1、 贮存于贮存于DNA中的遗传信息需通过转录和翻译而得中的遗传信息需通过转录和翻译而得到表达。到表达。 在转录过程中，在转录过程中，DNA的一条链作为模板链的一条链作为模板链，在其，在其上合成出与上合成出与DNA互补的互补的RNA分子。分子。 细胞的各类细胞的各类RNA（参与翻译过程的（参与翻译过程的mRNA、rRNA和和tRNA，以及具有特殊功能的小，以及具有特殊功能的小RNA）都是以都是以DNA为模板，在为模板，在RNA聚合酶的催化下合成的聚合酶的催化下合成的。 最初转录的最初转录的RNA产物通常需要经过一系列断裂、产物通常需要经过一系列断裂、拼接、修饰等加工过程才能成为成熟的拼接、修饰等加
2、工过程才能成为成熟的RNA分子。分子。 在某些情况下，可进行在某些情况下，可进行RNA自我复制。自我复制。P455（一）（一）DNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶聚合酶 需要以四种核糖核苷三磷酸作为底物需要以四种核糖核苷三磷酸作为底物； 适当的适当的DNA作为作为模板模板； RNA链的延长方向链的延长方向 5/3/ ； 催化的反应是可逆的，催化的反应是可逆的，Mg2+促进聚促进聚合反应合反应 ； 不需要引物不需要引物 !。 n1ATPn2GTPn3CTPn4UTP+DNAMg2+ 或Mn2+RNA（n1+n2+n3+n4）PPi+DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶P455P455 分子
3、量为分子量为465 000的长椭球形分子，长的长椭球形分子，长15nm； 由五个亚基组成，分别是：由五个亚基组成，分别是： 37 000 2个个 功能未知功能未知 150 000 1个个 起始和催化部位起始和催化部位 / 160 000 1个个 和模板和模板DNA结合结合 70 000 1个个 起始作用起始作用 9 000 1个个 功能未知功能未知 还还含有含有2个锌原子个锌原子，与，与/ 相联结相联结 在不同种的细菌中，在不同种的细菌中，、/亚基的大小比较恒定，亚基的大小比较恒定， 亚基亚基有较大变动（有较大变动（44 00092 000）。）。 转录转录mRNA、tRNA、rRNA。P45
4、6The E. coli RNA polymerase holoenzyme consists ofsix subunits: Possible catalytic subunitsPromoterspecificityP4562.转录过程转录过程 反应产物反应产物RNA的组成决定于加入作为模板的的组成决定于加入作为模板的DNA的性质。的性质。在体外，在体外，RNA聚合酶能使聚合酶能使DNA的两条链同时进行转录；在体内，的两条链同时进行转录；在体内，DNA的两条链中仅有一条可用于转录；或者某些区域以这条链的两条链中仅有一条可用于转录；或者某些区域以这条链转录，另一些区域以另一条链转录；对应的链
5、只能进行复制，转录，另一些区域以另一条链转录；对应的链只能进行复制，而无转录功能。而无转录功能。 在在RNA聚合酶反应中，天然的（双链）聚合酶反应中，天然的（双链）DNA作为模板比变作为模板比变性的（单链）性的（单链）DNA更为有效更为有效。RNA聚合酶以完整双链聚合酶以完整双链DNA为模为模板，板，DNA碱基顺序的转录是通过全保留的方式，转录后碱基顺序的转录是通过全保留的方式，转录后DNA仍仍保留双链的结构。保留双链的结构。 DNA在进行转录的部分局部发生解链，一条链可作为有效在进行转录的部分局部发生解链，一条链可作为有效的模板，在其上合成出互补的的模板，在其上合成出互补的RNA链。链。 当
6、被解开的两条当被解开的两条DNA链重新形成双螺旋结构时，已合成的链重新形成双螺旋结构时，已合成的RNA链就离开链就离开DNA链。链。P456P455下下P456上上由由RNA聚合酶催化的转录过程可分为三个步骤：聚合酶催化的转录过程可分为三个步骤：（1）起始）起始 转录起始于转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，模板的一个特定位点，并在另一位点终止，这一区域称为这一区域称为转录单位转录单位。 一个转录单位可以是一个基因，也可以是多个基因。一个转录单位可以是一个基因，也可以是多个基因。 基因是遗传物质的最小功能单位，相当于基因是遗传物质的最小功能单位，相当于DNA的一个片断。的一个
