生物化學(xué)：12 RNA的生物合成

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1、 第十二章第十二章RNA生物合成生物合成（RNA Biosynthesis） 大連醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與大連醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)分子生物學(xué)教研室教研室崔秀云崔秀云 本章要求本章要求： RNA聚合酶及轉(zhuǎn)錄的一般特點(diǎn)聚合酶及轉(zhuǎn)錄的一般特點(diǎn) 真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄過(guò)程：起始：（啟動(dòng)子），轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄過(guò)程：起始：（啟動(dòng)子），延長(zhǎng)，終止延長(zhǎng)，終止 真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工：剪切，填加及真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工：剪切，填加及修飾修飾 原核生物的轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄 過(guò)程過(guò)程 RNA的復(fù)制的復(fù)制 第一節(jié)第一節(jié) RNA 聚合酶及聚合酶及RNA轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的一般特點(diǎn)一般特點(diǎn) 一、一、DNA指導(dǎo)的

2、指導(dǎo)的RNA聚合酶聚合酶 （DNA directed RNA polymerase，DDRP）是）是RNA合成中最主要的酶類合成中最主要的酶類, RNA聚合酶催化如下反應(yīng)：聚合酶催化如下反應(yīng)： 1. 雙鏈雙鏈DNA中的一條鏈作為中的一條鏈作為RNA合成的模板。合成的模板。 2四種核糖核苷三磷酸（即四種核糖核苷三磷酸（即ATP、GTP、CTP和和 UTP）是該酶的底物。）是該酶的底物。 3需要二價(jià)金屬離子，如需要二價(jià)金屬離子，如Mg2+和和Mn2+。 n(NTP) pppN(pN)n-1 + (n-1)PPi DNARNA聚合酶聚合酶 圖圖12-1 RNA鏈中鏈中3,5-磷酸二酯鍵的形成磷酸二酯

3、鍵的形成RNA的合成的方向?yàn)榈暮铣傻姆较驗(yàn)?3；聚合反應(yīng)是通過(guò)；聚合反應(yīng)是通過(guò)核苷酸之間形成的核苷酸之間形成的3,5-磷酸二酯鍵，使核苷酸磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長(zhǎng)，同時(shí)釋放出焦磷酸。鏈延長(zhǎng)，同時(shí)釋放出焦磷酸。表表12-1 真核生物真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)聚合酶的種類和性質(zhì)種類種類 I型型 II型型 III型型 線粒體線粒體 分子量分子量 5.5105 6105 6105 6.46.8104 分布分布 核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 線線粒體粒體 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 5.8S、 mRNA前體前體 tRNA前體前體 線粒體線粒體RNA 18S、 snRNA 5S rRNA 28S rRNA前

4、體前體對(duì)利福平對(duì)利福平敏感性敏感性 不敏感不敏感 不敏感不敏感 不敏感不敏感 敏感敏感對(duì)鵝膏蕈堿對(duì)鵝膏蕈堿的敏感性的敏感性 不敏感不敏感 非常敏感非常敏感 敏感敏感 不敏不敏感感 表表12-2 大腸桿菌大腸桿菌RNA 聚合酶組分及功能聚合酶組分及功能亞基亞基 每分子酶中每分子酶中 功能功能 所含數(shù)目所含數(shù)目 2 控制轉(zhuǎn)錄的速度控制轉(zhuǎn)錄的速度 1 催化合成催化合成RNA 1 催化合成催化合成RNA 1 不清不清 1 辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)二、二、 RNA 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA 復(fù)制異同點(diǎn)復(fù)制異同點(diǎn)RNA 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA 復(fù)制相同點(diǎn)：復(fù)制相同點(diǎn)：RNA轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的基本的化學(xué)反應(yīng)復(fù)制的基

5、本的化學(xué)反應(yīng)是相同的，在聚合酶的催化下，核苷酸是相同的，在聚合酶的催化下，核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，釋放出焦磷酸；之間形成磷酸二酯鍵，釋放出焦磷酸；核苷酸鏈的合成方向均為核苷酸鏈的合成方向均為53；聚合反；聚合反應(yīng)均需要應(yīng)均需要DNA作模板。作模板。RNA 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA 復(fù)制不同點(diǎn)：復(fù)制不同點(diǎn)：1.RNA轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱的，即僅用轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱的，即僅用DNA雙鏈中雙鏈中某一單鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，被作為模板某一單鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，被作為模板的那條的那條DNA單鏈稱單鏈稱模板鏈模板鏈（template strand）。與模板鏈互補(bǔ)的。與模板鏈互補(bǔ)的DNA單鏈為單鏈為編編碼鏈碼鏈(coding

6、strand)，即合成的，即合成的RNA 堿基堿基序列與編碼鏈相同，僅是序列與編碼鏈相同，僅是U 替代了替代了T。在。在特定的染色體中，有時(shí)基因的編碼序列可特定的染色體中，有時(shí)基因的編碼序列可能位于另一條鏈中，這種現(xiàn)象稱不對(duì)稱轉(zhuǎn)能位于另一條鏈中，這種現(xiàn)象稱不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄后錄。轉(zhuǎn)錄后DNA模板成分無(wú)改變模板成分無(wú)改變。圖圖 12-2 RNA 的不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄RNA 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA 復(fù)制不同點(diǎn)：復(fù)制不同點(diǎn)：2. 與與DNA 聚合酶不同，聚合酶不同，RNA聚合酶不需要引聚合酶不需要引 物，可利用物，可利用NTP 作底物直接合成作底物直接合成RNA。3. RNA聚合酶沒(méi)有核酸酶的活性，即

7、沒(méi)有聚合酶沒(méi)有核酸酶的活性，即沒(méi)有3到到5 外切酶的活性，也沒(méi)有外切酶的活性，也沒(méi)有5到到3外切酶的活性，外切酶的活性， 因此，在因此，在RNA合成過(guò)程不起較對(duì)作用。合成過(guò)程不起較對(duì)作用。4. 對(duì)于一個(gè)基因組來(lái)講，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基對(duì)于一個(gè)基因組來(lái)講，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基 因，而且每一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的因，而且每一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的 控制?？刂?。5. RNA 合成后需要加工才能成為有功能的合成后需要加工才能成為有功能的 RNA。真核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程除了真核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程除了RNA聚合酶參加外，聚合酶參加外，還需要一些蛋白質(zhì)因子參與，這些因子能還需要一些蛋白質(zhì)因子參與，這些因子能

8、結(jié)合到結(jié)合到DNA的特殊序列并且與的特殊序列并且與RNA聚合酶聚合酶結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。一類通用結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。一類通用轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子（general transcription factors，TF ）分別）分別能夠與不同的能夠與不同的RNA聚合酶結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄聚合酶結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體。復(fù)合體。第二節(jié)真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程第二節(jié)真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子分類分類 根據(jù)根據(jù)RNA 聚合酶的分類，聚合酶的分類，TF 分為三類。分為三類。 I 型轉(zhuǎn)錄因子（型轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor I，TF l）能夠促進(jìn)）能夠促進(jìn)RNA聚合酶聚合酶 l 轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 Il 型

9、轉(zhuǎn)錄因子（型轉(zhuǎn)錄因子（TF ll）促進(jìn)）促進(jìn)RNA聚合酶聚合酶 ll 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄. 包括包括TFIIA，B，D，E，F(xiàn)，H等。等。 III 型轉(zhuǎn)錄因子（型轉(zhuǎn)錄因子（TFIII）促進(jìn)）促進(jìn)RNA聚合酶聚合酶III 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 。 轉(zhuǎn)錄過(guò)程可分為三個(gè)階段：起始、延轉(zhuǎn)錄過(guò)程可分為三個(gè)階段：起始、延長(zhǎng)和終止長(zhǎng)和終止。 mRNA的合成是在核內(nèi)由的合成是在核內(nèi)由RNA聚合酶聚合酶催催化的。酵母化的。酵母RNA聚合酶聚合酶由由12個(gè)亞基組成。個(gè)亞基組成。其中最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域其中最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域（carboxyl-terminal domain, CTD），富含），富含絲氨酸殘基。絲氨酸殘基。CT

