文章插图
以DNA为模板形成信使RNA的过程二酶的分类：1．噬菌体的RNA聚合酶结构简单，是单链蛋白，功能也简单 。2．细菌则具有複杂的多亚基结构（450Kd），可识别并转录超过1000个转录单位 。3．真核生物的酶有多种，根据a－鹅膏蕈硷（环状8肽，阻断RNA延伸）的抑制作用可分为三类：聚合酶A对它不敏感，分布于核仁，转录核糖体RNA；聚合酶B对低浓度敏感，存在于核质，转录信使RNA；聚合酶C位于核质，对高浓度敏感，转录小分子量RNA，如转运RNA、5SRNA等 。各种RNA聚合酶都是由10-15种不同亚基组成的多亚基複合物 。4． 线粒体和叶绿体也有RNA聚合酶，结构简单，能合成所有种类RNA 。三酶的构成：大肠桿菌的全酶有5个亚基（α2ββ’ωσ），含2个锌 。β催化形成磷酸二酯键，β’结合模板，σ亚基称为起始因子，可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上 。ββ’ωσ称为核心酶 。σ亚基在不同菌种间变动较大，而核心酶比较恆定 。酶与不同启动子的结合能力不同，不同启动因子可识别不同的启动子 。σ70识别启动子共有序列，σ32识别热休克基因，σ60在氮饥饿时起作用 。σ通过随机移动起作用，不需解链 。四模板：以完整双链DNA为模板，其中仅一条链可转录 。转录时局部解链，转录后DNA重新形成双螺旋结构，所以DNA是全保留的 。三、转录过程分为起始、延长和终止三个阶段 。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部（17bp）解链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键 。第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点 。起始后起始因子离开，核心酶构象改变，沿模板移动，转录生成杂交双链（12bp） 。随后DNA互补链取代RNA链，恢复DNA双螺旋结构 。延伸速度为50nt/s，酶移动17nm 。错误几率为10-5 。聚合酶到达终点时，在终止辅助因子的帮助下停止反应，酶和RNA链脱落，转录结束 。四、启动子和转录因子一定义：酶识别、结合、开始转录的一段DNA序列 。强启动子2秒钟启动一次转录，弱启动子10分钟一次 。二原核生物：大肠桿菌在起点上游约－10硷基对处有保守序列TATAAT，称为pribnow box，有助于局部解链 。在其上游还有TTGACA，称为－35序列，提供RNA聚合酶识别的信号 。三真核生物：複杂，差异较大 。1．信使RNA的启动子通常有三个保守区，－25到－30有TATA框，是解链位置，并决定转录起点；－75位置有CAAT框，与RNA聚合酶的结合有关；更上游还有GC框，某些转录因子可结合 。后两个称为上游因子，对转录起始频率有较大影响；2． 小RNA的启动子在转录区内部，有一些辅助因子帮助RNA聚合酶识别 。五、终止子和终止因子一定义 二所有原核生物的终止子在终点之前都有一个迴文结构，可使酶减慢移动或暂停合成 。大肠桿菌有两类终止子：1． 简单终止子，回文区有一段富含GC对的序列，回文后有寡聚尿苷 。2．依赖ρ的终止子，必须在有ρ因子时才能发挥作用，不含GC对，也无寡聚尿苷 。ρ因子是蛋白质，可与酶作用，释放RNA，并使酶脱离 。三某些因子可使酶越过终止子继续转录，称为通读 。常见于某些噬菌体的时序控制，早期基因与晚期基因以终止子相隔，早期基因产生抗终止因子，使发生通读以表达晚期基因 。六、转录的调控一遗传信息的表达有时序调控和适应调控，转录水平的调控是关键环节，因为这是表达的第一步 。转录调控主要发生在起始和终止阶段 。二操纵子是细菌基因表达和调控的单位，有正调节和负调节因子 。阻遏蛋白的作用属于负调控 。环腺苷酸通过其受体蛋白（CRP）促进转录，可促进许多诱导酶的合成 。操纵子可构成综合性调控网路，如SOS反应等 。对终止子也有调控作用，如衰减子 。三真核生物不组成操纵子，而是通过激素、生长因子等进行调控 。某些DNA序列对转录起增强作用，称为增强子 。第二节 转录后加工一、原核生物一核糖体RNA：大肠桿菌共有7个核糖体RNA的转录单位，每个转录单位由16S、23S、5SRNA和若干转运RNA基因组成 。16S和23S之间常由转运RNA隔开 。转录产物在RNA酶III的作用下裂解产生核糖体RNA的前体P16和P23，再由相应成熟酶加工切除附加序列 。前体加工时还进行甲基化，产生修饰成分，特别是a-甲基核苷 。N4,2’-O二甲基胞苷（m4Cm）是16S核糖体RNA特有成分 。5S核糖体RNA一般无修饰成分 。二转运RNA：有60个基因，其加工包括：1．内切酶在两端切断，大肠桿菌RNA酶P是5’成熟酶；2.