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。

四、转录延伸
RNA聚合酶催化链沿着5ˊ至3ˊ方向移动，链延伸所需的下一个核苷三磷酸经聚合酶验证与模板上相应的未配对的核苷酸正确地形成氢键。

RNA聚合酶催化RNA链的3ˊ-羟基对新进来的核苷三磷酸的α-磷进行亲核攻击，形成一个新的磷酸酯键，并释放出焦磷酸，焦磷酸水解释放能量保证了反应的进行。

当开始延伸后，σ亚基立刻从 RNA聚合酶上脱落。

随着RNA的延伸，已合成的RNA链离开模板，原来解旋的DNA又恢复双螺旋。

五、转录终止
在大肠杆菌中存在着两种终止机制，一种是蛋白依赖性的链终止，即一个终止蛋白ρ与RNA聚合酶复合体相互作用恰好终止在一个发卡环处，发卡环是在新合成的转录链上形成的。

蛋白ρ是一个ATP依赖性的RNA-DNA解旋酶，其功能是破坏了RNA-DNA杂化体，导致延伸复合体的解离，使合成的RNA链释放出来。

另一种是蛋白非依赖性的终止作用，其特征是也有一个类似的发卡结构，发卡下游处的模板链上恰好存在一串腺苷酸，对应的转录链应是一串尿苷酸。

当延伸复合体停止在发卡结构处时，A-U配对碱基的RNA-DNA杂化体不稳定，导致复合体的解体而终止转录。

六、转录抑制剂
其中包括放线菌素D、利福霉素、鹅膏毒素。

七、真核生物初始转录mRNA 的加工
（1）戴“帽子”
（2）加“尾巴”
（3）剪接
具体过程我在这里就不再赘述了。

请大家认真看书，我个人认为这部分还是比较重要的。

八、初始 rRNA加工
（1）通过核酸酶剪接
（2）自我剪接：核酶
具有催化功能的RNA分子称为核酶。

九、tRNA的加工
总结一句话，就是对tRNA的一些碱基进行修饰。

十、转录调控
原核生物基因表达的转录调控——操纵子学说
1、大肠杆菌乳糖操纵子
乳糖（lac）操纵子包括依次排列的启动子、操纵基因和三个结构基因。

O 代表操纵基因，i 代表调节基因，P 代表启动子，而z、y、a分别代表3个结构基因。

象lac操纵子那样，其转录产物mRNA含有编码一个以上蛋白质的编码信
息，而且这些蛋白质都是以独立多肽被翻译时，这样的mRNA称为多顺反子mRNA。

如果进行转录，转录产物是一条多顺反子mRNA。

lac操纵子上游的调控基因I（不属于lac操纵子成员）编码抑制lac操纵子转录的阻遏物（阻遏蛋白），阻遏物与操纵子中操纵基因结合，抑制结构基因的转录。

由于与lac操纵子连接的上游调控基因i表达后的产物阻遏物与操纵子的操纵基因结合，阻止基因转录，即此时不能合成mRNA，这一现象称之为阻遏。

而当存在一种可以与阻遏物结合的诱导物时，由于阻遏物与诱导物结合后就不能再与操纵子内的操纵基因结合了，结构基因就可以顺利地被转录了，这一现象称之为去阻遏。

当细胞中没有乳糖或其它诱导物时，调节物基因经转录、表达生成阻遏物，然后阻遏物特异与操纵基因结合，阻止z、y、a 基因的转录。

当细胞中存在乳糖或其它诱导物时，诱导物与阻遏物结合，使阻遏物构象发生变化，从而使阻遏物不能与操纵基因结合。

这种状况下，在RNA聚合酶催化下可以进行z、y、a 基因的转录。

2、色氨酸操纵子
色氨酸操纵子(trp操纵子) 是由一个启动子、一个操纵基因和一个编码5个多肽（形成3个酶）的结构基因组成。

trp操纵子是负责色氨酸合成的操纵子，对生物合成过程的色氨酸需要很敏感，当细胞内色氨酸浓度低于蛋白质合成所需的最适水平时，trp操纵子就被转录。

当色氨酸充足时，trp操纵子的转录就被终产物所阻遏。

trpE和trpD分别编码邻氨基苯甲酸合成酶的ε和δ链；trpC编码吲哚甘油磷酸合成酶；trpB和trpA分别编码色氨酸合成酶的β和α链。

在trp操纵基因(trpO)和trpE之间还存在着一段长162bp的前导序列trpL，trpL中含有一个直接参与色氨酸操纵子调控的衰减子序列。

trp操纵子的转录调控是通过trp阻遏物实现的，但与lac操纵子不同，trp 阻遏物不是直接结合操纵基因，而是受色氨酸调控，即色氨酸结合trp阻遏物，起着一个辅阻遏物的作用。

在有高浓度色氨酸存在时，trp阻遏物-色氨酸复合物结合trp操纵基因，阻止转录。

然而当色氨酸水平低时，缺少色氨酸的trp阻遏物以一种非活性形式存在，不能结合trp操纵基因，trp操纵子被RNA聚合酶转录，同时色氨酸生物合成途径被激活。

衰减作用：
这种调控方式利用的是位于trpL的可作为终止子的衰减子，是一种将翻译与转录联系在一起的新的转录调控方式，通过衰减子的衰减作用可以使转录衰减直至终止。

trpL编码一个含有2个色氨酸残基的由14个氨基酸残基组成的前导肽。

衰减子区是一段富含G-C碱基对的回文序列，可以形成发夹结构，可以说是一个不依赖于终止因子的终止子。

衰减子区由含有4个特殊核苷酸序列区的162个核苷酸构成，1区(54～68)和2区(74～92)之间，3区(108～121)和4区(126～134)之间以及2区和3区之间都可能形成碱基配对。

当色氨酸水平高时：在RNA聚合酶合成3区之前，翻译通过1区的两个色氨酸密码（合成14肽），进入2区，2区被核糖体覆盖。

等到3区合成后就不能与
2区配对，结果3区和4区之间形成起转录终止作用的发夹环结构（终止子），RNA聚合酶脱离DNA模板，转录终止。

当色氨酸水平低（负载的Trp-tRNATrp浓度低）时：核糖体停留在1区中连续的两个色氨酸密码处，结果使2区和3 区之间形成了一个抗终止子，阻止3区与4区形成终止子，RNA 聚合酶继续沿着DNA模板滑动完成转录。

经核糖体翻译合成色氨酸生物合成需要的三种酶。

请大家注意一下的一些问题：
1.RNA合成和DNA复制有哪些相似点和差别？
2.说出RNA聚合酶的核心酶与全酶有什么差别。

3.全酶的ζ亚基的功能是什么？
4.启动子序列位于什么部位？其作用是什么？
5.基因的定义。

6.说出大肠杆菌转录终止的两种方式。

7.内含子定义。

8.外显子定义。

9.真核生物mRNA加工包括哪几个步骤？
10.何谓核酶？
11.操纵子定义。

12.乳糖操纵子与色氨酸操纵子的阻遏和去阻遏有什么不同？
13.什么叫衰减作用？。