王镜岩生物化学讲义 RNA的生物合成

王镜岩生物化学讲义 RNA的生物合成内容摘要：

王镜岩生物化学讲义 RNA的生物合成 第十四章 生物合成生物合成包括转录和 复制。 转录（以一段 遗传信息为模板，在 合酶作用下，合成出对应的 过程，或在 导下合成 录产物： ，绝大多数 子都来自 录的产物。 转录研究的主要问题合酶 转录过程 转录后加工 转录的调控是基本内容， 是目前研究的焦点，转录调控是基因调控的核心。 转录与 制的异同：相同：要有模板，新链延伸方向 53，碱基的加入严格遵循碱基配对原则。 相异：复制需要引物，转录不需引物。 转录时，模板 信息全保留，复制时模板信息是半保留。 转录时，合酶只有 53聚合作用，无 53及 35外切活性。 转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。 基因表达的终产物：蛋白质转录过程涉及两个方面成的酶学过程成的起始信号和终止信号，即 子上的特定序列。 链：与 列相同的。 负链：与正链互补的。 转录单位的起点核苷酸为+1，起点右边为下游（转录区） ，转录起点左侧为上游，用负数表示： 一节 导的 成（转录）的转录，起始于 板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。 一个转录单位可以是一个基因（真核） ，也可以是多个基因（原核）。 基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。 转录的起始由 的启动子区控制，转录的终止由 的终止子控制，转录是通过导的 合酶来实现的。 一、 合酶成的基本特征底物：生长方向：53不需引物需 板反应：1、 合酶（原核）其它原核细胞一样，只有一种 合酶，合成各种。 一个 胞中约有 7000 个 合酶分子，在任一时刻，大部分聚合酶（5000 左右）正在参与 合成，具体数量依生长条件而定。 合酶全酶|（分子量 46 万 六个亚基组成， 2 ，另有两个 无 亚基的酶叫核心酶，核心酶只能使已开始合成的 延长，而不具备起始合成活性，加入 亚基后，全酶才具有起始合成 能力，因此， 亚基称为起始因子。 合酶各亚基的大小与功能：亚基 亚基数 分子量（因 功能 1 160 模板 合 1 150 核苷酸结合，起始和催化部位。 1 70 始识别因子 2 37 启动子结合 1 9 详不同的细菌，、 亚基分子量变化不大， 亚基分子量变化较大，442 亚基的功能：核心酶在 滑动， 亚基能增加酶与 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， 亚基本身无催化活性。 不同的 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 亚基有所差别，这决定了原核基因表达的选择性。 合酶的催化活性：合酶以完整的双链 模板，转录时 双链结构部分解开，转录后 然保持双链的结构。 图 20合酶的活性中心核心酶覆盖 60 域，其中解链部分 17右，合链约 124321(/2432 模 板 、聚 合 酶纯的 合酶，在离体条件下可转录双链 在体内，两条链中只有一条可用于转录，这可能是由于 合酶在分离时丢失了 亚基引起的。 解旋和重新螺旋化也是 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 拓扑学性质。 37时，合酶的聚合速度可达 40100 个核苷酸/ 秒2、 真核生物 合酶真核生物的转录机制要复杂得多，有三种细胞核内的 合酶：合酶 I 转录合酶 录 合酶 录 其它小分子 三种合酶分子量都在 50 万左右，亚基数分别为 6362 表 20 真核生物 合酶的分类、分布及各自的功能动物、植物、昆虫等不同来源的细胞，的活性都可被低浓度的 - 鹅膏蕈碱抑制，而 受抑制。 动物 高浓度的 酵母、昆虫的 受抑制。 除了细胞核 合酶外，还分离到线粒体和叶绿体 合酶，它们的结构简单，能转录所有种类的 似于细菌 合酶。 3、 噬菌体 码的 合酶仅为一条分子量 11多肽链，这些聚合酶只需要识别噬菌体 少数启动子，并无选择地与其作用，37时的聚合速度 200。 二、 合酶催化的转录过程（361 图 20起始合酶结合到 链的特定部位，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 的延伸。 