1、祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 98第十七章 RNA 的合成与加工第一节 DNA 转录生成 RNA 一、定义（一）转录单位（二）启动子（promoter ）（三）终止子（terminator）二、RNA 聚合酶（一）酶的特性：以 4 种 NTP 为底物，需模板和镁离子，合成方向也是 53，但不需要引物。（二）酶的分类：1.噬菌体的 RNA 聚合酶结构简单，是单链蛋白，功能也简单。2.细菌则具有复杂的多亚基结构(450Kd)，可 识别并转录超过 1000 个转录单位。3.真核生物的酶有多种，根据 a鹅膏蕈碱(环状 8肽，阻断 RNA 延伸 )的抑制作用可分为三
2、类：聚合酶 A 对它不敏感，分布于核仁，转录核糖体 RNA；聚合酶 B 对低浓度敏感，存在于核质，转录信使RNA；聚合酶 C 位于核 质， 对高浓度敏感，转录小分子量 RNA，如转 运 RNA、5SRNA 等。各种 RNA聚合酶都是由 10-15 种不同亚基组 成的多亚基复合物。4. 线粒体和叶绿体也有 RNA 聚合酶，结构简单，能合成所有种类 RNA。（三）酶的构成：大肠杆菌的全酶有 5 个亚基（2），含 2 个锌。 催化形成磷酸二酯键， 结合模板， 亚基称 为起始因子，可使 RNA 聚合酶稳定地结合到启动子上。 称为核心 酶。 亚基在不同菌种间变动较大，而核心 酶比较 恒定。 酶与不同启动
3、子的结合能力不同，不同启动 因子可识别不同的启动子。70 识别 启动子共有序列，32 识别热休克基因，60 在氮 饥饿时起作用。 通过随机移动起作用，不需解 链。（四）模板：以完整双链 DNA 为模板，其中仅一条链可转录。转录时局部解 链， 转录后 DNA 重新形成双螺旋结构，所以 DNA 是全保留的。三、转录过程分为起始、延长和 终止三个阶段。起始包括对双链DNA 特定部位的识别、局部（17bp）解链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键。第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点。起始后起始因子离开，核心酶构象改 变，沿模板移动，转录生成杂交双 链(12bp) ，随后 DNA 互补链取代 RNA 链
4、，恢复 DNA 双螺旋结构。延伸速度为50nt/s，酶移动 17nm。错误几率为 10-5。聚合酶到达终点时，在终止辅助因子的帮助下停止反应， 酶 和 RNA 链脱落， 转录结束。四、启动子和转录因子（一）定义：酶识别、结合、开始 转录 的一段 DNA 序列。强 启 动子 2 秒 钟启动一次转录 ，弱启 动子 10 分钟一次。（二）原核生物：大肠杆菌在起点上游约10 碱基对处有保守序列 TATAAT，称 为 pribnow box，有助于局部解链。在其上游 还有 TTGACA，称为35 序列，提供 RNA 聚合 酶识别的信号。（三）真核生物：复杂，差异较大。1.信使 RNA 的启动子通常有三个
5、保守区，25 到30 有 TATA 框，是解链位置，并决定转录起点；75 位置有 CAAT 框，与 RNA 聚合酶的结合有关；更上游还有 GC 框，某些 转录因子可结合。后两个称为上游因子，对转录 起始频率有 较大影响。2. 小 RNA 的启 动子在转录区内部，有一些辅助因子帮助 RNA 聚合酶识别。五、终止子和终止因子（一）定义（二）所有原核生物的终止子在终点之前都有一个回文结构，可使酶 减慢移动或暂停合成。大肠杆菌有两类终止子：1. 简单终止子，回文区有一段富含 GC 对的序列，回文后有寡聚尿苷。2.依赖 的终止子，必须在有 因子时才能发挥作用，不含 GC 对，也无寡聚尿苷。 因子是蛋白质