外切酶从3’修剪，除去附加顺序 。RNA酶D是3’成熟酶；3．3’端加上CCAOH，由转运RNA核苷醯转移酶催化，某些转运RNA已有，切除附加序列后即露出；4．核苷的修饰：修饰成分包括甲基化硷基和假尿苷，修饰酶具有高度特异性 。甲基化对硷基和序列都有严格要求，一般以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体 。三信使RNA：细菌多数不用加工，转录与翻译是偶联的 。也有少数多顺反子信使RNA必须由内切酶切成较小的单位，然后翻译 。如核糖体大亚基蛋白与RNA聚合酶的b亚基基因组成混合操纵子，转录后需经RNA酶III切开，各自翻译 。因为RNA聚合酶的合成水平低得多，切开有利于各自的翻译调控 。较长的RNA会产生高级结构，不利于翻译，切开可改变其结构，从而影响其功能 。二、真核生物一核糖体RNA：基因拷贝数多，在几十到几千之间 。基因成簇排列在一起，由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体，哺乳动物为45S 。核仁是rRNA合成与核糖体亚基生物合成的场所 。RNA酶III等核酸内切酶在加工中起重要作用 。5SRNA基因也是成簇排列的，由RNA聚合酶III转录，经加工参与构成大亚基 。核糖体RNA可被甲基化，主要在核苷2’羟基，比原核生物甲基化程度高 。多数核糖体RNA没有内含子，有些有内含子但不转录 。二转运RNA：由RNA聚合酶III转录，加工与原核相似，但3’端的CCA都是后加的，还有2’-O-甲基核糖 。三信使RNA：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除 。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物，称为核内不均一RNA(hnRNA） 。其加工过程包括：1．5’端加帽子：在转录的早期或转录终止前已经形成 。首先从5’端脱去一个磷酸，再与GTP生成5’，5’三磷酸相连的键，最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化，形成帽子结构 。帽子结构有多种，起识别和稳定作用 。2． 3’端加尾：在核内完成 。先由RNA酶III在3’端切断，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾 。尾与通过核膜有关，还可防止核酸外切酶降解 。3． 内部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已经存在 。可能对前体的加工起识别作用 。三、RNA的拼接一转运RNA的拼接：由酶催化，酶识别共同的二级结构，而不是序列 。通常内含子插入到靠近反密码子处，与反密码子配对，取代反密码子环 。第一步由内切酶切除插入序列，不需ATP；第二步由RNA连线酶连线，需要ATP 。二四膜虫核糖体RNA的拼接：某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子，其拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行 。其实质是磷酸酯的转移反应，鸟苷酸起辅助因子的作用，提供游离3’羟基 。三信使RNA：真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子，左端为GT，右端为AG 。先在左端切开，产生的5’末端与3’端上游形成5’，2’-磷酸二酯键，构成套索结构 。然后内含子右端切开，两个外显子连线起来 。通过不同的拼接方式，可形成不同的信使RNA 。第三节 RNA的複製一、噬菌体QbRNA的複製其RNA是单链，正链，侵入大肠桿菌后立即翻译，产生複製酶的b亚基，与宿主的三个亚基（α为核糖体蛋白，γ、δ均为肽链延长因子）构成複製酶，进行複製 。先以正链为模板合成负链，再根据负链合成正链 。合成负链时需要宿主的两个蛋白因子，合成正链则不需要，所以可大量合成 。病毒的蛋白质合成受RNA高级结构的调控 。二、病毒RNA複製的主要方式一病毒含正链RNA，先合成複製酶，複製后合成其他蛋白质进行装配 。如噬菌体Qb及灰质炎病毒 。二病毒含负链和複製酶，先合成正链，再合成病毒蛋白和複製病毒RNA 。如狂犬病毒 。三病毒含双链RNA和複製酶，如呼肠孤病毒 。先複製正链，再翻译成病毒蛋白，最后合成负链，形成双链RNA分子 。四致癌RNA病毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆转录生成DNA前病毒，再转录、翻译 。