林謙第7章RNA的生物合成

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1、分子生物學(xué)分子生物學(xué)玉林師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院玉林師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 林謙林謙2013.9.第第7章章 RNA的生物合成的生物合成 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的過程稱為轉(zhuǎn)錄，以RNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程稱為翻譯或轉(zhuǎn)譯。轉(zhuǎn)錄和翻譯統(tǒng)稱為基因表達(dá)。7.1 DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 7.1.1

2、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)某一特定基因來說，作為模板的DNA鏈稱為模板鏈、無義鏈、Waston鏈，與模板鏈互補(bǔ)的另一條鏈稱為編碼鏈、有義鏈、Crick鏈。圖圖7-1 DNA轉(zhuǎn)錄的簡(jiǎn)單圖解轉(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53。 (6) 轉(zhuǎn)錄具有高度的忠實(shí)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

3、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53A-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RNAn1ATPn2GTPn3UTPn4CTPRNA聚合酶Mg2/Mn2DNA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

4、磷酸(NTPs)為原料合成RNA的過程。 轉(zhuǎn)錄(Transcription)轉(zhuǎn)錄過程中堿基配對(duì)差異：NNNNNHHTNNH3COOHADNARNA氫鍵NNNNNHHANNOOH氫鍵RNADNAUNNNNONHHHNNONHHGC氫鍵DNA/RNARNA/DNA模板鏈(template strand)：在轉(zhuǎn)錄過程中直接參與指導(dǎo)RNA合成過程的DNA鏈，其序列與新合成的RNA鏈互補(bǔ)。編碼鏈(coding strand)：在RNA合成過程中不直接參與指導(dǎo)RNA合成的DNA鏈，其序列與新合成的RNA鏈對(duì)應(yīng)。DNARNA模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄本RNA聚合酶5335模板鏈編碼鏈(coding strand)編碼

5、鏈模板鏈(template strand) 高度的忠實(shí)性(high fidelity): 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聚合酶沒有校讀功能。高度的進(jìn)行性(highly progressive): 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。 一旦RNA聚合酶從模板鏈解離，則解離下來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 (asymm

6、etric transcription)* 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。模板鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(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)(開放閱讀框)轉(zhuǎn)錄終點(diǎn)啟動(dòng)子終止子轉(zhuǎn)錄單位7.1.2 DNA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R

7、NA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。 7.1.2.1 RNA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/Mn2DNA模板n1AMPn2GMPn3UMPn4CMP (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(core enzyme)：全酶(holoenzyme)： 2 2圖圖7-2 E. coli RNA pol的體外組裝的體外組裝亞基基因亞基數(shù)目功

8、能rpo A2裝配亞基：與啟動(dòng)子上游元件和活化因子結(jié)合. rpo Brpo C11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。 rpo D1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聚合酶各亞基的性質(zhì)與功能 細(xì)菌的RNA聚合酶都受到利福霉素和利鏈霉素的特異性抑制，這兩種抑制劑作用的對(duì)象都是 亞基。利福霉素抑制轉(zhuǎn)錄的起始，阻止第三、四個(gè)核苷酸的摻入，利鏈霉素與聚合酶結(jié)合，抑制延伸。 這兩種抑制劑不抑制真核生物細(xì)胞核的RNA聚合酶，但對(duì)線粒體和葉綠體內(nèi)的RNA聚合酶有明顯的抑制作用。 7.1.2.2.2 古細(xì)菌的RNA聚合酶 在結(jié)構(gòu)和組成上，古細(xì)菌的RN

