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36.1 基因转录需要基因转录需要DNA依赖性的依赖性的RNA聚合酶聚合酶36.2 RNA合成涉及三个过程：起始，延伸和终止合成涉及三个过程：起始，延伸和终止36.3 一些抗生素是一些抗生素是RNA合成的抑制剂。合成的抑制剂。36.4 初始初始RNA转录物都需经转录后加工转录物都需经转录后加工36.5 核酶是个位置特异的核酸内切酶核酶是个位置特异的核酸内切酶36.6 基因转录调控操纵子模型基因转录调控操纵子模型第第36章、章、RNA合成合成36.1 基因转录需要DNA依赖性的RNA聚合酶第36章、1RNA合成示意图合成示意图模板链模板链解旋解旋重新缠绕重新缠绕 转录方向转录方向编码链编码链 转录泡转录泡RNA聚合酶聚合酶活性部位活性部位DNARNA合成示意图模板链解旋重新缠绕 转录方向编236.1 基因转录需要基因转录需要DNA依赖性的依赖性的RNA聚合酶聚合酶 大大肠肠杆杆菌菌RNA聚聚合合酶酶的的核核心心酶酶是是由由5个个蛋蛋白白亚亚基基组组成成的的，分分别别被被命命名名为为，（2个个），和和 亚亚基基。其中其中 亚基是催化亚基，核心酶的分子量大约是亚基是催化亚基，核心酶的分子量大约是350000。大大肠肠杆杆菌菌RNA聚聚合合酶酶全全酶酶还还含含有有第第六六个个亚亚基基，称称之之 亚亚基基（分分子子量量为为70000），与与核核心心的的RNA聚聚合合酶酶瞬瞬时时结结合合，其其功功能能是是识识别别模模板板上上的的启启动动子子，使使RNA聚聚合合酶与启动子结合。一旦延伸开始酶与启动子结合。一旦延伸开始 亚基就脱离聚合酶。亚基就脱离聚合酶。36.1 基因转录需要DNA依赖性的RNA聚合酶3 真真核核生生物物存存在在着着三三种种不不同同的的RNA聚聚合合酶酶：RNA聚聚合合酶酶I（RNA pol I）、RNA聚聚合合酶酶II（RNA pol II）和和RNA聚聚合合酶酶III（RNA pol III）。每每一一种种聚聚合合酶都含有很多亚基，它们承担的任务各不相同。酶都含有很多亚基，它们承担的任务各不相同。真核生物存在着三种不同的RNA聚合酶：RN436.2 RNA合成合成包括三个阶段：包括三个阶段：起始、延伸和起始、延伸和终止终止起始起始延伸延伸终止终止36.2 RNA合成包括三个阶段：起始、延伸和终止起始延伸终5 当当E.coli RNA聚聚合合酶酶结结合合到到模模板板上上的的启启动动子子后后，就就开开始始了了RNA的的合合成成。细细菌菌启启动动子子要要行行使使其其功功能能需需要要两两个个高高度度保保守守DNA序序列列，一一个个序序列列区区是是处处于于开开始始转转录录的的第第一一个个核核苷苷酸酸的的5端端之之前前（习习惯惯称称之之上上游游）的的35区区，（上上游游核核苷苷酸酸编编号号为为“”），提提供供RNA聚聚合合酶酶识识别别信信号号。另另一一个个保保守守区区称称为为10区区，即即转转录录起起始始点点上上游游的的10个个核核苷苷酸酸，提提供供DNA双双链链解解旋旋信信号。号。RNA聚聚合合酶酶首首先先沿沿着着DNA滑滑动动直直至至遇遇到到35区区，形形成成一一个个起起始始的的蛋蛋白白-DNA复复合合体体（包包括括 亚亚基基），称称为为封封闭闭性性复复合合体体。这这个个复复合合体体向向3方方向向移移动动到到10区区，启启动动DNA双双链链解解旋旋，将将模模板板上上的的转转录录起起始始点点暴暴露露出出来来，此此时时RNA聚聚合合酶酶和和DNA形形成成的的复复合合体体称称为为开开放放性性复复合合体体，它它构构成成了了活活性性的的转转录录单单元元。