生物化学-RNA的生物合成和加工
RNA的合成转录和加工
起始亚基，为转录 起始所必需
E.Coli RNA聚合酶的三维构像图
• 参与转录的各因素：
2. 转录单位：RNA链的合成是从模板特定的部位起始的， 经过链的延伸终止于特定的模板部位。一般将从转录起始 点到转录终止点的整个区域称为转录单位。
• 参与转录的各因素：
3. 启动子结构：启动子是指RNA聚合酶识别、结合并由 此启动转录的一段DNA序列，位于转录起点的5’端上游 区，启动子本身一般是不被转录的。
原核生物中rRNA前体的加工：E. Coli 中rRNA 有7个转录单位，每 个转录单位由16s rRNA、23s rRNA、5s rRNA以及一个或几个 tRNA基因组成。
• 真核生物体内RNA的转录后加工：真核生物体内的
tRNA和rRNA和原核生物有些类似，但真核生物的 mRNA前体必须经过复杂的加工过程。
内切酶
Poly A聚合酶
（3） 内含子的剪切：大多数真核基因是断裂基因，其转录产物中 同时含有内含子（插入序列）和外显子（编码序列）。在mRNA的 后加工过程中，将通过拼接（splicing）去除内含子，使外显子成 为连续序列。
真核生物的mRNA剪切
外显子
内含子
真核生物的mRNA剪切模式（1）
（1） 5’端加“帽”：
7-甲基鸟苷
真核生物 mRNA 5’端 5’,5’-三磷酸键 “帽”结构
真核生物mRNA 5’端“帽”结 构
磷酸水解酶 鸟苷酰转移酶 鸟嘌呤-7-甲基转移酶 2’-O-甲基转移酶
真核生物mRNA 5’ 端加“帽”过程
（2） 3’端加polyA 尾：
AAUAAA：最主要的 polyA信号
σ亚基
转录泡结构
非模板链
生物化学——RNA合成
·RNA合成名词解释转录：生物体以DNA 为模板合成RNA 的过程不对称转录：DNA分子上一股可转录，另一股不转录，模板链并非永远在同一单链上转录单位(是DNA):RNA 链的合成是从模板特定的部位起始的，经过链的延伸终于与特定的模板部位。
一般将从转录起始点到转录终止点的整个区域称为转录单位转录本(是RNA):与转录单位相对应的RNA 称为转录本，转录子启动子：RNA 聚合酶识别、结合并由此启动转录的一段DNA 序列，位于转录起点的5’端上游，启动子本身一般是不被转录的转录起点：每个转录单位的起点。
该店编号1,上游负数，下游正数终止子：具有终止功能的特定的DNA 序列，为RNA 聚合酶提供终止转录信号的DNA 序列知识点RNA聚合酶反应特点：1. 以四种核苷三磷酸NTP 为底物， DNA 为模板2.5’→3’方向合成3. 无需引物，直接在模板上合成RNA 链4. 碱基配对是A-U 和G-C5. DNA的两条链中仅一条链可作为模板，称模板链，另一条为编码链RNA聚合酶：1.原核生物：亚基分子量每分子酶中所含数目功能a 36512 2 决定基因转录的特异性β1506181与转录全过程有关β'155613 1结合DNA模板0 70263 1 辨认起始位点σ亚基为起始因子，能使RNA 聚合酶结合到DNA 的启动子上。
σ因子具有特异性2.真核生物：种类 1 ⅡⅢ转录产物45s-rRNA hnRNA5s-rRNA,tRNA,snRNA(18S、5.8S、28S) mRNA前体中度敏感对鹅音覃碱耐受极敏感的反应123分别专一的转录不同的基因真核生物的启动子：(1) Hogness 框 (TATA 框) :中心在-25~30处，保守序列TAAA(T)AA(T),有助于DNA 局部解开(2 )CAAT 框：-75处，保守序列GGT(C)CAATCT ,与RNA 聚合酶结合有关(3) GC 框：在更上游处，保守序列GGGCGG , 与某些转录因子结合有关*RNA 聚合酶IⅢI (转录5S RNA 等)的启动子在转录区内部终止因子：1.rho 因子：具有核酸酶活力(水解三磷酸核苷酸),在 RNA 聚合酶遇到终止子暂停作用时解 RNA-DNA 螺 旋2.终止因子 (NusA): 协助 RNA 聚合酶识别终止信号的辅助因子，与RNA 聚合酶的核心酶结合，识别终止序列转录过程：(一)转录的起始1.原核生物的转录起始： RNA 聚合酶结合，双链部分解开形成转录空泡，σ因子辨认转录 起始位点。