9、A聚合酶與真核生物的更像，而非細(xì)菌的RNA聚合酶。7.1.2.3 真核細(xì)胞的RNA聚合酶 真核細(xì)胞的RNA聚合酶在功能上有分工，不同性質(zhì)的RNA分子由不同的RNA聚合酶催化合成。 細(xì)胞核有三種RNA聚合酶。線粒體和葉綠體也有RNA聚合酶，負(fù)責(zé)兩種細(xì)胞器內(nèi)所有RNA分子的合成。 真核細(xì)胞RNA聚合酶自己不能直接識(shí)別啟動(dòng)子，必須借助于轉(zhuǎn)錄因子才能結(jié)合到啟動(dòng)子上。真核細(xì)胞RNA聚合酶的種類RNA聚合酶種類細(xì)胞部位功 能對(duì)抑制物 -鵝膏蕈堿敏感性聚合酶I核仁轉(zhuǎn)錄rRNA不敏感聚合酶II核質(zhì)轉(zhuǎn)錄mRNA敏感聚合酶III核質(zhì)轉(zhuǎn)錄小分子RNA，如tRNA、5S rRNA等中等敏感 細(xì)菌的RNA聚合酶受到利福

10、霉素和利鏈霉素的抑制，但這兩種抑制劑不抑制真核生物細(xì)胞核的RNA聚合酶。 真核生物細(xì)胞核RNA聚合酶對(duì) 鵝膏蕈堿表現(xiàn)出不同程度的敏感性。 利用 鵝膏蕈堿對(duì)三種RNA聚合酶的選擇性抑制可判斷細(xì)胞內(nèi)的某一種RNA由哪一種聚合酶轉(zhuǎn)錄。 放線菌素D能插入到DNA的GC堿基對(duì)之間，導(dǎo)致DNA雙螺旋小溝變寬和扭曲，阻止轉(zhuǎn)錄延伸。rDNA的GC含量最高，因此，RNA聚合酶I對(duì)放線菌素D的作用最敏感。 圖圖7-3 鵝膏蕈堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)鵝膏蕈堿的化學(xué)結(jié)構(gòu) 圖圖7-4 放線菌素放線菌素D的化學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)結(jié)構(gòu) 7.1.3 原核生物的DNA轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄可分為三階段：起始、延伸和終止。7.1.3.1 轉(zhuǎn)錄的起始 7.1.3

11、.1.1 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) 啟動(dòng)子是位于結(jié)構(gòu)基因5端上游的一段DNA序列，可被RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合，以啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。 一般在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游存在轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子序列，它們具有高度的保守性。TATAATTTGACA啟動(dòng)子區(qū)結(jié)構(gòu)基因-10 Box-35 Box531-10-35原核生物啟動(dòng)子10 Box：也稱為Pribnow盒，一致序列為TATAAT，有利于轉(zhuǎn)錄時(shí)雙鏈的解開。35 Box：一致序列為TTGACA，提供聚合酶結(jié)合時(shí)的識(shí)別位點(diǎn)。 -35區(qū)域的核苷酸結(jié)構(gòu)決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度。圖圖7-9 原核生物幾種基因的啟動(dòng)子序列原核生物幾種基因的啟動(dòng)子序列 圖圖7-10 細(xì)菌細(xì)菌RNA pol全酶與啟動(dòng)子的結(jié)合全

12、酶與啟動(dòng)子的結(jié)合 某些活性超強(qiáng)的基因(rRNA基因)除了-35區(qū)和-10區(qū)的啟動(dòng)子序列，在-40和-60之間的區(qū)域還有一種稱為增強(qiáng)元件的啟動(dòng)子序列，可將轉(zhuǎn)錄活性提高30倍。 啟動(dòng)子的一致序列是綜合統(tǒng)計(jì)了多種基因的啟動(dòng)子序列后得出的結(jié)果。在大腸桿菌尚未發(fā)現(xiàn)與一致序列完全相同的啟動(dòng)子序列。 一個(gè)基因的啟動(dòng)子序列與一致序列越接近，該啟動(dòng)子的啟動(dòng)效率就越高，為強(qiáng)啟動(dòng)子；相反，一個(gè)基因的啟動(dòng)子序列與一致序列差異越大，啟動(dòng)效率就越低，為弱啟動(dòng)子。7.1.3.1.2 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成為DNA轉(zhuǎn)錄的限速步驟，起始效率主要由啟動(dòng)子強(qiáng)度決定：強(qiáng)啟動(dòng)子平均每秒鐘啟動(dòng)一次，弱啟動(dòng)子花費(fèi)的時(shí)間

