第十二章 RNA 的生物合成RNA Biosynthesis
本章重点讨论RNA 的生物合成， 对RNA 的合成后加工和RNA 的复制作一般介绍。

第一节 DNA 指导下RNA 的合成（转录）
第二节 RNA 转录后加工
第三节 RNA 指导下RNA 的合成(RNA 的复制) 第四节 核酸生物合成的抑制剂 遗传信息传递的 中心法则 （同第十一章） 第一节 DNA 指导下RNA 的合成
一、转录的概念
二、RNA 聚合酶及催化反应 三、RNA 合成过程
四、 启动子和转录因子 五、 终止子和终止因子
一、转录的概念和DNA 的有义链和反义链 转录是在 DNA 的指导下的RNA 聚合酶的催化下， 按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成 一条与模板DNA 互补的RNA 的过程。

RNA 的转录从DNA 模板的特定位点开始，并在 一定的位点终止。

此转录区域为一个转录单位。

二、 RNA 聚合酶及催化反应
（一）.E.coli RNA 聚合酶的结构与功能 1.RNA 聚合酶的结构
●全酶(α2ββ'σ)：能同启动子部位结合，并催化转录的起始 ●核心酶(α2ββ')：催化RNA 的（延长）合成。

2.亚基的功能
★α亚基可能与识别启动子区域的顺序有关。

★β亚基是RNA 聚合酶的催化亚基，该亚基可与RNA 聚合酶抑制剂利福平结合，从而导致酶活性的丧失。

★β'亚基的功能与RNA 聚合酶同模板DNA 的结合有关。

用酶解的方法将β'亚基除去，导致该酶同DNA 结合能力下降。

★σ亚基（因子）与RNA 聚合酶对启动子部位的识别有关。

一旦RNA 聚合酶结合在正确的转录起始部位上，且合成第一个磷酸二酯键后，σ因子便解离出来。

不同的σ因子识别不同的启动子，基因的表达受不同的启动子控制。

（二）. RNA 聚合酶催化RNA 合成所必需的组分
1. 模板：双股DNA 是有效的模板，产物的性质取决于模板
2. 4种rNTP ；
3. 二价的金属离子Mg 2+和Mn 2+。

在E.coli 细胞内，或者说细菌细胞内的所有三种细胞RN （mRNA ，tRNA 和rRNA ）都是同一种RNA 聚合酶根据模板合成出来的。

（三）. 真核生物RNA 聚合酶
聚合酶Ⅰ（或A ）催化rRNA 的合成（5.8 S ，18 S 和28 S ）； 聚合酶Ⅱ（或B ）催化mRNA 的合成；
聚合酶Ⅲ（或C ）催化tRNA 的合成以及5 S rRNA 的合成。

（根据对α－鹅膏蕈碱的敏感性区分）。

三、RNA 合成过程
RNA 的合成是在DNA 的一条链上进行。

在活体内，DNA 的两条链中只有一条链可用于转录，或者某些区域以这条链转录，而在另一些区域以另一条链转录。

可被转录的DNA 链称为反义链（antisense strand ）或非编码链（noncoding strand ）。

它的顺序同转录合成的RNA 链互补。

相对应的DNA 链称为有义链或编码链（sense strand or coding strand ），它的顺序同被转录合成的RNA 链相同。

RNA 合成
1. RNA 聚合酶与DNA 模板的结合
RNA 聚合酶先同DNA 非专一性结合。

在σ亚基的帮助下，聚合酶很快地滑向转录的起始部位。

这个部位称为启动子（promoter ），是聚合酶全酶专一性结合并启动转录的部位。

RNA 聚合酶催化的反应A C G A
C G U
U 模板DNA
5´
3´5´
3´
新合成RNA
链的延长反应是RNA 聚合酶核心酶催化下进行的。

链的延伸方向是5'－3'，而核心酶沿模板链3'－5'方向移动，这与RNA 是在DNA 指导下合成的结论是一致的。

4. 链的终止
1）许多E.coli 的基因转录终止顺序能被RNA 聚合酶本身所识别，并具有两个共同的特征（图8a ）： ★有一连串的4到10个A·T 碱基对，模板链上表现为连续的AAA…，
★一段富含G + C 的区域,呈回文顺序。

