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第三章 RNA的生物合成 教 学 大 纲 要 求 1. 掌握转录的概念及特点。 2. 初步掌握原核生物RNA聚合酶的组成和功能、真核生物RNA聚合酶的功能。 3. 熟悉RNA转录过程。 4. 了解几种RNA转录后加工过程。 5. 掌握核酶概念、特点和作用。 教材内容精要 一、RNA生物合成概念 转录(transcription)是指以DNA为模板，合成RNA的过程。真核生物储存遗传信息的DNA位于细胞核内，要指导合成蛋白质，首先必须把它的碱基序列抄录成RNA的碱基序列，然后，RNA穿过核膜，进入胞液中，作为蛋白质合成的模板，才能把遗传信息传递到核外。因为转录和复制都是在DNA指导下的核苷酸聚合过程，两者之间有许多相同之处。但两者在模板，酶类及聚合过程中也有显著差别。 以RNA为模板合成RNA的过程称RNA复制。RNA复制见于RNA病毒基因组的复制过程。 二、转录的模板和酶 1．转录模板：因转录是在细胞不同的发育时期按生存条件和需要选择性的转录某个基因，这种选择性转录称不对称转录(asymmetric transcription)。它有两个含义，其一，DNA双链分子中，只有一条单链可作为模板进行转录，其二，不同基因的模板链并不是全在同一条DNA单链上。 DNA双链中能指引转录生成RNA的单股链称模板链(template strand)，模板链上能够转录出mRNA，然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因，其他部分可能转录成tRNA和rRNA，或作为基因的调节成分。相对应的另一条链没有转录功能，但其序列与转录生成的mRNA大致相同，可以直接了解编码蛋白质的氨基酸序列，故称为称为编码链(coding strand)，也称有意义链，或Crick链，而与之互补的模板链称为反意义链，或Watson链。不同的基因分别分布在DNA分子上两 条互补的单链中，各个基因的模板链并不全在同一条链上。 2．转录的酶：参与转录的酶主要是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent polymerase），简称DNA-pol，它催化核糖核苷酸之间形成3￠-5￠磷酸二酯键，合成RNA。 原核生物RNA-pol在组成及功能上与大肠杆菌(E.coli)的RNA-pol相似。E．coli的RNA聚合酶的全酶(holoenzyme)由五个亚基组成，即a2bb￠s，s亚基(s因子)有辨认转录起始点的功能。s亚基在RNA合成启动之后即脱离其它亚基。脱离其它亚基后的RNA-pol称核心酶(core enzyme)。即a2bb￠。转录起始需要全酶，转录延长仅需要核心酶。 真核生物RNA-pol目前发现三种，分别称RNA-pol、Ⅱ、Ⅲ。它们在细胞内的定位、性质及转录的产物不同。poIⅠ催化生成rRNA，polⅡ催化生成hnRNA，后者进一步加工生成mRNA，polⅢ催化生成tRNA。可见，poIⅡ是最重要的一种。 3. 模板与酶的辨认结合： 转录在DNA模板上特定部位开始，此部位称转录起始点。从转录起始点开始与转录方 向相同的区域称下游(downstream)，与转录方向相反的区域称上游(upstream)。RNA聚合酶识别并结合的部位称启 动予(promotor)，位于起始点的上游，在原核生物，s因子辨认和结合启动子上的特殊序列是-35区的TTGACA序列和-10区的TATAAT序列。停止转录作用的部位，称为终止信号，位于起始点的下游。 4．转录的原料及其它成分 原料是四种三磷酸核糖核苷酸，有ATP，GTP．CTP．UTP，某些蛋白质因子及无机离子也参与转录过程。 二、转录的过程 转录全过程分起始、延长、终止3个阶段 1．转录起始：转录起始的第一步是先由s因子辨认DNA的启动子，并由RNA-pol全酶与启动子结合，DNA双链打开10～20个碱基对，形成转录空泡(transcription bubble)。RNA-pol按模板链上核苷酸的序列，以四种NTP为原料，按碱基互补原则依次与模板链上的相应碱基配对(A—T，U—A，G—C)。在起始点处，两个与模板配对的核苷酸，在RNA-pol的催化下，以3￠-5￠磷酸二酯键相连，形成RNA聚合酶全酶、模板和转录5￠端首位的四磷酸二核苷组成的转录起始复合物。RNA 5￠端总是三磷酸嘌呤核苷酸，GTP或ATP。以GTP最常见．所以起始复合物是由RNA聚合酶全酶、DNA、pppGpN-OH 3￠所构成。起始复合物生成后，s因子即脱落。脱落的s因子可再次与核心酶结合，开始下一次转录开始，所以s因子可反复使用于转录起始过程的。 2．转录延长：是在转录起始复合物3￠-OH端逐个加入NTP形成RNA链。：延长阶段的化学反应主要是催化与模板相配对的核苷三磷酸(NT