第三章第三节原核生物转录与遗传密码教学目标：重难点：教学内容：一、原核生物转录（一）转录起始1 模板识别：第一步：RNA聚合酶的δ亚基发现识别位点，全酶就与启动子的-35区序列结合，形成一个“封闭二元复合物”，封闭指此时DNA保持双螺旋结构，二元指DNA与RNA聚合酶；第二步：与RNA聚合酶结合的启动子处DNA序列“溶解”，形成开放二元复合物，此过程，RNA聚合酶结构变化，DNA双链打开。

2 转录开始：RNA第一个核苷酸合成到RNA聚合酶离开启动子为止。

三元复合物处，RNA成功合成超过10个核苷酸链的RNA后离开启动子。

RNA聚合酶全酶释放δ因子，形成核心酶、DNA模板和新生RNA链组成的稳定三元延伸复合物。

（二）转录延伸：RNA聚合酶沿DNA双链移动，双链DNA解旋，模板暴露，核苷酸链接到3，端，形成RNA-DNA 杂合链；解链区后，DNA双链重新形成双螺旋。

（三）转录终止：一般情况下， RNA 聚合酶起始基因转录后，它就会沿着模板 5 '→ 3 '方向不停地移动，合成 RNA 链，直到碰上终止信号时才与模板 DNA 相脱离并释放新生 RNA 链；终止发生时，所有参与形成 RNA-DNA 杂合体的氢键都必须被破坏，模板 DNA 链才能与有义链重新组合成 DNA 双链。

不依赖于ρ因子的终止：不依赖于ρ因子的强终止子序列两个结构特征：（ 1 ）在终止点之前具有一段富含 G-C 的回文区域；（2）富含 G-C 的区域之后是一连串的 DNA 碱基序列，它们转录的 RNA 链的末端为一连串 U （连续 6 个）。

模板 DNA 上存在终止转录的特殊信号―终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子；终止位点上游一般存在一个富含 GC 碱基的二重对称区，由这段 DNA 转录产生的 RNA 容易形成发卡式结构；在终止位点前面有一段 4 ～ 8 个 A 组成的序列，所以转录产物的 3 '端为寡聚 U ，这种结构特征的存在决定了转录的终止；在新生的 RNA 中出现发卡式结构会导致 RNA 聚合酶的暂停，破坏 RNA-DNA 杂合链 5 '端的正常结构。

寡聚 U 的存在使杂合链的3 '端部分出现不稳定的 rU.dA 区域,两者共同作用使 RNA 从三元复合物中解离出来。

依赖于ρ因子的终止：ρ因子能使 RNA 聚合酶在 DNA 模板上准确地终止转录；ρ因子是一个相对分子质量为 2.0 × 105 蛋白，它能水解各种核苷酸三磷酸，实际上是一种 NTP 酶，它通过催化 NTP 的水解促使新生 RNA 链从三元复合物中解离出来，从而终止转录。

现在一般认为， RNA 合成起始后，ρ因子即附着在新生的 RNA 链上，靠 ATP 水解产生的能量，沿 5 '→ 3 '方向朝 RNA 聚合酶移动，到达 RNA 的 3 ' -OH 端后取代了暂停在终止位点上的 RNA 聚合酶，使之从模板 DNA 上释放 mRNA ,完成转录过程。

抗终止：由于不同的生理要求，在转录过程中有时即使遇到终止信号，仍然需要继续转录，于是出现抗转录终止现象；抗终止转录主要有两种方式：1. 破坏终止位点 RNA 的茎环结构；2. 依赖于蛋白质因子的转录抗终止有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读。

能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子RNA 聚合酶抑制物，（1）利福霉素：抑制细菌 RNA 聚合酶活性。

利福平可以高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌，在体外有抗病毒作用；（2）利链霉素：与细菌 RNA 聚合酶 b 亚基结合，抑制转录过程中 RNA 链的延长反应；（3） a- 鹅膏蕈碱：抑制真核生物 RNA 聚合酶活性。

（三）转录后加工：mRNA不需要加工，rRNA和 tRNA 需要加工。

二、真核生物转录（一）原核和真核生物基因转录的差别①原核生物只有一种 RNA 聚合酶，负责转录所有类型的基因，而真核生物有三种以上的 RNA 聚合酶，负责不同类型基因的转录，在细胞核内的位置也不相同。

②转录产物有差别。

真核的初始产物很长，包括有内含子序列，加工后成熟的 mRNA 只占其中的一小部分。

而原核生物的初始产物与编码的蛋白成线性关系。

③真核生物转录产物要经过加工修饰过程。

④原核的 mRNA 是多顺反子，而大多数真核 mRNA 是单顺反子。

（二）、真核生物mRNA转录后加工1 真核 mRNA 的加工四步： (1) 5 ′加帽；(2) 3 ′加尾 (tailing)；(3)切除内含子(intron cleavage ) ；(4)修饰：对某些碱基进行甲基化。