7、片断。 转录的起始是由转录的起始是由启动子（启动子（promoter）控制的。控制的。 起始阶段包括起始阶段包括： 亚基亚基对双链对双链DNA特定部位的识别，相结合；特定部位的识别，相结合； 局部解开双链局部解开双链DNA（仅发生在与（仅发生在与RNA聚合酶结合的部位）；聚合酶结合的部位）； 最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键 合成的第一个底物通常是合成的第一个底物通常是GTP或或ATPP455（2） 延长延长 从起始到延长过程的转变，从起始到延长过程的转变，DNA和酶分子的构象都有相应的和酶分子的构象都有相应的变化。变化。 因子释放后，核心酶失去识别和专一结合在特定
8、序列的能因子释放后，核心酶失去识别和专一结合在特定序列的能力，因而可在模板上移动并按模板序列选择核糖核苷酸。力，因而可在模板上移动并按模板序列选择核糖核苷酸。 在模板链上合成的在模板链上合成的RNA链可暂时形成链可暂时形成RNA-DNA杂交双链。杂交双链。 随着聚合酶向前移动（模板链的方向随着聚合酶向前移动（模板链的方向3/5/），），DNA解链区解链区也跟着推进，也跟着推进，RNA链得以延长；链得以延长；DNA的互补链不断取代的互补链不断取代RNA链，链，恢复双螺旋结构。恢复双螺旋结构。 （3）终止）终止 当当RNA聚合酶到达聚合酶到达转录终止位点转录终止位点时，在时，在终止因子终止因子的帮
9、助下，的帮助下，聚合反应停止，聚合反应停止，RNA链和聚合酶随之脱落，转录过程即告结束。链和聚合酶随之脱落，转录过程即告结束。3. 亚基亚基 起始因子，使起始因子，使RNA聚合酶稳定地结合在聚合酶稳定地结合在DNA的启动子上的启动子上。没有没有 亚基的酶（亚基的酶（2/）叫）叫核心酶核心酶（core enzyme），不具备），不具备起始合成起始合成RNA的能力，只能使已开始合成的的能力，只能使已开始合成的RNA链延长。核心链延长。核心酶也能单独与酶也能单独与DNA结合，靠碱性蛋白和酸性核酸之间的静电引结合，靠碱性蛋白和酸性核酸之间的静电引力，与特殊序列无关，力，与特殊序列无关，DNA仍保持双螺
10、旋结构。仍保持双螺旋结构。 因子能够改变因子能够改变RNA聚合酶与聚合酶与DNA之间的亲和力，增加酶之间的亲和力，增加酶与启动子的结合常数和停留时间。不同的与启动子的结合常数和停留时间。不同的 因子识别不同的启因子识别不同的启动子，从而表达不同的基因动子，从而表达不同的基因。 因子仅与转录的起始有关，一旦因子仅与转录的起始有关，一旦RNA开始合成，它就被开始合成，它就被释放而离开核心酶。释放而离开核心酶。P457StandardHeat-shockNitrogenstarvation for standard promoters; for heat-shock promoters; for n
11、itrogen-starvation promotersE.coli contains multiple factors for recognizing different types of promoters: 种类多，分子量大多在种类多，分子量大多在50万左右，通常由万左右，通常由4-6种亚基组成，种亚基组成，含有锌原子。含有锌原子。 利用利用-鹅膏蕈碱（鬼笔鹅膏产生的八肽）的抑制作用分为鹅膏蕈碱（鬼笔鹅膏产生的八肽）的抑制作用分为三类：三类：I 不敏感，位于核仁区不敏感，位于核仁区,催化催化rRNA前体的转录前体的转录II 敏感（敏感（10-9-10-8 mol/L），位于核质，核内不均
12、一），位于核质，核内不均一 RNA（hnRNA，mRNA前体）前体）III 较敏感（较敏感（ 10-5-10-4 mol/L），位于核质，），位于核质， tRNA、 小分子量小分子量RNA（snRNA）P458 启动子启动子是指是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的聚合酶识别、结合和开始转录的一段一段DNA序列。序列。 转录因子转录因子是指参与转录的一些蛋白质性质的辅助因是指参与转录的一些蛋白质性质的辅助因子。子。 利用足迹法（利用足迹法（footprint）和）和DNA测序法可确定启动测序法可确定启动子的序列结构。足迹法是将子的序列结构。足迹法是将DNA起始转录的限制片段起始转录的限制片段分
