8章-RNA的生物合成.ppt

第八章 RNA的生物合成 RNA的生物合成包括转录和RNA的复制。 转录（transcription）：以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程(DNA指导的RNA合成）。 转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、小RNA 除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物。 转录研究的主要问题 ①RNA聚合酶 ②转录过程 ③转录后加工 ④转录的调控 ①~③是基本内容，④是目前研究的焦点，转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。转录水平的调控是基因调控的核心。 基因表达的终产物：①RNA ②蛋白质 第一节?? 转录 一、RNA聚合酶催化的转录过程（E.coli） 王镜岩P457 图36-2 1、?? 起始 RNA聚合酶结合到DNA双链的特定部位（启动子区即RNA聚合酶识别结合和开始转录的基因中的一段DNA序列），局部解开双螺旋，第一个核苷酸掺入转录起始位点，从此开始RNA链的延伸。 在新合成的RNA链的5’末端，通常为pppG或pppA，即合成的第一个底物是GTP或ATP。因此RNA合成方向是5‘－3’。 起始过程中，σ因子起关键作用，它能使聚合酶迅速地与DNA的启动子结合，σ亚基与β’结合时，β’亚基的构象有利于核心酶与启动子紧密结合。还常需要一些起始因子参与。 正链（有意义链）：又叫编码链，5‘－3’。与mRNA序列相同的DNA链。 负链（反意义链）：模板链，3‘－5’。 转录起点是+1，上游是-1。 转录的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区），用正数表示，起点左侧为上游，用负数表示：-1，-2，-3。 2、?? 延长 转录起始后，σ亚基释放，离开核心酶，使核心酶的β’亚基构象变化，与DNA模板亲和力下降，在DNA上移动速度加快，使RNA链不断延长。 转录起始后，σ亚基便从全酶中解离出来，然后nusA亚基结合到核心酶上，由nusA亚基识别序列。常需要转录因子（ DNA转录中协助转录的辅助因子）参与。 3、?? 终止 RNA聚合酶到达转录终止点（终止子区即基因中提供转录终子信号的DNA序列）时，在终止因子（DNA转录中协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子）的帮助下，聚合反应停止，RNA链和聚合酶脱离DNA模板链，nusA又被σ亚基所取代。 由此形成RNA聚合酶起始复合物与终止复合物两种形式的循环。 ★转录与DNA复制的异同： 相同：要有模板，新链延伸方向5’→3’，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。 相异：①复制需要引物，转录不需引物。 ②转录时，模板DNA的信息全保留，复制时模板信息是半保留。 ③转录时，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，无5’→3’及3’→5’外切活性。 二、? RNA聚合酶 1、?? E.coli RNA聚合酶（原核） E.coli和其它原核细胞只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。 E.coli RNA聚合酶全酶（holoenzyme）分子量46万Da，由六个亚基组成，α2ββ’ σω，另有两个Zn2+。 不同的细菌，β’、β、α亚基分子量变化不大，σ亚基分子量变化较大，44KD~92KD。 σ亚基的功能：无σ亚基的酶叫核心酶，核心酶只能使已开始合成的RNA链延长，而不具备起始合成活性，加入σ亚基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亚基称为起始因子。 核心酶在DNA上滑动，σ亚基能增加酶与DNA启动子的结合常数，增加停留时间，使聚合酶迅速找到启动子并与之结合，σ亚基本身无催化活性。 不同的σ因子识别不同的启动子，从而表达不同的基因。 不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亚基有所差别，这决定了原核基因表达的选择性。 E.coli RNA聚合酶各亚基的大小与功能： ?一个E.coli细胞中约有7000个RNA聚合酶分子，在任一时刻，大部分聚合酶（5000左右）正在参与RNA的合成，具体数量依生长条件而定。 ★RNA聚合酶的催化活性：RNA聚合酶以完整的双链DNA为模板，转录时DNA的双链结构部分解开，转录后DNA仍然保持双链的结构。 ?王镜岩P456 图36-1RNA聚合酶的活性中心，p584图20－5 纯的RNA聚合酶，在离体条件下可转录双链DNA，但在体内，DNA的两条链中只有一条可用于转录，这可能是由于RNA聚合酶在分离时丢失了σ亚基引起的。 解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的内在特性，在酶的前端解螺旋，在后端以相反方向重新螺旋化，活体状况中，可能还有其它酶活性来帮助调整DNA的拓扑学性质。 37℃时，RNA聚合酶的聚合速度可达40~100个核苷酸/秒 2、?? 真核生物RNA聚合酶 三种细胞核内的RNA聚合酶：RNA聚合酶