第三章RNA的生物合成.docx

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第三章RNA的生物合成

第三章RNA的生物合成

教学大纲要求

1.掌握转录的概念及特点。

2.初步掌握原核生物RNA聚合酶的组成和功能、真核生物RNA聚合酶的功能。

3.熟悉RNA转录过程。

4.了解几种RNA转录后加工过程。

5.掌握核酶概念、特点和作用。

教材内容精要

一、RNA生物合成概念

转录（transcription）是指以DNA为模板，合成RNA的过程。

真核生物储存遗传信息的DNA位于细胞核内，要指导合成蛋白质，首先必须把它的碱基序列抄录成RNA的碱基序列，然后，RNA穿过核膜，进入胞液中，作为蛋白质合成的模板，才能把遗传信息传递到核外。

因为转录和复制都是在DNA指导下的核苷酸聚合过程，两者之间有许多相同之处。

但两者在模板，酶类及聚合过程中也有显著差别。

以RNA为模板合成RNA的过程称RNA复制。

RNA复制见于RNA病毒基因组的复制过程。

二、转录的模板和酶

1．转录模板：

因转录是在细胞不同的发育时期按生存条件和需要选择性的转录某个基因，这种选择性转录称不对称转录（asymmetrictranscription）。

它有两个含义，其一，DNA双链分子中，只有一条单链可作为模板进行转录，其二，不同基因的模板链并不是全在同一条DNA单链上。

DNA双链中能指引转录生成RNA的单股链称模板链（templatestrand），模板链上能够转录出mRNA，然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因，其他部分可能转录成tRNA和rRNA，或作为基因的调节成分。

相对应的另一条链没有转录功能，但其序列与转录生成的mRNA大致相同，可以直接了解编码蛋白质的氨基酸序列，故称为称为编码链（codingstrand），也称有意义链，或Crick链，而与之互补的模板链称为反意义链，或Watson链。

不同的基因分别分布在DNA分子上两条互补的单链中，各个基因的模板链并不全在同一条链上。

2．转录的酶：

参与转录的酶主要是依赖DNA的RNA聚合酶（DNAdependentpolymerase），简称DNA-pol，它催化核糖核苷酸之间形成3'-5'磷酸二酯键，合成RNA。

原核生物RNA-pol在组成及功能上与大肠杆菌（E.coli）的RNA-pol相似。

E．coli的RNA聚合酶的全酶（holoenzyme）由五个亚基组成，即α2ββ'σ，σ亚基（σ因子）有辨认转录起始点的功能。

σ亚基在RNA合成启动之后即脱离其它亚基。

脱离其它亚基后的RNA-pol称核心酶（coreenzyme）。

即α2ββ'。

转录起始需要全酶，转录延长仅需要核心酶。

真核生物RNA-pol目前发现三种，分别称RNA-pol、Ⅱ、Ⅲ。

它们在细胞内的定位、性质及转录的产物不同。

poIⅠ催化生成rRNA，polⅡ催化生成hnRNA，后者进一步加工生成mRNA，polⅢ催化生成tRNA。

可见，poIⅡ是最重要的一种。

3.模板与酶的辨认结合：

转录在DNA模板上特定部位开始，此部位称转录起始点。

从转录起始点开始与转录方向相同的区域称下游（downstream），与转录方向相反的区域称上游（upstream）。

RNA聚合酶识别并结合的部位称启动予（promotor），位于起始点的上游，在原核生物，σ因子辨认和结合启动子上的特殊序列是-35区的TTGACA序列和-10区的TATAAT序列。

停止转录作用的部位，称为终止信号，位于起始点的下游。

4．转录的原料及其它成分

原料是四种三磷酸核糖核苷酸，有ATP，GTP．CTP．UTP，某些蛋白质因子及无机离子也参与转录过程。

二、转录的过程

转录全过程分起始、延长、终止3个阶段

1．转录起始：

转录起始的第一步是先由σ因子辨认DNA的启动子，并由RNA-pol全酶与启动子结合，DNA双链打开10～20个碱基对，形成转录空泡（transcriptionbubble）。