13、离出来，加分离出来，加RNA聚合酶与其结合，再用聚合酶与其结合，再用DNA酶酶（DNase）部分水解，与酶结合的部位被保护而不水）部分水解，与酶结合的部位被保护而不水解，其余部位被水解成长短不同的片段；电泳即可测解，其余部位被水解成长短不同的片段；电泳即可测出酶所结合的部位。出酶所结合的部位。P459footprinting techniques 习惯上习惯上DNA的序列按其转录的的序列按其转录的RNA同一序列的一同一序列的一条链来书写，由左到右相当于条链来书写，由左到右相当于 5/3/ 方向。方向。 与与mRNA序列相同的链为序列相同的链为正链正链，互补链为，互补链为负链负链。 转录单位的起
14、点转录单位的起点核苷酸为核苷酸为+1oooooooooooooooooooooooo5/3/+1-1+10-10上游下游转录区 足迹法测定可被足迹法测定可被RNA聚合酶保护的区域为聚合酶保护的区域为-50+20。P4591.大肠杆菌启动子共有序列大肠杆菌启动子共有序列 Pribnow框（框（-10序列）序列） T80A95T45A60A50T96 有助于有助于DNA局部双链解开局部双链解开识别区（识别区（-35序列）序列） T82T84G78A65C54A45 提供提供RNA聚合酶识别的信号聚合酶识别的信号 启动子的结构是不对称的，它决定了转录的方向启动子的结构是不对称的，它决定了转录的方向。
15、 因子能直接和启动子的因子能直接和启动子的-35序列以及序列以及-10序列相互序列相互作用。作用。P460Alignment of different promoter sequences fromE.coli genes: the 10 (the Pribnow box) and 35 consensus region were revealed.Sequences of the coding DNA strandis conventionallyshownAdd TTTACC N12 TATAAT N7 A Present only in certain highly expressed
16、genes2.真核生物的启动子真核生物的启动子（1）类别）类别I启动子启动子 由两部分保守序列所组成，控制由两部分保守序列所组成，控制rRNA前体基因的转录。前体基因的转录。核心启动子核心启动子位于转录起点附近，从位于转录起点附近，从-45至至+20；上游控制元件（上游控制元件（UCE）位于位于-180至至-107，两部分都富含，两部分都富含GC区域。区域。RNA聚合酶聚合酶I对其转录需要两种因子参与作用。对其转录需要两种因子参与作用。UBF1是一条相对是一条相对分子质量为分子质量为97000的多肽链，可结合在两部分富含的多肽链，可结合在两部分富含GC区；随后区；随后SL1因子结合其上。因子结
17、合其上。SL1因子是一种四聚体蛋白，它含有一个另因子是一种四聚体蛋白，它含有一个另两类两类RNA聚合酶起始转录也需要的蛋白和聚合酶起始转录也需要的蛋白和3各不同的转录辅助因各不同的转录辅助因子子TAFI。在。在SL1因子介导下因子介导下RNA聚合酶聚合酶I结合在转录起点上并开结合在转录起点上并开始转录。始转录。SL1因子的作用类似于细菌的因子的作用类似于细菌的 因子。因子。 P461 极为复杂，不同启动子间差异较大。该类型的启动子包含四极为复杂，不同启动子间差异较大。该类型的启动子包含四类控制元件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。类控制元件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。 编
18、码蛋白质基因的启动子通常可以找到三个保守区编码蛋白质基因的启动子通常可以找到三个保守区：a. Hogness框（框（TATA框）框）:T82A97T93A85 (A37)A83A60(T37) -25-30，DNA双链开始解开并决定转录的起点位置双链开始解开并决定转录的起点位置b. CAAT框框 -75位置左右位置左右 GGT(C)CAATCT 与与RNA聚合酶的结合有关聚合酶的结合有关c. GC框框 更上游的位置更上游的位置 GGGCGG 某些转录因子的结合位点某些转录因子的结合位点 RNA聚合酶聚合酶的启动子在转录区的内部。的启动子在转录区的内部。 不同的启动子存在不同的辅助因子。不同的启
19、动子存在不同的辅助因子。P462General features of promoters for protein-codinggenes in higher eukaryotesTBPDNAA proposed modelfor Pol II- catalyzedmRNA synthesisP463 提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNA序列称为序列称为终止子终止子。 协助协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为质）称为终止因子终止因子。 有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转
