第十六章 RNA的代谢

不依赖ρ-因 子的终止子： 含富 GC 的回 文序列和寡 聚 U 序列
不依赖ρ-因子的终止子的终止反应
依赖ρ因子和不依赖ρ因子终止的区别
终止类型 不依赖ρ因子 的终止子 依赖ρ因子的 终止子
回文结构序列 富含GC 不富含GC
回文结构后序列 富含AT 不富含AT （RNA无多聚U现象）
§4 真核细胞的RNA聚合酶
§3 RNA合成的终止
● 终止子（terminator）：提供转录终子信号的DNA序列称为终止 子。 依赖ρ-因子的终止子 两类 不依赖ρ-因子的终止子 ● 终止因子（termination factor）：协助RNA聚合酶识别终止信
号的辅助因子（或蛋白质）。
● 通读（readthrouth）：RNA聚合酶越过终止子继续转录的现象 称为通读，通读是由于终止子被特异性的因子抑制产生的。 ● 抗终止因子：引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。
4. 选择性剪接
原核生物 mRNA 前体的加工
● 原核生物的 mRNA 大多不需要加工，一经转录即可直 接转译。 ● 少数多顺反子mRNA需要内切酶切成更小单位，如：
核糖体大亚基蛋白基因 L10/ L7/ L12 共同转录 RNA聚合酶亚基基因：β-亚基、β’ -亚基 两部分加工时切开，分别单独翻译。 细胞内RNA聚合酶的翻译水平远低于核糖体蛋白的翻译水平，
L19 RNA在试管中作为 真正的催化剂催化 C5 的水 解与连接。
Incubation time (minutes）
因发现断裂基因而获1993年 诺贝尔生理学奖的Richard J Robert and Phllip A Sharp
2.Ⅱ型内含子自我拼接
也是由内含子自我催化
完成，但转酯反应无鸟 苷的参与，两次转酯反 应后内含子形成套索结 构而切下。
● U1、U2、U4、U5、U6等snRNA结合形成的snRNP参与 hnRNA的拼接 ● U3 snRNP参与rRNA的拼接。
U1 SnRNA含与内 含子5’-端互补序 列
U2 SnRNA含与 分支处互补序列
4.核内tRNA前体的酶促拼接
二、真核生物mRNA的转录后加工
1. 5，端加帽 2. 3，端加尾（poly A） 3. 内部甲基化
一、 RNA 聚合酶 Ⅱ 需要许多其它蛋白质因子
二、 RNA聚合酶和转录因子在启动子上的组装
启动子 启动子名称 RNA聚合酶
类别Ⅰ
Core Promoter(决定位臵,-45～+20)
RNA PolⅠ
启动子 Upstream Control Element(-180～-107)(影响频率) 基本启动子(7bp TATA框,-25～+30)
L19RNA或L19 IVS （含395个核苷酸）
Ⅰ 型 内 含 子 自 我 拼 接
四膜虫rRNA前体中内含子Ⅰ（L19RNA）的二级 结构
四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式
四膜虫rRNA内含子的二级结构
5’-端核苷酸序
Ⅰ型内含子自我拼接
L-19 IVS functions as a real catalyst in the test tube Labeled substrate
●成熟mRNA的polyA长度为20～200, 加尾在细胞核内完成。
●polyA不能阻止3’外切酶的水解作
用，因此时间越长， polyA 越短。那 么 polyA 越长， mRNA 的寿命就越长。 ployA 尾巴长度决定了 mRNA 的寿命。
三、不同RNA拼接方式导致一个基因多种产物
甲状腺
脑
降钙素
将两者切开，有利于各自的翻译的调控。
类似的加工在某些噬菌体中也很常见。
原核生物的 mRNA 是一边转录一边翻译的（转录未结束，翻译已经开始）
真核生物 mRNA 前体的加工
转录初始产物（hnRNA）
切除内含子与拼接外显子
1. 5’ 端连接“帽子” 结构（m7G5ppp5NmpNp-）； 2. 3’ 端添加 polyA “尾巴” ； 3. 分子内部的核苷酸甲基化修饰; 4. 不同RNA拼接方式导致一个基因多种产物。
－30区，解链位置， 决定转录起点 称上游因子，影响转录起始频率
三、RNA合成的起始
四、 RNA合成的延伸、终止和释放
五、RNA聚合酶Ⅱ活性的调节 六、DNA指导的RNA聚合酶能被选择性地抑制
RNA聚合酶抑制剂
● 利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效 抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用。
● 转录因子的种类繁多，如通用因子、上游因子和可诱导因子。 ● 增强子：能增强基因转录的顺式作用元件（ DNA序列）， 但没有启动子功能，存在位臵不定。 ● 顺式作用元件：存在于DNA分子上的调控转录的序列。
● 反式作用因子：能与顺式作用元件结合而调控转录的蛋白质