RNA的生物合成-全国高中生物竞赛之《生物化学简明教程》课件
14/16，RNA的生物合成
14/16.RNA的生物合成
转录：DNA→RNA（主要） 存在于绝大多数生物体，以DNA为模板合成RNA的过程 ， 也就是把DNA的碱
基序列抄录成RNA的碱基序列。
复制：RNA→RNA 存在于某些病毒体内，以RNA为模板合成RNA的过程 。
• 真核生物的启动子分为三类，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。
14/16.RNA的生物合成 14.3 真核生物的转录 14.3.2 真核生物转录的起始
顺式作用元件（cis-acting element）
14/16.RNA的生物合成 14.3 真核生物的转录 14.3.2 真核生物转录的起始
1.真核生物Ⅰ类启动子控制的转录起始 Ⅰ类启动子主要控制rRNA前体的转录起始，由RNA polI催化 Ⅰ类启动子的核心启动子或核心元件位于-45至+20，上游控制元件位于-187～
14.3.2 真核生物转录的起始 3.真核生物Ⅱ类启动子控制的转录起始 （2）起始子（initiator，Inr）
Байду номын сангаас
Y为嘧啶碱
（3）转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因
子（trans-acting factors） 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子
14/16.RNA的生物合成 14.1 RNA生物合成的概况
2.几个基本概念 （1）结构基因： DNA分子中能转录出RNA的区段。
14/16.RNA的生物合成 14.1 RNA生物合成的概况
2.几个基本概念 （2）模板链（template strand）
Watson，W链、负（－）链、反意义链 以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。 （3）编码链（coding strand） Crick，C链、正（＋）链、有意义链 不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。
RNA的生物合成
4.2 原核生物RNA的合成
转录的基本过程
启动 起始 延伸 终止
负超螺旋
转录泡
3’
5’
正超螺旋
4.2 原核生物RNA的合成
转录的启动
启动子
由RNA聚合酶全酶结合 于启动子而被启动，形 成闭合二元复合物。
4.2 原核生物RNA的合成
转录的起始
局部解链 （约17个碱基对）
第一个核苷三磷酸 结合到全酶上
4.4 转录后加工及其机制
rRNA
7个编码rRNA的操纵子分散于基因组中，组成基本相 同，均含有16S-23S-5S的三个rRNA分子。 16S rRNA后有1-2个tRNA基因，23S和5SrRNA后有0、 1或2个tRNA基因。
4.4 转录后加工及其机制
rRNA在修饰酶催化下进行碱基的甲基化修饰； rRNA前体被RNase III、RNase E、RNase P、RNase F等 剪切成一定链长的rRNA分子； rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基。
第二个核苷三磷酸 参入，形成第一个 磷酸二酯键
s因子从全酶上掉 下，核心酶在DNA 链上向下游滑动
开放二元复合物
“启动子-全酶-核苷三 磷酸”三元复合物
“核心酶-DNARNA”三元复合物
4.2 原核生物RNA的合成
链的延伸
恢复螺旋
转录泡 编码链
RNA 聚合酶
解开螺旋