10、D的磷酸化和去磷酸化對(duì)的磷酸化和去磷酸化對(duì)酶的活性有重要影響。去磷酸化的酶的活性有重要影響。去磷酸化的CTD在在轉(zhuǎn)錄的起始中作用，在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中轉(zhuǎn)錄的起始中作用，在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中CTD的絲氨酸殘基被磷酸化。的絲氨酸殘基被磷酸化。mRNA的合的合成還需要有一系列轉(zhuǎn)錄因子成還需要有一系列轉(zhuǎn)錄因子（TF ）參）參加。加。一、一、mRNA的合成的合成（一）起始階段（一）起始階段（initiation） 1. 啟動(dòng)子啟動(dòng)子（promoter）是）是DNA上的特殊的序上的特殊的序列，它包括一些保守順序，其中最重要的順列，它包括一些保守順序，其中最重要的順序稱序稱TATA (box)盒子。盒子。RNA 聚

11、合酶和一些轉(zhuǎn)聚合酶和一些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合此部位。錄因子結(jié)合此部位。 二類啟動(dòng)子二類啟動(dòng)子圖圖12-3 真核真核RNA 聚合酶聚合酶II識(shí)別的識(shí)別的 的啟動(dòng)子基序的啟動(dòng)子基序 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以“+1”表示，在其上游的核苷酸序列以表示，在其上游的核苷酸序列以“ ”表示。啟動(dòng)子區(qū)框內(nèi)表示與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的共有順序。表示。啟動(dòng)子區(qū)框內(nèi)表示與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的共有順序。BRE為為TFB識(shí)別元件，識(shí)別元件，Y表示表示C或或T。 2轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子II 及轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的及轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的形成形成mRNA的合成是在核內(nèi)由的合成是在核內(nèi)由RNA聚合酶聚合酶II催化的，有一系列轉(zhuǎn)錄因子催化的，有一系列轉(zhuǎn)錄因子II（T

12、F II）參加參加 。 圖圖12-4 mRNA轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物RNA聚合酶聚合酶與其轉(zhuǎn)錄因子組成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。按與其轉(zhuǎn)錄因子組成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。按其組成的結(jié)合順序排列為：其組成的結(jié)合順序排列為：TFDABF-PolEH（Pol代表代表RNA聚合酶聚合酶）。覆蓋）。覆蓋DNA模板大約模板大約70bp.第一個(gè)磷酸二酯鍵的形成：第一個(gè)磷酸二酯鍵的形成：此附近此附近DNA雙鏈被雙鏈被RNA聚合酶解開(kāi)約聚合酶解開(kāi)約17個(gè)堿個(gè)堿基對(duì)，形成一個(gè)基對(duì)，形成一個(gè)轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡（由閉合復(fù)合物轉(zhuǎn)變（由閉合復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開(kāi)放復(fù)合物）成開(kāi)放復(fù)合物） 。根據(jù)。根據(jù)DNA模板鏈上核苷酸模板鏈上核苷酸的序列

13、，以的序列，以NTP為原料，按堿基互補(bǔ)原則在為原料，按堿基互補(bǔ)原則在RNA聚合酶催化下，形成第一個(gè)聚合酶催化下，形成第一個(gè)3,5-磷酸二磷酸二酯鍵。頭一個(gè)核苷酸多為嘌呤核苷酸酯鍵。頭一個(gè)核苷酸多為嘌呤核苷酸A或或G。（二）（二）RNA鏈的延長(zhǎng)鏈的延長(zhǎng)RNA聚合酶沿著聚合酶沿著DNA模板從模板從53方向移動(dòng)并不斷的解開(kāi)方向移動(dòng)并不斷的解開(kāi)DNA雙鏈，同時(shí)與雙鏈，同時(shí)與DNA模板鏈序列相互補(bǔ)的核苷酸逐一模板鏈序列相互補(bǔ)的核苷酸逐一地進(jìn)入反應(yīng)體系，地進(jìn)入反應(yīng)體系，RNA聚合酶聚合酶II的的CTD被轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)因子被轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)因子（TEFb）進(jìn)一步磷酸化，增強(qiáng)了聚合酶的活性。如此，）進(jìn)一步磷酸化，增強(qiáng)了聚合

14、酶的活性。如此，合成的合成的RNA逐漸延長(zhǎng)（逐漸延長(zhǎng)（elongation）（圖）（圖12-5）。）。RNA鏈延長(zhǎng)時(shí)，新合成的部分暫時(shí)與模板鏈延長(zhǎng)時(shí)，新合成的部分暫時(shí)與模板DNA 形成一段形成一段RNA-DNA雜合雙螺旋；隨著雜合雙螺旋；隨著RNA鏈的延伸，鏈的延伸，RNA從從RNA-DNA雙螺旋解開(kāi)。雙螺旋解開(kāi)。DNA雙螺旋的解旋及重新恢復(fù)雙雙螺旋的解旋及重新恢復(fù)雙螺旋是在螺旋是在DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用下進(jìn)行的。拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用下進(jìn)行的。TFIIE和和TFIIH對(duì)于對(duì)于RNA鏈的延長(zhǎng)不是必需的，它們從延長(zhǎng)的復(fù)合鏈的延長(zhǎng)不是必需的，它們從延長(zhǎng)的復(fù)合物上解離下來(lái)，物上解離下來(lái)，TBP和和TFII

15、B保留在啟動(dòng)子上。保留在啟動(dòng)子上。圖圖12-5 RNA鏈的延長(zhǎng)鏈的延長(zhǎng)RNA鏈的延長(zhǎng)過(guò)程鏈的延長(zhǎng)過(guò)程ARNA聚合酶聚合酶II在轉(zhuǎn)錄因子的輔助下，將雙鏈在轉(zhuǎn)錄因子的輔助下，將雙鏈DNA解開(kāi)解開(kāi)一段，形成轉(zhuǎn)錄泡。在聚合酶的作用下以一段，形成轉(zhuǎn)錄泡。在聚合酶的作用下以NTP為底物，與為底物，與模板鏈的堿基互補(bǔ)開(kāi)始合成模板鏈的堿基互補(bǔ)開(kāi)始合成RNA。B. 復(fù)制泡擴(kuò)大，復(fù)制泡擴(kuò)大，RNA聚合酶聚合酶II繼續(xù)合成繼續(xù)合成RNA，以，以U替代替代 T，A-U、C-G配對(duì)。配對(duì)。C. 隨著隨著RNA鏈的延長(zhǎng)，鏈的延長(zhǎng)，RNA聚合酶沿著模板鏈不斷滑動(dòng)，聚合酶沿著模板鏈不斷滑動(dòng)，在在DNA拓樸異構(gòu)酶的作用下，下游

16、不斷解鏈，上游不斷拓樸異構(gòu)酶的作用下，下游不斷解鏈，上游不斷恢復(fù)雙鏈，轉(zhuǎn)錄泡不斷向下游移動(dòng)，保持約恢復(fù)雙鏈，轉(zhuǎn)錄泡不斷向下游移動(dòng)，保持約17bp大小，大小，直到遇到終止信號(hào)合成則停止。直到遇到終止信號(hào)合成則停止。DNA雙螺旋重新形成。雙螺旋重新形成。（三）轉(zhuǎn)錄的終止（三）轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶聚合酶參與整個(gè)轉(zhuǎn)錄過(guò)程，直到出現(xiàn)多參與整個(gè)轉(zhuǎn)錄過(guò)程，直到出現(xiàn)多聚腺苷酸化信號(hào)為止。這個(gè)信號(hào)順序是保守序聚腺苷酸化信號(hào)為止。這個(gè)信號(hào)順序是保守序列列AAUAAA和其下游富含和其下游富含GU的序列的序列。這些序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的剪切信號(hào)序列（稱為轉(zhuǎn)錄終止的剪切信號(hào)序列（cleavage signal