13、長(zhǎng)得多。一旦啟動(dòng)，RNA鏈延伸的速度與啟動(dòng)子強(qiáng)度無關(guān)。圖圖7-11 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄起始過程中開放復(fù)合物的形成細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄起始過程中開放復(fù)合物的形成 RNA聚合酶與模板DNA的結(jié)合開放式啟動(dòng)子復(fù)合物 (open promoter complex) DNA雙鏈在-10 Box附近解開約14bp的區(qū)域，酶與模板形成緊密復(fù)合物。封閉式啟動(dòng)子復(fù)合物(closed promoter complex)全酶的因子識(shí)別-35 Box，并與之結(jié)合。 RNA合成的起始RNA聚合酶(RNA Pol)起始位點(diǎn)(initiation site)通常結(jié)合一嘌呤堿基延伸位點(diǎn)(elongation site) 起始位點(diǎn)的嘌呤堿基

14、與模板+1位堿基配對(duì)延伸位點(diǎn)引入與模板2位堿基配對(duì)的第二個(gè)NTP，形成磷酸二酯鍵新合成RNA鏈延伸約610堿基后，因子從全酶脫落延伸階段在模板指導(dǎo)下依次引入NTP圖圖7-12 基因轉(zhuǎn)錄起始過程中第一個(gè)磷酸二酯鍵的形成基因轉(zhuǎn)錄起始過程中第一個(gè)磷酸二酯鍵的形成 開放復(fù)合物內(nèi)的RNA聚合酶往往會(huì)重復(fù)催化短RNA分子的合成并釋放它們，這樣的合成稱為“無效”合成。聚合酶的活性中心最多能容納8 nt，差不多等于“無效”轉(zhuǎn)錄物的長(zhǎng)度。 每合成一個(gè)“無效”轉(zhuǎn)錄物，聚合酶必須決定是離開啟動(dòng)子，進(jìn)入延伸階段，還是仍然結(jié)合在啟動(dòng)子上，重新啟動(dòng)RNA的從頭合成。 一旦新生的RNA結(jié)合到酶的第二個(gè)RNA結(jié)合位點(diǎn)，酶的催

15、化中心被“重新設(shè)定”，能夠催化合成7 nt12 nt的RNA。 啟動(dòng)子清空指聚合酶離開啟動(dòng)子以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄從起始進(jìn)入延伸的過程。 RNA聚合酶在合成前9個(gè)核苷酸的時(shí)候并沒有在DNA上移位。當(dāng)轉(zhuǎn)錄物長(zhǎng)度達(dá)到一種穩(wěn)定的RNA-DNA雜交雙鏈的時(shí)候，啟動(dòng)子清空才開始發(fā)生。 因子使聚合酶對(duì)啟動(dòng)子有高親和性， 因子一旦解離，核心酶就與非特異性DNA以一般的親和性結(jié)合，這非常適合轉(zhuǎn)錄延伸。為防止 因子與延伸復(fù)合物中的核心酶重新結(jié)合，一種新的蛋白質(zhì)NusA作為延伸因子代替 因子與核心酶結(jié)合。 圖圖7-13 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄從起始階段向延伸階段的轉(zhuǎn)變細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄從起始階段向延伸階段的轉(zhuǎn)變 7.1.3.1.3 RNA聚