10区区是是个个富富含含A-T的的区区，由由于于A-T碱碱基基对对之之间间的的氢氢键键弱弱，所以容易使螺旋解旋。所以容易使螺旋解旋。（a）转录在启动子调控下起始）转录在启动子调控下起始 当E.coli RNA聚合酶结合到模板上的启动6来自噬菌体和细菌的来自噬菌体和细菌的10个基因的启动子序列来自噬菌体和细菌的个基因的启动子序列来自噬菌体和细菌的10个基因的启动子序列，这些启动子都可被个基因的启动子序列，这些启动子都可被RNA聚合酶中的聚合酶中的 70亚亚基（基（E.coli中最常见的一种中最常见的一种 亚基）识别。亚基）识别。298个个大肠杆菌大肠杆菌启动子共启动子共有序列有序列来自噬菌体和细菌的10个基因的启动子序列来自噬菌体和细菌的17（b）链延伸是一个核苷酰基转移反应）链延伸是一个核苷酰基转移反应 RNA聚合酶催化链沿着聚合酶催化链沿着5至至3方向延伸。链延伸所需的下方向延伸。链延伸所需的下一个核苷三磷酸经聚合酶验证与模板上相应的未配对的核苷酸一个核苷三磷酸经聚合酶验证与模板上相应的未配对的核苷酸正确地形成氢键，然后正确地形成氢键，然后RNARNA聚合酶催化延伸着的聚合酶催化延伸着的聚合酶催化延伸着的聚合酶催化延伸着的RNARNA链的链的链的链的3-3-羟羟羟羟基对新进来的核苷三磷酸的基对新进来的核苷三磷酸的基对新进来的核苷三磷酸的基对新进来的核苷三磷酸的-磷进行亲核攻击，磷进行亲核攻击，磷进行亲核攻击，磷进行亲核攻击，这一核苷酸基这一核苷酸基转移反应的结果是一个新的磷酸二酯键的形成和释放出焦磷酸，转移反应的结果是一个新的磷酸二酯键的形成和释放出焦磷酸，焦磷酸水解为无机磷酸释放能量保证了反应的进行。焦磷酸水解为无机磷酸释放能量保证了反应的进行。当开始延伸后，当开始延伸后，亚基立刻从亚基立刻从 RNA聚合酶上脱落。随着聚合酶上脱落。随着RNA的延伸，已合成的的延伸，已合成的RNA链离开模板，原来解旋的链离开模板，原来解旋的DNA又恢又恢复双螺旋。复双螺旋。DNA双链解旋时会使延伸泡前面产生扭曲应力，拓双链解旋时会使延伸泡前面产生扭曲应力，拓扑异构酶会防止扭曲应力的净增加。扑异构酶会防止扭曲应力的净增加。（b）链延伸是一个核苷酰基转移反应8 RNA聚合酶聚合酶 催化的延伸反应催化的延伸反应 RNA聚合酶9转录延伸转录延伸编码链编码链模板链模板链转录转录翻译翻译转录的转录的RNA转录延伸编码链模板链转录翻译转录的RNA10（c）转录终止在特殊的终止子序列）转录终止在特殊的终止子序列 在在大大肠肠杆杆菌菌中中存存在在着着两两种种终终止止机机制制，一一种种是是蛋蛋白白依依赖赖性性的的链链终终止止，即即一一个个终终止止蛋蛋白白 与与RNA聚聚合合酶酶复复合合体体相相互互作作用用恰恰好好终终止止在在一一个个发发卡卡环环处处，发发卡卡环环是是在在新新合合成成的的转转录录链上形成的。链上形成的。蛋蛋白白 是是一一个个ATP依依赖赖性性的的RNA-DNA解解旋旋酶酶，其其功功能能是是破破坏坏了了RNA-DNA杂杂化化体体，导导致致延延伸伸复复合合体体的的解解离离，使使合成的合成的RNA链释放出来。链释放出来。（c）转录终止在特殊的终止子序列11蛋白依赖性的链终止蛋白依赖性的链终止蛋白蛋白 沿着沿着mRNA移动移动当聚合酶停止在终止位当聚合酶停止在终止位置时，蛋白置时，蛋白 与酶结合与酶结合 蛋白蛋白 与酶作用，与酶作用，新合成新合成mRNA释放释放终止位置终止位置RNA聚合酶聚合酶蛋白蛋白 蛋白依赖性的链终止蛋白沿着mRNA移动当聚合酶停止在终止位12 另一种是蛋白非依赖性的终止作用，其特征是也有一个另一种是蛋白非依赖性的终止作用，其特征是也有一个类似的发卡结构，发卡下游处的模板链上恰好存在一串腺苷类似的发卡结构，发卡下游处的模板链上恰好存在一串腺苷酸，对应的转录链应是一串尿苷酸。