20、录，这种现象称为得以越过终止子继续转录，这种现象称为通读通读。 能引起抗终止作用的蛋白质称为能引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子抗终止因子。 DNA的终止转录信号可被的终止转录信号可被RNA聚合酶或其辅助因聚合酶或其辅助因子所识别。子所识别。 终止信号位于已经转录的序列中。终止信号位于已经转录的序列中。P464 所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，其产生的构，其产生的RNA可形成有茎环构成的发夹结构。可形成有茎环构成的发夹结构。 该结构可使该结构可使RNA聚合酶减慢聚合酶减慢移动或暂停移动或暂停RNA的合成。的合成。 然而然而RNA
21、产产生具有发夹形的生具有发夹形的二级结构远比终二级结构远比终止信号多，如果止信号多，如果酶遇到的不是终酶遇到的不是终止序列，它将继止序列，它将继续移动并进行转续移动并进行转录。录。P4641. 大肠杆菌存在两类终止子：大肠杆菌存在两类终止子： 不依赖于不依赖于rho()的终止子，或称为的终止子，或称为简单终止子简单终止子 能形成发夹结构外，在终点前还有一系列（能形成发夹结构外，在终点前还有一系列（4-8个）个）尿苷酸尿苷酸 ，回文对称区通常有一段富含回文对称区通常有一段富含G-C的序列的序列； 寡聚寡聚U序列序列可能提供信号使可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板；聚合酶脱离模板； rU-dA组成
22、的组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配杂交分子具有特别弱的碱基配对结构对结构；当聚合酶暂停时，；当聚合酶暂停时， RNA-DNA杂交分子解开，转杂交分子解开，转录终止。录终止。 依赖于依赖于rho()的终止子的终止子 回文结构不含富有回文结构不含富有G-C区，回文结构之后也没有寡聚区，回文结构之后也没有寡聚U，必须在，必须在rho()因子存在时才发生终止作用。因子存在时才发生终止作用。P464r r-independentterminator: a modelPalindrome DNA sequences Oligo UsStem-loop (hairpin) structureM
23、odel for an r r-dependent terminatorrho()因子：因子： 分子量为分子量为46 000的蛋白质，以六聚体形式存在；的蛋白质，以六聚体形式存在； 有有RNA存在时，能水解三磷酸核苷（存在时，能水解三磷酸核苷（具有依赖于具有依赖于RNA的的NTPase活力活力）；）；rho()结合在新合成的结合在新合成的RNA上，借助上，借助水解水解NTP获得的能量沿获得的能量沿RNA链移动。链移动。 RNA聚合酶遇到终止子时发生暂停，聚合酶遇到终止子时发生暂停， rho()追上酶，追上酶， rho()与酶相互作用，造成与酶相互作用，造成RNA释放，并使释放，并使RNA聚合酶
24、聚合酶与该因子一起从与该因子一起从DNA上脱落下来，转录终止。上脱落下来，转录终止。 rho()还具有还具有RNA-DNA解螺旋酶的活力解螺旋酶的活力。P465抗终止作用：抗终止作用：主要见于某些噬菌体的时序控制。主要见于某些噬菌体的时序控制。 早期基因与其后基因之间以终止子相隔，通过抗终止早期基因与其后基因之间以终止子相隔，通过抗终止可以打开其后基因的表达。可以打开其后基因的表达。 tL1、tR1、 tR2、tR3、tR4: 依赖于依赖于rho因子的终止子因子的终止子nutL、 nutR、qut: 抗终止因子抗终止因子N蛋白、蛋白、Q蛋白的结合位点蛋白的结合位点真核生物转录的终止信号和终止过
25、程了解甚少。真核生物转录的终止信号和终止过程了解甚少。P465 细胞基因的表达，即由细胞基因的表达，即由DNA转录成转录成RNA再翻译成再翻译成蛋白质的过程，是受到严格的调控的。蛋白质的过程，是受到严格的调控的。 在细胞的生长、发育和分化过程中，遗传信息的表在细胞的生长、发育和分化过程中，遗传信息的表达可按一定时间程序发生变化达可按一定时间程序发生变化时序调控时序调控；而且随；而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整着细胞内外环境条件的改变而加以调整适应调控适应调控。在这里，在这里，转录水平的调控是关键环节转录水平的调控是关键环节，因为遗传信息，因为遗传信息的表达首先涉及到的是转录过程。的表达
