRNA分子为基因的最终产物）。分子为基因的最终产物）。有些基因是一些不被转录的调控区有些基因是一些不被转录的调控区 主宰结构基因的转录与不转录。主宰结构基因的转录与不转录。 第一节第一节 转录的特点转录的特点 1. 以以DNA为模板酶促合成为模板酶促合成RNA 参与该过程的酶是参与该过程的酶是RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase）。）。 2. RNA聚合酶按照聚合酶按照A与与U（或（或T与与A）、）、G与与C配配对的原则，将对的原则，将4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（NTP）以）以3,5-磷酸磷酸二酯键二酯键的方式聚合起来。的方式聚合起来。 3. 不对称转录不
10、对称转录 以以DNA一股链为模板转录一股链为模板转录RNA的方式。的方式。 在在DNA链上编码链和模板链是相对的，在链上编码链和模板链是相对的，在同一同一DNA分子上的某些部分基因以这条链作模分子上的某些部分基因以这条链作模板，而在另一区域别的基因中则以另一条链为板，而在另一区域别的基因中则以另一条链为模板模板 不对称性转录。不对称性转录。 4. 转录的方向为转录的方向为 53 第二节第二节 原核生物基因的转录原核生物基因的转录 一、一、 RNA聚合酶、启动子、终止子的聚合酶、启动子、终止子的 结构特点：结构特点： 基因的转录是由基因的转录是由RNARNA聚合酶（聚合酶（RNApolymera
11、seRNApolymerase）催化，在催化，在19601960年分别由年分别由L.HurwitzL.Hurwitz和和S.weissS.weiss发发现。现。 （1 1）全酶）全酶 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶由多亚聚合酶由多亚基组成。基组成。2 2 称为称为全酶。全酶。 （2 2）2 2 称为称为核心酶核心酶，负责，负责RNARNA链链延长时的聚合作用延长时的聚合作用 。 因子功能因子功能 辨认启始点，并参与解辨认启始点，并参与解链链 ，易于与四个亚基分离。，易于与四个亚基分离。 （一）（一）大肠杆菌的大肠杆菌的RNA聚合酶聚合酶 1. RNA聚合酶组成 亚基在亚基在RNARNA合成
12、的合成的起始中起始中具有关键具有关键作用。作用。 在生物进化过程中，形成了在生物进化过程中，形成了不同不同的的亚基亚基。不同的不同的亚基亚基可以帮助可以帮助RNARNA聚聚合酶识别不同的启动子序列。合酶识别不同的启动子序列。大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合与底物结合与底物结合酶的连接酶的连接全酶全酶( ( ) )（1 1）模板：）模板： DNADNA（2 2）活化的底物有四种三磷酸核苷酸）活化的底物有四种三磷酸核苷酸ATPATP、GTPGTP、UTPUTP、CTPCTP（3 3）二价的
13、金属离子，主要是）二价的金属离子，主要是MgMg+2+2、MnMn+2+2 2. RNA2. RNA聚合酶的条件聚合酶的条件RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5 3 5 3 新合成新合成RNA 3. RNA聚合酶与聚合酶与DNA聚合酶不同：聚合酶不同： 它不要求引物；它不要求引物； 没有核酸外切酶的活没有核酸外切酶的活，缺乏校对功能，缺乏校对功能，故故RNA合成错误率约为大于合成错误率约为大于DNA 105（十（十万倍），万倍），远低于远低于DNA聚合酶的精确性（出聚合酶的精确性（出错率错率1/1091/1010）。）。所以可以产生所以可以产生非遗传上错误。（
14、非遗传上错误。（RNA病毒病毒易变）易变） （二）（二） DNA模板上的启动子模板上的启动子1.1.概念概念 能够被能够被RNA聚合酶识聚合酶识别并与之结合，从而调控别并与之结合，从而调控基因的转录与否及转录强基因的转录与否及转录强度的一段大小为度的一段大小为20200bp的的DNA序列，序列，称之为启动子称之为启动子（promoter）。）。 2. 原核启动子生物特征：原核启动子生物特征： 原核生物不同基因的原核生物不同基因的启动子启动子虽然在结构上虽然在结构上存在一定的差异，但具有存在一定的差异，但具有明显的共同特征：明显的共同特征：在基因的在基因的5端，直接与端，直接与RNA聚合酶结合聚