酸，对应的转录链应是一串尿苷酸。所以转录终止也许是当延伸复合体停止在发卡结构处时，所以转录终止也许是当延伸复合体停止在发卡结构处时，使得使得A-U配对碱基的配对碱基的RNA-DNA杂化体不稳定，导致复合体杂化体不稳定，导致复合体的解体而终止转录。的解体而终止转录。转录形成发卡环转录形成发卡环DNA中模板链中模板链反向重复序列反向重复序列反向重复序列反向重复序列转录方向转录方向转录转录被转录的最被转录的最后一个碱基后一个碱基 另一种是蛋白非依赖性的终止作用，其特征是也有13蛋白依赖性转录终止蛋白依赖性转录终止蛋白非依赖性的蛋白非依赖性的转录终止转录终止蛋白依赖性转录终止蛋白非依赖性的转录终止1436.3 一些抗生素是一些抗生素是RNA合成的抑制剂合成的抑制剂 放放线线菌菌素素D来来自自链链霉霉菌菌，可可以以嵌嵌入入双双链链DNA中中。放放线线菌菌素素D中中的的吩吩恶恶嗪嗪酮酮环环插插入入到到相相邻邻的的G-C碱碱基基对对之之间间，结结构构中中的的环环状状多多肽肽占占据据了了DNA双双螺螺旋旋的的空空间间，阻阻塞塞了了转转录录的的延延伸伸。即即使使在在很很低低的的浓浓度度下下，放放线线菌菌素素D都都能能有有效效地地抑抑制制原原核核生生物物和和真真核核生生物物转录的延伸过程。转录的延伸过程。利利福福霉霉素素是是另另一一个个非非常常有有用用的的抗抗生生素素，也也是是从从链链霉霉菌菌分分离离出出来来的的。利利利利福福福福霉霉霉霉素素素素通通通通过过过过直直直直接接接接与与与与细细细细菌菌菌菌中中中中的的的的RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶的的的的 亚亚亚亚基基基基结结结结合合合合来来来来抑抑抑抑制制制制RNARNA合合合合成成成成，特特异异地地抑抑制制第第第第一一一一个个个个磷磷磷磷酸酸酸酸二二二二酯酯酯酯键键键键的的形形成成。由由于于利利福福霉霉素素不不抑抑制制真真核核生生物物的的RNA聚聚合合酶酶，所所以以一一个个合合成成的的利利福霉素衍生物利福平已用作为临床的抗结核菌药。福霉素衍生物利福平已用作为临床的抗结核菌药。36.3 一些抗生素是RNA合成的抑制剂15 放线菌素放线菌素 D 放线菌素 D1636.4 初始初始 RNA 转录产物都需经转录后加工转录产物都需经转录后加工1、初始、初始mRNA转录产物的加工转录产物的加工 初初始始mRNA转转录录产产物物要要经经过过在在其其5端端加加一一个个甲甲基基化化的的“帽帽子子”和和在在3端端加加上上一一个个多多聚聚腺腺苷苷酸酸的的尾尾巴巴，并并且且要要切切去去内内含含子子，将外显子拼接在一起构成一个功能性的将外显子拼接在一起构成一个功能性的mRNA。大大多多数数真真核核生生物物中中编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因是是由由编编码码蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸序序列列的的外外外外显显显显子子子子和和散散布布在在外外显显子子中中非非编编码码序序列列的的内内内内含含含含子子子子构构构构成成成成的的的的，即即外外显显子子被被非非编编码码序序列列内内含含子子隔隔开开，所所以以真真核核生生物物基基因因又又称称之之为为 断断断断 裂裂裂裂 基基基基 因因因因。