因此，这个区域的RNA 转录结构能自我互补形成“发夹”结构，其后由几个U 残基连接，于是与模板的结合力减弱，很容易使RNA 从模板上解离下来。

2）另外一个终止机制需要rho 因子（ρ）。

ρ因子由6个相同的亚基组成，它能识别不能由RNA 聚合酶本身所识别的终止信号，并且具有DNA －RNA 解螺旋酶的活性，因而使RNA 和RNA 聚合酶 从终止部位解脱下来。

真核生物和原核生物转录的差别
; 启动子不同; 转录后RNA 加工修饰不同
DNA
核核糖体
新生蛋白质
真核生物
原核生物
mRNA 转运
加工mRNA
大肠杆菌两类终止子的回文结构
A. 不依赖于Rho （ρ）
的终止子
A. 依赖于Rho （ρ）的
终止子
富含G-C
系列U
五、 启动子和转录因子
启动子( promoter)是指RNA 聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA 序列。

RNA 聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子(transcriptional factor)。

利用足迹法(footprint)和DNA 测序法可以确定启动子的序列结构。

六、 终止子和终止因子
提供转录停止信号的DNA 序列称为终止子( termter)。

协助RNA 聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination factor)。

有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使RNA 聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antitermination)。

第二节 RNA 转录后的加工
一、RNA 的加工 真核生物rRNA 前体 二、RNA 的拼接、编辑和再编码 三、RNA 生物功能的多样性 四、RNA 的降解 rRNA 的加工
1) 细菌rRNA 的加工
3′σpromoter)(terminator)
5′
σRNA 聚合酶
σ
5′3′ρ3′
3′ρ
细菌的各种rRNA （16S 、23S 和5S ）的基因排列在一个转录单位中。

在E.coli 中检测出7个这样的转录单位。

转录和加工同时进行，不存在一个完整的前体。

但是从缺失 RNase Ⅲ的突变体中，可分离出它们的共体前体（约5500nt ）。

除包含三种主要的rRNA 外，还含有tRNA 产物。

rRNA 前体（pre-rRNA ）的加工涉及到RNase Ⅲ、RNase P 、RNase E 和RNase F （这些在初级加工中涉及），以及RNase M16、M23和M5（这些在二次加工中涉及（图11））。

2) 真核生物rRNA 的加工
真核生物rRNA 的加工发生在细胞核的核仁部位。

真核生物的18S 、5.8S 和28S rRNA 是作为单一的转录单位转录的产物（7500nt ，约45S ）出现的。

这些rRNA 之间被间隔顺序分开。

（图12）。

E.coli 染色体含有大约60种tRNA 基因，其中有些是rRNA 操纵子的组分，其他则散布在（但往往成串）整个染色体上。

tRNA 最初的转录产物（含有多达5个相同的tRNA ）在分子的3ˊ端和5ˊ端含有额外的核苷酸顺序，需要通过加工、切除。

加工的过程与E.coli rRNA 加工相似，而且也使用某些相同的酶。

E.coli RNase P 加工tRNA ，产生tRNA 的5ˊ端。

S.Altman 证实，RNase P 有两种组分，即377nt 的RNA 和119个氨基酸的蛋白质。

在高盐浓度下是这个RNA 组分具有催化反应的性质，而蛋白质组分则没
tRNA 前体分子的加工
a、切除tRNA前体两端多余的序列：5’—端切除几到10个核苷酸。

b 、末端添加：3’-端添加CCA 序列。

c 、修饰：形成稀有碱基如DH 2 。

RNAaseP
RNAaseF RNAaseP RNAaseF
RNAaseD RNAaseD
A C C
ϕ
ϕ
ϕ
表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用
表示核酸外切酶的作用表示异构化酶的作用
m 7G-5´ppp-N-3 ´p
5′端接上一个“帽子”(CAP)结构；
3′端添加PolyA“尾巴”, 由RNA 末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)
问答题
1、比较DNA 复制与RNA 转录的异同。

2、比较DNA 聚合酶与RNA 聚合酶催化作用的异同。

3、DNA 复制的高度准确性是通过什么来实现的？
4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？
5、何谓基因工程？简述其基本理论、基本过程及应用价值 名词解释：中心法则、半保留复制、转录、反转录、翻译、
有意义链 反意义链、内含子、外显子、冈崎片段、突变
DNA 和RNA 合成的比较。