15、合酶结合，控制转录的起始和方向；控制转录的起始和方向；都含有都含有RNA聚合酶的聚合酶的识别位点、结合位识别位点、结合位点和起始位点；点和起始位点；都含有都含有保守序列保守序列，而且这些序列的位置是而且这些序列的位置是固定的，如固定的，如-35序列，序列，-10序列等。序列等。启动子（启动子（promoter)promoter)。它是。它是2020至至200200个碱个碱基基的特定序列的特定序列( (都在上游吗都在上游吗) )。 启动子的位置在被转录启动子的位置在被转录碱基之前顺序号碱基之前顺序号均均为负，习惯上也将为负，习惯上也将+1+1以下的转录方向称以下的转录方向称“下下游游”，-1-1
16、以上（以上（5 5端）成端）成“上游上游”，启动子在启动子在上游区。上游区。 现在现在发现原核生物的启动子发现原核生物的启动子顺序中顺序中存在存在几个共同的顺序。几个共同的顺序。 （1） 35bp序列序列 对于大多数启动子来说，在上游对于大多数启动子来说，在上游-35bp附近存在一段附近存在一段共有序列共有序列（consensus sequence）：）： TTGACA RNA聚合酶的聚合酶的亚基识别亚基识别该序列并使核该序列并使核心酶与心酶与启动子结合启动子结合，故又称，故又称-35序列为序列为RNA聚合酶的聚合酶的识别位点；识别位点；（2） -10序列序列 又叫又叫Pribnow盒（盒（P
17、ribnow box），），其其共有序列为共有序列为 ： TATAAT RNA聚合酶与之聚合酶与之牢固结合并将牢固结合并将DNA双链双链打开的部位，即打开的部位，即结合位点，结合位点，形成所谓的开放形成所谓的开放性启动子复合物。性启动子复合物。 真核生物在-25和-75区。 无论原核还是真核生物，紧邻转录起点的无论原核还是真核生物，紧邻转录起点的共有序列是共有序列是一个一个A/T富含区富含区，它是，它是DNA双链容易双链容易解链。解链。大肠杆菌启动子共有序列的功能大肠杆菌启动子共有序列的功能 AGTCTTGACA AAT TTAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35识别区
18、识别区16-19bp5-9bp起点 -10-10区：区：双螺旋打开形成双螺旋打开形成开放启动复合物开放启动复合物的区域。的区域。-35-35区：区：启动子不仅控制着转录起始的序列（启动子不仅控制着转录起始的序列（识别识别位点）位点），并决定着，并决定着某一基因的表达强度。某一基因的表达强度。 启动子启动子：分为强启动子和弱启动子。：分为强启动子和弱启动子。DNADNA聚合聚合酶和启动子酶和启动子亲和力高，转录效率高，亲和力高，转录效率高，具有强启动具有强启动子的基因被频繁转录，而弱启动子的基因子的基因被频繁转录，而弱启动子的基因很少转很少转录。录。（1 1） 依赖于依赖于因子的终止子因子的终止
19、子（2 2） 不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子E.coliE.coli 的转录终止有两种机制：的转录终止有两种机制：1.1.概念概念（三）终（三）终 止止 子和终止因子子和终止因子 提供转录停止信号的提供转录停止信号的DNADNA序列称为终止子。序列称为终止子。 协助协助RNARNA聚合酶识别终止信号的辅助因子聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination (termination factor)factor)。 1. 不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子（intrinsic terminators ） 合成的合成的RNA尾部