17、sequence）。具體的剪切點(diǎn)位于）。具體的剪切點(diǎn)位于AAUAAA下游下游1030核苷酸處，距核苷酸處，距GU序列序列2040核苷酸。剪核苷酸。剪切信號(hào)序列可被核酸內(nèi)切酶、多聚腺苷酸聚合切信號(hào)序列可被核酸內(nèi)切酶、多聚腺苷酸聚合酶等所識(shí)別和結(jié)合，并切斷此初級(jí)轉(zhuǎn)錄物。酶等所識(shí)別和結(jié)合，并切斷此初級(jí)轉(zhuǎn)錄物。RNA聚合酶聚合酶被釋放，剪切點(diǎn)下游被被釋放，剪切點(diǎn)下游被RNA聚合聚合酶酶合成的多余合成的多余RNA片段被水解。片段被水解。 圖圖 12-6 mRNA 轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶聚合酶參與整個(gè)轉(zhuǎn)錄過(guò)程，并可超越轉(zhuǎn)錄終止參與整個(gè)轉(zhuǎn)錄過(guò)程，并可超越轉(zhuǎn)錄終止的剪切信號(hào)序列。剪切信號(hào)序列可被核酸

18、內(nèi)切酶等識(shí)的剪切信號(hào)序列。剪切信號(hào)序列可被核酸內(nèi)切酶等識(shí)別，并在剪切點(diǎn)切斷別，并在剪切點(diǎn)切斷mRNA前體。前體。二二. rRNA的合成的合成 rRNA基因位于染色體的特殊區(qū)域稱基因位于染色體的特殊區(qū)域稱 核仁組織者核仁組織者（nucleolar organizer）。）。rRNA 基基因?qū)儆谥貜?fù)序列，每個(gè)重復(fù)序列都作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄因?qū)儆谥貜?fù)序列，每個(gè)重復(fù)序列都作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位單位 。 每一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位包括每一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位包括28S，5.8S及及18S rRNA。 RNA 聚合酶聚合酶I及轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄因子I（TF I）識(shí)別位于非轉(zhuǎn)）識(shí)別位于非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)上的啟動(dòng)子序列。錄間隔區(qū)上的啟動(dòng)子序列。 圖圖12

19、-7 rRNA 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)人類人類rRNA基因啟動(dòng)子屬第一類啟動(dòng)子，由兩個(gè)元件組成，基因啟動(dòng)子屬第一類啟動(dòng)子，由兩個(gè)元件組成，一個(gè)是核心元件，此元件包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，存在富含一個(gè)是核心元件，此元件包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，存在富含AT的保守序列，為轉(zhuǎn)錄所必須；另一個(gè)為上游啟動(dòng)子元件，的保守序列，為轉(zhuǎn)錄所必須；另一個(gè)為上游啟動(dòng)子元件，從從107開(kāi)始，約開(kāi)始，約50bp長(zhǎng)，此元件的作用是增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率長(zhǎng)，此元件的作用是增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率 一類啟動(dòng)子一類啟動(dòng)子 合成合成rRNA的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物比較簡(jiǎn)單，的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物比較簡(jiǎn)單，由啟動(dòng)子、由啟動(dòng)子、RNA聚合酶聚合酶和兩個(gè)和兩個(gè)TF組成。組成。一種

20、一種TF是核心結(jié)合因子，稱是核心結(jié)合因子，稱TFB，（人類是（人類是SL），具有募集），具有募集RNA聚合酶聚合酶到啟動(dòng)子上的作用。另一種是上游結(jié)合因到啟動(dòng)子上的作用。另一種是上游結(jié)合因子（子（UBF），與啟動(dòng)子的上游起始元件），與啟動(dòng)子的上游起始元件（upstream promoter element,UPE）結(jié)合，）結(jié)合，協(xié)助協(xié)助TFB組裝到啟動(dòng)子上。組裝到啟動(dòng)子上。rRNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程與的轉(zhuǎn)錄過(guò)程與mRNA 相似相似 。rRNA的合成的合成核糖體的合成是細(xì)胞生長(zhǎng)的限速因素。核糖體的合成是細(xì)胞生長(zhǎng)的限速因素。rRNA的轉(zhuǎn)錄可以非常迅速，的轉(zhuǎn)錄可以非常迅速， RNA聚合酶聚合酶I 的磷酸化可以

21、特別激活的磷酸化可以特別激活rRNA迅速的轉(zhuǎn)錄，迅速的轉(zhuǎn)錄，例如在胚胎生長(zhǎng)及肝的再生過(guò)程中。當(dāng)生長(zhǎng)例如在胚胎生長(zhǎng)及肝的再生過(guò)程中。當(dāng)生長(zhǎng)不太迅速時(shí)，僅有一些不太迅速時(shí)，僅有一些 rDNA重復(fù)序列被用重復(fù)序列被用于轉(zhuǎn)錄。核糖體的合成則減少。于轉(zhuǎn)錄。核糖體的合成則減少。 三三5S RNA 和和 tRNA的合成的合成 5S rRNA 和和 tRNA 基因的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)基因的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)錄的序列之中，稱錄的序列之中，稱內(nèi)啟動(dòng)子內(nèi)啟動(dòng)子。所有的。所有的tRNA基因都有兩個(gè)內(nèi)啟動(dòng)子元件（圖基因都有兩個(gè)內(nèi)啟動(dòng)子元件（圖12-8）。）。5S rRNA合成的啟動(dòng)子與合成的啟動(dòng)子與tRNA的相似，兩的相似，兩

22、個(gè)個(gè)TF與與RNA聚合酶聚合酶的結(jié)合順序也相同。的結(jié)合順序也相同。 圖圖12-8 tRNA 基因的內(nèi)啟動(dòng)子及基因的內(nèi)啟動(dòng)子及 RNA聚合酶聚合酶 III與與 其轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合其轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子IIIC（TF III C）首先與啟動(dòng)子的）首先與啟動(dòng)子的A 和和B框框結(jié)合，然后結(jié)合，然后TFIII C與與TFIII B結(jié)合，最后結(jié)合，最后RNA聚合聚合酶酶III與與TFIII因子結(jié)合，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。因子結(jié)合，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 三類啟動(dòng)子三類啟動(dòng)子第三節(jié)第三節(jié) 真核生物真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工幾乎所有真核生物幾乎所有真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的初級(jí)產(chǎn)物都需轉(zhuǎn)錄的初級(jí)產(chǎn)物都需經(jīng)過(guò)一系列變

23、化后才能生成具有生物活性的經(jīng)過(guò)一系列變化后才能生成具有生物活性的RNA分子。這一系列變化過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄后的分子。這一系列變化過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄后的RNA加工加工(RNA processing)。加工過(guò)程包括。加工過(guò)程包括核苷酸部分水解、連接反應(yīng)、末端核苷酸核苷酸部分水解、連接反應(yīng)、末端核苷酸“戴帽戴帽”、“接尾接尾”，以及核苷的修飾。，以及核苷的修飾。一、信使一、信使RNA的加工的加工 （一）（一）mRNA 前體通過(guò)剪接去除內(nèi)含子前體通過(guò)剪接去除內(nèi)含子 真核生物真核生物mRNA的前體是的前體是核不均一核不均一RNA（heterogenous nuclear RNA, hnRNA），），其核苷酸順序其核

24、苷酸順序有一些不出現(xiàn)有一些不出現(xiàn)在成熟的在成熟的mRNA中。中。此部分在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工過(guò)程中被切除。被切除此部分在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工過(guò)程中被切除。被切除的部分稱為的部分稱為內(nèi)含子（內(nèi)含子（intron）。內(nèi)含子是不編。內(nèi)含子是不編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列。末被切除的部分稱碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列。末被切除的部分稱外顯外顯子子(exon)，是編碼蛋白質(zhì)的部分序列，是編碼蛋白質(zhì)的部分序列。由于內(nèi)含由于內(nèi)含子是插入外顯子之間，故內(nèi)含子又稱子是插入外顯子之間，故內(nèi)含子又稱插入序列插入序列(intervening sequences)。 真核生物內(nèi)含子堿基序列的共同特點(diǎn)是開(kāi)始于真核生物內(nèi)含子堿基序列的共同特點(diǎn)是開(kāi)始