26、首先涉及到的是转录过程。 转录调控主要发生在起始和终止阶段转录调控主要发生在起始和终止阶段。P466 启动子是转录起始的控制部位启动子是转录起始的控制部位。 转录调节因子的结合位点存在于启动子内部或启动子转录调节因子的结合位点存在于启动子内部或启动子附近。附近。 当调节因子（当调节因子（RNA或蛋白质）与或蛋白质）与DNA结合后或是起促结合后或是起促进作用（进作用（正调控正调控）；或是起抑制作用（）；或是起抑制作用（负调控负调控）。）。 法国分子生物学家法国分子生物学家 Monod和和 Jacob提出了操纵子模型提出了操纵子模型（operon structural model）解释原核生物基因
27、表达的调控。）解释原核生物基因表达的调控。 操纵子是操纵子是指细菌基因表达和调控的单位，包括：指细菌基因表达和调控的单位，包括： 结构基因（编码功能上彼此有关的酶和蛋白）结构基因（编码功能上彼此有关的酶和蛋白） 调节基因（编码调节因子）调节基因（编码调节因子） 控制序列（启动子和操纵基因，调节因子的识别部位）控制序列（启动子和操纵基因，调节因子的识别部位）P466 环化腺苷酸（环化腺苷酸（cAMP）对原核生物许多可诱导酶或）对原核生物许多可诱导酶或可阻遏酶的合成，具有促进作用。它通过一种正调节可阻遏酶的合成，具有促进作用。它通过一种正调节蛋白蛋白环腺苷酸受体蛋白（环腺苷酸受体蛋白（CRP）作用
28、于某些操纵）作用于某些操纵子的启动子。子的启动子。CRP经经cAMP活化，可结合在受其调控的活化，可结合在受其调控的启动子上，使启动子上，使RNA聚合酶易于和启动子结合，促进转聚合酶易于和启动子结合，促进转录。录。 受一种调节蛋白所控制的几个操纵子系统称为受一种调节蛋白所控制的几个操纵子系统称为调节调节子（子（regulon）。一个调节子中的不同操纵子通常都。一个调节子中的不同操纵子通常都属于同一代谢途径或与同一种功能有关。属于同一代谢途径或与同一种功能有关。P466参与分解代谢的基因的转录调控中：参与分解代谢的基因的转录调控中： 除对启动子的调控外，原核生物对终止子也存在除对启动子的调控外，
29、原核生物对终止子也存在调控作用。此外，在某些负责氨基酸合成的操纵子还调控作用。此外，在某些负责氨基酸合成的操纵子还存在一类称作存在一类称作衰减子（衰减子（attenuator）的特殊序列）的特殊序列，位于，位于前导序列中，它既是一个终止信号，又是一个调节信前导序列中，它既是一个终止信号，又是一个调节信号；一般转录在衰减子处终止。号；一般转录在衰减子处终止。 真核生物中编码蛋白质的结构基因并不组成操纵真核生物中编码蛋白质的结构基因并不组成操纵子；相关基因的上游有保守序列；子；相关基因的上游有保守序列； 在真核生物和病毒的基因组内，有在真核生物和病毒的基因组内，有增强子增强子对对转录起增强作用的一
30、段转录起增强作用的一段DNA序列。它具有长距效应，序列。它具有长距效应，可在离基因相当远处发生作用，且无方向性；它可位可在离基因相当远处发生作用，且无方向性；它可位于基因的上游区、下游区或基因的内含子中。于基因的上游区、下游区或基因的内含子中。P467参与合成代谢的基因的转录调控中：参与合成代谢的基因的转录调控中： P469-472P471P472 二、 在细胞内，由在细胞内，由RNA聚合聚合酶合成的原初转录物往往需酶合成的原初转录物往往需要经过一系列的变化，包括要经过一系列的变化，包括链的裂解链的裂解、5/端与端与3/端的切端的切除和特殊结构的形成除和特殊结构的形成、碱基碱基修饰和糖苷键的改
31、变修饰和糖苷键的改变、以及以及拼接等过程拼接等过程，才能转变为成，才能转变为成熟的熟的RNA分子，此过程称为分子，此过程称为RNA的成熟或转录后加工。的成熟或转录后加工。P472 原核生物的原核生物的mRNA一经转录立即进行翻译，一般不进行转一经转录立即进行翻译，一般不进行转录后加工。录后加工。 rRNA基因与某些基因与某些tRNA基因组成混合操纵子；其余基因组成混合操纵子；其余tRNA基基因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子；它们在形因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子；它们在形成多顺反子转录物后，先断链成为成多顺反子转录物后，先断链成为rRNA和和tRNA的前体，的前体，