20、的序列特征尾部的序列特征： 二重对称的序列二重对称的序列形成发形成发卡结构；卡结构；在发卡结构的茎基在发卡结构的茎基部富含部富含G-C对对； 发卡结构可减缓或暂停合发卡结构可减缓或暂停合成；成； 尾部有约尾部有约6个连续的个连续的（模板链上是一串（模板链上是一串A）U；当当RNA转录物生产后，发卡结转录物生产后，发卡结构立即形成，迫使聚合酶停构立即形成，迫使聚合酶停止作用。止作用。 教材教材278页页字母更清楚字母更清楚 即即DNA分子内特定的碱基序列分子内特定的碱基序列(转录终止点转录终止点)。如细菌终止顺序有两个明显的特征：如细菌终止顺序有两个明显的特征： 1. 是富含是富含GC，转录产物
21、极易形成二重对称性转录产物极易形成二重对称性结构。结构。 2.是紧接是紧接GC之后有一串之后有一串A，按此模板转录出按此模板转录出来的来的RNA极易极易自身互补自身互补，形成发夹状结构。，形成发夹状结构。 二、二、原核生物的转录过程原核生物的转录过程 模板的识别模板的识别 转录转录转录起始转录起始 转录转录延伸延伸 转录转录终止等终止等4个步骤。个步骤。 （一）（一） 模板的识别模板的识别 1. 在在亚基的帮助下，亚基的帮助下，RNA聚合酶聚合酶识识别并结合到启动子上别并结合到启动子上 ，RNA聚合酶以全酶的形式辨认DNA启动子。 核心酶不能识别启动子。核心酶不能识别启动子。 亚基的主要作用促
22、进亚基的主要作用促进RNA聚聚合酶合酶识别启动子。识别启动子。 2. 亚基还参与促使亚基还参与促使DNA双螺双螺旋打开并旋打开并以其中的一条链作为模板以其中的一条链作为模板进行转录。进行转录。 （二）转录的起始（二）转录的起始 1. 亚基亚基识别识别-35序列并与核心酶序列并与核心酶(即即以全酶的形式）一起结合在启动子上，已以全酶的形式）一起结合在启动子上，已有实验证据表明，有实验证据表明，RNA聚合酶分子很大，聚合酶分子很大，其结合在启动子上的其结合在启动子上的范围从范围从-50到到+10。 2. RNA聚合酶与聚合酶与-10序列牢固结合并将序列牢固结合并将DNA双链打开，形成双链打开，形成
23、开放性启动子复合物，开放性启动子复合物，RNA的转录开始。的转录开始。 RNA RNA聚合酶聚合酶必须全酶才能启动特异的转录。必须全酶才能启动特异的转录。核心酶是不能在启动子处开始转录的，核心酶是不能在启动子处开始转录的，当形成当形成新新RNARNA的第一个磷酸二酯键后，的第一个磷酸二酯键后，亚基即由全亚基即由全酶中解离出来。酶中解离出来。全酶的作用：全酶的作用：选择起始部位并启动转录；选择起始部位并启动转录； 核心酶的作用：核心酶的作用：延长延长RNARNA链。链。 3. 在起始复合物中在起始复合物中RNA聚合酶含有两聚合酶含有两个核苷酸的结合位点个核苷酸的结合位点 起始位点和延伸位起始位点
24、和延伸位点（结合点（结合ATP或或GTP）。）。 第一、二个核苷酸分别进入起始部位和第一、二个核苷酸分别进入起始部位和延伸位点，以延伸位点，以3，5 - 磷酸二酯键方式结合。磷酸二酯键方式结合。完成起始。完成起始。 4. 绝大多数新合成的绝大多数新合成的RNARNA链的链的5-5-末端是末端是pppApppA或或pppGpppG，说明转录的起始核苷酸是三磷说明转录的起始核苷酸是三磷酸腺苷或三磷酸鸟苷。酸腺苷或三磷酸鸟苷。全酶全酶-启动子形成闭合二重复合启动子形成闭合二重复合体；体；闭合复合体转变为闭合复合体转变为开放复合体；开放复合体；整合进最初两个核苷酸，整合进最初两个核苷酸，形成形成一个磷
25、酸二酯键一个磷酸二酯键，形成三重复，形成三重复合体；合体；在酶不需要移动时，即可加入约在酶不需要移动时，即可加入约9个核苷酸，个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放但在加入核苷酸过程中，随时可能释放RNA；起始成功后，释放出起始成功后，释放出亚基。亚基。转录的起始转录的起始 （三）（三） RNA链的延伸链的延伸 1. 当第一个磷酸二酯键生成后，释出当第一个磷酸二酯键生成后，释出亚基。亚基。 2. 核心酶即沿核心酶即沿DNA模板移动，并按碱基互补模板移动，并按碱基互补配对的原则，以与第一个磷酸二酯键生成的相同反配对的原则，以与第一个磷酸二酯键生成的相同反应方式，依次连接上核苷酸，使应方式，