25、于GU，結(jié)束，結(jié)束于于AG，分別稱，分別稱5剪接供體和剪接供體和3剪接受體。位于剪接受體。位于3剪接部位剪接部位上游上游20-50個(gè)堿基處有分支點(diǎn)個(gè)堿基處有分支點(diǎn)A。hnRNA中的內(nèi)含子稱為中的內(nèi)含子稱為剪接體內(nèi)含子，這些內(nèi)含子的切除是由稱作剪接體內(nèi)含子，這些內(nèi)含子的切除是由稱作剪接體剪接體（spliceosome）的蛋白復(fù)合物催化的。的蛋白復(fù)合物催化的。 snRNP是一種特異的是一種特異的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，含有多種蛋白質(zhì)復(fù)合體，含有多種小核小核RNA（small nuclear RNA, snRNA）。snRNA的長(zhǎng)度約的長(zhǎng)度約100-200個(gè)核苷酸。各種個(gè)核苷酸。各種snRNA因富含尿

26、嘧啶（因富含尿嘧啶（U）而被）而被命名為命名為U1、U2、U4、U5、U6等。等。snRNA參與剪接。剪參與剪接。剪切后的幾個(gè)外顯子片段拼接起來(lái)形成一個(gè)完整的切后的幾個(gè)外顯子片段拼接起來(lái)形成一個(gè)完整的mRNA(圖圖12-9，12-10)。切除的內(nèi)含子很快被降解。切除的內(nèi)含子很快被降解。 圖圖12-9 mRNA的拼接體的拼接體 一些小核核蛋白（一些小核核蛋白（snRNP）與）與RNA前體形成拼接體前體形成拼接體（spliceosome）。）。U1 RNA和和U2 RNA 分別為分別為snRNP的組的組份。份。U1 RNA的核苷酸序列與的核苷酸序列與 mRNA前體內(nèi)含子中的前體內(nèi)含子中的GU順序（

27、稱連接供體位點(diǎn)）相配對(duì)，順序（稱連接供體位點(diǎn)）相配對(duì)，U2 RNA識(shí)別內(nèi)含子識(shí)別內(nèi)含子3端連接受體位點(diǎn)。拼接體利用端連接受體位點(diǎn)。拼接體利用ATP供能，除去內(nèi)含子。供能，除去內(nèi)含子。 圖圖12- 10 mRNA 前體內(nèi)含子套環(huán)式剪接機(jī)制前體內(nèi)含子套環(huán)式剪接機(jī)制mRNA 前體內(nèi)含子套索式剪接機(jī)制：前體內(nèi)含子套索式剪接機(jī)制： hnRNA內(nèi)含子剪接分兩步轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。第一步，位內(nèi)含子剪接分兩步轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。第一步，位于內(nèi)含子分支點(diǎn)的腺嘌呤核苷酸于內(nèi)含子分支點(diǎn)的腺嘌呤核苷酸2-OH親核攻擊連在外顯親核攻擊連在外顯子子1上的磷酸二酯鍵，使內(nèi)含子與外顯子上的磷酸二酯鍵，使內(nèi)含子與外顯子1 之間的鍵斷裂。之間的

28、鍵斷裂。生成游離的外顯子生成游離的外顯子1和套索狀的內(nèi)含子和套索狀的內(nèi)含子-外顯子外顯子2 中間物中間物（內(nèi)含子（內(nèi)含子5端端G 與分支點(diǎn)的與分支點(diǎn)的A以以2,5-磷酸二酯鍵相連）。磷酸二酯鍵相連）。第二步，外顯子第二步，外顯子1 游離的游離的3-OH親核攻擊連在內(nèi)含子和外親核攻擊連在內(nèi)含子和外顯子顯子2 之間的磷酸二酯鍵，將內(nèi)含子以套環(huán)形式被切除，之間的磷酸二酯鍵，將內(nèi)含子以套環(huán)形式被切除，兩個(gè)外顯子連接在一起。兩個(gè)外顯子連接在一起。圖圖12-11 原肌球蛋白原肌球蛋白mRNA 前體及前體及 不同的剪不同的剪 接方式接方式剪接位點(diǎn)的突變也能引起拼接錯(cuò)誤，導(dǎo)致翻剪接位點(diǎn)的突變也能引起拼接錯(cuò)誤，

29、導(dǎo)致翻譯后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的改變。譯后的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的改變。如如-地中海貧血（地中海貧血（-thalassemia）。這是由于）。這是由于內(nèi)含子剪接點(diǎn)的內(nèi)含子剪接點(diǎn)的GU 中的中的G 突變成突變成A，剪接體，剪接體不能識(shí)別此序列，導(dǎo)致不能識(shí)別此序列，導(dǎo)致-珠蛋白異常，由此珠蛋白異常，由此產(chǎn)生貧血。產(chǎn)生貧血。 圖圖12- 12 mRNA 5帽端的結(jié)構(gòu)帽端的結(jié)構(gòu)5端第一個(gè)核苷酸是端第一個(gè)核苷酸是7-甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷三磷酸甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷三磷酸,第二個(gè)和第三個(gè)核苷酸的核糖第二個(gè)和第三個(gè)核苷酸的核糖2羥基甲基化。羥基甲基化。（二）二）mRNA 前體在前體在5末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)加帽（加帽

30、（capping）是一個(gè)多步過(guò)程，加帽過(guò)程需是一個(gè)多步過(guò)程，加帽過(guò)程需要兩種酶參與，即由要兩種酶參與，即由加帽酶（加帽酶（capping enzyme）和甲基轉(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)催化生成催化生成7-甲甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷的帽結(jié)構(gòu)。其過(guò)程首先是將基鳥(niǎo)嘌呤核苷的帽結(jié)構(gòu)。其過(guò)程首先是將GTP與與mRNA的的5末端三磷酸縮合，然后此鳥(niǎo)嘌呤末端三磷酸縮合，然后此鳥(niǎo)嘌呤N-7甲基化。此外，甲基化。此外，mRNA的第一和第二位核苷的第一和第二位核苷酸酸2-OH也常常被甲基化（圖也常常被甲基化（圖12-12）。）。5帽結(jié)帽結(jié)構(gòu)可以使構(gòu)可以使mRNA 免遭核酸酶的水解，它幫助免遭核

31、酸酶的水解，它幫助mRNA 通過(guò)核膜孔進(jìn)入胞漿，它也能與帽結(jié)合通過(guò)核膜孔進(jìn)入胞漿，它也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)合，并參與和核糖體的結(jié)合，蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)合，并參與和核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。（三）（三）mRNA 前體在前體在3末端多聚腺苷酸化末端多聚腺苷酸化mRNA前體首先在前體首先在AAUAAA信號(hào)下游大約信號(hào)下游大約1030個(gè)核個(gè)核苷酸處的剪切點(diǎn)處被切斷。然后在苷酸處的剪切點(diǎn)處被切斷。然后在多聚腺苷酸聚合酶多聚腺苷酸聚合酶（poly（A） polymerase）的催化下，逐一加入腺苷）的催化下，逐一加入腺苷酸。多聚腺苷酸聚合酶催化的反應(yīng)無(wú)需酸。多聚腺苷酸聚合酶

32、催化的反應(yīng)無(wú)需DNA模板。模板。RNA + nATP RNA-(AMP)n + nPPi (n = 80250)mRNA 的的poly A尾是一些特異蛋白質(zhì)的結(jié)合部位，能尾是一些特異蛋白質(zhì)的結(jié)合部位，能增加增加mRNA 的穩(wěn)定性，可以避免的穩(wěn)定性，可以避免3-核酸外切酶的水解。核酸外切酶的水解。poly A與與poly A結(jié)合蛋白結(jié)合有助于蛋白質(zhì)生物合成結(jié)合蛋白結(jié)合有助于蛋白質(zhì)生物合成（見(jiàn)第十三章）。（見(jiàn)第十三章）。（四）（四）mRNA 前體的修飾和編輯前體的修飾和編輯 所謂所謂修飾修飾包括包括mRNA分子核糖上分子核糖上2-羥基的甲羥基的甲基化反應(yīng)和嘌呤堿的甲基化反應(yīng)?；磻?yīng)和嘌呤堿的甲基