刚刚 转转 录录 出出 的的 RNA产产 物物，也也也也 称称称称 为为为为 非非非非 均均均均 一一一一RNARNA（hnRNAhnRNA）必须通过一种称之必须通过一种称之RNA剪接机制进行加工。剪接机制进行加工。细细菌菌基基因因的的编编码码序序列列是是连连续续的的，转转录录后后的的mRNA不不需需加加工工就可直接作为模板翻译蛋白质。就可直接作为模板翻译蛋白质。36.4 初始 RNA 转录产物都需经转录后加工17通过成熟通过成熟RNA-DNA杂交给出了鸡卵清蛋白的非编码序列杂交给出了鸡卵清蛋白的非编码序列（内含子）（内含子）灰色表示非编码序列（内含子）灰色表示非编码序列（内含子）蓝色表示编码序列（外显子）蓝色表示编码序列（外显子）绿色表示成熟绿色表示成熟mRNA通过成熟RNA-DNA杂交给出了鸡卵清蛋白的非编码序列（内含18 真真核核生生物物mRNA的的5端端有有一一个个“帽帽子子”结结构构，是是由由稀稀有有的的7-甲甲基基鸟鸟嘌嘌呤呤通通过过5,5三三磷磷酸酸键键与与初初始始转转录录物物的的起起始始（5）核核苷苷酸酸连连接接形形成成的的。这这个个帽帽子子是是在在转转录录到到20个个核核苷苷酸酸时时在在转转鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸酶酶催催化化下下加加到到5端端的。的。mRNA上上的的5帽帽子子对对于于蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始是是很很重重要要的的，同同时时它它可可保保护护mRNA转转录录本本不不被被核酸外切酶降解。核酸外切酶降解。真核生物mRNA的5端有一个“帽子”结构，是由19 真真核核生生物物的的mRNA的的3端端是是通通过过涉涉及及一一个个大大的的蛋蛋白白复复合合物物的的两两步步反反应应进进行行转转录录后后修修饰饰的的。在在第第一一步步反反应应中中，一一个个聚聚腺腺苷苷酸酸化化作作用用断断裂裂特特异异因因子子（CPSF）识识别别并并结结合合出出现现于于大大多多数数mRNA的的3端端的的AAUAA序序列列。另另一一个个称称为为断断裂裂刺刺激激因因子子（CSTF）的的蛋蛋白白复复合合物物与与CPSF相相互互作作用用激激活活mRNA在在AAUAA下游大约下游大约20个核苷酸的部位断裂。个核苷酸的部位断裂。在在第第二二步步3加加工工反反应应中中，聚聚聚聚腺腺腺腺苷苷苷苷酸酸酸酸聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶（PAPPAP）结结合合于于转转录录产产物物的的游游离离的的3端端，加加上上大大约约20个个腺腺苷苷酸酸的的3端端的的poly（A）尾尾巴巴，这这个个短短的的尾尾巴巴通通过过寡寡聚聚腺腺苷苷酸酸结结合合蛋蛋白白刺刺激激PAP活活性性再再进进一一步步延延伸伸到到大大约约200个个腺腺苷苷酸酸。聚聚腺腺苷苷酸酸化化反反应应是是一一个个重重要要的的调调节节步步骤骤，因因为为聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾巴巴的的长长度度能能调调节节mRNA的稳定性和翻译效率。的稳定性和翻译效率。真核生物的mRNA的3端是通过涉及一个20真核生物真核生物mRNA 3端的聚腺苷酸化端的聚腺苷酸化真核生物mRNA 3端的聚腺苷酸化21hnRNA加工成加工成 mRNA的过程的过程外显子外显子1外显子外显子2外显子外显子3内含子内含子5末端加帽末端加帽和转录终止和转录终止3末端剪切和末端剪切和聚腺苷酸化聚腺苷酸化剪去内含子剪去内含子并拼接并拼接向细胞质转运向细胞质转运hnRNA加工成 mRNA的过程外显子1外显子2外22 一一些些小小核核RNA和和辅辅助助蛋蛋白白形形成成核核内内核核糖糖核核蛋蛋白白（snRNP）识别剪接位点和参与剪接。