26、依次连接上核苷酸，使RNA链延伸。链延伸。 3. RNA链的延长方向是链的延长方向是53。核心酶沿核心酶沿DNA模板移动的方向则为模板移动的方向则为35。由于在转录过程中第一个三磷酸核苷的三磷酸基被保留在产物中由于在转录过程中第一个三磷酸核苷的三磷酸基被保留在产物中 4. RNA链的延伸是链的延伸是在转录鼓泡上在转录鼓泡上进行进行的，因的，因含有含有核心酶、核心酶、DNA和新生和新生RNA的一的一个区域里进行的，个区域里进行的，在这个区域里双链在这个区域里双链DNA被打开，呈被打开，呈“泡泡”状，故称之为状，故称之为转录泡转录泡（transcription bubble）。）。在转录泡里，新合
27、成的在转录泡里，新合成的RNA与模板与模板DNA形成杂交双链，形成杂交双链，长约长约12bp，在转录，在转录泡里，核心酶始终与泡里，核心酶始终与DNA的编码链结合，的编码链结合，使双链使双链DNA约有约有17bp被解开。被解开。 在整个延伸过程中，在整个延伸过程中，转录泡转录泡的大小的大小始终保持不变始终保持不变，即在核心酶向前移动，即在核心酶向前移动时，时，前面的双股螺旋逐渐打开，转录前面的双股螺旋逐渐打开，转录过后的区域则又重新形成双螺旋，过后的区域则又重新形成双螺旋，二二者的速度相同，直至转录完成。者的速度相同，直至转录完成。RNA链的延伸图解链的延伸图解3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂
28、交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位 即即RNARNA链链3-OH3-OH不断结合新进入的不断结合新进入的NTPNTP，使其链不断延长。使其链不断延长。 同时，继续使同时，继续使DNADNA螺旋螺旋解链，以便暴露出模板链。解链，以便暴露出模板链。RNARNA酶后边的酶后边的DNADNA恢复双螺旋结构恢复双螺旋结构。 延伸的最大速度约为每秒延伸的最大速度约为每秒5050个核苷酸个核苷酸 。 RNA聚合酶（全酶）启动子DNA终止子5533RNARNA聚合酶（核心酶）再与RNA聚合酶结合起始终止延长（过程）（
29、过程）（四）转录的终止（四）转录的终止 1. 停止停止RNA链延长；链延长； 2. 新生新生RNA链释放；链释放； 3. RNA聚合酶从聚合酶从DNA上释放。上释放。 当当RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA模板移动到基因模板移动到基因3-端的端的终止子序列终止子序列时，转录就停止了。时，转录就停止了。 终止子（终止子（terminator） 终止终止RNA合成反应所合成反应所需的需的DNA序列序列；在转录结束的位点，提供终止信号。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合成的终止实际依赖于已转录已转录的的RNA序列。当序列。当RNA聚合酶遇到发夹结聚合酶遇到发夹结构时就会停止下来
30、。构时就会停止下来。RNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子（启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开 复制与转录的异同点复制与转录的异同点 1. 相同点：相同点：以以DNA为摸板；碱基互补为摸板；碱基互补配对；合成方向：配对；合成方向：53。 2.不同点不同点: （1）复制复制 dATP，dTTP，dCTP，dGTP； 转录底物转录底物ATP，UTP，CTP，GTP。 （2