在新合成的 的 5末端，通常为带有三个磷酸基团的鸟苷或腺苷（ ，即合成的第一个底物是 始过程中， 因子起关键作用，它能使聚合酶迅速地与 启动子结合， 亚基与结合时， 亚基的构象有利于核心酶与启动子紧密结合，。 正链：与 列相同的两、链。 负链：模板链。 转录起点是+1，上游是2、 延长转录起始后， 亚基释放，离开核心酶，使核心酶的 亚基构象变化，与 板亲和力下降，在 移动速度加快，使 不断延长。 转录起始后， 亚基便从全酶中解离出来，然后 基结合到核心酶上，由 基识别序列序列。 3、 终止合酶到达转录终止点时，在终止辅助因子的帮助下，聚合反应停止，和聚合酶脱离 板链，被 亚基所取代。 由此形成 合酶起始复合物与终止复合物两种形式的循环。 三、 启动子和转录因子启动子：合酶识别、结合并开始转录所必需的一段 列。 转录因子：合酶在进行转录时，常需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，此类蛋白质统称为转录因子。 足迹法和 序法确定启动子的序列结构。 ） 原核启动子结构与功能分析比较上百种启动子序列，发现不同的启动子都存在保守的共同序列，包括 合酶识别位点和结合位点。 （1） 、 列（）在转录起点上游大约，有一个 6保守序列。 此段序列出现在间，每个位点的保守性在 45%频度： 89 65 100据预测，中，一开始的 第 6 位最保守的 T 在结合 合酶时起十分重要的作用。 目前认为，决定转录方向。 酶在此部位与 合形成稳定的复合物，列在转录方向上解开，形成开放型起始结构，它是 合酶牢固的结合位点，是启动子的关键部位。 合酶的结合，诱导富含 的双链解开，然后进一步扩大成 17 个核苷酸长度的泡状物，在泡状物中 合酶从模板链开始转录 物。 （2） 、 列（识别区域）只含列的 能转录，在列上游还有一个保守序列，其中心约在置，称为列，此序列为 的识别区域。 各碱基出现频率如下：T 85 81 69 其中 分保守。 列的功能：它是原核 合酶全酶依靠 因子的初始识别位点。 因此，列对合酶全酶有很高的亲和性。 列的核苷酸结构，在很大程度上决定了启动子的强度，合酶易识别强的启动子。 列提供 合酶识别信号，列有助于 部双链解开，启动子结构的不对称性决定了转录的方向。 图 20原核型启动子的结构（二） 真核启动子真核基因的转录十分复杂，对启动子的分析要比原核基因的困难得多。 真核生物有三种 合酶：合酶 I、别转录 小分子 三类聚合酶的启动子各有其结构特点。 1、 合酶的启动子合酶的启动子有三个保守区：（1） 、 （）中心在长度 7右。 碱基频率：T 82 85 T 37 ）A 83 37 ） （全为 数含有一个 ）。 此序列功能：使 链解开，并决定转录的起点位置，失去 ，转录将可能在许多位点上开始。 的改变或缺失，直接影响 酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，绝大多数真核基因正确表达所必需的。 由于 合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。 启动子特定序列和酶的正确结构，这两者把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性。 （2） 、 中心在，9有序列 ） 合酶结合。 （3） 、 在 上游，序列 某些转录因子结合。 均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。 2、 启动子启动子在转录区内部。 20 由 合酶 录的三个基因的启动子四、 终止子和终止因子终止子：提供转录终止信号的一段 列。 终止因子：协助 合酶识别终止子的蛋白质辅助因子。 有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶越过终止子继续转录，称为通读，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。 终止子位于已转录的序列中，终止子可被 合酶本身或其辅助因子识别。 20大肠杆菌中的两类终止子 20有原核生物的终止子在终止点之前都有一个回文结构，它转录出来的 以形成一个颈环式的发荚结构。 （1） 、 不依赖于 的终止子（简单终止子）简单终止子除具有发夹结构外，在终止点前有一寡聚 U 序列，回文对称区通常有一段富含序列。 寡聚 U 序列可能提供信号使 合酶脱离模板。 （2） 、 依赖 的终止子依赖 的终止子，必需在 因子存在时，才发生终止作用。 终止点。