【正文】 第三節(jié) RNA的生物合成 一、轉(zhuǎn)錄的酶學(xué)基礎(chǔ) 轉(zhuǎn)錄： 是在 DNA指導(dǎo)的 RNA聚合酶 的催化下，按照堿基配對(duì)的原則，以四種 NTP為原料合成一條與模板 DNA互補(bǔ)的 RNA 的過程。 RNA的轉(zhuǎn)錄從 DNA模板的特定位點(diǎn)開始，并在一定的位點(diǎn)終止。 結(jié)構(gòu)基因： DNA分子中能轉(zhuǎn)錄出 RNA的區(qū)段。 結(jié)構(gòu)基因的雙鏈中，僅有一股鏈作為模板轉(zhuǎn)錄成 RNA，稱為 模板鏈 ，也稱作 無義鏈、 Watson（ W）鏈、負(fù)（ ）鏈或反意義鏈 。 與模板鏈相對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)鏈，編碼區(qū)的堿基序列與mRNA的密碼序列相同（僅 T、 U互換），稱為 編碼鏈，也稱為 有義鏈、 Crick（ C）鏈、正（ +）鏈，或有意義鏈 。 啟動(dòng)子（promoter) 終止子(terminator) 模板鏈（ templatte strand） 反意義鏈 (antisense strand) 有意義鏈 (sense strand) 編碼鏈 非信息區(qū) DNA 5180。 5180。 3180。 3180。 RNA聚合酶 （ RNA pol），也稱為 轉(zhuǎn)錄酶、 DNA指導(dǎo)的 RNA聚合酶 ，能直接催化 2個(gè)游離的 NTP形成磷酸二酯鍵而引發(fā)轉(zhuǎn)錄的起始， 不需要引物 。 1）原核生物的 RNA聚合酶 一種 ，能催化 mRNA、 tRNA和 rRNA等的合成。 ： 4種核苷三磷酸（ NTP,包括 ATP、 GTP、 CTP和 UTP） ?全酶由 5種亞基（ α2ββ’σ）及 2個(gè) Zn原子組成。 ?σ因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易與 α2β’β分離。沒有 σ亞基的酶稱為 核心酶 ——只催化鏈的延長(zhǎng)，對(duì)起始無作用。 ?五種亞基的功能分別為： α亞基 ：為二聚體，裝配核心酶及識(shí)別啟動(dòng)子。 β亞基 ：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。 β’亞基 ：與 DNA模板結(jié)合功能。 σ亞基 ：識(shí)別起始位點(diǎn)。 大腸桿菌的 RNA聚合酶 大腸桿菌 RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖 ? ? ? ? ?? 核心酶 (α 2ββ ?) 起始因子 α—— 裝配核心酶及識(shí)別啟動(dòng)子 β ——催化聚合反應(yīng) β ?——和模板 DNA結(jié)合 全酶 (αββ ? ?) 有關(guān) RNA聚合酶的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)： ? 只有全酶才能在正確位置 起始轉(zhuǎn)錄 。核心酶能在DNA模板上合成 RNA，但不能在正確位置起始轉(zhuǎn)錄。 ? σ因子僅能保證細(xì)菌 RNA聚合酶穩(wěn)定地結(jié)合到啟動(dòng)子上，它通常在 RNA鏈合成 8~9個(gè)堿基后釋放。 2）真核生物的 RNA聚合酶 細(xì)胞核內(nèi)，有三種：區(qū)別在于對(duì) α鵝膏蕈堿 的敏感性不同。 此外，線粒體、葉綠體中也含有 RNA聚合酶，其特性類似原核細(xì)胞中的 RNA聚合酶，它們都是經(jīng)過核基因編碼、在細(xì)胞質(zhì)中合成后再輸送過去的。 酶 位置 主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 相對(duì)活性 對(duì) α鵝膏蕈敏感性 RNA聚合酶 I 核仁 18S、 、 28S rRNA 50%~70% 不敏感 RNA聚合酶II 核質(zhì) mRNA前體、 snRNA 20%~40% 敏感 RNA聚合酶III 核質(zhì) tRNA、 5S rRNA和其他 snRNA 約 10% 介于聚合酶 I 和 II之間 RNApolⅡ ： 分子量約為 500KDa,由 10~12個(gè)亞基組成，有兩個(gè) 最 大亞基， 功能相當(dāng)于細(xì)菌 RNA聚合酶的 β亞基和 β’亞基。 