RNA-pol按模板链上核苷酸的序列，以四种NTP为原料，按碱基互补原则依次与模板链上的相应碱基配对（A—T，U—A，G—C）。

在起始点处，两个与模板配对的核苷酸，在RNA-pol的催化下，以3'-5'磷酸二酯键相连，形成RNA聚合酶全酶、模板和转录5'端首位的四磷酸二核苷组成的转录起始复合物。

RNA5'端总是三磷酸嘌呤核苷酸，GTP或ATP。

以GTP最常见．所以起始复合物是由RNA聚合酶全酶、DNA、pppGpN-OH3'所构成。

起始复合物生成后，σ因子即脱落。

脱落的σ因子可再次与核心酶结合，开始下一次转录开始，所以σ因子可反复使用于转录起始过程的。

2．转录延长：

是在转录起始复合物3'-OH端逐个加入NTP形成RNA链。

：

延长阶段的化学反应主要是催化与模板相配对的核苷三磷酸（NTP）相聚合，形成3'，5'-磷酸二酯键。

因此，转录延长的方向也是5'→3'。

σ因子脱落以后，核心酶向模板链下游移动，在核心酶的催化下，与DNA摸板链互补的NTP逐个聚合到新生的RNA链上。

聚合时，是与前一个核苷酸以3'-5'磷酸二酯键相连，合成方向5'到3'，这样RNA链不断延长。

形成核心酶-DNA-RNA转录复合物。

。

随着反应的进行，核心酶沿着DNA链向前移动，继续催化下一个核苷酸的聚合，这样逐渐形成一条RNA新链，新链与DNA模板构成杂化双链，它们与转录酶共同构成转录复合物。

随着转录的进一步延长，RNA与模板逐渐分离，DNA重新形成双螺旋结构。

另外发现，在同一DNA模板上，可以有相当多的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA，而且在较长的RNA链上可以看到核糖体附着，说明转录过程未完全终止，就可以开始进行翻译。

3．转录终止核心酶移动到DNA模板的的转录终止部位，就停顿下来不再向前移动，转录产物RNA从转录复合物上脱落下来。

转录终止有依赖ρ因子的转录终止和非依赖ρ因子的转录终止两种机制。

ρ因子可以识别井结合转录终止信号，还有ATP酶和解螺旋酶的两种活性，与终止信号结合后，可以使RNA聚合酶停止移动，聚合反应停止，利用两种酶的活性，可使产物RNA脱离DNA模板，完成转录终止。

非依赖ρ因子的转录终止是通过RNA产物的特殊结构实现的。

模板链终止部位的一些特殊的碱基序列转录出来的RNA产物的3’端常常形成茎环结构以及后随的一连串的寡聚U，茎环结构可使RNA聚合酶核心酶变构不再前移，而寡聚U则有利于RNA链与摸板链脱离，因为U-A碱基配对是所有碱基配对中最不稳定的配对。