因子，如转录因子。
真核 hnRNA 的启动子由三部分组成： TATA 盒、 CAAT 盒、 GC 盒
● 利链霉素：与细菌 RNA聚合酶 亚基结合，抑制转录过
程中RNA链的延长反应。
● -鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶活性。
§ 5 新生 RNA 的剪接和修饰
● 大多真核生物基因是断裂基因，即含有内含子（intron）。
● 断裂基因的转录产物必需通过拼接，去除插入部分（内含
子），使编码区（外显子，exon）成为连续序列。这是基因 表达的重要环节。 ● 内含子的结构多种多样，拼接机制也是多种多样的。 断裂基因（split gene or interrupted gene）：编码蛋白质
在DNA双链上，一股链可转录，
不对称转录
另一股链不转录； 模板链并非永远在同一单链上。
原核生物的转录过程
● 识别阶段：RNA聚合酶在σ亚基的引导下结合于启动子上； ● DNA双链局部解开；
● 起始阶段：在模板链上通过碱基配对合成最初 RNA 链；
●延伸阶段：核心酶向前移动，RNA链不断生长；
● 终止阶段：RNA聚合酶到达终止子；
3.hnRNA的剪接
hnRNA（heterogeneous nuclear RNA）：核内不均一RNA
● 核内小RNA（Small nuclear RNA，snRNA） 细胞内存
在的小分子RNA，其大小在100～300个核苷酸，称为U系列 的snRNA。因尿嘧啶含量较高而得名。
● snRNA与多种蛋白质结合成snRNP参与核内RNA 的加工。
Chapter 16 RNA Metabolism
● 转录（transcription）
● 转录单位（transcription unit）
● 对称转录和不对称转录
● RNA聚合酶（RNA polymerase，RNA pol）
● 启动子（promoter）
● 终止子（terminator）
● RNA复制酶（RNA replicase）
类别Ⅱ
启动子 类别Ⅲ
initiator(起始位臵处保守序列)、上游元件（－75
位臵，CAAT框）、应答元件（response element） 上游启动子（核内小RNA的启动子）
RNA PolⅡ
RNA PolⅢ
启动子
下游启动子（内部启动子）
转录因子（TF）：RNA Pol起始转录需要的辅助因子
● 真核生物的启动子由转录因子识别而不是σ因子；
转 录 时 DN A 双 链
局
部 解 开
大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的功能
亚基
α β β’
基因
rpoA rpoB rpoC
Mr
40,000
亚基数目
2 1 1
功能
酶的装配，与启动子上游元件 和活化因子结合 结合核苷酸底物，催化磷酸二 酯键形成 与模板结合
155,000 160,000
σ

rpoD
32,000 ~ 92,000
降钙素基 因相关肽
真核生 物复杂 转录产 物的两 种不同 的剪接 方式
四、rRNA和tRNA前体的转录后加工
1. 原核生物rRNA的转录后加工
E.coli 30SrRNA 前体的结构
Structure of E. coli 30S pre-rRNA
2.真核rRNA前体的加工
● 真核生物 rRNA 基因拷贝数多，在几十到几千之间。基 因成簇排列在一起，由 RNA 聚合酶Ⅰ转录生成一个较长的 前体，然后经酶切，修饰成为成熟rRNA。
片段分离后，用RNA聚合酶与之结 合，再用DNA酶部分水解。与酶结 合的部位被保护而不被水解，其余 部分被水解成彼此只相差一个核苷 酸的大小不等的片段，经凝胶电泳 可测得酶结合部位的的序列结构。
DNA测序法
由含 σ70 RNA 聚合酶全酶识别的典型大肠杆菌启动子
大肠杆菌RNA聚合酶的启动子
足迹法示意图
的基因中间被一些不能编码的核苷酸序列 — 插入序列或内含
子所隔开，致使一个结构基因被断裂成若干部分，这样的基 因被称为断裂基因。
● 内含子（intron）：通常指基因中能被转录成前体转录物，
但却不能成为 mRNA 组成成分的序列，也称插入序列或居间 序列（intervening sequence）。 ● 外显子（exon）：DNA 分子中编码 mRNA 某一部分序列的 区域。在真核细胞中，其结构基因一般被若干插入顺序（即 内含子）所隔开，被隔开的每一部分均称为外显子。
9,000
1
1
识别启动子，促进转录的起始
未知
二、模板链与非模板链
不对称转录 — DNA两条链中仅一条链作为模板
●只转录 DNA 分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子operon）； 哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。
●双链 DNA 中只有一条链具有转录活性（称为模板链）。