识别剪接位点和参与剪接。在在第第一一次次转转酯酯基基反反应应中中，内内含含子子中中的的一一个个腺腺苷苷酸酸2 羟羟基基和和同一内含子中同一内含子中5核苷酸之间形成一个不常见的核苷酸之间形成一个不常见的2,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。在在第第二二次次转转酯酯基基反反应应中中，上上游游外外显显子子的的3羟羟基基攻攻击击处处于于下下游游的的外外显显子子内内含含子子边边界界的的5磷磷酸酸。这这一一拼拼接接反反应应涉涉及及称称之之套套索索的的一一个个中中间间体体结结构构的的形形成成，它它是是第第二二次次转转酯酯基基反反应应之之后后释释放放出来的。出来的。套套索索中中的的2,5-磷磷酸酸二二酯酯键键位位于于称称之之分分支支点点的的部部位位，这这个个部部位位形形成成了了一一个个带带有有3个个磷磷酸酸二二酯酯键键的的结结构构，即即腺腺苷苷酸酸残残基基与与内内含含子的其余部分是通过标准的子的其余部分是通过标准的3,5-磷酸二酯键连接的。磷酸二酯键连接的。大多数初始大多数初始mRNA剪接涉及到两步转酯基反应剪接涉及到两步转酯基反应 一些小核RNA和辅助蛋白形成核内核糖核蛋白（23 内含子内含子外显子外显子 1外显子外显子 2剪接点剪接点内含子内含子外显子外显子 1外显子外显子 2外显子外显子 2外显子外显子 13 剪接部剪接部位位5 剪接部剪接部位位 内含子外显子 1外显子 2剪接点内含子外242、初始、初始 rRNA加工加工 大大肠肠杆杆菌菌中中在在单单一一的的转转录录本本内内就就含含有有7个个rRNA基基因因的的拷拷贝贝。初初级级转转录录物物大大约约含含有有6500个个核核苷苷酸酸，编编码码23S和和16S rRNA，同时还编码着几种，同时还编码着几种tRNA和小的和小的5 S rRNA。分分子子克克隆隆和和核核酸酸测测序序表表明明，23 S rRNA大大约约含含有有2900核核苷苷酸酸，而而16S rRNA大大约约含含有有1600核核苷苷酸酸。将将初初始始转转录录物物加加 工工 成成 23 S rRNA和和 16S rRNA需需 要要 特特 异异 的的 核核 酸酸 酶酶（RNases）催化。）催化。下下图图给给出出了了把把人人的的45S rRNA加加工工成成28S 和和18S 两两个个有有功能的功能的rRNA的加工过程的示意图。的加工过程的示意图。2、初始 rRNA加工25 将人将人45S rRNA 加工成加工成 28S 和和18S 两个有功能两个有功能的的rRNA的过程的过程 将人45S rRNA 加工成 28S 26 1.RNase通过通过tRNA剪接反应除去内含剪接反应除去内含子。子。2.对某些对某些tRNA通过通过核苷酸基转移酶加核苷酸基转移酶加上末端上末端CCA序列。序列。3.进行特异碱基修进行特异碱基修饰。饰。3、tRNA的加工的加工 1.RNase通过tRNA剪接反应除去内含子。3、tR27反密码子反密码子加氨基酸加氨基酸部位部位加工加工反密码子加氨基酸部位加工28 1981年年Cech发发现现四四膜膜虫虫rRNA内内含含子子的的切切除除和和外外显显子子的的拼拼接接不不需需要要酶酶催催化化，而而是是一一个个RNA自自我我拼拼接接的的过过程程。具有催化功能的具有催化功能的具有催化功能的具有催化功能的RNARNA分子称为核酶分子称为核酶分子称为核酶分子称为核酶。