生化RNA的合成

核糖核酸（缩写为RNA，即Ribonucleic Acid），存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种，即A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、U（尿嘧啶），其中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T（胸腺嘧啶）。核糖核酸在体内的作用主要是引导蛋白质的合成。

第十四章RNA的合成

• 第一节原核生物转录的模板和酶
  • 转录 (transcription) 是生物体以DNA为模板合成RNA的过程 参与转录的物质：原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA 酶 : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子及Mg2+和Mn2+等 合成方向5→3，核苷酸间的连接方式为 3，5-磷酸二酯键。
  • 一、原核生物转录的模板
    • 作为一个基因载体的一段DNA双链片段，转录时作为RNA合成模板的一股单链称为模板链，相对应的另一股单链被称为编码链
  • 二、RNA聚合酶催化RNA合成
    • RNA聚合酶能从头启动RNA链的合成
      • DNA依赖的RNA聚合酶 直接启动转录；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。 RNA链的起始合成不需要引物
    • RNA pol由多个亚基组成
      • 2*a，β，β’，w，δ六聚体蛋白质 核心酶：由2*a，β，β’，w亚基组成。与转录全过程有关，可催化NTP按模板的引导合成RNA。 全酶：RNA聚合酶的δ亚基与核心酶共同称为全酶 δ亚基的功能：辨认转录起始点
    • RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录
      • 对于整个基因组来说，转录是分区段进行的。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子。操纵子包括了若干个基因的编码区及其调控序列。
      • RNA聚合酶保护法；受保护的DNA位于转录起始点的上游，是转录起始调节区。
      • 以开始转录的5’段第一位核苷酸位置转录起点为+1，用负数表示其上游的碱基序号。
• 第二节原核生物的转录过程
  • 原核生物的转录过程可分为转录起始、转录延长和转录终止三个阶段
  • 转录起始需要RNA pol全酶
    • 1.RNA聚合酶全酶识别并结合启动子，形成闭合转录复合体
    • 2. DNA双链打开，形成开放转录复合体
    • 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成第一个磷酸二酯键
  • RNA pol核心酶独立延长RNA链
    • 1.δ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；
    • 2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。
  • 原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行
  • 原核生物转录终止分为依赖ρ因子与非依赖ρ因子两大类
    • 依赖ρ因子的转录终止：ρ因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强，但对poly dC/dG组成的DNA的结合能力就低得多。
      • ρ因子的作用：与单链RNA结合 ATP水解酶活性 解螺旋酶活性
    • 非依赖ρ因子的转录终止
      • 茎环结构使转录终止的机制:使RNA聚合酶变构，转录停顿； 局部RNA/DNA杂化短链的碱基配对是最不稳定的。 RNA链上的多聚U也是促使RNA链从模板上脱落的重要因素。
• 第三节真核生物RNA的合成
  • 真核生物至少有三种DNA依赖的RNA聚合酶
    • RNA聚合酶Ⅰ（RNA pol Ⅰ） RNA聚合酶Ⅱ（RNA pol Ⅱ） RNA聚合酶Ⅲ（RNA pol Ⅲ）
  • 转录因子在真核生物转录起始中具有重要作用
    • 真核生物的RNA聚合酶不能直接识别转录的起始点
    • 与原核生物的显著不同是，起始和延长过程都需要众多相关的蛋白质因子参与，这些因子被称为转录因子（TF）或反式作用因子
    • 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为通用转录因子或基本转录因子
    • 不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游都有不同的特异DNA序列，包括启动子、增强子等，统称为顺式作用元件
  • 真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象
    • 核小体
  • 真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行
    • .真核生物mRNA的3´-端有多聚腺苷酸尾的结构：多聚A结合蛋白 polyA
• 第四节真核生物RNA前体的加工和降解
  • 核不均一RNA经首、尾修饰和剪接后成为mRNA
    • 前体mRNA在5-末端加入“帽”结构
      • 5’-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。 起始步骤：加帽酶和甲基转移酶催化完成。
      • 帽结构的意义 使mRNA免遭核酸酶的攻击 与帽结合蛋白质复合体结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。
    • 前体mRNA在3-端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾
      • 同时进行
    • 前体mRNA的剪接主要是去除内含子
      • 去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟RNA的过程称为mRNA剪接
      • 断裂基因：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因(splite gene)。 外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列，称为外显子（exon)。 内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列称为内含子（intron）。
      • 大多数内含子都以GU为5′端的起始，而其末端则为AG-OH-3′。5′GU……AG-OH-3′称为剪接接口或边界序列。
      • 有些则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的mRNA，这一现象称为可变剪接，又称选择性剪接。
    • mRNA编辑是对基因的编码序列进行转录后加工
      • 有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因的初级转录物序列并不完全对应，mRNA上的一些序列在转录后发生了改变，称为RNA编辑
  • 真核rRNA前体经过剪接形成不同类别的rRNA
    • 基因间隔：基因与基因之间 内含子
  • 真核生物前体tRNA的加工包括核苷酸的碱基修饰
  • RNA催化一些内含子的自剪接
  • RNA在细胞内的降解有多种途径
• 真核生物mRNA转录后加工
  • 信使RNA (messenger RNA, mRNA)：蛋白质生物合成的模板 仅占细胞RNA总重量的2～5％ 约有105个不同种类 大小、丰度和稳定性差异巨大。 真核生物mRNA比原核生物mRNA更复杂。
  • 1.真核细胞mRNA的5´-端有帽结构
  • 2.真核生物mRNA的3´-端有多聚腺苷酸尾的结构：多聚A结合蛋白 polyA
  • 3.hnRNA经过修饰成为成熟mRNA： hnRNA经过剪接和加工过程，剔除内含子，连接外显子，成为成熟mRNA。