33、化反應(yīng)。 所謂所謂編輯編輯是指在轉(zhuǎn)錄后對(duì)是指在轉(zhuǎn)錄后對(duì)mRNA序列中的堿序列中的堿基進(jìn)行變換的過(guò)程?；M(jìn)行變換的過(guò)程。 圖圖 12 -13 載脂蛋白載脂蛋白B mRNA 的編輯加工的編輯加工 圖圖12-14 mRNA的加工過(guò)程示意圖的加工過(guò)程示意圖二、核糖體二、核糖體RNA的加工的加工在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的核仁內(nèi)，三種在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的核仁內(nèi)，三種rRNA的合的合成過(guò)程均先形成成過(guò)程均先形成45S的共同前體。然后，該的共同前體。然后，該前體再斷裂成相應(yīng)的前體再斷裂成相應(yīng)的rRNA 。 圖圖12-15 rRNA前體的轉(zhuǎn)換前體的轉(zhuǎn)換rRNA前體的加工是由多亞基的核蛋白復(fù)合前體的加工是由多亞基的核蛋白復(fù)合物

34、來(lái)完成的（圖物來(lái)完成的（圖12-16）。真核細(xì)胞的）。真核細(xì)胞的5S RNA基因與其它基因與其它rRNA基因相分開(kāi)?；蛳喾珠_(kāi)。轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸?，轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぃ?8S、5.8S與相關(guān)與相關(guān)的蛋白質(zhì)一起組成核糖體的大亞基。的蛋白質(zhì)一起組成核糖體的大亞基。18S則則是小亞基的成分。是小亞基的成分。rRNA的成熟過(guò)程中也包的成熟過(guò)程中也包括堿基的甲基化修飾和部分核糖的括堿基的甲基化修飾和部分核糖的2-OH甲甲基化反應(yīng)。甲基的供體是基化反應(yīng)。甲基的供體是S-腺苷蛋氨酸。腺苷蛋氨酸。 圖圖12-16 rRNA的加工過(guò)程的加工過(guò)程rRNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物是的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物是45S 前前rRNA, 經(jīng)過(guò)

35、一系列剪接、經(jīng)過(guò)一系列剪接、修飾，最后成為三種修飾，最后成為三種rRNA三、轉(zhuǎn)移三、轉(zhuǎn)移RNA的加工的加工 tRNA前身物通常包括一個(gè)以上前身物通常包括一個(gè)以上tRNA，通過(guò)核酸水解加工過(guò)程將它們分開(kāi)。成通過(guò)核酸水解加工過(guò)程將它們分開(kāi)。成熟的熟的tRNA比初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物核苷酸數(shù)目少。比初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物核苷酸數(shù)目少。加工過(guò)程包括插入順序的去除和相當(dāng)于加工過(guò)程包括插入順序的去除和相當(dāng)于外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的拼接。外顯子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的拼接。tRNA3-末端的末端的CCA順序也是轉(zhuǎn)錄后加上去的。一些稀順序也是轉(zhuǎn)錄后加上去的。一些稀有堿基的修飾也在核內(nèi)進(jìn)行（圖有堿基的修飾也在核內(nèi)進(jìn)行（圖12-17）。）。 圖圖12-1

36、7 tRNA的加工過(guò)程的加工過(guò)程.原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶是多亞基的酶。從大腸桿菌提是多亞基的酶。從大腸桿菌提取的取的RNA聚合酶有六個(gè)亞基組成，分子量為聚合酶有六個(gè)亞基組成，分子量為500KD。兩個(gè)兩個(gè)亞基，一個(gè)亞基，一個(gè)亞基，一個(gè)亞基，一個(gè)及及亞基組成亞基組成核心酶核心酶（core enzyme），），核心酶（核心酶（2 ）能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，）能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，但是沒(méi)有但是沒(méi)有RNA合成的特異性。第六個(gè)蛋白質(zhì)亞基稱合成的特異性。第六個(gè)蛋白質(zhì)亞基稱因子，這六種亞基構(gòu)成因子，這六種亞基構(gòu)成全酶全酶（holoenzyme）,在體內(nèi)在體內(nèi)及體外只有全酶才能特異的合成及體外只有全酶才能特異的合成RNA

37、。因子參與識(shí)因子參與識(shí)別特異的啟動(dòng)子別特異的啟動(dòng)子。原核生物。原核生物RNA聚合酶能被利福平聚合酶能被利福平（rifampicin）所抑制。利福平與）所抑制。利福平與亞基相結(jié)合，從亞基相結(jié)合，從而抑制酶的活性。而抑制酶的活性。第四節(jié)第四節(jié) 原核生物的轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄圖圖12-18 原核生物原核生物RNA聚合酶全酶的組成聚合酶全酶的組成 （2 ）一、原核生物一、原核生物RNA轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始圖圖12-19 RNA聚合酶（含聚合酶（含 70）可識(shí)別的大腸桿菌）可識(shí)別的大腸桿菌 的典型啟動(dòng)子的典型啟動(dòng)子原核生物原核生物啟動(dòng)子啟動(dòng)子區(qū)包括兩個(gè)高度保守的序列。一個(gè)序列位區(qū)包括兩個(gè)高度保守的序列。一

38、個(gè)序列位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游約于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游約10bp，保守序列為，保守序列為T*A*TAAT*，此區(qū)由此區(qū)由D. Pribnow首先發(fā)現(xiàn)，所以也稱首先發(fā)現(xiàn)，所以也稱Pribnow 盒。第二盒。第二個(gè)序列是位于個(gè)序列是位于-10上游的上游的-35序列，為序列，為T*T*G*ACA。在。在35區(qū)到區(qū)到10區(qū)之間的區(qū)之間的17個(gè)核苷酸也是高度保守的個(gè)核苷酸也是高度保守的 圖圖12-20 細(xì)菌轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子區(qū)細(xì)菌轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子區(qū)RNA轉(zhuǎn)錄的起始合成需要兩個(gè)步驟：轉(zhuǎn)錄的起始合成需要兩個(gè)步驟：第一步，第一步，因子辨認(rèn)起始點(diǎn)，因子辨認(rèn)起始點(diǎn)，RNA聚合酶全酶相對(duì)弱的結(jié)聚合酶全酶相對(duì)弱的結(jié)合到合到DNA啟動(dòng)子

39、上，形成一個(gè)啟動(dòng)子上，形成一個(gè)閉合的啟動(dòng)子復(fù)合物閉合的啟動(dòng)子復(fù)合物（closed promoter complex）。然后，）。然后，DNA雙鏈在雙鏈在 10 區(qū)區(qū)部分解旋，全酶形成更緊密的部分解旋，全酶形成更緊密的開(kāi)放啟動(dòng)子復(fù)合物開(kāi)放啟動(dòng)子復(fù)合物(open promoter complex)。第二步，解鏈的第二步，解鏈的DNA與起始的三磷酸嘌呤核苷酸結(jié)合，與起始的三磷酸嘌呤核苷酸結(jié)合，開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，然后形成第一個(gè)磷酸二酯鍵。開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，然后形成第一個(gè)磷酸二酯鍵。RNA聚合酶向聚合酶向下游移動(dòng)，合成繼續(xù)。一旦起始的核苷酸鏈形成一小段下游移動(dòng)，合成繼續(xù)。一旦起始的核苷酸鏈形成一小段（8 9nt）后，）

