RNA的生物合成

关于RNA在原核生物和真核生物中的不同转录，及其所需的酶类等等，其余有关分子生物学详见主页，有需要可以点进来查看哦。

RNA的生物合成

• 基本概念
  • 概念
    • 以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下合成RNA 的过程
  • 特点
    • 只有模板链转录，是不对称转录，模板链并非在同一条单链上
    • 不对称转录
      • 在DNA双链的某一区域，一股链用作模板指导转录，另一股链不转录
  • 原料(体系)
    • DNA模板
      • 模板链
        • 作为模板指导转录的一条链，有意义链，Watson链
      • 编码链
        • 不被转录，与模板互补的一条链，反义链，Crick链
    • RNA聚合酶
      • 不需要引物
      • 与启动子结合后就能启动RNA合成
    • NTP原料
      • A U G C ----RNA聚合酶的底物
    • 二价金属离子（Mg Mn）----RNA聚合酶的必须辅助因子
  • 方向
    • 5'-3'
• 原核生物的转录
  • 所需酶
    • 原核生物RNA聚合酶，DNA依赖的RNA聚合酶
      • 5种亚基构成的六聚体蛋白质α2ββ'ωσ
      • 全酶
        • α2ββ'ωσ
          • 参与转录起始（σ参与转录起始，不参与延长）
      • 核心酶
        • α2ββ'ω
          • 参与转录全过程
      • α
        • 位于启动子上游，决定哪些基因被转录
      • β
        • 与NTP形成磷酸二酯键，延长核苷酸链，催化转录全过程
      • β'
        • RNA聚合酶与DNA模板结合的部位（开链）
      • ω
        • β'折叠和稳定性
      • σ
        • 起始因子（辨认起始点，无催化活性）
      • 抑制剂
        • 利福平
          • 特异性结合RNA聚合酶β亚基，抑制结核杆菌的转录，用于抗结核治疗
          • 记忆
            • 利比亚
  • 转录起始
    • 操纵子
      • 对于整个基因组来讲，转录是不连续，分区段进行的，每一个转录区域称为一个转录单位，称为操纵子
      • 组成
        • 包括若干个基因编码序列
    • 启动子
      • RNApol最初结合的模板的序列，是控制转录的关键部位。
      • 原核生物以RNApol全酶结合在启动子上，σ亚基辨认启动子
      • -10区
        • 位于转录起始点上游-10bp处，富含TATAAT
          • Pribnow盒
            • β'亚基结合模板的部位
            • 相当于真核TATA盒
      • -35区
        • 上游-35bp处，共有序列TTGACA，为RNApol σ亚基识别序列
          • sextama框
            • σ亚基辨认转录起始的部位
    • 识别并结合启动子
      • σ辨认起始点，即-35区的TTGACA序列，RNApol与DNA模板链松弛结合， RNApol向-10区移动，β'亚基与-10区TATAAT序列紧密结合， 跨过转录起始点形成稳定的结合的酶-DNA模板复合物，转录开始
    • DNA双链打开
      • 但是解开的范围只有17bp<<复制叉的大小（无论是延长还是起始）
    • 第一个磷酸二酯键形成
      • 不需要引物，在RNApol催化下生产3'5'-磷酸二酯键 新生成的RNA5'端第一位总是ATP/GTP，RNA链的5'端结构在转录延长中一直保留，至转录完成
  • 转录延长
    • RNApol核心酶催化RNA链的延长
    • 转录和翻译同时进行
      • 电镜下：羽毛状图形
      • 真核生物有核膜，所有不能同时进行
  • 转录终止
    • 依赖ρ因子
      • ρ因子与单股RNA结合，促使新生RNA链释放
      • ρ因子与RNApol发生构象变化，使RNApol停顿
      • ρ因子能结合RNA，且对polyC的结合能力最强
      • 转录产物RNA的3'端出现较丰富的C碱基，ρ因子识别产物上的这一终止信号
    • 非依赖ρ因子
      • 3'端出现多个连续的U
      • 形成茎环结构
      • 转录终止
        • 转录生成的RNA，5'端常为pppG或pppA
  • 转录的RNA不需要修饰
• 真核生物的转录
  • 所需酶
    • 真核生物RNA聚合酶
      • RNApol Ⅰ
        • 位于核仁
          • 45s-rRNA
            • 耐受
      • RNApol Ⅱ
        • 位于核浆
          • hnRNA→mRNA
            • 敏感
      • RNApol Ⅲ
        • 位于核浆
          • tRNA，5s-rRNA，snRNA
            • 高浓度下敏感