16、合酶的移位和轉(zhuǎn)錄的延伸 當(dāng)RNA聚合酶合成了大約10 nt的RNA，延伸便開始。此時(shí)轉(zhuǎn)錄物的長(zhǎng)度足以讓RNA取代 因子。 釋放出來的 因子可重新與核心酶結(jié)合，再次啟動(dòng)新一輪DNA的轉(zhuǎn)錄，稱為RNA聚合酶的循環(huán)。 當(dāng) 因子釋放后，延伸因子NusA蛋白加入進(jìn)來，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸階段。 在延伸過程中，RNA聚合酶不斷移位，轉(zhuǎn)錄新的模板鏈序列。 圖圖7-14 RNA pol的循環(huán)的循環(huán) 因子的脫落，促進(jìn)了RNA合成速度提高到約50核苷酸/秒分子酶。Direction of transcriptionRewindingNegativesupercoilssupercoilsPositiveRNA-DNA h

17、ybrid(8bp)Active siteNTP chanelUnwindingCoding strandTemplate strand5RNA3圖圖7-15 轉(zhuǎn)錄的延伸和轉(zhuǎn)錄泡的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄的延伸和轉(zhuǎn)錄泡的結(jié)構(gòu) 圖圖7-16 RNA pol的移位反應(yīng)的移位反應(yīng) 圖圖7-18 轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)生的各種事件轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)生的各種事件 原核系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄終止的主要方式，也稱為簡(jiǎn)單終止。依賴于位于RNA轉(zhuǎn)錄物3-端的一串U序列，以及位于緊靠U序列上游的一個(gè)富含GC堿基對(duì)的發(fā)夾結(jié)構(gòu)。7.1.3.1.5 轉(zhuǎn)錄終止(1) 不依賴 因子的終止 圖圖7-20 不依賴不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止子結(jié)構(gòu)因子的轉(zhuǎn)錄終止子結(jié)構(gòu) (2) 依賴

18、 因子的終止 因子( factor)：由50kD亞基組成的六聚體，是一種ATP依賴型解鏈酶，可解開RNA/DNA和RNA/RNA雙鏈。 圖圖7-22 因子與轉(zhuǎn)錄物的結(jié)合因子與轉(zhuǎn)錄物的結(jié)合 圖圖7-23 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 7.1.4 真核生物的DNA轉(zhuǎn)錄7.1.4.1 真核生物DNA轉(zhuǎn)錄與細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)錄的主要差別 (1) 染色質(zhì)和核小體結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄有深刻影響 (2) 真核生物的RNA聚合酶與細(xì)菌有許多重要的差別 (3) 轉(zhuǎn)錄的正常進(jìn)行，除了需要RNA聚合酶外，還需要許多轉(zhuǎn)錄因子的參與。 (4) 啟動(dòng)子以外的序列參與調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。 (5) 轉(zhuǎn)錄與翻譯不存在偶聯(lián)關(guān)系。 (6) 轉(zhuǎn)

19、錄的產(chǎn)物多為單順反子，而原核生物的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子。真核生物啟動(dòng)子由轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別。 蛋白輔助因子蛋白輔助因子 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 TF-I RNA pol I TF-II RNA pol II TF-III RNA pol III 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor,TF)：能直接或間接與：能直接或間接與結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控序列(DNA序列序列)或或RNA聚合酶結(jié)合，聚合酶結(jié)合，影響轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)因子。影響轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)因子。 某些轉(zhuǎn)錄因子是三種某些轉(zhuǎn)錄因子是三種RNA聚合酶共有的，如聚合酶共有的，如TBP，另一些轉(zhuǎn)錄因子則是各另一些轉(zhuǎn)錄因子則是各R

20、NA聚合酶特有的。聚合酶特有的。 真核生物包括三類啟動(dòng)子： 類型類型啟動(dòng)子啟動(dòng)子(class promoter)控制控制rRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄類型類型啟動(dòng)子啟動(dòng)子(class promoter)控制控制mRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄類型類型啟動(dòng)子啟動(dòng)子(class promoter)控制小分子控制小分子RNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄7.1.4.2 真核細(xì)胞核DNA轉(zhuǎn)錄的起始、延伸和終止7.1.4.2.1 RNA聚合酶I催化的轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶I負(fù)責(zé)催化28S rRNA、18S rRNA和5.8S rRNA的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄場(chǎng)所為核仁。這三種rRNA共用一個(gè)啟動(dòng)子，含有多個(gè)拷貝。45S rRNA是它們的共同前體，通過轉(zhuǎn)錄后加

