生物界,RNA合成有两种方式:
一是DNA指导的RNA合成,也叫转录,此为生物体内的主要合成方式。
另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependentRNAsynthesis),也叫RNA复制(RNAreplication),由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase)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。
重点内容
(一)掌握不对称转录、模板链和编码链的概念。
(二)掌握原核生物RNA聚合酶的全酶及核心酶的组成;熟悉模板与酶的辨认结合,启动子的概念。了解-35区、-10区、上游、下游序列等概念,以及两区的作用特点。
(三)熟悉原核生物的转录起始,转录的方向,原核生物的转录终止分两种方式。了解原核生物RNA合成的过程。
(四)熟悉真核生物的RNA聚合酶的分类,作用特点以及各自相应的产物;了解真核生物转录过程。
(五)掌握断裂基因、内含子、外显子的概念;
(六)熟悉真核生物mRNA,tRNA的修饰过程。
复制与转录的相同点:
①都是酶促的核苷酸聚合过程
②以DNA为模板
③遵循碱基配对原则
④都需依赖DNA的聚合酶
⑤聚合过程都是生成磷酸二酯键
⑥新链合成方向为5’→3’
原核生物转录的模板和酶
Section1TemplatesandEnzymesinProkaryoticTranscription
原核生物转录的模板
DNA分子上转录出RNA的区段,称为结构基因(structuralgene)。
转录的这种选择性称为不对称转录(asymmetrictranscription),它有两方面含义:
在DNA分子双链上,一股链用作模板指引转录,另一股链不转录;
模板链并非总是在同一单链上。
全称:依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP)。
RNA合成的化学机制与DNA聚合酶催化DNA合成相似,沿5‘→3’聚合RNA。
两种酶的异同
引物酶催化转录的RNA-pol
共同点:本质上都是一种依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP);
催化游离的NTP聚合。
区别:①复制起始时聚合短链RNA作
为引物,以提供3ˉ-OH末端,
使子代DNA链能够延长。
②dnaG基因编码,
③对利福平不敏感转录时催化子链延长对利福平敏感
DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在,而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。
RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子(promoter)结合后,就能启动RNA合成。原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成,即**(ω),分子量达480kD。
亚基能引导RNA-pol稳定的结合在DNA启动子上。
亚基存在对核心酶的构象有较大影响,能导致RNA-pol与DNA上的一般序列和启动子序列的'亲和力有很大不同:
极大降低了酶与DNA一般序列的结合常数,和停留时间,同时又增加了酶与启动子的亲合力和停留时间
其他原核生物的RNA聚合酶,在结构、组成、功能上均与相似。
抗结核药利福平或利福霉素可专一性地结合RNA聚合酶的β亚基,抑制RNA合成。原核生物一个转录区段可视为一个转录单位,称为操纵子(operon),包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。
启动子(启动序列,promoter)是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。启动子(promoter)是调控序列的一部分,控制转录的关键部位,决定着基因的表达强度。
原核生物RNA转录合成的过程
一、转录起始需要RNA聚合酶全酶
RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。
DNA双链解开,使其中的一条链作为转录的模板。
转录起始过程:
聚合酶全酶与模板结合,形成闭合转录复合体(closedtranscriptioncomplex);
双链局部解开,形成开放转录复合体(opentranscriptioncomplex);
3.第一个NTP加入,形成转录起始复合物:
DNA双链解开的范围只有≈17bp,比复制叉小得多。
转录起始生成RNA的5’总是GTP,且保留三个磷酸基团
第一个磷酸二酯键生成后,σ亚基即从转录起始复合物上脱落,核心酶连同四磷酸二核苷酸,继续结合于DNA模板上,酶沿DNA链前移,进入延长阶段。
二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行
亚基脱落,RNA?pol聚合酶核心酶变构,与模板结合松弛,沿着DNA模板前移;在核心酶作用下,NTP不断聚合,RNA链不断延长。
三、原核生物转录终止分为依赖ρ(Rho)因子与非依赖ρ因子两大类
转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进,转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。
依赖Rho(ρ)因子的转录终止
非依赖Rho因子的转录终止
(一)依赖ρ因子的转录终止
ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质,亚基分子量46kD。
ρ因子能结合RNA,又以对polyC的结合力最强。
ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。
目前认为,ρ因子终止转录的作用是:与RNA转录产物结合,结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化,从而使RNA聚合酶停顿,解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离,利于产物从转录复合物中释放。
(二)非依赖Rho因子的转录终止
DNA模板上靠近终止处,有些特殊的碱基序列,转录出RNA后,RNA产物形成特殊的结构来终止转录。
终止点处存在相连的富含GC的回文结构,使RNA转录产物形成发夹形的二级结构,其后又有一段寡聚U
真核生物的转录过程
真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别,转录终止也不相同。
一、真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶
真核生物具有3种不同的RNA聚合酶:
RNA聚合酶Ⅰ(RNAPolⅠ)RNA聚合酶Ⅱ(RNAPolⅡ)RNA聚合酶Ⅲ(RNAPolⅢ)三种RNA聚合酶均由10~12个大小不同的亚基组成,结构复杂,功能上存在差异。
真核生物RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的结构比原核生物复杂,都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。
所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基.
mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的,需经常重新合成。因此RNA聚合酶Ⅱ是三种酶中最活跃的。
RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成,其最大的亚基称为RBP1。