RNA-DNA 杂合双链
活性部位
DNA聚合酶
RNA聚合酶（无校对功能）
①都以DNA作模板；②都需核苷酸作原料，都从5’向3’延长； ③产物都是长长的聚核苷酸链；④都遵从碱基配对规律；⑤ 都需要依赖DNA的聚合酶。
4.2 原核生物RNA的合成
RNA合成和转录的生物化学过程
RNA合成和转录的生物化学过程在细胞内，RNA的合成和转录是一种重要的生物化学过程。
RNA合成是指通过转录过程将DNA的基因信息转录成RNA分子的过程。
转录是一个精确而复杂的过程，涉及到多个酶和蛋白质的协同作用。
本文将详细探讨RNA合成和转录的生物化学过程。
RNA合成起始于染色体上特定的DNA区域，这些区域称为基因。
转录的第一步是由RNA聚合酶酶链引导，该链识别并结合到基因的启动子区域。
启动子是一个特殊的DNA序列，众多的蛋白质与之相互作用来形成转录起始复合物。
转录起始复合物的形成标志着转录的开始。
RNA聚合酶在DNA模板上开始移动，会将DNA解旋，并在模板链上合成RNA链。
这个过程中，RNA聚合酶会按照DNA模板的互补碱基配对原则，选择正确的核苷酸进行合成。
这些核苷酸在合成过程中会与RNA链的末端进行磷酸二酯键形成，从而延长RNA链。
RNA聚合酶在完成RNA链的合成之后，会继续沿着DNA模板链上移动，直到遇到终止信号。
终止信号是一个特定的DNA序列，当RNA聚合酶识别到该序列时会停止合成RNA链。
此时，RNA聚合酶与转录产物会分离，而DNA模板则会重新盘旋成双螺旋结构。
通过转录，DNA的基因信息被转录成了RNA分子，这个过程在细胞内进行了调控和调整，以确保每个细胞只合成所需的RNA。
转录后，转录产物被称为前体RNA (pre-mRNA)。
然而，在前体RNA成熟之前，还需要进行剪接和修饰。
剪接是前体RNA分子中非编码区域（即内含子）的去除和编码区域（即外显子）的连接。
这个过程通过剪接体复合物中的多个蛋白质和RNA分子的协同作用来完成。
剪接是一个高度精确的过程，它可以使同一个基因编码出多个不同的蛋白质。
修饰是指通过添加或去除特定的化学基团来改变前体RNA的结构和功能。
修饰包括甲基化、腺苷酸拣选、磷酸化等，这些修饰可以影响RNA的翻译过程和稳定性。
在转录和修饰过程完成后，前体RNA被进一步加工，形成成熟的RNA分子。
32 王镜岩生物化学教程 2008版 第32章_RNA的生物合成和加工
转录的解螺旋方式
如果RNA缠绕在DNA双螺旋上，不会产生超螺旋，但 通过这种模式解开双螺旋进行转录是不可能的。
拓扑异构酶可以解除超螺旋，使转录泡移动有两类终止子，不依赖于ρ因子的为简单终止子，能形成发夹区，其中常有 一段富含G-C区，终点前有一段寡聚U，可能提供RNA聚合酶脱离模板的信号，同时，寡聚U 容易从模板脱落。 依赖于ρ因子的终止子发夹区不含富G-C区，其后也无寡聚U，在细菌中少见，但在噬 菌体中广泛存在。ρ因子为六聚体蛋白质，可结合在新合成的RNA链上，借助水解NTP的能 量移动，RNA聚合酶遇到终止子时停止移动，ρ因子追上来与其结合，促进RNA聚合酶脱落， 并使RNA从模板脱离。 抗终止子可使终止子通读，促进其后的基因转录，λ噬菌体的前早期基因的产物N蛋白 是一种抗终止子，可以使终止子通读，使晚早期基因表达，晚早期基因的产物Q蛋白也是一 种抗终止子，能使晚期基因得以表达。 真核生物转录的终止了解不多。
TFⅡF有ATP酶，解螺旋酶，激 酶等多种活性，可以使RNA聚合 酶Ⅱ大亚基的C端磷酸化，引起 构像变化，促进转录。还可以 参与DNA损伤的修复。
真核生物RNA聚合 酶前转录复合物
黄色为TATA box的糖磷酸骨架，碱 基对为红色，相邻的DNA片段为蓝 色，马鞍形的TBP（绿色）结合在 DNA的小沟，使小沟扩大，并使DNA 轴弯曲约100o，使TATA序列解旋。 TFⅡD杂聚体的其它组分位于TBP上 方，像骑在马鞍上的牛仔。所有真 核生物的基因均依赖于TBP。
色氨酸操纵子的阻遏 物辨认三种操纵基因