转录过程的3个阶段是紧密连接的，凡是能够影响某一环节的因素，都要影响转录的正常进行。

例如，利福霉素能抑制细菌的RNA聚合酶的活性，因而抑制细菌的RNA合成。

利福平是利福霉素的衍生物，它能影响RNA聚合酶p亚基的功能，阻碍RNA链上第一个磷酸二酯键的生成，干扰转录的起始。

三、转录后的修饰

转录后生成的RNA链还需经过一系列的变化才能变成成熟的rRNA、tRNA、mRNA，这称为转录后的修饰。

真核生物转录后的修饰比较复杂，包括3类RNA的加工，并且各有特点。

mRNA的转录后加工包括对其5’端和3’端的修饰以及对mRNA链进行剪接等过程。

5’的修饰是在核内一些酶的催化下，先把pppG水解成pG，再与GTP聚合成GpppG，然后接受甲基，生成Gppp”G的帽子结构。

该结构能够与翻译起始的一种蛋白质因子相结合，促使翻译的起始。

3’—端的修饰是与转录终止同时进行的，在核酸外切酶的作用下切除3’端多余的核苷酸，然后加上由，100～200个ATP聚合而成的多聚A（PolA）尾巴。

该尾巴有利于增加mRNA作为翻译模板的活性，也有利于增强自身的稳定性。

真核生物的基因是由外显子（exon；即编码氨基酸的核苷酸序列）和内含子（intron，即非编码氨基酸的核苷酸序列）构成的断裂基因。

因此转录出的hnRNA必须由特异的，RNA酶把非编码部分切除，再把编码部分连接起来，才能生成成熟的mRNA，作为蛋白质生物合成的模板。

由真核生物RNA聚合酶直催化形成的tRNA初级产物，也要经过加工修饰，才能变成成熟的tRNA。

该修饰过程也包括剪接，但最常见的是进行甲基化反应，脱氨基反应，还原反应及转位反应等。

形成一些稀有碱基。

另外，还要在3'-末端加上共同的-CCA-OH的柄部结构，在翻译中结合氨基酸。

rRNA的加工修饰，主要是把45S的rRNA剪接成18SrRNA、5.8SrRNA以及28SrRNA。

但这种剪接不需要蛋白质酶类参与，而是靠核酶（ribozyme）催化。

核酶是指由RNA发挥催化作用的酶，其结构与蛋白酶相似，呈槌头结构，也有底物部分和催化部分，对某些特定的化学反应起催化作用。

核酶的发现扩展了酶的概念，表明酶这类生物催化剂不仅仅局限于蛋白质，这对生命科学的研究具有重大的意义。

测试题

一、名词解释

1．转录

2．不对称转录

3．编码链

4.DDRP

5.RNA聚合酶核心酶

6.Rho因子

7.σ因子

8．断裂基因

9．转录启动子

10．外显子

11.Hogness盒

12.Pribnow盒

13.内含于

14.RNA剪接

15.并接体

16．hnRNA

17．核酶（Ribozyme）

二、填空题

1.以DNA为模板合成过程称转录。

催化此过程的酶是。

2．RNA生物合成包括和。

3．在RNA聚合酶全酶中，识别转录起始位点的是，催化核苷酸之间形成3'，5'磷酸二酯键的是，结合DNA模板的是，决定哪些基因被转录的是。

4．真核细胞中最活跃的RNA聚合酶是，其转录产物是。

5．DNA双链中，能指引转录生成RNA的单股链称，相对应的另一股单链称。

6.能转录出RNA的DNA区段，称为基因。

7．原核生物转录起始前一10区的碱基序列是——’-35区的碱基序列是。

8．转录过程包括、和三个阶段。

转录全过程均需催化。

9．因子能辨认转录起始点，被辨认的DNA区段就是区的序列。

10．转录起始生成RNA的第一位核苷酸以最为常见。

11．以5，-CATGTA为模板，转录产物是。

12．5‘ACUGUA为一转录产物，它的模板是。

13．在真核生物细胞中，转录起始区上游的DNA序列统称。

能直接或间接辨认，结合转录上游区段DNA，具有调控功能的蛋白质称。

14．在反应作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的称。

15．在众多的转录因子I中，唯一能结合TATA盒的蛋白质是。

16．通过RNA产物形成特殊的结构来终止转录的方式是。

17．初级mRNA生成后，需要在5，端形成结构，3，端加上——尾巴，并对nRNA链进行——才具有活性。

18．核酶的槌头结构，至少含茎，至个环，碱基部分至少有个一致性序列。

三、选择题

