文档介绍：第十四章 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,或在DNA指导下合成RNA。
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,转录调控是基因调控的核心。
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。
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:①RNA ②蛋白质
转录过程涉及两个方面
①RNA合成的酶学过程
②RNA合成的起始信号和终止信号,即DNA分子上的特定序列。
DNA正链:与mRNA序列相同的DNA链。
负链:与正链互补的DNA链。
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:-1,-2,-3。
DNA指导的RNA合成(转录)
RNA链的转录,起始于DNA模板的一个特定位点,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DNA上的启动子区控制,转录的终止由DNA上的终止子控制,转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的。
RNA聚合酶
RNA合成的基本特征
①底物:NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)
②RNA链生长方向:5’→3’
③不需引物
④需DNA模板
反应:
RNA聚合酶(原核)
,只有一种RNA聚合酶,合成各种RNA(mRNA、tRNA、rRNA)。
,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聚合酶全酶|(holoenzyme)分子量46万Da,由六个亚基组成,α2ββ’σω,另有两个Zn2+。
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。
RNA聚合酶各亚基的大小与功能:
亚基
亚基数
分子量(KD)
基因
功能
β’
1
160
rpoC
与模板DNA结合
β
1
150
rpoB
与核苷酸结合,起始和催化部位。
σ
1
70
rpoD
起始识别因子
α
2
37
rpoA
与DNA上启动子结合
ω
1
9
----
不详
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: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。
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。
P360 图20-1RNA聚合酶的活性中心
核心酶覆盖60bp的DNA区域,其中解链部分17bp左右,RNA-DNA杂合链约12bp。
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
真核生物RNA聚合酶
真核生物的转录机制要复杂得多,有三种细胞核内的RNA聚合酶:RNA聚合酶I转录rRNA,RNA聚合酶II转录mRNA,RNA聚合酶III转录tRNA和其它小分子RNA。这三种RNA聚合酶分子量都在50万左右,亚基数分别为6-15。
P362 表20-3 真核生物RNA聚合