6、，可与酶作用， 释放 RNA，并使 酶脱离。（三）某些因子可使酶越过终止子继续转录，称为通读。常 见 于某些噬菌体的 时序控制，早期基因与晚期基因以终止子相隔，早期基因产 生抗终止因子，使发生通读以表达晚期基因。六、转录的调控（一）遗传信息的表达有时序调控和适应调控，转录水平的调控是关键环节，因为这是表达的第一步。转录调控主要发生在起始和终止阶段。（二）操纵子是细菌基因表达和调控的单位，有正调节和负调节因子。阻遏蛋白的作用属于 负调控。 环祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 99腺苷酸通过其受体蛋白（CRP）促进转录，可促进许多诱导酶的合成。操 纵子可构成综 合
7、性调控网络，如 SOS 反 应等。对终止子也有调控作用，如衰减子。（三）真核生物不组成操纵子，而是通过激素、生 长因子等进行调控。某些 DNA 序列对转录起增强作用，称为 增强子。第二节 转录后加工 一、原核生物（一）核糖体 RNA：大肠杆菌共有 7 个核糖体 RNA的转录单位，每个 转录单位由 16S、23S、5SRNA 和若干转运 RNA 基因组成。16S 和 23S 之间常由转运 RNA 隔开。 转录产 物在 RNA 酶 III 的作用下裂解产生核糖体 RNA 的前体 P16 和 P23，再由相应成熟酶加工切除附加序列。前体加工 时还进行甲基化，产 生修 饰成分，特别是 a-甲基核苷。N
8、4,2-O 二甲基胞苷(m4Cm)是 16S 核糖体 RNA 特有成分。 5S核糖体 RNA 一般无修饰成分。（二）转运 RNA：有 60 个基因，其加工包括：1.内切酶在两端切断，大 肠杆菌 RNA 酶 P 是 5成熟酶2.外切酶从 3修剪，除去附加顺序。RNA 酶 D 是3成熟酶3.3端加上 CCAOH，由转运 RNA 核苷酰转移酶催化，某些转运 RNA 已有，切除附加序列后即露出。4.核苷的修饰：修饰成分包括甲基化碱基和假尿苷，修饰酶具有高度特异性。甲基化对 碱基和序列都有严格要求，一般以 S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体。（三）信使 RNA：细菌多数不用加工，转录与翻译是偶联的。也有少数多
9、顺反子信使 RNA 必须由内切酶切成较小的单位，然后翻 译。如核糖体大亚基蛋白与 RNA 聚合酶的 b 亚基基因组成混合操纵子，转录后需经 RNA 酶 III 切开，各自翻译。因为 RNA聚合酶的合成水平低得多，切开有利于各自的翻译调控。 较长 的 RNA 会产生高级结构，不利于翻 译，切开可改变其结构，从而影响其功能。二、真核生物（一）核糖体 RNA：基因拷贝数多，在几十到几千之间。基因成簇排列在一起，由 RNA 聚合酶 I 转录生成一个较长的前体，哺乳 动物为 45S。核仁是其转录、加工和装配成核糖体的场所。RNA 酶 III 等核酸内切酶在加工中起重要作用。5SRNA 基因也是成簇排列的
10、，由 RNA 聚合酶 III 转录，经加工参与构成大亚基。核糖体 RNA 可被甲基化，主要在核苷 2羟基，比原核生物甲基化程度高。多数核糖体RNA 没有内含子，有些有内含子但不转录。（二）转运 RNA：由 RNA 聚合酶 III 转录，加工与原核相似，但 3端的 CCA 都是后加的，还有 2-O-甲基核糖。（三）信使 RNA：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除。信使 RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物，称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工 过程包括：1.5端加帽子：在转录的早期或转录终 止前已经形成。首先从 5端脱去一个