A型题

1．有关转录和复制的叙述正确的是E

A.合成的产物均需要加工

B．与摸板链的碱基配对均为A—T

C.合成起始都需要引物

D．原料都是dNTP

E.都在细胞核内进行

2．识别转录起始点的亚基是D

A．αB．β巴β'D．σE．

3．有关转录终止的叙述正确的是A

A．终止信号含密集的AT区和密集的GC区

B．由终止因子RF参与完成终止

C.ρ因子与RNA聚合酶结合使其停止移动

D．ρ因子与DNA结合而终止转录

E.以上都不正确

4．有关hnRNA的剪接不正确的是

A.切除内含子，连接外显子

B．剪接过程是二次转酯反应

C.并接体结合内含子的边界序列

D．外显子与并接体结合，形成套索RNA

E．内含子与并接体结合，形成套索RNA

5．复制与转录相比，不正确的是E

A．新生链的合成都以碱基配对的原则进行

B．新生链合成方向均为5，至3，

C．聚合酶均催化磷酸二酯键的形成

D．均以DNA分子为模板

E．都需要NTP为原料

6．RNA聚合酶全酶识别启动子的位置在A

A．转录起始点的上游B．转录起始点的下游

C．结构基因转录区内D．不能转录的间隔区内

E.以上都不是

8．真核生物催化转录生成tRNA的酶是

A．DNA聚合酶IB．RNA聚合酶IC．RNA聚合酶Ⅱ

D.nRNA聚合酶ⅢE．DNA聚合酶1

9．催化原核mRNA转录的酶是

A．RNA聚合酶B．RNA聚合酶ⅡC．RNA聚合酶Ⅲ，

D．DNA聚合酶IE．RNA核心酶

10．对于RNA聚合酶的叙述，不正确的是C

A．由核心酶和σ因子构成B．核心酶由α2ββ'组成

C．全酶与核心酶的差别在于ρ亚单位的存在

D．全酶包括σ因子E．σ因子仅与转录起动有关

11．RNA的剪接作用A

A．仅在真核发生B．仅在原核发生C.真核原核均可发生

D．仅在rRNA发生E．以上都不是

12，内含子是指DNA分子上B

A．不被转录的序列B．被转录的非编码序列

C．被翻译的序列D．编码序列

E．以上都不是

13.关于tRNA的描述不正确的是B

A．tRNA3，端需要加上ACC—OH

B．tRNA前体中有内含子

C．tRNA前体需要进行化学修饰加工

D．RNA聚合酶'催化tRNA前体的生成

E．tRNA前体在酶的催化下切除5’和3，端处多余的核苷酸

14.核酶是在研究哪种RNA的前体中发现的A

A.tRNA前体B.mRNA前体C.SnRNA

D．rRNA体E.Nrna

15.有关RNA合成的描述哪项是错误的B

A．DNA存在时，RNA聚合酶才有活性

B．转录起始需要引物

C．RNA链合成方向5’至3’

D．原料是NTP

E.以DNA双链中的一股链做模板

16．转录过程需要的酶是B

A．DDDPB．DDRPC.引物酶

D.RDRPE．核酸酶

17.RNA聚合酶I催化转录的产物是

A．snRNAB．hnRNAC．18S-rRNAD．5S-rRNAE．45S-rRNA

18.关mRNA的叙述正确的是E

A．占RNA总量的80％以上

B．在三类RNA中分子量最小

C．分子中含有大量稀有碱基

D．前体是SnRNA

E．在三类RNA中更新速度最快

19.有关rRNA的叙述错误的是

A．占RNA总量的80％以上

B．5SrRNA是RNA聚合酶Ⅰ的转录产物

C.45SfRNA是RNA聚合酶的转录产物

D．rDNA属于丰富基因族的DNA序列

E．rDNA位于核仁内，自成一组转录单位

20.关tRNA的叙述错误的是E

A.是RNA聚合酶'的转录产物

B．3’端的CCA—OH是经过加工生成的

C.分子中含有大量稀有碱基

D．分子量最小的一类RNA

E.分子中含有密码子

21.成RNA需要的原料是D

A．dNTPB．dNMPC．NMPD．NTPE．NDP22真核生物启动子描述错误的是

A．转录起始点上游有共同的序列5′TATA

B．转录起始点上游有共同的序列5′CAAT

C．5′端的TATA序列又叫TATA盒

D．5′端的TATA序列又叫Prib20W盒

E．5′的TATA序列又叫Hogness盒

23.对鹅膏碱最敏感的酶是

A.RNA聚合酶IB．RNA聚合酶ICRNA聚合酶Ⅲ

D.DNA聚合酶IE．DNA聚合酶'

