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17第十六章RNA的生物合成-图文

第十六章RNA的生物合成

1961年S.B.Wei和J.Hurwitz等各自在大肠杆菌裂解液中发现了DNA依赖的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerae,RNApol)。在此之前S.Ochoa已经提出了RNA的转录机制，并因此获得1959年度诺贝尔生理／医学奖。

生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录（trancription），意指将DNA的碱基序列转抄为RNA。DNA分子上的遗传信息是决定蛋白质氨基酸序列的原始模板，mRNA是蛋白质合成的直接模板。通过RNA的生物合成，遗传信息从染色体的贮存状态转送至胞质，从功能上衔接DNA和蛋白质这两种生物大分子。1958年，F.Crick将上述遗传信息的传递方式归纳为中心法则（centraldogma)。1970年H.Temin发现了逆转录现象，对中心法则进行了补充。

在生物界，RNA合成有两种方式。一是DNA指导的RNA合成，也称转录，为生物体内的主要合成方式。转录产物除mRNA,rRNA和tRNA外，在真核细胞内还有nRNA,miRNA等非编码RNA。对RNA转录过程的调节可以导致蛋白质合成速率的改变，并由此而引发一系列细胞功能变化。因此，理解转录机制对于认识许多生物学现象和医学问题具有重要意义。mRNA转录过程及其加工和剪切错误可引起疾病。RNA的转录合成是本章的主要内容。

另一种是RNA依赖的RNA合成（RNA-dependentRNAynthei），也称RNA复制（RNArep-lication)，由RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependentRNApolymerae）催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式，限于篇幅本章未予叙述。

转录和复制都是酶促的核昔酸聚合过程，有许多相似之处。它们都以DNA为模板；都需依赖DNA的聚合酶；聚合过程都是核昔酸之间生成磷酸二醋键；都从5’向3’方向延长聚核昔酸链；都遵从碱基配对规律。但相似之中又有区别（表16-1）。

第一节原核生物转录的模板和酶

RNA的生物合成属于酶促反应，反应体系中需要DNA模板,NTP,RNApol,其他蛋白因子及Mg2+和Mn2+等。合成方向5→3，核昔酸间的连接方式为3，5一磷酸二酯键。

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一、原核生物转录的模板

在DNA分子双链上，按碱基配对规律能指导转录生成RNA的一股链作为模板指导转录，另一股链则不转录，这种模板选择性称为不对称转录（aymmetrictrancription）。用RNA对DNA的核酸杂交法（见第二十章）或做DNA、RNA碱基序列测定比较，都可证明DNA分子上的一个基因只有一股链可转录生成其编码产物（图16-1a)。

作为一个基因载体的一段DNA双链片段，转录时作为RNA合成模板的一股单链称为模板链（templatetrand），相对应的另一股单链被称为编码链（codingtrand）。转录产物若是mRNA，则可用作翻译的模板，决定蛋白质的氨基酸序列（图16-lb）。模板链既与编码链互补，又与mRNA互补，可见mRNA的碱基序列除用U代替T外，与编码链是一致的。文献刊出的各个基因的碱基序列，为避免烦琐和便于查对遗传密码，一般只写出编码链。

二、RNA聚合酶催化RNA合成

（一）RNA聚合酶能从头启动RNA链的合成

DNA依赖的RNApol催化RNA的转录合成。该反应以DNA为模板，以ATP、GTP、UTP和CTP为原料，还需要Mg2+和Zn2+作为辅基。RNA合成的化学机制与DNA的复制合成相似。RNApol通过在RNA的3-OH端加入核苷酸，延长RNA链而合成RNA.。3-OH在反应中是亲核基团，攻击进入的核苷三磷酸的α-磷酸，并释放出焦磷酸，总的反应可以表示为：（NMP)n+NTP→（NMP）n＋1+PPi。

RNA聚合酶和双链DNA结合时活性最高，但是只以双链DNA中的一股DNA链为模板。新加入的核苷酸以Waton-Crick碱基配对原则和模板的碱基互补。

前述的DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要RNA引物存在，而RNA聚合酶能够直接启动转录起点处的两个核苷酸间形成磷酸二酯键（图16-2），因而RNA链的起始合成不需要引物。

（二）RNA聚合酶由多个亚基组成

大肠杆菌（E.coli）的RNA聚合酶是目前研究得比较透彻的分子。这是一个分子量达480kDa,由4种亚基α2(2个α)、β、β’和σ组成的五聚体蛋白质。有证据表明，大肠杆菌RNA聚合酶还有第五种亚基（w亚基）存在，其功能不详，本章不予赘述。其他各主要亚基及功能见表16-2。

314第三篇遗传信息的传递

大肠杆菌RNApol的4个主要亚基（α2ββ’）称为核心酶