11、磷酸，再与 GTP 生成 5，5三磷酸相连的键，最后以 S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化，形成帽子结 构。帽子 结构有多种，起识别和稳定作用。2. 3端加尾：在核内完成。先由 RNA 酶 III 在 3端切断，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。尾与通过核膜有关，还 可防止核酸外切 酶降解。3. 内部甲基化：主要是 6-甲基腺 嘌呤，在 hnRNA中已经存在。可能 对前体的加工起 识别作用。三、RNA 的拼接（一）转运 RNA 的拼接：由酶催化，酶识别共同的二级结构，而不是序列。通常内含子插入到靠近反密码子处，与反密码 子配对，取代反密码子环。第一步由内切酶切除插入序列，不需 ATP；第二步由RNA 连接酶连
12、接，需要 ATP。（二）四膜虫核糖体 RNA 的拼接：某些四膜虫 26S核糖体 RNA 基因中有一个内含子，其拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行。其实质 是磷酸 酯的转移反应，鸟苷酸起辅助因子的作用，提供游离 3羟基。（三）信使 RNA：真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子，左端 为 GT，右端为 AG。先在左端切开，产 生的 5末端与 3端上游形成 5,2-磷酸二酯键，构成套索结构。然后内含子右端切开，两个外显子连 接起来。通 过不同的拼接方式，可形成不同的信使 RNA。第三节 RNA 的复制 一、噬菌体 QbRNA 的复制其 RNA 是单链，正链，侵入大
13、肠杆菌后立即翻译，产生复制酶的 b 亚基，与宿主的三个 亚基( 为核糖体蛋白， 、 均为肽链延长因子)构成复制酶， 进行祝大家 07 年生物考研取得好成绩！ 学 子 272646652 100复制。先以正链为 模板合成负链，再根据负链合成正链。合成 负链时 需要宿主的两个蛋白因子，合成正链则不需要，所以可大量合成。病毒的蛋白质合成受 RNA 高级结构的调控。二、病毒 RNA 复制的主要方式（一）病毒含正链 RNA，先合成复制酶，复制后合成其他蛋白质进行装配。如噬菌体 Qb 及灰质炎病毒。（二）病毒含负链和复制酶，先合成正链，再合成病毒蛋白和复制病毒 RNA。如狂犬病毒。（三）病毒含双链 RN
14、A 和复制酶，如呼肠孤病毒。先复制正链，再翻译成病毒蛋白，最后合成负链，形成双链 RNA 分子。（四）致癌 RNA 病毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆转录生成 DNA 前病毒，再转录、翻译。第四节 RNA 生物合成的抑制剂 一、碱基类似物有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下两类：（一）作为代谢拮抗物，直接抑制核苷酸生物合成有关酶类。如 6-巯基嘌呤进入体内后可转变为巯基嘌呤核苷酸，抑制嘌 呤核苷酸的合成。可作为抗癌药物，治疗 急性白血病等。此 类物质 一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑制作用。（二）进入核酸分子，形成异常 RNA 或 DNA，影响核酸的功能并导致突变
15、。5-氟尿嘧啶类似尿嘧啶，可进入 RNA，与腺嘌呤配对或异构成烯醇式与鸟嘌呤配对，使 A-T 对转变为 G-C 对 。因为正常细胞可将其分解，而癌细胞不能，所以可选择性抑制癌细胞生长。二、DNA 模板功能抑制物（一）烷化剂：带有活性烷基，能使 DNA 烷基化。鸟嘌呤烷化后易脱落，双功能烷化剂 可造成双链交联，磷酸基烷化可导致 DNA 链断裂。通常有较大毒性，引起突变或致癌。（二）放线菌素类：可与 DNA 形成非共价复合物，抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素。（三）嵌入染料：含有扁平芳香族发色团，可插入双链 DNA 相邻碱基对之间。常含丫啶或菲啶环，与碱基大小类似，可在复制 时增加一个核苷酸，导致移码突变。如溴乙 啶。三、RNA 聚合酶抑制剂（一）利福霉素：抑制细菌 RNA 聚合酶活性。（二）利链菌素：与细菌 RNA 聚合酶 b 亚基结合，抑制 RNA 链的延长。a-鹅 膏蕈碱：抑制真核生物 RNA 聚合酶。