24生素利福平专一性的作用于RNA聚合酶的哪个亚基？

A．αB．βC.β'D．σE．ρ

25于原核生物启动子的描述正确的是

A．是DNA聚合酶辨认结合的区域

B．位于转录起始点的下游

C.含有Hogness盒

D．为40～60碱基对的RNA片段

E.-10区有共同的5′TATAAT序列

26.关依赖Pho因子终止转录的描述哪项是错误的

A．与RNA分子中polyC的结合能力最强

B．有GTP酶的活性

C.有解螺旋酶的活性

D．Ro因子与转录产物结合后构象改变

E.因子与转录产物结合后RNA聚合酶构象改变

27.关非依赖Pho因子终止转录的描述哪项是错误的

A．接近终止转录区有密集的A—T区和G—C配对区

B．转录产物5，末端有密集的U

C.接近终止区转录出来的碱基序列可形成茎环结构

D．茎环结构改变RNA聚合酶的构象

E．茎环结构可使不稳定的杂化双链更不稳定

28.RNA转录后的加工不包括E

A．5，端加帽子结构B．3’端加polyA尾

C切除内含子D．连接外显子E．3’加CCA尾

29.关启动子的描述哪项是正确的?

A．mRNA开始被翻译的那段DNA序列’

B．开始转录mRNA的那段DNA序列

C.RNA聚合酶开始被翻译的那段DNA序列

D．阻抑蛋白结合的的那段DNA序列

E.DNA聚合酶开始与DNA结合的那段DNA序列

30.下对rRNA的转录加工的描述错误的是

A．染色体DNA中rRNA基因是多拷贝的

B．真核生物的5SrRNA自成独立的体系，不进行修饰和剪切

C.真核生物45SrRNA前体中包括16S，5．8S及28SrRNA

D．原核生物30SrRNA前体中含有16S，23S及5SrRNA

E.真核生物45SrRNA前体经一次剪切成为41SrRNA中间前体

31.酶RNA是在研究哪种RNA的前体中首次发现的

A．hnRNAB．tRNA前体C．SnRNA

D．ScRNAE．rRNA前体

32.物体系下列信息传递方式中尚无证据的是

A．DNA-RNAB．RNA-蛋白质

C．蛋白质-RNAD．RNA-DNA

E．以上都不是

33.于转录的叙述错误的是B

A．只有在DNA存在时，RNA聚合酶才能催化生成磷酸二酯键

B．转录过程中RNA聚合酶需要引物

C.RNA链的合成方向是5'→3'端

D．大多数情况下只有一股DNA作为RNA的模板

E．合成的RNA链没有环状的

34.下对真核生物mRNA的剪接作用的叙述错误的是

A．将hnRNA中的内含子剪切掉，最终成为成熟的mRNA

B．真核生物的内含子序列起始为GU，终止于AG并含有A作为分支部位的结构

C．mRNA前体的剪接过程需要进行三步转酯反应

D．snRNP是剪接体的构成组分

E．U2$nRSP识别并与A序列的分支点结合

35.下对mRNA的转录后加工的描述错误的是

A．mRNA前体需在5’端加m7GpppNmp的帽子

B．mRNA前体需进行剪接作用

C．mRNA前体需在3’端加多聚U的尾

D．mRNA前体需进行甲基化修饰

E．某些mRNA前体需要进行编辑加工

36.下RNA转录终止子的结构描述正确的是

A．由终止因子RF参与完成终止

B．DNA链上的终止信号含有一段GC富集区和AA富集区

C．终止信号含有GC富集区和AT富集区

D．终止信号需要s因子辅助识别置．以上的描述都不正确

37.DNA上某段碱基顺序为：

5'-ACTAGTCAG-3'，转录后的mRNA相的碱基顺序为

A．5'-TGATCAGTC-3'B．5'-UGAUCAGUC-3'

C．5'-CUGACUAGU-3'D．5'-Cff'GACTAGT-3'

E．5'-CAGC~GACU-3'