40、后，因子便從全酶釋放出來(lái)，核心酶進(jìn)入延長(zhǎng)因子便從全酶釋放出來(lái)，核心酶進(jìn)入延長(zhǎng)階段繼續(xù)發(fā)揮其催化作用。階段繼續(xù)發(fā)揮其催化作用。 圖圖 12-21 原核原核RNA的的轉(zhuǎn)錄過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程程二、原核生物二、原核生物RNA轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)階段與與RNA聚合酶結(jié)合的聚合酶結(jié)合的DNA區(qū)域解旋區(qū)域解旋17 18bp，形成所謂的，形成所謂的轉(zhuǎn)錄泡（轉(zhuǎn)錄泡（transcription bubble）。轉(zhuǎn)錄泡隨）。轉(zhuǎn)錄泡隨RNA聚合酶向聚合酶向下游移動(dòng)，下游的下游移動(dòng)，下游的DNA雙鏈不斷地被解旋，上游已解旋雙鏈不斷地被解旋，上游已解旋的的DNA鏈又不斷地復(fù)性。這樣，鏈又不斷地復(fù)性。這樣，RNA聚合酶連續(xù)的合

41、成聚合酶連續(xù)的合成新的磷酸二酯鍵，平均每秒鐘合成新的磷酸二酯鍵，平均每秒鐘合成40個(gè)核苷酸。在這一過(guò)個(gè)核苷酸。在這一過(guò)程中，程中，DNA模板的堿基與正在延長(zhǎng)的模板的堿基與正在延長(zhǎng)的RNA鏈堿基配對(duì)，鏈堿基配對(duì)，形成大約形成大約8 9bp的的RNA/DNA雜化雙鏈。原核生物沒(méi)有核雜化雙鏈。原核生物沒(méi)有核膜，膜，RNA轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯就開(kāi)始了。而真核生物有轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯就開(kāi)始了。而真核生物有核膜，故轉(zhuǎn)錄和翻譯不能同時(shí)進(jìn)行。核膜，故轉(zhuǎn)錄和翻譯不能同時(shí)進(jìn)行。三、原核生物三、原核生物RNA轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄的終止終止分為終止分為因子依賴性及因子依賴性及因子不依賴性兩類因子不依賴性兩類 1.因子不依賴性

42、的終止其特征是因子不依賴性的終止其特征是DNA模板上有特殊的模板上有特殊的序列，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的序列，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA 有兩個(gè)特征，第一是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物含有兩個(gè)特征，第一是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物含有一段有一段G-C豐富的發(fā)夾序列，能形成莖豐富的發(fā)夾序列，能形成莖-環(huán)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，環(huán)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，RNA聚合酶與莖聚合酶與莖-環(huán)結(jié)構(gòu)作用后，即停止轉(zhuǎn)錄。第二是環(huán)結(jié)構(gòu)作用后，即停止轉(zhuǎn)錄。第二是在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的緊后面有在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的緊后面有6-7 U殘基序列。幾個(gè)殘基序列。幾個(gè)U 與模板與模板DNA上的上的A堿基配對(duì)很不穩(wěn)定，容易使新生成的堿基配對(duì)很不穩(wěn)定，容易使新生成的RNA與與模板脫離模板脫離 圖圖 12-22 RNA轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄的

43、終止( 因子不依賴性的因子不依賴性的)A：DNA模板有特殊的序列，富含模板有特殊的序列，富含GC和和AT區(qū)，反轉(zhuǎn)區(qū)，反轉(zhuǎn)重復(fù)順重復(fù)順 序（陰影所示）。序（陰影所示）。B：RNA轉(zhuǎn)錄物可形成莖、環(huán)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄物可形成莖、環(huán)結(jié)構(gòu)。 圖圖12-23 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止因子的作用因子的作用因子是由因子是由6個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)，它具有個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)，它具有ATP酶和解旋酶和解旋酶的活性，能將酶的活性，能將RNA-DNA雜交雙鏈解開(kāi)，使雜交雙鏈解開(kāi)，使RNA脫離脫離模板，從而終止模板，從而終止RNA轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。2. 因子依賴性轉(zhuǎn)錄終止因子依賴性轉(zhuǎn)錄終止 四、四、 原核生物原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的

44、加工原核生物原核生物RNA轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程是偶聯(lián)的。即轉(zhuǎn)錄與翻譯過(guò)程是偶聯(lián)的。即mRNA在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中即進(jìn)行翻譯。原核生物在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中即進(jìn)行翻譯。原核生物mRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物沒(méi)有內(nèi)含子，故沒(méi)有剪接過(guò)程。初級(jí)轉(zhuǎn)錄物沒(méi)有內(nèi)含子，故沒(méi)有剪接過(guò)程。核糖體核糖體RNA轉(zhuǎn)錄時(shí)即刻被剪切成轉(zhuǎn)錄時(shí)即刻被剪切成23S及及16S rRNA（圖（圖12-24）。）。tRNA也進(jìn)行一些剪接及修飾。也進(jìn)行一些剪接及修飾。圖圖12-24 原核原核 rRNA的加工的加工第五節(jié)第五節(jié) RNA依賴的依賴的RNA合成合成 有些病毒或噬菌體的基因組是由有些病毒或噬菌體的基因組是由RNA而不是而不是由由DNA組成的。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，還

45、可以組成的。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，還可以進(jìn)行復(fù)制生成進(jìn)行復(fù)制生成RNA。催化此種。催化此種RNA復(fù)制的酶為復(fù)制的酶為RNA復(fù)制酶，是一種復(fù)制酶，是一種RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA聚合酶聚合酶(RNA directed RNA polymerase)。 RNA復(fù)制酶催化的合成反應(yīng)是以復(fù)制酶催化的合成反應(yīng)是以RNA為模為模板，由板，由53方向進(jìn)行方向進(jìn)行RNA鏈的合成。反應(yīng)機(jī)理鏈的合成。反應(yīng)機(jī)理與與DNA作模板合成作模板合成RNA反應(yīng)相似。反應(yīng)相似。RNA復(fù)制酶復(fù)制酶僅對(duì)特異的病毒僅對(duì)特異的病毒RNA起作用，對(duì)宿主細(xì)胞的起作用，對(duì)宿主細(xì)胞的RNA一般不進(jìn)行復(fù)制。為此當(dāng)病毒侵入宿主細(xì)胞一般不進(jìn)行復(fù)制。為此

46、當(dāng)病毒侵入宿主細(xì)胞后，病毒的后，病毒的RNA能大量復(fù)制。能大量復(fù)制。Summary Synthesis of an RNA involves one strand of DNA as a template and the nucleotides are incorporated into the transcript by RNA polymerase. In the nuclei of eukaryotic cells, there are three distinct DNA-dependent RNA polymerase: RNA polymerase I, II, and III.

47、These enzymes synthesize rRNA; mRNA and snRNA; tRNA and 5SRNA precursors, respectively. In prokaryotic cells, there is one kind of RNA polymerase that is responsive to synthesize all of the RNA. Transcription process includes three phase: initiation, elongation and termination. Transcription initiat

48、ion requires specialized DNA sequences called promoters. The recognition of promoter sequences involves transcription factions and RNA polymerases. A newly synthesized RNA molecule is called primary transcripts. RNA processing includes remove, add, and modify nucleotides reactions. Eukaryotic mRNA h

49、ave appended 5cap and poly(A) tail. The introns of hnRNA are precisely excised and their flanking exons are spliced together to form mature mRNA, some mRNAs are subject to RNA editing.The eukaryotic 18S, 5.8S and 28S rRNA are transcribed as a 45s precursor which are excised and modified to form the

50、mature rRNAs. tRNA transcripts also require the excision of a short intron and enzymatic addition of a 3-terminal CCA to form the mature tRNA. Prokaryotic mRNA transcripts require no additional processing. The primary transcript of rRNA contains all three rRNAs together with some tRNAs. These are ex

51、cised and trimmed. The rRNAs are also modified by the methylation of specific nucleosides. Prokaryotic tRNA are excised from their primary transcripts and trimmed. Many viruses contain RNA as genetic material. RNA-dependent RNA polymerase synthesizes their genomes.問(wèn)問(wèn) 題題單單 選選 題題1. RNA的生物合成見(jiàn)于的生物合成見(jiàn)于RN