36.5 核酶是个位置特异的核核酶是个位置特异的核酸内切酶酸内切酶剪接过程：剪接过程：1、外部的鸟苷与内含子的、外部的鸟苷与内含子的5核苷酸形核苷酸形成新的磷酸二酯键，释放出外显子成新的磷酸二酯键，释放出外显子1的的3 OH。2、出外显子、出外显子1的的3 OH攻击外显子攻击外显子2的的5磷酸，形成磷酸二酯健，将两个外磷酸，形成磷酸二酯健，将两个外显子连接在一起。显子连接在一起。3、内含子去除、内含子去除5 端片段后形成环状。端片段后形成环状。外显子外显子1外显子外显子2内含子内含子 1981年Cech发现四膜虫rRNA内含子的2936.6 基因转录调控操纵子学说基因转录调控操纵子学说 一个基因指的是编码蛋白质多肽链和功能一个基因指的是编码蛋白质多肽链和功能RNA的的DNA（某些病毒基因为（某些病毒基因为RNA），基因表达就是遗传信息杜），基因表达就是遗传信息杜转录和翻译过程。转录和翻译过程。基因表达的调控可以在不同水平，例如转录水平，或基因表达的调控可以在不同水平，例如转录水平，或翻译水平上进行。翻译水平上进行。原核生物的基因调控主要是在转录水平上进行，因为原核生物的基因调控主要是在转录水平上进行，因为他们的转录和翻译过程可同时进行。他们的转录和翻译过程可同时进行。真核生物的转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔真核生物的转录和翻译过程在时间和空间上都被分隔开，而且转录和翻译后都要经过复杂的加工过程，所以其开，而且转录和翻译后都要经过复杂的加工过程，所以其基因调控在不同水平都需要进行调控。基因调控在不同水平都需要进行调控。36.6 基因转录调控操纵子学说 一个基因指30Jacob和和Monod在对大肠杆菌乳糖发酵过程中酶的生物合成研究在对大肠杆菌乳糖发酵过程中酶的生物合成研究时，探讨了基因表达调控机制，并提出了乳糖操纵子模型。时，探讨了基因表达调控机制，并提出了乳糖操纵子模型。操纵子操纵子：由一个启动子共转录的几个不同基因组成的转录单由一个启动子共转录的几个不同基因组成的转录单位，即由启动子序列、操纵基因和受操纵基因调控的一个或多位，即由启动子序列、操纵基因和受操纵基因调控的一个或多个相关基因（结构基因）组成的基因表达单位。操纵子模型可个相关基因（结构基因）组成的基因表达单位。操纵子模型可以很好说明原核生物基因表达的调控机制。以很好说明原核生物基因表达的调控机制。调节物基因调节物基因控制控制部位部位几个相关基因（结构基因）几个相关基因（结构基因）操纵子的一般结构操纵子的一般结构Jacob和Monod在对大肠杆菌乳糖发酵过程中酶的生物合成31大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子 大肠杆菌乳糖操纵子包括依次排列的启动子、操纵基因和三个结构基因。大肠杆菌乳糖操纵子包括依次排列的启动子、操纵基因和三个结构基因。结构基因结构基因 Z 编码分解乳糖的编码分解乳糖的-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、Y 编码吸收乳糖的编码吸收乳糖的-半乳糖苷透半乳糖苷透性酶、性酶、a 编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶。半乳糖苷乙酰基转移酶。O代表操纵基因，代表操纵基因，i 代表调节基因，代表调节基因，P 代表启动子。如果进行转录，转录产物是一条多顺反子代表启动子。如果进行转录，转录产物是一条多顺反子mRNA。