大亞基 （功能相當(dāng)于細(xì)菌的 β’亞基 ）： 有 C 末端結(jié)構(gòu)域 (carboxy terminal domain CTD) ? CTD中含一保守氨基酸序列的多個(gè)重復(fù) Tyr－ Ser－ Pro－ Thr－ Ser－ Pro－ Ser C 端七肽重復(fù)序列 ? 不同生物中重復(fù)次數(shù)不一樣。 ? CTD中的 Ser和 Thr可被高度磷酸化 磷酸化 的 RNApol Ⅱ 被稱為 Ⅱ A 非磷酸化 的 RNApol Ⅱ 稱為 Ⅱ B ? CTD參與轉(zhuǎn)錄 → Ⅱ B → Ⅱ A → 使 RNApol易于離開，啟動(dòng)子進(jìn)入延伸過程。 二、原核生物轉(zhuǎn)錄機(jī)制 ( promoter) ： 指 RNA聚合酶特異識(shí)別的 DNA序列，位于結(jié)構(gòu)基因上游，長(zhǎng)度從 100bp到 200bp不等，本身不被轉(zhuǎn)錄 。 ?轉(zhuǎn)錄單位： 在啟動(dòng)子與終止子之間的基因序列。 ?起始點(diǎn)： 指轉(zhuǎn)錄起始部位，即開始轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)核苷酸，定為 O點(diǎn)（以 +1表示），由此向右稱為 下游 ，其核苷酸依次編為“正”號(hào)；起始點(diǎn)左側(cè)稱為 上游 ，其核苷酸順序向左依次編為“負(fù)”號(hào)，如緊接起始點(diǎn)左側(cè)的核苷酸為 1。 轉(zhuǎn)錄的第 1個(gè)核苷酸常為嘌呤 G或 A。 原核生物啟動(dòng)子，包括： ?識(shí)別部位（ 35區(qū) ）： 又稱 Sextama框 ， 在 35處 , 高度保守 ,一致序列為 5’TTGACA3’, 是 RNA聚合酶的 σ因子對(duì)模板初始識(shí)別的部位。 ?結(jié) 合部位（ 10區(qū) ）： 又稱 Pribnow框 , 高度保守 ,一致序列為 5’TATAAT3’ ,位于起始點(diǎn)上游 10處。 因 Tm低 ,DNA易解開雙鏈，是 RNA聚合酶與 DNA結(jié)合、起始復(fù)合物由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱?dòng)狀態(tài)的特定序列。 ? CAP結(jié)合 位點(diǎn)： 在啟動(dòng)子上游，可能存在此位點(diǎn) 。 CAP（分解代謝物基因激活蛋白）是原核生物基因表達(dá)的一種正調(diào)節(jié)蛋白。 RNA polymeraese RNA聚合酶（ RNA polymerase)。 啟動(dòng)子 (Promoter)。 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)(startpoint)。 終止子 (Terminator)。 上游 (Upstream)。 下游（ Downstream)。 近端 (proximal)。 遠(yuǎn)端 (distal) 基因表達(dá)盒結(jié)構(gòu)組成示意圖 b. 開放型啟動(dòng)子復(fù)合物的形成。 RNApol的一個(gè)適合位點(diǎn)到達(dá) － 10序列區(qū)域 ，誘導(dǎo)富含 AT的 Pribnow 框的“熔解” ， 形成 12－17bp的泡狀物，同時(shí)酶分子向－ 10序列轉(zhuǎn)移并與之牢固結(jié)合。 兩種復(fù)合物均為二元復(fù)合物（全酶和 DNA ） 1）起始： a. 全酶與啟動(dòng)子結(jié)合的 封閉型啟動(dòng)子復(fù)合物的形成。 c. 在開放型的啟動(dòng)子復(fù)合物中，將按照模板序列結(jié)合 2個(gè)核苷酸，形