52、A復(fù)制復(fù)制和和 A. 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 B. 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 C. 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 D. 翻譯翻譯 E. 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 2. 轉(zhuǎn)錄需要的原料是轉(zhuǎn)錄需要的原料是:A. dNTPB. dNDP C. dNMP D. NTP E . NMP3. 真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄發(fā)生于真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄發(fā)生于: A.細(xì)胞漿細(xì)胞漿 B. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) C. 細(xì)胞核細(xì)胞核 D. 線粒體線粒體 E. 核蛋白體核蛋白體 4.轉(zhuǎn)錄需要轉(zhuǎn)錄需要: A.引物酶引物酶 B. RDRP C. DDDP D. DDRP E. RDDP5.DNA模板鏈為模板鏈為 5-ATTCAG-3 , 其其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是: A. 5 -

53、GACTTA-3 B. 5 -CTGAAT-3 C. 5 -UAAGUC-3 D. 5 -CUGAAU-3 E. 5 -TAAGTC-3 6. DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程有許多相同點(diǎn)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程有許多相同點(diǎn),下下列描述哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的列描述哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的? A.轉(zhuǎn)錄以轉(zhuǎn)錄以DNA一條鏈為模板一條鏈為模板,而以而以DNA兩兩條鏈為模板進(jìn)行復(fù)制條鏈為模板進(jìn)行復(fù)制 B. 在這兩個(gè)過(guò)程中合成均為在這兩個(gè)過(guò)程中合成均為5-3方向方向 C. 復(fù)制的產(chǎn)物通常情況下大于轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)復(fù)制的產(chǎn)物通常情況下大于轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物物 D. 兩過(guò)程均需兩過(guò)程均需RNA引物引物 E. DNA聚合酶和聚合酶和RNA聚合酶均需要聚合酶均需要Mg2

54、+7.關(guān)于啟動(dòng)子的描述關(guān)于啟動(dòng)子的描述,哪一項(xiàng)是正確的哪一項(xiàng)是正確的?A. mRNA開(kāi)始被翻譯的那段開(kāi)始被翻譯的那段DNA序列序列B. 開(kāi)始轉(zhuǎn)錄生成開(kāi)始轉(zhuǎn)錄生成mRNA的那段的那段DNA順序順序C. RNA聚合酶最初與聚合酶最初與DNA結(jié)合的那段結(jié)合的那段 DNA順序順序D. 開(kāi)始生成的開(kāi)始生成的mRNA順序順序E. 調(diào)節(jié)基因結(jié)合的部位調(diào)節(jié)基因結(jié)合的部位 8. mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工不不包括包括: A. 5端加入端加入7-甲基鳥(niǎo)苷三磷酸甲基鳥(niǎo)苷三磷酸 B. 3端加端加poly A C. 切除內(nèi)含子切除內(nèi)含子,連接外顯子連接外顯子 D. 堿基修飾堿基修飾 E. 加加CCA尾尾9.原核細(xì)

55、胞原核細(xì)胞RNA聚合酶由以下亞基組成聚合酶由以下亞基組成: A. B. B. C. C. D. D. E. E. 10原核原核RNA聚合酶聚合酶亞基亞基A.是核心酶的一部分是核心酶的一部分B.與抗生素利福平相結(jié)合與抗生素利福平相結(jié)合C.被被-鵝膏蕈堿所抑制鵝膏蕈堿所抑制D.大多存在于轉(zhuǎn)錄的開(kāi)始大多存在于轉(zhuǎn)錄的開(kāi)始E.特異性識(shí)別啟動(dòng)子位點(diǎn)特異性識(shí)別啟動(dòng)子位點(diǎn)11.下列有關(guān)真核生物初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的論述下列有關(guān)真核生物初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的論述是正確的，但除外是正確的，但除外A.通常比有功能的通常比有功能的RNA長(zhǎng)長(zhǎng)B.許多核苷酸序列不存在于有功能的許多核苷酸序列不存在于有功能的RNA中中C.全部不含有修飾的堿基

56、全部不含有修飾的堿基D.可能含有一個(gè)以上的可能含有一個(gè)以上的RNA信息信息E.含有含有TATA盒子盒子12.下列參與轉(zhuǎn)移下列參與轉(zhuǎn)移RNA的加工，的加工，但除外但除外，A.在在5末端加入甲基化的鳥(niǎo)苷末端加入甲基化的鳥(niǎo)苷B.從從3及及5端均出去多余的堿基端均出去多余的堿基C.核苷酸序列特異的堿基甲基化核苷酸序列特異的堿基甲基化D.有時(shí)從反密碼環(huán)去掉內(nèi)含子有時(shí)從反密碼環(huán)去掉內(nèi)含子E.通過(guò)核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用加入通過(guò)核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用加入CCA順序順序多選題多選題 1 . 轉(zhuǎn)錄需要以下原料轉(zhuǎn)錄需要以下原料 A. CTP B. UTP C. TTP D. ATP E. GTP 2. 轉(zhuǎn)錄的主要特點(diǎn)有轉(zhuǎn)錄

57、的主要特點(diǎn)有 A. 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 B. 半不連續(xù)轉(zhuǎn)錄半不連續(xù)轉(zhuǎn)錄 C. 不需要引物不需要引物 D. 合成方向?yàn)楹铣煞较驗(yàn)?到到3 E. 真核細(xì)胞內(nèi)含子不轉(zhuǎn)錄真核細(xì)胞內(nèi)含子不轉(zhuǎn)錄 3.參與轉(zhuǎn)錄的酶與蛋白因子有參與轉(zhuǎn)錄的酶與蛋白因子有 A. DNA 指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA 聚合酶（聚合酶（DDRP） B. RNA 指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA聚合酶聚合酶 （RDRP） C. 引物酶引物酶 D. RNA連接酶連接酶 E. 轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（TF） 4.抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌RNA聚合酶的抗結(jié)核藥物有聚合酶的抗結(jié)核藥物有 A. 利福平利福平 B. 利福霉素利福霉素 C. 鏈霉素鏈霉素 D. 放線菌素放線菌素D

58、E. 紅霉素紅霉素 5. 真核生物真核生物mRNA 轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程有轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程有 A. 5端加端加m7G帽帽 B. 3端加多聚端加多聚A 尾尾 C. 去除內(nèi)含子去除內(nèi)含子 D. 去掉啟動(dòng)子去掉啟動(dòng)子 E. 3端加端加CCA答答 案案 1.答案答案 B 即僅用即僅用DNA雙鏈中某一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。雙鏈中某一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。有時(shí)是這條鏈的某區(qū)段，有時(shí)是另一條鏈的某區(qū)有時(shí)是這條鏈的某區(qū)段，有時(shí)是另一條鏈的某區(qū)域具有模板作用。通常將模板鏈稱為有域具有模板作用。通常將模板鏈稱為有(意意)義鏈，義鏈，將其互補(bǔ)鏈稱為反將其互補(bǔ)鏈稱為反(意意)義鏈或編碼鏈。這種轉(zhuǎn)錄義鏈或編碼鏈。這種轉(zhuǎn)錄稱不對(duì)

59、稱轉(zhuǎn)錄。稱不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。2. 答案答案 D RNA聚合酶需要以四種核苷三磷酸（聚合酶需要以四種核苷三磷酸（NTP） ，即即ATP，GTP，UTP和和CTP為原料。為原料。RNA的合的合成反應(yīng)是一個(gè)消耗能量的過(guò)程，釋放出焦磷酸驅(qū)成反應(yīng)是一個(gè)消耗能量的過(guò)程，釋放出焦磷酸驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。單選題單選題 3. 答案答案 C RNA轉(zhuǎn)錄是以轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板，在為模板，在DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA聚合聚合酶催化下進(jìn)行的。酶催化下進(jìn)行的。DNA位于細(xì)胞核內(nèi)，故真核細(xì)胞的位于細(xì)胞核內(nèi)，故真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)。轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)。4. 答案答案 D DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA聚合酶（聚合酶（D

