本章重點(diǎn)：

　　轉(zhuǎn)錄的反應(yīng)體系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特點(diǎn)，RNA的轉(zhuǎn)錄過程大體可分為起始、延長、終止三個(gè)階段。真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工，包括各種RNA前體的加工過程。

　　本章難點(diǎn)：

　　轉(zhuǎn)錄模板的不對稱性極其命名，原核生物及真核生物的轉(zhuǎn)錄起始，真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，mRNA前體的剪接機(jī)制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ類和第Ⅳ類內(nèi)含子的剪接過程，四膜蟲rRNA前體的加工，核酶的作用機(jī)理。

　　一．模板和酶

　　要點(diǎn)：

　　1．模板 RNA的轉(zhuǎn)錄合成需要DNA做模板，DNA雙鏈中只有一股鏈起模板作用，指導(dǎo)RNA合成的一股DNA鏈稱為模板鏈（template strand），與之相對的另一股鏈為編碼鏈（coding strand），不對稱轉(zhuǎn)錄有兩方面含義:一是DNA鏈上只有部分的區(qū)段作為轉(zhuǎn)錄模板(有意義鏈或模板鏈),二是模板鏈并非自始至終位于同一股DNA單鏈上。

　　2．RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成:α2ββ'稱為核心酶,轉(zhuǎn)錄延長只需核心酶即可。α2ββ'σ稱為全酶,轉(zhuǎn)錄起始前需要σ亞基辨認(rèn)起始點(diǎn),所以全酶是轉(zhuǎn)錄起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三種,分別轉(zhuǎn)錄45s-rRNA; mRNA(其前體是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。

　　3.模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合：轉(zhuǎn)錄模板上有被RNA聚合酶辨認(rèn)和結(jié)合的位點(diǎn)。在轉(zhuǎn)錄起始之前被RNA聚合酶結(jié)合的DNA部位稱為啟動(dòng)子。典型的原核生物啟動(dòng)子序列是-35區(qū)的TTGACA序列和-10區(qū)的Pribnow盒即TATAAT序列。真核生物的轉(zhuǎn)錄上游調(diào)控序列統(tǒng)稱為順式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母細(xì)胞)、增強(qiáng)子等等。和順式作用元件結(jié)合的蛋白質(zhì)都有調(diào)控轉(zhuǎn)錄的作用,統(tǒng)稱為反式作用因子。反式作用因子已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種,能夠歸類的稱為轉(zhuǎn)錄因子(TF),相應(yīng)于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多種及其亞類。

　　基本概念：

　　1.不對稱轉(zhuǎn)錄:兩重含義,一是指雙鏈DNA只有一股單鏈用作轉(zhuǎn)錄模板(模板鏈);二是對不同基因同一單鏈上某些區(qū)段作為模板鏈而另一些區(qū)段作為編碼鏈，即模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。

　　2. 編碼鏈NA雙鏈上不用作轉(zhuǎn)錄模板的那一段單鏈,因其堿基序列除由T代替U而外,其他與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA序列相同而得名。

　　3．σ（sigma）因子:原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始區(qū),這種σ因子稱σ70,此外還有分子量不同,功能不同的其他σ因子。

　　基本要求： 掌握轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別，轉(zhuǎn)錄的不對稱性，原核生物的RNA聚合酶的組成及各亞基的功能，真核生物RNA聚合酶的分類、性質(zhì)及功能，原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解真核生物RNA聚合酶的組成，研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的方法。

　　二．轉(zhuǎn)錄過程

　　1．轉(zhuǎn)錄起始：轉(zhuǎn)錄的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和轉(zhuǎn)錄5'端首位核苷酸組成的起始復(fù)合物。原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸核苷的結(jié)構(gòu),所以其起始復(fù)合物是:pppG-DNA-RNA聚合酶。

　　真核生物起始,生成起始前復(fù)合物(PIC)。例如RNA-pol-Ⅱ轉(zhuǎn)錄,是由各種TFⅡ相互辨認(rèn)結(jié)合,再與RNA聚合酶結(jié)合,并通過TF結(jié)合到TATA盒上.

　　2. 轉(zhuǎn)錄延長: 轉(zhuǎn)錄的延長是以首位核苷酸的3'-OH為基礎(chǔ)逐個(gè)加人NTP即形成磷酸二醋鍵,使RNA逐步從5'向3'端生長的過程。在原核生物,因?yàn)闆]有細(xì)胞膜的分隔,轉(zhuǎn)錄未完成即已開始翻譯,而且在同一DNA模板上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)錄過程。電鏡下看到的羽毛狀圖形和羽毛上的小黑點(diǎn)(多聚核糖體),是轉(zhuǎn)錄和翻譯高效率的直觀表現(xiàn)。

　　3．轉(zhuǎn)錄終止：轉(zhuǎn)錄的終止在原核生物分為依賴Rho因子與非依賴Rho因子兩類。Rho因子有ATP酶和解螺旋酶兩種活性,因此能結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3'末端區(qū)并使轉(zhuǎn)錄停頓及產(chǎn)物RNA脫離DNA模板。非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止,其RNA產(chǎn)物3'-端往往形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),其后又有一串寡聚U。莖環(huán)結(jié)構(gòu)可使因子聚合酶變構(gòu)而不再前移,寡聚U則有利于RNA不再依附DNA模板鏈而脫出。因此無論哪一種轉(zhuǎn)錄終止都有RNA聚合酶停頓和RNA產(chǎn)物脫出這兩個(gè)必要過程。真核生物轉(zhuǎn)錄終止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修飾同步進(jìn)行的。 RNA上的加尾修飾點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征是有AAAUAA序列。