31、）复制需引物酶，）复制需引物酶， 不需不需 ； （3）复制两条链）复制两条链各自为模板，两条链永各自为模板，两条链永远分开其中一条链为模板，两条链不分开；远分开其中一条链为模板，两条链不分开； （4）复制碱基配对）复制碱基配对AT AU； （5） DNA聚合酶聚合酶有核酸外切酶活性、不会有核酸外切酶活性、不会解链，解链，RNA聚合酶聚合酶无核酸外切酶活性、会解无核酸外切酶活性、会解链；链； （6）复制对称性，）复制对称性，转录不对称性转录。转录不对称性转录。 三、三、 原核生物原核生物RNA转录后的加工转录后的加工 许多转录生成的许多转录生成的RNA需经加工后才能成为需经加工后才能成为有功能的
32、有功能的RNA分子分子。 （一）（一）mRNA的加工的加工 原核生物转录生成的原核生物转录生成的mRNA基本上基本上不经加不经加工工即可进行蛋白质的生物合成。许多原核生物的即可进行蛋白质的生物合成。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。是在转录尚未完成之前就已开始翻译了。也就是说，也就是说，转录与翻译是偶联在一起的。转录与翻译是偶联在一起的。（二）（二）rRNA的加工的加工 rRNA前体合成后与蛋白质结合，形成新前体合成后与蛋白质结合，形成新生核糖体颗粒，再经过一系列的加工过程，生成生核糖体颗粒，再经过一系列的加工过程，生成有功能的核糖体。有功能的核糖体。 在原核生物中，在
33、原核生物中，rRNA包括三种，包括三种，即即16S，23S和和5S rRNA。 在大肠杆菌中，在大肠杆菌中，这三种这三种rRNA的基因形成一的基因形成一个转录单位，个转录单位，其中还包含一个或多个其中还包含一个或多个tRNA基因，基因，它们之间由间隔区分开。它们之间由间隔区分开。 甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶 tRNAtRNA的种类比的种类比rRNArRNA多，在原核生物中有多，在原核生物中有30-30-4040种，在真核生物中有种，在真核生物中
34、有50-6050-60种。种。 （三）（三）tRNAtRNA的加工的加工 1. 1. 初始转录物初始转录物自身就有自身就有-CCA-CCA，它们位于成熟它们位于成熟tRNAtRNA序列与序列与33端附加序列之间，经转录后加工切除端附加序列之间，经转录后加工切除掉附加序列，掉附加序列，-CCA-CCA便暴露出来；便暴露出来； 2. 2. 其自身并其自身并无无-CCA-CCA序列，序列，是在切除是在切除33端附加序端附加序列后，列后，由由tRNAtRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶（nucleotidyltransferasenucleotidyltransferase）催化，并由）催化，并由CTPC
35、TP与与ATPATP供供给胞苷酰基与腺苷酰基聚合而成的。给胞苷酰基与腺苷酰基聚合而成的。 3. tRNA3. tRNA中含有中含有大量修饰成分大量修饰成分，还要通过各种不同，还要通过各种不同的修饰酶进行修饰，才能成为成熟的的修饰酶进行修饰，才能成为成熟的tRNAtRNA分子。分子。tRNA3-tRNA3-末端末端-CCA-CCA的来源的来源第三节第三节 真核生物真核生物RNA的转录过程的转录过程 一、一、真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶（自学）（自学） 真核生物真核生物RNA聚合酶的结构比较复杂，都是聚合酶的结构比较复杂，都是多亚基的，通常有多亚基的，通常有610个亚基组成，亚基有个亚基组成
36、，亚基有46种。种。 真核细胞中有真核细胞中有3种种RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶I：转录：转录 rRNA； RNA聚合酶聚合酶II：转录：转录 mRNA； RNA聚合酶聚合酶III：转录：转录 tRNA。 二、二、 真核启动子真核启动子 了解 真核生物的真核生物的3种种RNA聚合酶各有其自聚合酶各有其自己的启动子。己的启动子。三、真核生物三、真核生物RNA的转录过程的转录过程 了解 四、 mRNA的结构特点 （重点）（重点） （1 1）mRNAmRNA分子中含有稀有核苷酸；分子中含有稀有核苷酸； （2 2）mRNAmRNA可形成局部双螺旋结构的二级可形成局部双螺旋结构的二级结构；结构