38.外显子是指

A．DNA链中的间隔IXB．被翻译的编码序列

C.不被翻译的序列D不被转录的序列

E．以上都不是

39.原核生物经转录作用生成的MRNA是

A．内含子B．单顺反子C.多顺反子

D．间隔区序列E．插入序列

40.以下反应属于RNA编辑的是

A．转录后碱基的甲基化B．转录后产物的剪接

C．转录后产物的剪切

D.转录产物中核苷酸残基的插入、删除和取代

E．以上反应都不是

41.DNA复制与RNA转录中的不同点是

A．遗传信息均储存于碱基排列的顺序中

B．新生子链的合成均以碱基配对的原则进行

C.RNA聚合酶缺乏校正功能

D．合成方向均为5’一3’

E.合成体系均需要酶和多种蛋白因子

B型题

（1—4）

A．MtRNA聚合酶B．RNA聚合酶CC．RNA聚合酶I

D．RNA聚合酶ⅡE．RNA聚合酶Ⅲ

1．真核生物催化线粒体RNA转录生成的聚合酶是

2．真核生物催化转录生成rRNA的聚合酶是

3．真核生物催化转录生成mRNA的聚合酶是

4．真核生物

（5—7）

A．切除部分肽链B．3'末端加-CCA

B.3'末端加polyAD.5'末端糖基化

E.3'RnaseⅢ催化切开

5．tRNA的加工是

6．mRNA的加工是

7．原核rRNA的加工是

（8—11）

A．限制性内切酶B．鸟苷酸转移酶C.RNaseP

D．RNaseDE．多聚A聚合酶

8．切除tRNA前体5'末端多余核苷酸的酶是

9．切除tRNA前体3'末端多余核苷酸的酶是

10．催化mRNA5'端由ppNp~'GpppNp的酶是

11．催化mRNA3'端polyA尾生成的酶是

（12—15）

A．内含于B．外显子C.多顺反子

D．单顺反子E．UsnRNP

12．基因中有表达活性的编码序列是

13．真核生物转录生成的mRNA属于

14．原核生物转录生成的mRNA属于

15．基因中被转录的非编码序列

（16—18）

A．hnRNAB．线粒体RNAsC．U6snRNA前体，5SrRNA前体

D．5.S，28SrRNA前体E．ScRNA

16．真核生物RNA聚合酶Ⅲ催化转录的产物是

17．真核生物RNA聚合酶Ⅱ在核内转录的产物是

18．真核MtRNA聚合酶的转录产物是

（19—22）

A．核酶B．RNaseⅢC.甲基转移酶

D．RNA指导的RNA聚合酶E．核苷酸基转移酶

19．某些RNA病毒的合成需要

20．四膜虫的rRNA前体具有催化活性又称作催化转录生成tRNA的聚合酶是

21．tRNA3'末端CCA-OH的添加反应由

22．原核RNA裂解为单独的顺反子的反应是由

（23—25）

A.原核RNA聚合酶亚基α

B.原核RNA聚合酶亚基σ

C.聚合酶亚基β

D.聚合酶亚基Ⅱ

E．原核RNA聚合酶亚基δ。

23．RNA聚合酶中促进磷酸二酯键生成的亚基是

24．RNA聚合酶中识别模板转录起始部位的亚基是

25．RNA聚合酶中与利福平结合的亚基是

（26—28）

A．apoB48B．apoB100C．降钙素

D．降钙素基因相关肽E．Grna

26.以上提供RNA编辑信息的分子是

27．载脂蛋白经RNA编辑在小肠合成的蛋白是

28．大鼠降钙素基因在脑中剪接后的产物是

（29—33）

A．DDDPB．DDRPC．RDDP

D．RDRPE．RNA—p011

29.催化RNA的复制D

30.催化DNA的复制A

31.催化RNA的转录B

32.化hnRNA的转录E

33.催化逆转录C

（34～36）

A．核酶B．多聚A聚合酶C鸟苷酸转移酶

D．RNA聚合酶'E．核酸内切酶

34.催化tRNA生成的酶是D

35.rRNA前体并具有催化活性的是A’

36.催化mRNA3'端polyA尾生成的酶是B

（37～41）

A．内含子B．外显子C.断裂基因

D．mRNA剪接E.并接体

37.切除内含子，连接外显子是D

38.含子和外显于间隔排列是C

39.基因中被转录的非编码序列是A

40.基因中