林謙第7章rna的生物合成

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1、分子生物學(xué)玉林師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林謙2013.9.第7章RNA的生物合成DNA是生物最重要的遺傳物質(zhì)，其貯存信息的方式是它的一級(jí)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)是生物體功能的主要執(zhí)行者，其功能由特定的三維結(jié)構(gòu)決定，但蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)歸根到底也是由其一級(jí)結(jié)構(gòu)決定。要將DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，首先需要按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原理，以DNA為模板，RNA，然后再以RNA為模板，合成蛋白質(zhì)。這種以RNA為模板合成RNA的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄，以RNA為模板合成蛋白質(zhì)的過(guò)程稱為翻譯或轉(zhuǎn)譯。轉(zhuǎn)錄和翻譯統(tǒng)稱為基因表達(dá)。7

2、.1DNA轉(zhuǎn)錄7.1.1轉(zhuǎn)錄的一般特征(1)轉(zhuǎn)錄發(fā)生在DNA分子上某些特定的區(qū)域轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在DNA分子上具有轉(zhuǎn)錄活性的區(qū)域，DNA兩條鏈并不是總會(huì)被轉(zhuǎn)錄。對(duì)某一特定基因來(lái)說(shuō)，作為模板的DNA鏈稱為模板鏈、無(wú)義鏈、Waston鏈，與模板鏈互補(bǔ)的另一條鏈稱為編碼鏈、有義鏈、Crick鏈。圖7-1DNA轉(zhuǎn)錄的簡(jiǎn)單圖解(2)以NTP作為底物，需要Mg2+的激活。(3)需要模板，需要DNA解鏈，但不需要引物。(4)第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸。(5)轉(zhuǎn)錄的方向總是5'→3'。(6)轉(zhuǎn)錄具有高度的忠實(shí)

3、性，但低于DNA復(fù)制。(7)轉(zhuǎn)錄受到嚴(yán)格調(diào)控，主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始階段。復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的共同點(diǎn):DNA模板堿基配對(duì)規(guī)律生成磷酸二酯鍵鏈延長(zhǎng)方向5'→3'A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對(duì)mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA(半保留復(fù)制)產(chǎn)物A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對(duì)mRNA，tRNA，rRNA產(chǎn)物RNA聚合酶DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板鏈轉(zhuǎn)錄(不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄)兩股鏈均復(fù)制模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制需要引物不需要引物復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn):底物NTP產(chǎn)物RNAn1ATPn2GTPn3UTPn4

4、CTPRNA聚合酶Mg2＋/Mn2＋DNA模板n1AMPn2GMPn3UMPn4CMP＋(n1+n2+n3+n4)PPi在RNA聚合酶的催化作用下，以DNA為模板，四種核糖核苷三磷酸(NTPs)為原料合成RNA的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄(Transcription)轉(zhuǎn)錄過(guò)程中堿基配對(duì)差異：模板鏈(templatestrand)：在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中直接參與指導(dǎo)RNA合成過(guò)程的DNA鏈，其序列與新合成的RNA鏈互補(bǔ)。編碼鏈(codingstrand)：在RNA合成過(guò)程中不直接參與指導(dǎo)RNA合成的DNA鏈，其序列與新合成

5、的RNA鏈對(duì)應(yīng)。DNARNA模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄本RNA聚合酶5?3?3?5?模板鏈編碼鏈(codingstrand)編碼鏈模板鏈(templatestrand)高度的忠實(shí)性(highfidelity):轉(zhuǎn)錄的忠實(shí)性是指一個(gè)特定基因的轉(zhuǎn)錄具有固定的起點(diǎn)和固定的終點(diǎn)，而且被轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的剪基序列，嚴(yán)格遵守堿基互補(bǔ)原則。然而，轉(zhuǎn)錄出錯(cuò)率高于復(fù)制出錯(cuò)率。因?yàn)镽NA聚合酶沒(méi)有校讀功能。高度的進(jìn)行性(highlyprogressive):正常的轉(zhuǎn)錄一旦發(fā)生，就不會(huì)中途停止，轉(zhuǎn)錄終止前RNA聚合酶不從模板鏈解離下來(lái)。

6、一旦RNA聚合酶從模板鏈解離，則解離下來(lái)的酶不可能與解離點(diǎn)重新結(jié)合。調(diào)控區(qū)：調(diào)控轉(zhuǎn)錄的區(qū)域不在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的序列中，而是在轉(zhuǎn)錄開(kāi)始位點(diǎn)的上游。復(fù)制調(diào)控的區(qū)域在復(fù)制產(chǎn)物序列中。不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)*在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈可轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；*模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄單位：一個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位(操縱子?，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游的調(diào)控序列。+1轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)編碼區(qū)(開(kāi)放閱讀

7、框)轉(zhuǎn)錄終點(diǎn)啟動(dòng)子終止子轉(zhuǎn)錄單位7.1.2DNA轉(zhuǎn)錄的酶學(xué)轉(zhuǎn)錄主要由RNA聚合酶催化。RAN聚合酶的三維結(jié)構(gòu)高度保守。細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物細(xì)胞核和葉綠體的RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成；噬菌體和線粒體基因組編碼的RNA聚合酶只有1個(gè)亞基。所有的多亞基RNA聚合酶都有5個(gè)核心亞基，細(xì)菌還有一個(gè)專門識(shí)別啟動(dòng)子的因子。7.1.2.1RNA聚合酶與DNA聚合酶的性質(zhì)比較RNA聚合酶催化的反應(yīng)為：底物NTP產(chǎn)物RNAn1ATPn2GTPn3UTPn4CTPRNA聚合酶Mg2＋/Mn2＋DNA模板n1AMPn2

8、GMPn3UMPn4CMP＋(n1+n2+n3+n4)PPi7.1.2.2.原核細(xì)胞RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)與功能7.1.2.2.1細(xì)菌的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)：全酶(holoenzyme)：圖7-2E.coliRNApol的體外組裝亞基基因亞基數(shù)目功能rpoA2裝配亞基：與啟動(dòng)子上游元件和活化因子結(jié)合.rpoBrpoC11催化中心：結(jié)合核苷酸底物，催化磷酸二酯鍵形成，與模板DNA結(jié)合。rpoD1識(shí)別亞基：可識(shí)別啟動(dòng)子，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始。1功能不詳。大腸桿菌RNA聚合酶