37、； （3) 3) mRNAmRNA在真核生物中的在真核生物中的初级产物称为初级产物称为hnRNAhnRNA。 mRNA mRNA的结构特点的结构特点 1977年发现大多数真核生物编码蛋白质的年发现大多数真核生物编码蛋白质的基因是基因是不连续基因不连续基因（断裂基因）。（断裂基因）。 即一个完整的基因被一个或多个插入的片即一个完整的基因被一个或多个插入的片段所间隔，这些插入不编码的序列称为段所间隔，这些插入不编码的序列称为内含子，内含子，被间隔的编码蛋白质的基因部分称为被间隔的编码蛋白质的基因部分称为外显子外显子。 外显子被内含子隔列成若干片段，称为外显子被内含子隔列成若干片段，称为断断裂基因或
38、隔裂基因。即核不均裂基因或隔裂基因。即核不均RNA（ hnRNA）。）。 hnRNAhnRNA经加工和选择性拼接，经加工和选择性拼接，产生有功能的产生有功能的成熟的成熟的mRNAmRNA，释放到细胞质中。，释放到细胞质中。 hnRNA经加工才能转变为成熟的经加工才能转变为成熟的mRNA ，即切除内含子、，即切除内含子、加尾带帽。加尾带帽。大大多数真核成熟的多数真核成熟的mRNA分子特点：分子特点： A .具有典型的具有典型的5- 端的端的7-甲基鸟苷甲基鸟苷三磷酸（三磷酸（m7GTP）帽子结构。）帽子结构。 B. 3-端的端的多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyA)尾巴结尾巴结构构。五、五、m mR
39、NA剪接和加工剪接和加工（重点）（重点） hnRNAhnRNA 经加工和选择性拼接，产生有功能的经加工和选择性拼接，产生有功能的成熟的成熟的mRNAmRNA，释放到细胞质中。，释放到细胞质中。卵清蛋白基因转录与转录后加工修饰卵清蛋白基因转录与转录后加工修饰 （1 1）切除内含子）切除内含子 （2）RNA的末端修饰的末端修饰 mRNA的的5端修饰端修饰戴帽戴帽 在磷酸酶的作用下，将在磷酸酶的作用下，将5 -端的磷酸基水解，然后再加上端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸鸟苷三磷酸，形成形成GpppN的结的结构，再对构，再对G进行甲基化进行甲基化。 新加的新加的G以反方向与以反方向与5连接，连接，这
40、一结构这一结构称为帽子称为帽子（cap）结）结构构（曼夫（曼夫350页更页更好）好） 5 5 Gppp + pppApNpNp. 5 5 GpppApNpNp. + pp + p 冒式结构冒式结构 即在即在mRNA 5端上加一个端上加一个甲基化的鸟嘌甲基化的鸟嘌呤（呤（m7G）核苷酸，）核苷酸，同时在原始转录产物的同时在原始转录产物的第一、二个核苷酸第一、二个核苷酸残基的残基的2羟基羟基上也进行甲上也进行甲基化帽子的结构简式：基化帽子的结构简式： m7GPPPx 为帽子为帽子0； m7GPPPx m为帽子为帽子1； m7GPPPx mYm为帽子为帽子2与核酸化学比较图片后,核酸化学中可以舍去
41、真核生物真核生物mRNA 5-mRNA 5-端帽子结构端帽子结构ONNNNNH2OOCH3OHHHCH2HOPO-OOHNNNOH2NNOOHHHHCH2HOHOPOO-CH3PO-O5235 X、Y代表任意碱基，所有的帽子都含代表任意碱基，所有的帽子都含有有m7G（7 甲基鸟甲基鸟 苷苷 ），在帽子结构中，），在帽子结构中，m7与与mRNA链形成链形成5，5 磷酸二酯键磷酸二酯键的的反式连接，使反式连接，使mRNA的的5 末端没有游离末端没有游离的磷酸基。的磷酸基。 戴帽意义戴帽意义 也许可防止也许可防止5-端不被核酸端不被核酸酶降解，具有保护作用；还可协助核糖体酶降解，具有保护作用；还可协