21、工分別得到各自的產(chǎn)物。 圖圖7-24 rRNA基因的結(jié)構(gòu)和組織基因的結(jié)構(gòu)和組織 RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄的基因啟動(dòng)子由兩部分組成：核心啟動(dòng)子，是轉(zhuǎn)錄所必需的，與基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄有關(guān)；上游控制元件(UCE)，是基因的有關(guān)轉(zhuǎn)錄所必需的。 RNA聚合酶I需要兩種轉(zhuǎn)錄因子：UBF(UCE結(jié)合因子)、SL1。SL1包含TBP(TATA盒結(jié)合蛋白)和TAF(TBP相關(guān)因子)兩種成分。 TBP是三種RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)。7.1.4.2.2 RNA聚合酶III催化的轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶III負(fù)責(zé)催化tRNA、5S rRNA、7SL RNA、小分子核仁RNA(SnoRNA)、無帽子結(jié)構(gòu)的小分子細(xì)胞 核RN

22、A(SnRNA)和某些病毒的mRNA等。 RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的基因啟動(dòng)子有兩類：一類位于基因的上游，屬于外部啟動(dòng)子；另一類位于基因內(nèi)部，被稱為內(nèi)部啟動(dòng)子。 RNA聚合酶III需要的轉(zhuǎn)錄因子有三種：TF III A、B、C。圖圖7-26 RNA polIII催化轉(zhuǎn)錄的基因的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)催化轉(zhuǎn)錄的基因的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu) 7.1.4.2.3 RNA聚合酶II催化的轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶II負(fù)責(zé)催化mRNA、具有帽子結(jié)構(gòu)的snRNA和某些病毒RNA的轉(zhuǎn)錄。 蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄受到各種順式作用元件的控制，包括核心啟動(dòng)子、調(diào)控元件、增強(qiáng)子和沉默子。 順式作用元件：某些具有調(diào)節(jié)功能的特定DNA序列只能影響同一分子中的

23、相關(guān)基因，發(fā)生在一個(gè)序列中的突變不會(huì)改變其他染色體上等位基因的表達(dá)，這樣的序列稱為順式作用元件。順式作用元件一般沒有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。 反式作用因子：某些調(diào)節(jié)蛋白通過擴(kuò)散結(jié)合于細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)靶位點(diǎn)，發(fā)生突變后將同時(shí)影響不同染色體上等位基因的表達(dá)，這樣的蛋白稱為反式作用因子。核心啟動(dòng)子 也稱基礎(chǔ)啟動(dòng)子，參與招募和定位RNA聚合酶II到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，從而正確地啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。包含下列元件： TATA盒 起始子(Initiator, Inr) TF II B識(shí)別元件(BRE) 下游啟動(dòng)子元件(DPE) GC盒 調(diào)控元件 包括上游臨近元件(UPE)和上游誘導(dǎo)元件(UIE)。 增強(qiáng)子和沉默子 增強(qiáng)子是一種能大幅度提高

24、基因轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元件。可遠(yuǎn)距離作用(可大于幾個(gè)kb)； 位于啟動(dòng)子上游或下游都可發(fā)揮作用；可在模板鏈上或也可位于編碼鏈上；功能與序列方向性無關(guān)；具有組織特異性。 沉默子是一種抑制基因表達(dá)的順式作用元件。圖圖7-28 RNA polII負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)特征負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)特征 參與蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子有兩類：一類是基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子或基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子(GTF)，另一類為特異性轉(zhuǎn)錄因子。前一類為所有蛋白質(zhì)基因表達(dá)所必需，后一類為特定的基因表達(dá)所必需。 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子的功能包括：識(shí)別和結(jié)合核心啟動(dòng)子，招募RNA聚合酶II，正確地與啟動(dòng)子結(jié)合；與其他上游元件或反式作用因子結(jié)合或相互作