　　基本概念：

　　1．轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 (pre-initiation complex,PIC):是真核生物轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶一同結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始前的DNA區(qū)域而成的復(fù)合物。

　　2．加尾修飾點(diǎn)：真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄不是在mRNA的位置上終止，而是在數(shù)百個(gè)核苷酸之后，研究發(fā)現(xiàn)在編碼鏈讀碼框架的3'端之后，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多GC的序列，這些序列稱為加尾修飾點(diǎn),轉(zhuǎn)錄越過修飾點(diǎn)后，mRNA在修飾點(diǎn)處被切斷，隨即加入polyA。

　　3．Rho因子：是原核生物轉(zhuǎn)錄終止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。轉(zhuǎn)錄終止也可不依賴Rho因子。

　　基本要求：

　　掌握原核生物的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成過程，真核生物轉(zhuǎn)錄起始及起始前復(fù)合物(PIC)的生成，RNA聚合酶Ⅱ催化的轉(zhuǎn)錄起始過程中各種TFⅡ的作用，轉(zhuǎn)錄延伸過程中的化學(xué)反應(yīng)，原核生物的轉(zhuǎn)錄終止的兩種形式，真核生物的轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。了解原核生物RNA聚合酶的各種亞基與真核生物的各種轉(zhuǎn)錄因子之間的關(guān)系即拼版理論，原核生物轉(zhuǎn)錄空泡的形成及轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的釋放過程。

　　三．真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工

　　1． mRNA轉(zhuǎn)錄后加工

　　真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA,多需經(jīng)加工后才具備活性,這一過程稱為轉(zhuǎn)錄后修飾,mRNA轉(zhuǎn)錄后修飾包括首、尾修飾和剪接。加尾修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同步的,5'端修飾主要是指生成帽子結(jié)構(gòu),即把5'-pppG轉(zhuǎn)變?yōu)?'-pmGpppG。其過程需磷酸解、磷酸化和堿基的甲基化。mRNA由hRNA加工而成。真核生物基因由內(nèi)含子隔斷編碼序列的外顯子,是斷裂基因。內(nèi)含子一般也出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物hRNA。切除內(nèi)含子,把外顯子連結(jié)在一起,就是剪接加工。在電鏡下看到加工過程,內(nèi)含子往往被彎曲成套索狀,因此稱為套索RNA。現(xiàn)在知道剪接加工中,需要由多種Sn-RNA與蛋白質(zhì)共同組成的并接體。并接體和hnRNA上的內(nèi)含子邊界序列辨認(rèn)結(jié)合。剪接過程先由含鳥苷酸的酶提供3'-OH對其中內(nèi)含子5'-端的磷酸二酯鍵作親電子攻擊使其斷裂。斷裂的外顯子3'-OH對內(nèi)含子3'-端的磷酸二酯鍵作親電子攻擊,使剛斷出的外顯子完全置換了內(nèi)含子,兩個(gè)外顯子就相連起來,因此這個(gè)過程稱二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。

　　2．tRNA轉(zhuǎn)錄后加工

　　tRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾,除了剪接加工外,還包括tRNA鏈上稀有堿基的形成,以及加上3'端的CCA序列。

　　3．rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

　　rRNA加工多采用自我剪接的形式。自我剪接的RNA本身形成一種特別的二級結(jié)構(gòu),稱為錘頭結(jié)構(gòu)。錘頭結(jié)構(gòu)是指復(fù)合的莖環(huán)組成形態(tài),但其中某些序列上必需是特定的堿基所占據(jù)。這種RNA結(jié)構(gòu),不需要任何蛋白質(zhì),就可以水解RNA鏈上某一特定位點(diǎn)的磷酸二酯鍵。也就是說,這是一種起催化作用的RNA,現(xiàn)稱為核酶。核酶的發(fā)現(xiàn),對酶學(xué)、分子生物學(xué),進(jìn)化生物學(xué)都是重要的理論更新,而且,醫(yī)學(xué)上已開始利用人工設(shè)計(jì)的核酶,去消滅一些作為病原體的RNA病毒或消除一些不利于生命活動(dòng)的細(xì)胞內(nèi)RNA。

　　基本概念：

　　1. 剪接修飾:RNA轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物含有非編碼組分,通過剪接除去非編碼組分,把編碼組份連接起來。剪接修飾最常見的是靠并接體協(xié)助的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng),此外還可有自我剪接及需酶的剪接等剪接方式。

　　2. 外顯子:定義為斷裂基因上及其轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上可表達(dá)的序列?；蜣D(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上通過拼接作用而保留于成熟的RNA中的核苷酸序列或基因中與成熟RNA相對應(yīng)的DNA序列．

　　3. 內(nèi)含子:早期定義為核酸上的非編碼序列。隨著內(nèi)含子功能的被拓寬,建議用"轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上通過拼接作用而被去除的RNA序列或基因中與這種RNA序列相對應(yīng)的DNA序列"較全面。

　　4. 并接體：由snRNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核酸蛋白(核蛋白)復(fù)合物。其功能是結(jié)合內(nèi)含子兩端的邊界序列,協(xié)助RNA的剪接加工。

　　5. 核酶（ribozyme）:具有催化功能(酶的作用)的RNA分子。核酶能起作用的結(jié)構(gòu),至少含有3個(gè)莖(RNA分子內(nèi)配對形成的局部雙鏈),1至3個(gè)環(huán)(RNA分子局部雙鏈鼓出的單鏈)和至少有13個(gè)一致性的堿基位點(diǎn)。

　　基本要求：

　　掌握真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后5ˊ-端加帽；3ˊ-端加尾及mRNA鏈進(jìn)行剪接修飾，tRNA及rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工過程，了解內(nèi)含子的其他剪接方式及功能，核酶的應(yīng)用。