      • 抑制剂：鹅高蕈碱
  • 起始
    • 顺式作用元件
      • 真核生物参与起始的所有原件统称为顺式作用元件（在同一条链上）
      • 顺式作用元件是指位于编码基因两侧，可影响自身基因表达活性的DNA序列，是转录起始的关键调节部位
      • 增强子
        • 能够结合特异性基因调节蛋白，促进临近，或远离特定基因表达的DNA序列
      • 沉默子
        • 真核基因调控区中抑制阻遏基因转录的DNA序列
        • 功能
          • 促进局部DNA的染色质形成致密结构，阻止转录
      • 启动子上游元件
        • GC盒
          • GGGCGG
            • Sp1
        • GATT盒
          • GCCAAT
            • C1EBP
      • 启动子
        • 核心序列TATAAAA
          • TATA盒/Hognest盒
            • TFⅡD
      • 特点
        • 每个基因有各自特异的顺式作用元件
    • 转录因子
      • 能够调节转录，起始的因子
      • 与不同RNA结合，发挥不同作用，使RNA聚合酶与DNA模板结合
      • TFⅡD
        • 与TATA盒结合，辨认起始点
    • 转录前形成起始复合物（PIC）
      • TFⅡD与TBP亚基结合TATA盒， 然后在TFⅡA,TFⅡB作用下形成TFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合体
  • 延长
    • 在RNApol催化下，按5'-3'方向，合成磷酸二酯键
    • 没有转录和翻译同时进行（核膜相隔）
    • 真核生物基因组复杂，RNApol处处遇到核小体，
    • 有时遇到核小体前移，解聚现象
  • 终止
    • 与转录修饰有关
      • polyA尾的形成与RNApolⅡ催化的mRNA转录终止有关
      • 转录终止修饰点序列为AAUAAA和其下游GT序列
  • 加工修饰
    • mRNA
      • 加帽-5'端
        • 在5'端形成m7GTP的结构。加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5'-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。
        • 发生在细胞核内
        • 酶
          • 鸟苷酸转移酶＋甲基转移酶
        • 作用
          • 防止转运时被核苷酸水解，增强mRNA的稳定性--GppmG
          • 在翻译时被核糖体小亚基识别，有利于mRNA最初翻译的准确性
      • 加尾-3'端
        • 先由核酸内切酶切去hnRNA的3'端的一些核苷酸→在3'端加上由200-250个腺苷酸组成的polyA尾巴（AATAAA)
        • 细胞核内进行
        • 尾部修饰与转录终止同时进行
        • 不依赖DNA模板
        • 作用
          • 使mRNA3'端稳定，防止被水解
          • 有利于mRNA从细胞核到细胞质的转运
      • 剪接
        • 内含子切除 外显子拼接
        • 剪接体（snRNP)，由数种小分子核糖核蛋白颗粒组成
          • 蛋白质
          • snRNA
      • 编辑
        • 对基因的编码序列进行转录后加工
    • tRNA
      • 初级加工产物为45srRNA-----是三种rRNA的前体
      • 通过自剪接，在核仁小RNA（snoRNA），核仁小核糖核蛋白（snoRNPs）
        • 18s-rRNA
        • 5.8s-rRNA
        • 28s-rRNA
      • 5'端
        • 16个前导序列，被RNaseP切除
      • 3'端
        • 两个U被RNaseD切除
        • 由核苷酸转移酶加上CCA末端
      • 茎环结构
        • 一些核苷酸碱基经过化学修饰为稀有碱基
        • 嘌呤甲基化生成甲基嘌呤
        • 尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶（DHU）
        • 尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷
        • 腺苷酸脱氨称为次黄嘌呤核苷酸
      • 切除内含子
        • 切除茎环中部的14个内含子
    • rRNA
      • 初级转录产物为45SrRNA
      • 通过加工修饰，在snoRNA，snoRNPs的参与下，逐步剪切为成熟的
        • 18s-rRNA
        • 5.8s-rRNA
        • 28S-rRNA
• 核酶（ribozyme）
  • rRNA自我剪接时有催化作用
  • 化学本质是RNA