42、助核糖体与与mRNA结合。结合。加尾：加尾： 3 末端有一段长度为末端有一段长度为30 200个多聚腺个多聚腺苷酸（多聚苷酸（多聚A或或Poly A)阶段，常称阶段，常称“尾巴尾巴”，这是转录后添加上去的。这是转录后添加上去的。 意义：保护意义：保护3 末端不会被核酸酶降解，末端不会被核酸酶降解，并有助于并有助于mRNA从细胞核向胞浆转移。从细胞核向胞浆转移。真核细胞真核细胞mRNA的结构特点的结构特点5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5 ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能 使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏 使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合
43、并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。 是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质由细胞核进入细胞质所必需的形式所必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质在细胞质中的稳定性中的稳定性AAAAAAA-OH 第四节第四节 催化活性催化活性RNA核酶及其功能核酶及其功能 一、一、 核酶的发现核酶的发现 1982年年在原生动物在原生动物四膜虫（四膜虫（tetrahymena）中，中，26S rRNA分子前体是分子前体是 6.4kb，经切除，经切除1个个414nt的内含
44、子序列后形成。的内含子序列后形成。 Thomas Cech及其同事对此进行了研究。他们及其同事对此进行了研究。他们惊异的发现，一个仅含有惊异的发现，一个仅含有纯化的纯化的6.4kb前体、前体、ATP及及GTP，而没有，而没有酶蛋白酶蛋白的对照样品中居然也发生了的对照样品中居然也发生了剪接作用。实验证实，此剪接作用。实验证实，此RNA发生了发生了自我剪接自我剪接（self-splicing），即在核苷酸存在的条件下，将），即在核苷酸存在的条件下，将414nt的内含子剪接掉了。的内含子剪接掉了。 这一卓越的实验不仅表明一个这一卓越的实验不仅表明一个RNA分子能够具有高度特异的催化活分子能够具有高度
45、特异的催化活性，并能自我剪接，而且直接导致了性，并能自我剪接，而且直接导致了核酶核酶（ribozyme）的发现。的发现。 核酶核酶（ribozyme）：通指具有催化活性的）：通指具有催化活性的RNA。 1982年，第一次发现某些年，第一次发现某些RNA转录产物具有自身转录产物具有自身剪接能力，它不借助任何剪接能力，它不借助任何蛋白性酶可以切除自身的内蛋白性酶可以切除自身的内含子。含子。由于这些由于这些RNA具有催化活性，我们将它称之核具有催化活性，我们将它称之核酶。酶。T.R.Cech第一次证实了四膜虫这种催化作用。第一次证实了四膜虫这种催化作用。 核酶的出现革新了催化剂的概念。核酶的出现革新
46、了催化剂的概念。核酶的存在也核酶的存在也表明表明RNA出现可能是原始生命出现的基础，最后才进出现可能是原始生命出现的基础，最后才进化到化到DNA和蛋白质。和蛋白质。Cech等，等，1981发现核酶发现核酶( Ribozyme)，获，获1989年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。二、二、 核酶发现的生物学意义核酶发现的生物学意义 核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的认识。以前一般认为，由于认识。以前一般认为，由于DNA和蛋白质是生命和蛋白质是生命的基础物质，因而生命的最初形式的基础物质，因而生命的最初形式必定是必定是DNA或或者蛋白质。者蛋白质。然而然而DNA的复制需要蛋白质（酶）的的复制需要蛋白质（酶）的催化，而特定蛋白质分子的合成又必须以催化，而特定蛋白质分子的合成又必须以DNA为为模板，因而二者究竟是哪一种首先出现，模板，因而二者究竟是哪一种首先出现，实在难实在难以推断以推断。 核酶的发现使人们普遍认为：生命的最初形核酶的发现使人们普遍认为：生命的最初形式大概是式大概是RNA，最初的生命界可能是个，最初的生命界可能是个RNA王王国。国。