大肠杆菌能够利用乳糖作为它的唯一碳源，但需要合成代谢乳糖的三个大肠杆菌能够利用乳糖作为它的唯一碳源，但需要合成代谢乳糖的三个酶：酶：-半乳糖苷酶（降解乳糖生成半乳糖和葡萄糖）、半乳糖苷酶（降解乳糖生成半乳糖和葡萄糖）、-半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶（使乳糖进入细胞内）、（使乳糖进入细胞内）、-半乳糖苷乙酰基转移酶（半乳糖代谢时需要的酶）半乳糖苷乙酰基转移酶（半乳糖代谢时需要的酶）。这三个酶都是乳糖存在时诱导生成的酶。这三个酶都是乳糖存在时诱导生成的酶。乳糖操纵子乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子乳糖操纵子32 当细胞中没有乳糖或其他诱导物时，调节物基因经转录、当细胞中没有乳糖或其他诱导物时，调节物基因经转录、表达生成阻遏物，然后阻遏物特异与操纵基因结合，阻止表达生成阻遏物，然后阻遏物特异与操纵基因结合，阻止 z、y、a 基因的转录。基因的转录。阻遏物阻遏物阻遏物与操纵基因结合，阻遏物与操纵基因结合，阻止阻止 z、y、a 基因转录基因转录 当细胞中没有乳糖或其他诱导物33 当细胞中存在乳糖或其他诱导物时，诱导物与阻遏物结当细胞中存在乳糖或其他诱导物时，诱导物与阻遏物结合，使阻遏物构象发生变化，从而使阻遏物不能与操纵基因合，使阻遏物构象发生变化，从而使阻遏物不能与操纵基因结合。这种状况下，在结合。这种状况下，在RNA聚合酶催化下可以进行聚合酶催化下可以进行 z、y、a 基因的转录。基因的转录。诱导物诱导物 当细胞中存在乳糖或其他诱导物时，诱导物与阻遏34要点归纳要点归纳 1.RNA合合成成需需要要DNADNA依依赖赖性性的的RNARNA聚聚合合酶酶全全酶酶，E.coli E.coli RNARNA聚聚合合酶酶全全酶酶亚亚基基组组成成为为2 2，其其中中的的亚亚基基在在转转录录起起始始时时被被用用来来识识别别启启动动子子，该该酶酶的的核核心心酶酶亚亚基基组组成成为为2 2。真真核核生生物物的的细细胞胞核核中中存存在在3 3种种不不同同的的RNARNA聚聚合合酶酶：RNA RNA pol pol 负负责责合合成成rRNArRNA前前体体，而而RNA RNA pol pol 负负责责合合成成mRNAmRNA前前体体，RNA RNA pol pol 负负责合成责合成tRNAtRNA前体。前体。2.RNA聚合酶催化以聚合酶催化以DNA模板链为模板转录生成互补的、反模板链为模板转录生成互补的、反平行的平行的RNA，用的底物是核糖核苷三磷酸，不需要引物。，用的底物是核糖核苷三磷酸，不需要引物。RNA聚合酶催化聚合酶催化3羟基与核苷三磷酸的羟基与核苷三磷酸的5-磷酸基团形成磷酸二酯磷酸基团形成磷酸二酯键，使核苷酸整合到延伸的聚核苷酸链中，同时释放出焦磷酸，键，使核苷酸整合到延伸的聚核苷酸链中，同时释放出焦磷酸，焦磷酸水解释放的能量驱动聚合反应。焦磷酸水解释放的能量驱动聚合反应。RNA合成方向是合成方向是53方向。另外方向。另外RNA聚合酶不具有校正核酸酶活性。聚合酶不具有校正核酸酶活性。要点归纳 1.RNA合成需要DNA依赖性的RNA聚合酶全35 3.转转录录包包括括3 3个个阶阶段段：起起始始、延延伸伸和和终终止止。在在原原核核生生物物中中（如如E.coliE.coli），当当亚亚基基与与RNARNA聚聚合合酶酶的的核核心心酶酶结结合合形形成成全全酶酶后后附附着着在在DNADNA的的启启动动子子区区时时，转转录录起起始始。