2真核RNA 的剪接：切除内含子的过程称为 RNA 的剪接 (splicing) 。

在真核生物的细胞核中，含有大量的小分子 RNA ，在天然状态下，它们以核糖核蛋白粒子形式存在，称为 snRNP ；每种 snRNP 通常含有一种或二种 RNA 分子和 10 种左右的蛋白质；参与剪接反应的 snRNA 至少有 5 种： U1 、 U2 、 U5 和 U4/U6 。

RNA 的三种剪接方式：⑴自我剪接内含子：能够自发地进行剪接，又分为Ⅰ型内含子和Ⅱ型内含子两个亚类。

⑵由蛋白酶参与剪接的内含子：主要在 tRNA前体中发现。

⑶由 snRNP 参与剪接的内含子：存在于绝大多数真核细胞的蛋白质基因中。

Ⅰ型内含子的自我剪接四膜虫 35S rRNA 前体的剪接反应是Ⅰ型的典型代表。

特点是需要鸟苷参与。

Ⅱ型内含子的自我剪接不需要鸟苷参与，而由其自身结构决定。

特点是形成套索内含子。

核 mRNA 前体的剪接机制：① U1snRNP 结合于内含子的 5 '端；② U2snRNP 结合到内含子的分支点上；③ U5snRNP 结合到内含子的 3 '端， U4/U6snRNP 结合于 U5 ；④ U1 和 U2 结合，形成套索 RNA 结构；⑤ U4 释放，内含子左侧切断， 5 '外显子作为独立片段释放；⑥内含子的 3 '剪接点切断，形成套索内含子，游离出来；⑦ 5 '外显子和 3 '外显子连接形成成熟 mRNA 。

3 mRNA 前体的加工：原核生物的 mRNA 转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。

亦有少数多顺反子的 mRNA 需要核酸酶切成小单位，然后再翻译。

真核生物 mRNA （半寿期较长）原初转录物很大，在加工过程中形成许多分子大小不等的中间物，它们被称为核内不均一 RNA（ heterogeneous nuclear RNA,hnRNA) ，需要进一步进行加工修饰转化为 mRNA 。

加工包括：（ 1 ） hnRNA 被剪接，把内含子（ DNA 上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（ DNA 上的编码序列）转录序列拼接上 ( 真核生物一般为不连续基因 ) 。

（ 2 ） 3 '端添加polyA “尾巴”；（ 3 ） 5 '端连接“帽子”结构（ m7G5￠ppp5￠NmpNp- ）；（ 4 ）分子内部的核苷酸甲基化修饰。

三、密码子（一）、遗传密码破译1 以均聚物为模板指导多肽合成1961 年， Nirenberg 等人以多聚（ U ）作为模板时发现合成了多聚苯丙氨酸，从而推出 UUU 代表苯丙氨酸（ Phe ）。

以 poly（ C ）及 poly（ A ）做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。

2 以随机共聚物指导多肽合成以多聚二核苷酸作模板可合成由 2 个氨基酸组成的多肽:5' … UGUGUGUGUGUGUGUGUG … 3'不管读码从 U 开始还是从 G 开始，都只能有 UGU （ Cys ）及 GUG （ Val ）两种密码子。

3 以特定序列的共聚物为模板指导多肽合成以共聚三核苷酸作为模板可得到有 3 种氨基酸组成的多肽。

如以多聚（ UUC ）为模板，可能有3 种起读方式：5 ' … UUCUUCUUCUUCUUC … 3 ' 或5 ' … UCUUCUUCUUCUUCU … 3 ' 或5 ' …CUUCUUCUUCUUCUU … 3' 分别产生 UUC （ Phe ）、 UCU （ Ser ）或 CUU （ Leu ）。

多聚三核苷酸为模板时也可能只合成 2 种多肽： 5 ' … GUAGUAGUAGUAGUA … 3 '或 5 ' …UAGUAGU AGUAGUAG … 3 ' 或 5 ' … AGUAGUAGUAGUAGU 3 '，第二种读码方式产生的密码子 UAG 是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）AGU（ Ser ）。

4 核糖体结合技术（二）、遗传密码表及特点（三）、遗传密码性质：⑴连续性⑵简并性⑶专一性⑷终止密码⑸普通性密码的简并性：3 个核苷酸组成一个密码子，4 种核苷酸可组成 64 个密码子，现在已经知道其中 61 个是编码氨基酸的密码子，另外 3 个 UAA 、UGA 和 UAG 是终止密码子。

因为存在 61 种密码子只编码 20 种氨基酸，所以很多密码子编码的氨基酸有重复性；AUG 和 GUG 既是甲硫氨酸及缬氨酸的密码子又是起始密码子，这种双重功能在生物学上的优点还不清楚；同义密码子一般都不是随机分布的，因为其第一、第二位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸的改变并不一定影响所编码的氨基酸，这种安排减少了变异对生物的影响；一般来说，编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率也越高。

密码的普遍性与特殊性：无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言，密码子具有普遍性在支原体中，终止密码子（ UGA ）被用来编码色氨酸等。

1966 年， Crick 根据立体化学原理提出摆动学说（ webblehypothesis ），解释了反密码子中某些稀有成分（如 I ）的配对。

摆动学说认为，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些 tRNA 可以识别 1 个以上的密码子。

（四）遗传密码突变：1 无义突变与错义突变2 移码突变3 抑制基因突变。