缺乏多种氨基 酸则前导肽不 能合成，转录 被终止。
1
色氨酸含量很 低，但不缺乏 其他氨基酸时， 前导肽的合成 在色氨酸密码 子处停顿，不 形成终止子， 转录可以完成。
《生物化学》-RNA的生物合成
6-9bp
AATXXX...XXXAXX
转录泡 XXXX 3′
′3 XXXXAACTGTXXXX...XXXXATA
XXXX 5′
-35序列
TTAXXX...XXXTXX
σ亚基识别
-10序列
Pribnow框（普里布诺框）
起点+1
2.延伸：σ因子脱落，核心酶继续沿DNA滑动，催化
链的延伸，直到转录终点
2.在真核细胞中，对α-鹅膏蕈碱不敏感的RNA合成是（ ）：
a.r-RNA b.hnRNA c.snRNA d.tRNA
二、RNA的转录过程（以原核生物为例）
RNA转录由起始、延伸、终止三个阶段组成
1.转录起始
启动子：是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA序列。它包括σ亚基的识别部位、RNA聚合酶的紧 密结合部位和转录起点三个部位
生物化学临床五年制教案—RNA的生物合成
生物化学临床五年制教案RNA的生物合成教学要求：1．掌握转录是RNA生物合成及信息流动的重要环节。
2．掌握转录的特点及三类RNA转录后的加工。
3．了解转录酶的特征。
4．熟悉核酶及其功能。
课时安排：总学时 4.0第一节原核生物转录的模板和酶1.0第二节原核生物的转录过程1.0第三节真核生物RNA的生物合成1.0第四节真核生物RNA的加工1.0重点：1．原核生物转录的模板和酶2．原核生物的转录过程3．真核生物RNA的加工难点：真核生物mRNA的加工中内含子的剪接方式、mRNA编辑。
教学内容：一、原核生物转录的模板和酶1．原核生物转录的模板2．RNA聚合酶全酶、核心酶3．RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录二、原核生物的转录过程1．转录起始转录起始复合物，开放转录复合体。
2．原核生物转录延长时蛋白质的翻译也同时进行。
3．转录终止依赖ρ因子、非依赖ρ因子两大类。
三、真核生物RNA的生物合成1．真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶2．转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与3．真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象4．真核生物转录终止和加尾修饰同时进行四、真核生物RNA的加工1．真核生物mRNA的加工首尾修饰及剪接、内含子的其它剪接方式及功能、断裂基因、mRNA编辑。
2．真核前体rRNA的加工3．真核生物前体tRNA的加工包括把核苷酸的碱基修饰为稀有碱基。
中、英文专业词汇：DNA dependent RNA polymerase依赖DNA的RNA聚合酶coding strand编码链template strand模板链core enzyme核心酶holoenzyme全酶operon操纵子promoter启动子Pribnow box Pribnow盒transacting factor反式作用因子transcriptional factor转录因子stern loop茎环hairpin发夹primary transcripts初级转录产物post-transcriptional modification转录后修饰hetero-nuclear RNA hnRNAsmall nuclear RNA snRNAsplit gene断裂基因exon外显子intron内含子self splicing自我剪接思考题：1．试比较原核生物与真核生物RNA聚合酶有何区别？2．试举例说明什么是mRNA编辑？3．试小结真核生物mRNA的加工过程。