25、用；參與蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，有助于轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的裝配和穩(wěn)定?；A(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子包括TF II A、B、C、C、E、F、H、J等。7.2 RNA復(fù)制復(fù)制 RNA復(fù)制是以RNA為模板合成RNA的過程，發(fā)生在許多RNA病毒的生活史中，由依賴于RNA的RNA聚合酶(RdRP，也稱RNA復(fù)制酶)催化。 RdRP在正常宿主細(xì)胞中并不存在，必須由病毒基因組編碼。 RNA復(fù)制具有以下特征： (1) 復(fù)制的方向?yàn)?3； (2) 絕大多數(shù)在模板的一端從頭合成，少數(shù)需要引物。引物為共價(jià)結(jié)合的蛋白質(zhì)或5-帽子； (3) 屬于易錯(cuò)、高突變的RNA合成； (4) 對(duì)放線菌素D一般不敏感，但對(duì)核糖核酸酶敏感； (5) 復(fù)

26、制絕大多數(shù)發(fā)生在宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，少數(shù)在細(xì)胞核。7.2.1 雙鏈RNA病毒的RNA復(fù)制 雙鏈RNA病毒在感染宿主細(xì)胞后，其基因組RNA不能用作mRNA，因此在病毒包裝的時(shí)候就將RdRP包裝到病毒顆粒中，以便在病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后能通過轉(zhuǎn)錄合成mRNA。 病毒侵入細(xì)胞后，借助病毒帶進(jìn)去的RNA復(fù)制酶合成正鏈RNA，再以后者為模板，合成病毒蛋白質(zhì)和復(fù)制病毒RNA。7.2.2 單鏈RNA病毒的RNA復(fù)制7.2.2.1 正鏈RNA病毒的RNA復(fù)制 正鏈RNA病毒一旦進(jìn)入宿主細(xì)胞，即可直接利用其RNA作為mRNA，翻譯出蛋白質(zhì)。病毒RNA的復(fù)制由RNA復(fù)制酶催化，經(jīng)過互補(bǔ)的反基因組負(fù)鏈RNA中間物，再合成

27、出新的基因組RNA。 SARS病毒RNA復(fù)制的基本步驟包括： (1) 病毒感染宿主細(xì)胞后，其RNA復(fù)制酶基因立即被翻譯； (2) 產(chǎn)生的RNA復(fù)制酶催化反基因組RNA(負(fù)鏈RNA)的合成； (3) 以負(fù)鏈RNA為模板，轉(zhuǎn)錄一系列3-端相同、但5-端不同的亞基因組mRNA； (4) 每一個(gè)亞基因組RNA只有第一個(gè)基因被翻譯成蛋白質(zhì)； (5) 全長(zhǎng)的mRNA并不作為翻譯模板，而是作為基因組RNA被包裝到新病毒顆粒中。圖7-32 正鏈RNA和負(fù)鏈RNA基因組的復(fù)制圖圖7-33 正鏈正鏈RNA病毒的病毒的RNA復(fù)制復(fù)制7.2.2.2 負(fù)鏈RNA病毒的RNA復(fù)制 負(fù)鏈RNA病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，必須拷貝成與其互補(bǔ)的正鏈RNA，才能制造出病毒蛋白。在新病毒顆粒包裝時(shí)，需要將RNA復(fù)制酶包裝到病毒顆粒中，以便在病毒進(jìn)入新的宿主細(xì)胞后能夠迅速轉(zhuǎn)錄出mRNA。圖圖7-34 流感病毒的生活史流感病毒的生活史