32、然后然后进一步加工成熟。进一步加工成熟。P472 大肠杆菌共有大肠杆菌共有7个个rRNA的转录单位，分散存在；每个转录单的转录单位，分散存在；每个转录单位由位由16SrRNA、23S rRNA、5S rRNA以及一个或几个以及一个或几个tRNA基因基因组成。组成。16SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNAtRNAP30EEP16P23P5M16M23M5M16M23m16m23m5tRNAtRNA：RNase， 负责RNA加工的核酸内切酶E：RNaseE,M23,M16,M5：RNA成熟酶P472 大肠杆菌染色体基因组共有大肠杆菌染色体基因组共有tRNA基因约基因约60个。个。 tRNA
33、基因大多成簇存在，或与基因大多成簇存在，或与rRNA的基因，或与编的基因，或与编码蛋白质的基因组成混合转录单位。码蛋白质的基因组成混合转录单位。 tRNA前体的加工包括：前体的加工包括：由核酸内切酶在由核酸内切酶在tRNA两端切断；两端切断；由核酸外切酶从由核酸外切酶从3/端逐个切去附加的序列，进行修剪；端逐个切去附加的序列，进行修剪；在在tRNA 3/端加上胞苷酸端加上胞苷酸-胞苷酸胞苷酸-腺苷酸（腺苷酸（-CCAOH）；）；核苷酸的修饰和异构化。核苷酸的修饰和异构化。P472 RNA核酸内切酶不能识别特异的序列，它所识别的是核酸内切酶不能识别特异的序列，它所识别的是加工部位的空间结构。加工
34、部位的空间结构。（1）大肠杆菌大肠杆菌RNase P： 一类切断一类切断tRNA 5/端的加工酶端的加工酶，属于核酸内切酶；几乎，属于核酸内切酶；几乎所有大肠杆菌及其噬菌体所有大肠杆菌及其噬菌体tRNA前体都是在该酶作用下切前体都是在该酶作用下切出成熟的出成熟的tRNA 5/端，端， 因此，这个因此，这个5/-核酸内切酶是核酸内切酶是 tRNA的的 5/端成熟酶。端成熟酶。 RNase P是一个特殊的酶，含由蛋白质和是一个特殊的酶，含由蛋白质和RNA两部分，两部分，RNA链由链由375个核苷酸组成，称为个核苷酸组成，称为M1RNA，具有酶活性具有酶活性。（2）RNaseF 一种核酸内切酶，从靠
35、近一种核酸内切酶，从靠近3 端处切断前体分子。端处切断前体分子。P474（3）3/端成熟酶端成熟酶RNase D tRNA前体先由前体先由RNase F在靠近在靠近3/端处切断，再由核酸端处切断，再由核酸外切酶外切酶RNase D逐个切去附加序列。逐个切去附加序列。 所有成熟的所有成熟的tRNA 分子的分子的3/端都有端都有CCAOH结构，它对结构，它对于接受氨酰基的活性是必要的。于接受氨酰基的活性是必要的。 细菌细菌tRNA 前体有两类：前体有两类： 一类自身具有一类自身具有CCA三核苷酸，位于成熟三核苷酸，位于成熟tRNA序列和序列和附加序列之间，当附加序列被切除后即显露出该末端结构；附加
36、序列之间，当附加序列被切除后即显露出该末端结构； 另一类自身无另一类自身无CCA序列，切除附加序列后，在序列，切除附加序列后，在tRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶催化下外加上去。催化下外加上去。P474 细菌中的细菌中的mRNA大多不需要加工，一经转录即可直接大多不需要加工，一经转录即可直接进行翻译进行翻译-翻译与转录偶联翻译与转录偶联；也有少数多顺反子；也有少数多顺反子mRNA必须通过核酸内切酶切成较小的单位再进行翻译。必须通过核酸内切酶切成较小的单位再进行翻译。P474 真核生物真核生物rRNA和和 tRNA 前体的加工过程与原核生物前体的加工过程与原核生物有些相似，而有些相似，而mRNA前
37、体必须经过复杂的加工过程。前体必须经过复杂的加工过程。 真核生物大多数基因含有真核生物大多数基因含有居间序列（居间序列（intron），需在，需在转录后的加工过程中予以切除。转录后的加工过程中予以切除。 真核生物编码蛋白质的基因以单个基因作为转录单位，真核生物编码蛋白质的基因以单个基因作为转录单位，转录产物为单顺反子转录产物为单顺反子mRNA。 mRNA的原初转录产物是分子量极大的前体，在核内的原初转录产物是分子量极大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间物，称为加工过程中形成分子大小不等的中间物，称为核内不均一核内不均一RNA(hnRNA)。P475 hnRNA的碱基组成与总的的碱基