60、NA directed RNA polymerase，DDRP）是）是RNA合成中最主要的酶類。合成中最主要的酶類。5 . 答案答案 D RNA轉(zhuǎn)錄物與轉(zhuǎn)錄物與DNA模板的堿基互補(bǔ)，而且方向相反，模板的堿基互補(bǔ)，而且方向相反，U取代取代T 與與A配對(duì)。配對(duì)。DNA模板鏈為模板鏈為 5-ATTCAG-3 ，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是: 5 -CUGAAU-3 6. 答案答案 D DNA復(fù)制需要引物，復(fù)制需要引物，RNA轉(zhuǎn)錄不需要引物，轉(zhuǎn)錄不需要引物，故這兩個(gè)過(guò)程均需故這兩個(gè)過(guò)程均需RNA引物是錯(cuò)誤的。引物是錯(cuò)誤的。7. 答案答案 C RNA聚合酶最初與聚合酶最初與DNA結(jié)合的那段結(jié)合的那段DNA順

61、序順序?yàn)閱?dòng)子。為啟動(dòng)子。啟動(dòng)子（啟動(dòng)子（promoter）是）是DNA上的特上的特殊的序列。殊的序列。8. 答案答案 E tRNA 3-末端的末端的CCA順序是轉(zhuǎn)錄后加上去的。順序是轉(zhuǎn)錄后加上去的。mRNA的的3末端是多聚末端是多聚A，而不包括加，而不包括加CCA尾。尾。9. 答案答案 B原核細(xì)胞原核細(xì)胞RNA聚合酶由聚合酶由六種亞基構(gòu)成全酶六種亞基構(gòu)成全酶（），），核心酶的組成為（核心酶的組成為（2 ）10答案答案 E 原核原核RNA聚合酶聚合酶亞基亞基參與識(shí)別參與識(shí)別DNA模板上模板上特異的啟動(dòng)子，它與核心酶一起結(jié)合到特異的啟動(dòng)子，它與核心酶一起結(jié)合到DNA模模板的起始位置上。以板的起始

62、位置上。以NTP為原料，全酶催化合成為原料，全酶催化合成RNA合成。當(dāng)合成。當(dāng)RNA鏈延長(zhǎng)到大約鏈延長(zhǎng)到大約10核苷酸時(shí)，核苷酸時(shí)，因子從全酶上脫離，參與另外一次循環(huán)。因子從全酶上脫離，參與另外一次循環(huán)。 11.答案答案E TATA盒子是位于盒子是位于DNA上啟動(dòng)子區(qū)的特殊序上啟動(dòng)子區(qū)的特殊序列，它不是真核生物列，它不是真核生物RNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的組分。初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的組分。12. 答案答案A 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA的加工的加工過(guò)程中過(guò)程中5末端要切除一些核末端要切除一些核苷酸，而不是苷酸，而不是在在5末端加入甲基化的鳥(niǎo)苷。只末端加入甲基化的鳥(niǎo)苷。只有有在在mRNA的加工中的加工中5端加入端加入甲基化的鳥(niǎo)苷

63、。甲基化的鳥(niǎo)苷。多選題答案多選題答案1. 答案答案 A、B、D、E 轉(zhuǎn)錄需要四種核苷三磷酸，即轉(zhuǎn)錄需要四種核苷三磷酸，即CTP，UTP，ATP 和和GTP。2. 答案答案 A、C、D 轉(zhuǎn)錄的主要特點(diǎn)有不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄，不需要引物，轉(zhuǎn)錄的主要特點(diǎn)有不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄，不需要引物，RNA合合成的方向是成的方向是 5 到到3。3. 答案答案A、E 參與參與RNA轉(zhuǎn)錄的酶是轉(zhuǎn)錄的酶是DDRP，轉(zhuǎn)錄因子（，轉(zhuǎn)錄因子（TF）協(xié)助）協(xié)助DDRP也參與轉(zhuǎn)錄過(guò)程。也參與轉(zhuǎn)錄過(guò)程。4. 答案答案 A、B 抑制細(xì)菌抑制細(xì)菌RNA聚合酶的抗結(jié)核藥物有聚合酶的抗結(jié)核藥物有 A. 利福平利福平 B. 利福霉素利福霉素5. 答案答案 A

64、、B、C 真核生物真核生物mRNA 轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程有轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程有 A. 5端加端加m7G帽帽 B. 3端加多聚端加多聚A 尾尾 C. 去除內(nèi)含子去除內(nèi)含子 科學(xué)家的故事科學(xué)家的故事 斷裂基因的發(fā)現(xiàn)斷裂基因的發(fā)現(xiàn) 1977年，在冷泉港會(huì)議上，來(lái)自冷泉港實(shí)驗(yàn)?zāi)?，在冷泉港?huì)議上，來(lái)自冷泉港實(shí)驗(yàn)室的羅伯茨（室的羅伯茨（Richarl J.Roberts）和麻省理工學(xué)院）和麻省理工學(xué)院癌癥研究中心的夏普（癌癥研究中心的夏普（Pilip A. sharp）報(bào)道了他們）報(bào)道了他們關(guān)于真核生物斷裂基因的發(fā)現(xiàn)。因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)，關(guān)于真核生物斷裂基因的發(fā)現(xiàn)。因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)，他們分享了他們分享了1993年諾貝爾生理醫(yī)

65、學(xué)獎(jiǎng)。斷裂基因年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。斷裂基因的發(fā)現(xiàn)揭示了真核生物不同于原核生物。其次，的發(fā)現(xiàn)揭示了真核生物不同于原核生物。其次，這一過(guò)程體現(xiàn)了生物進(jìn)化中的自然選擇機(jī)制的美這一過(guò)程體現(xiàn)了生物進(jìn)化中的自然選擇機(jī)制的美妙。第三，它成為生物研究的一個(gè)重要生長(zhǎng)點(diǎn)。妙。第三，它成為生物研究的一個(gè)重要生長(zhǎng)點(diǎn)。英國(guó)科學(xué)家，因發(fā)英國(guó)科學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)斷裂基因于現(xiàn)斷裂基因于1993年獲諾貝爾獎(jiǎng)年獲諾貝爾獎(jiǎng)羅伯茨（羅伯茨（Richarl J.Roberts） 1943年出生于英格蘭。年出生于英格蘭。1968年獲得生物化學(xué)博士學(xué)位。年獲得生物化學(xué)博士學(xué)位。其后，他到美國(guó)哈佛大學(xué)做其后，他到美國(guó)哈佛大學(xué)做博士后。博士后。19

66、72-1992年，他年，他在冷泉港實(shí)驗(yàn)室工作。他對(duì)在冷泉港實(shí)驗(yàn)室工作。他對(duì)腺病毒腺病毒Ad2進(jìn)行了精細(xì)的研進(jìn)行了精細(xì)的研究。究。1974年，他們對(duì)這些片年，他們對(duì)這些片段進(jìn)行測(cè)序。其中有一個(gè)小段進(jìn)行測(cè)序。其中有一個(gè)小片段包含片段包含Ad2 mRNA的末端的末端和一個(gè)啟動(dòng)子。正是對(duì)這個(gè)和一個(gè)啟動(dòng)子。正是對(duì)這個(gè)包含啟動(dòng)子片段的搜索，導(dǎo)包含啟動(dòng)子片段的搜索，導(dǎo)致對(duì)致對(duì)RNA剪切及斷裂基因的剪切及斷裂基因的發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)。美國(guó)科學(xué)家，因美國(guó)科學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)mRNA的剪的剪接于接于1993年獲諾年獲諾貝爾獎(jiǎng)貝爾獎(jiǎng)夏普于（夏普于（Pilip A. sharp） 1944年年出生在美國(guó)肯塔基州。獲得伊利出生在美國(guó)肯塔基州。獲得伊利諾伊大學(xué)博士學(xué)位。他先后在加諾伊大學(xué)博士學(xué)位。他先后在加州理工學(xué)院的戴維森和冷泉港實(shí)州理工學(xué)院的戴維森和冷泉港實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)室watson(沃森沃森)手下做過(guò)博士手下做過(guò)博士后。后。1974年，他來(lái)到麻省理工學(xué)年，他來(lái)到麻省理工學(xué)院的癌癥研究中心。他集中于腫院的癌癥研究中心。他集中于腫瘤病毒的分子生物學(xué)和瘤病毒的分子生物學(xué)和RNA剪接剪接研究。夏暜關(guān)注腺病毒的基因表研究。夏暜關(guān)注腺