RNA的合成讲义-生物化学与分子生物学.docxVIP

RNA的合成

1.掌握转录的概念；参与转录所需物质及其功能；原核生物和真核生物RNA聚合酶的种类、组成及功能；真核生物mRNA的转录后加工。

2.熟悉转录的过程。

3.了解tRNA和rRNA的转录后加工。

生物体以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化作用下以5′-三磷酸核苷酸为原料合成与模板互补的RNA，这个过程称为转录（transctiption），细胞内的各类RNA都是通过转录生成的，信使RNA（messengerRNA，mRNA）是蛋白质合成的直接模板，DNA分子上的遗传信息是决定蛋白质氨基酸序列的原始模板，转录实际上就是把DNA的碱基序列转抄成RNA的碱基序列，通过RNA的合成，遗传信息从染色体的储存状态转送至细胞质，从功能上衔接DNA和蛋白质这两种生物大分子。

转录产物除编码mRNA、tRNA和rRNA外，在真核细胞还有核仁小RNA（smallnucleolar，snoRNA）、核小RNA（smallnuclearRNA，snRNA）、微RNA（microRNA，miRNA）、干扰小RNA（smallinterferingRNA，siRNA）等非编码RNA，这些非编码RNA是保障遗传信息传递的关键因子，有些在基因表达调控过程中表现出重要的生物学功能。经转录生成的各类RNA（原核mRNA除外）还需加工才能成为具有生物学功能的成熟的RNA。

此外，某些RNA病毒是通过RNA复制的方式合成RNA，在宿主细胞内以病毒的单链RNA为模板合成RNA，如SARS病毒、乙型肝炎病毒、禽流感病毒（H5N1、H7N9等）等。

第一节原核生物转录的模板和酶

RNA的合成属于酶促反应，转录反应体系中包括DNA模板、4种三磷酸核苷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）、DNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependentRNApolymerase，RNA-pol）、某些蛋白质因子及必要的无机离子如Mg2＋等。合成方向为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

在遗传信息传递的过程中，生物体为保留全部的遗传信息，DNA基因组全部进行复制；但是转录却不同，只有少部分基因按细胞的不同发育时期、生理需要和生存环境进行转录。通常将能编码RNA或蛋白质的编码基因称为结构基因，在结构基因的DNA双链上，一股链作为模板，按碱基互补规律指导转录生成RNA，这股转录时作为RNA合成模板的单链称为模板链（templatestrand），相对应的另一股单链称为编码链（codingstrand）。转录产物若是mRNA，则可用作翻译的模板，决定蛋白质的氨基酸序列，模板链既与编码链互补，又与mRNA互补，可见mRNA的碱基序列除用U代替T外，与编码链是一致的。文献刊出的各个基因的碱基序列，为避免烦琐和便于查对遗传密码子，一般只写出编码链。在原核生物，一个包含多基因的DNA双链分子中，一个基因只有一股链可转录生成其编码产物，各个基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上可能是以与其对应的单链为模板。

二、原核生物的RNA聚合酶

RNA-pol催化RNA的合成反应，该反应以DNA为模板，以4种三磷酸核苷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）为基本原料，还需要Mg2＋的参与。RNA合成的化学机制与DNA的复制合成相似，RNA聚合酶催化RNA的合成反应可以表示为：（NMP）n＋NTP→（NMP）n＋1＋PPi，RNA-pol和双链DNA结合时活性最高，以其中一股链为模板，新加入的核苷酸以Watson-Crick碱基配对原则和模板的碱基互补。注意在转录过程中与模板DNA链中A配对的是U而不是T。RNA-pol能够在转录起点处直接启动转录，催化两个核苷酸之间生成磷酸二酯键，因而转录不需要引物。

原核生物中的RNA聚合酶在组成、分子量及功能上极其相似。大肠杆菌（E.coli）的RNA-pol是目前研究得比较透彻的分子，它是由5种亚基（α、β、β′、ω、σ）组成的六聚体（α2ββ′ωσ），分子量达450000，各亚基的功能见表14-1。

表14-1大肠杆菌的RNA聚合酶

核心酶（coreenzyme）由α2ββ′ω亚基组成，σ亚基（又称σ因子，sigmafactor）加上核心酶称为RNA聚合酶全酶。σ亚基能辨认DNA模板上的转录起始部位（启动子），在转录起始时需要RNA聚合酶全酶，转录延长阶段则仅需要核心酶。E.coli中含有多种σ因子，能够识别不同基因的启动子，从而使RNA聚合酶能特异地启动不同基因的转录。

抗结核药物利福平可以特异性抑制原核生物的RNA-pol，它特异性地结合RNA聚合酶的β亚基，从而影响核糖核酸的合成和蛋白质的代谢，导致细菌生长繁殖停止而达到杀菌