38、组成与总的DNA组成类似，又称为类似组成类似，又称为类似DNA的的RNA（D-RNA）。它在核内迅速合成和降解，半）。它在核内迅速合成和降解，半衰衰期很短。期很短。粗略计算有粗略计算有25%的的hnRNA经加工转变成经加工转变成mRNA。 由由hnRNA转变成转变成mRNA的加工过程的加工过程：5/端形成特殊的帽子结构（端形成特殊的帽子结构（m7G5/ppp5/NmpNp-）；）；在链的在链的3/端切断并加上多聚腺苷酸尾巴（端切断并加上多聚腺苷酸尾巴（poly A）；）；通过拼接除去由内含子转录来的序列；通过拼接除去由内含子转录来的序列；链内部核苷被甲基化。链内部核苷被甲基化。P476HNNN
39、OH2NNOOHHHHH2CHOHOPOO-CH3OPOO-OPOOO-NNNNNH2OOOHHHCH2HCH3NNNNNH2OOOHHHHOPO-OCH3OOHOHHHHHHNNOOOPOO-CapOCapICapIIP477 （三）（三） 除少数编码蛋白质的基因以及一些除少数编码蛋白质的基因以及一些tRNA和和rRNA基因是连基因是连续基因外，大多数真核基因都是断裂基因（包含居间序列）。续基因外，大多数真核基因都是断裂基因（包含居间序列）。 断裂基因的转录产物需通过拼接，去除插入部分（内含子，断裂基因的转录产物需通过拼接，去除插入部分（内含子，intron），使编码区（外显子，），使编码区
40、（外显子，exon）成为连续序列。这是基因）成为连续序列。这是基因表达调控的一个重要环节。表达调控的一个重要环节。 内含子具有多种多样的结构，拼接机制也是多种多样的。有内含子具有多种多样的结构，拼接机制也是多种多样的。有些内含子可以催化自身拼接；有些内含子需在有关酶的催化下些内含子可以催化自身拼接；有些内含子需在有关酶的催化下才能拼接。才能拼接。 RNA编码序列在加工过程中经插入、缺失等修饰出现不同编码序列在加工过程中经插入、缺失等修饰出现不同于基因组相应区段序列结构的改变称为于基因组相应区段序列结构的改变称为编辑（编辑（editing），），RNA编码和读码方式的改变称为编码和读码方式的改变
41、称为再编码（再编码（recoding）。）。P478P478P478-479splice site3 splice siteThe internal guide sequenceThe predicted secondarystructure of the self-splicingrRNA intron of TetrahymenaP480P481P482P482-483P484P485 三、在三、在RNA指导下指导下RNA和和DNA的合成的合成 在某些生物中，核糖核酸（在某些生物中，核糖核酸（RNARNA）可以作为遗传信息的基本）可以作为遗传信息的基本携带者，并能通过复制而合成出与其自身相
42、同的分子。如某些携带者，并能通过复制而合成出与其自身相同的分子。如某些RNARNA病毒，当它侵入宿主细胞后，即可借助于复制酶（病毒，当它侵入宿主细胞后，即可借助于复制酶（RNARNA指导指导的的RNARNA聚合酶）而进行病毒聚合酶）而进行病毒RNARNA的复制。遗传信息还可以从的复制。遗传信息还可以从RNARNA传传递给递给DNADNA，即以，即以RNARNA为模板借助逆转录酶（为模板借助逆转录酶（RNARNA指导下的指导下的DNADNA聚合聚合酶）合成酶）合成DNADNA。P491 噬菌体噬菌体Q是一种直径为是一种直径为20nm的正二十面体，含的正二十面体，含RNA小小噬菌体。其噬菌体。其R
43、NA是分子量为是分子量为1.5106的单链分子，约由的单链分子，约由4500个核苷酸组成，含有编码个核苷酸组成，含有编码3-4个蛋白质分子的基因。个蛋白质分子的基因。 5/末端末端成熟蛋白成熟蛋白外壳蛋白外壳蛋白(或或A1蛋白蛋白)复制酶复制酶亚基亚基3/末端末端 Q复制酶有四个亚基复制酶有四个亚基：() 宿主细胞核糖体的蛋白质宿主细胞核糖体的蛋白质S1 与噬菌体与噬菌体QRNA结合结合() 噬菌体基因组编码，感染后合成噬菌体基因组编码，感染后合成 聚合反应中磷酸二酯键形成的活性中心聚合反应中磷酸二酯键形成的活性中心() 宿主细胞的宿主细胞的EF-Tu因子因子 与底物结合，识别模板并选择底物与
44、底物结合，识别模板并选择底物() 宿主细胞的宿主细胞的EF-Ts因子因子 稳定稳定、亚基结构亚基结构P491P492复制酶的模板特异性很高，只识别病毒自身的复制酶的模板特异性很高，只识别病毒自身的RNA对宿主细胞和其它与病毒无关的对宿主细胞和其它与病毒无关的RNA均无反应均无反应宿主细胞Q 噬菌体(+)RNA(+)RNA翻译复制酶 亚基EF-TuEF-Ts复制酶复制酶(-)RNA复制酶(+)RNAS1+翻译成熟蛋白外壳蛋白A1蛋白 噬菌体噬菌体RNA通过回折形成大量短的双螺旋区，在此二级结通过回折形成大量短的双螺旋区，在此二级结构的基础上还可形成紧密的三级结构；构的基础上还可形成紧密的三级结构