然然后后通通过过自自启启作作用用结结合合ATPATP（GTPGTP），ATPATP（GTPGTP）提提供供3-3-羟羟基基用用于于第第二二个个核核苷苷酸酸的的聚聚合合，即即RNARNA合合成成不不需需要要预预先先存存在在的的引引物物。启启动动转录开始合成新链后，转录开始合成新链后，亚基从全酶上解离。亚基从全酶上解离。4.当转录进行时，当转录进行时，DNA局部解旋，形成所谓的转录泡，局部解旋，形成所谓的转录泡，转录泡以每秒转录泡以每秒50个核苷酸的速度沿着个核苷酸的速度沿着DNA模板移动。新合模板移动。新合成的成的RNA链含有结束转录的终止信号。一种终止信号是一链含有结束转录的终止信号。一种终止信号是一个个RNA发卡，该发卡位于几个发卡，该发卡位于几个U残基后面。不同的终止信号残基后面。不同的终止信号可以被可以被rho蛋白（一种蛋白（一种ATPase）识别。）识别。3.转录包括3个阶段：起始、延伸和终止。在原核生物中36 5.无论是原核生物还是真核生物的无论是原核生物还是真核生物的rRNA和和tRNA的大的的大的初始转录物都要经过加工（包括碱基修饰）形成小的、成熟初始转录物都要经过加工（包括碱基修饰）形成小的、成熟的的RNA。原核生物的。原核生物的mRNA不用加工，直接作为模板翻译成不用加工，直接作为模板翻译成蛋白质。蛋白质。真核生物的真核生物的mRNA初级转录物需要切去内含子，并将被初级转录物需要切去内含子，并将被内含子隔开的各个外显子剪接起来。进一步加工涉及到在内含子隔开的各个外显子剪接起来。进一步加工涉及到在5端端形成甲基化的帽子，以及在形成甲基化的帽子，以及在3端形成聚腺苷酸（端形成聚腺苷酸（pol(A)）尾部）尾部RNA。6.某些某些RNARNA分子具有催化活性，例如来自四膜虫的分子具有催化活性，例如来自四膜虫的26S26S核核糖体糖体RNARNA在没有蛋白质参与下可以进行自我剪接。该在没有蛋白质参与下可以进行自我剪接。该rRNArRNA内含内含子的自我剪接表现出了真正的催化活性，所以现在把这样的子的自我剪接表现出了真正的催化活性，所以现在把这样的RNARNA称之为核酶。称之为核酶。5.无论是原核生物还是真核生物的rRNA和t37 7.在在原原核核细细胞胞中中，酶酶的的合合成成会会受受到到阻阻遏遏物物抑抑制制。酶酶的的诱诱导导和和抑抑制制可可以以用用操操纵纵子子假假说说解解释释，依依据据该该假假说说，转转录录的的功功能能单单位位是是一一个个由由控控制制元元件件（启启动动子子）和和编编码码特特定定蛋蛋白白的的结结构构基基因因组组成成的的操操纵纵子子。操操纵纵子子模模型型可可以以很很好好说说明明原原核核生生物物基基因因表表达的调控机制。但真核生物不组成操纵子。达的调控机制。但真核生物不组成操纵子。8.大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子包包括括依依次次排排列列的的启启动动子子、操操纵纵基基因因和和三三个个结结构构基基因因。在在没没有有诱诱导导物物存存在在时时，阻阻遏遏物物与与操操纵纵基基因因结结合合，阻阻止止结结构构基基因因的的转转录录；而而当当有有诱诱导导物物存存在在时时，诱诱导导物物与与阻阻遏遏物物结结合合，使使得得该该阻阻遏遏物物不不能能与与操操纵纵基基因因结结合合。结结果果在在乳乳糖糖存存在在下下，乳乳糖糖操操纵纵子子中中结结构构基基因因被被转转录录为为一一条条多多顺顺反反子子mRNA，然后表达出乳糖代谢所需要的三个酶。，然后表达出乳糖代谢所需要的三个酶。7.在原核细胞中，酶的合成会受到阻遏物抑制38
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