45、； 噬菌体噬菌体RNA的高级结构参与翻译的调节控制的高级结构参与翻译的调节控制； 当噬菌体当噬菌体RNA处于天然高级结构状态时，成熟蛋白基因的处于天然高级结构状态时，成熟蛋白基因的起始区处于折叠结构之中，无法与核糖体结合，成熟蛋白基因起始区处于折叠结构之中，无法与核糖体结合，成熟蛋白基因因而被关闭；因而被关闭； 只有刚复制的噬菌体只有刚复制的噬菌体RNA，成熟蛋白基因的起始区才能接，成熟蛋白基因的起始区才能接受核糖体，进行成熟蛋白的合成；受核糖体，进行成熟蛋白的合成； 同样，同样，RNA复制酶亚基的合成起始区与外壳蛋白基因部分复制酶亚基的合成起始区与外壳蛋白基因部分序列碱基配对，核糖体能直接起
46、动外壳蛋白合成，但不能直接序列碱基配对，核糖体能直接起动外壳蛋白合成，但不能直接起动复制酶亚基的合成。只有当外壳蛋白合成过程中核糖体使起动复制酶亚基的合成。只有当外壳蛋白合成过程中核糖体使双链打开，复制酶的起始区才能接受核糖体。双链打开，复制酶的起始区才能接受核糖体。P492 RNA病毒的种类很多，其基因组的复制方式也是多种病毒的种类很多，其基因组的复制方式也是多种多样的。多样的。（1）病毒含有正链病毒含有正链RNA 进入宿主细胞后首先合成复制酶（以及有关蛋白质）；进入宿主细胞后首先合成复制酶（以及有关蛋白质）；然后在复制酶作用下进行病毒然后在复制酶作用下进行病毒RNA的复制；最后由病毒的复制
47、；最后由病毒RNA和蛋白质装配成病毒颗粒。和蛋白质装配成病毒颗粒。 如：噬菌体如：噬菌体Q 灰质炎病毒灰质炎病毒P493（2）病毒含有负链病毒含有负链RNA和复制酶和复制酶 侵入宿主细胞后，借助病毒带进去的复制酶合成出正侵入宿主细胞后，借助病毒带进去的复制酶合成出正链；再以正链链；再以正链RNA为模板，合成病毒蛋白质和复制病毒为模板，合成病毒蛋白质和复制病毒RNA。 如：狂犬病病毒如：狂犬病病毒 马水泡性口炎病毒马水泡性口炎病毒P493（3）病毒含有双链病毒含有双链RNA和复制酶和复制酶 侵入细胞后，以双链侵入细胞后，以双链RNA为模板，在病毒复制酶的作为模板，在病毒复制酶的作用下，通过不对称
48、的转录，合成出正链用下，通过不对称的转录，合成出正链RNA； 以正链以正链RNA为模板翻译出病毒蛋白质为模板翻译出病毒蛋白质； 再合成病毒负链再合成病毒负链RNA，形成双链，形成双链RNA分子。分子。 如：呼肠孤病毒如：呼肠孤病毒（4）致癌致癌RNA病毒病毒 其复制需要经过其复制需要经过DNA前病毒阶段，由逆转录酶所催化。包前病毒阶段，由逆转录酶所催化。包括白血病病毒、肉瘤病毒。括白血病病毒、肉瘤病毒。P493 以以RNA为模板，即按照为模板，即按照RNA中的核苷酸顺序合成中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到到RNA的方向相反，因此称
49、为的方向相反，因此称为逆转录（逆转录（reverse transcription）。）。 催化逆转录反应的酶称为催化逆转录反应的酶称为 RNA指导的指导的DNA合成合成酶（酶（RNA-directed DNA polymerase）或）或逆转录酶逆转录酶，最初是在致癌最初是在致癌RNA病毒中发现的。病毒中发现的。P4931970年，年，Temin和和Mizufani以及以及Baltimore分别从分别从致癌致癌RNA病毒中发现了逆转录酶。病毒中发现了逆转录酶。 致癌致癌RNA病毒是一群能引起鸟类、哺乳类等动病毒是一群能引起鸟类、哺乳类等动物白血病和肉瘤以及其他肿瘤的病毒。物白血病和肉瘤以及其他
50、肿瘤的病毒。 前病毒学说：致癌前病毒学说：致癌RNA病毒的复制需经过一个病毒的复制需经过一个DNA中间体中间体前病毒。前病毒。 逆转录酶的发现具有重要的理论意义和实践意逆转录酶的发现具有重要的理论意义和实践意义。义。P491（1）由）由和和亚基组成的二聚体，含锌离子；亚基组成的二聚体，含锌离子；（2）以四种脱氧核苷三磷酸为底物；）以四种脱氧核苷三磷酸为底物；（3）要求模板：带有适当引物的任何种类）要求模板：带有适当引物的任何种类RNA都能作为合成都能作为合成DNA的模板，但以其自身病毒类型的的模板，但以其自身病毒类型的RNA作为模板时，表现出作为模板时，表现出最大的逆转录活力；最大的逆转录活力
