RNA的生物合成

1、第十章RNA的生物合成（TheBiosynthesisofRNA）執(zhí)行生命功能、表現(xiàn)生命特征的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)分子。DNA貯存著決定生物特征的遺傳信息，只有通過蛋白質(zhì)才能表達(dá)出它的生命意義，直接決定蛋白質(zhì)合成及蛋白質(zhì)特征的不是RNA而是DNA,因而人們確定DNA是遺傳信息貯存者后就推測(cè)DNA是通過RNA去決定蛋白質(zhì)合成的。50年代末RNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)開始證實(shí)了這一推測(cè)。以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄ttranscription）。RNA的生理功能：DNA將攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)到RNA分子中，RNA分子以其信息指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。轉(zhuǎn)錄是生物界RNA合成的主要方式，是遺傳信息朋DNA向RNA傳遞

2、過程，也是基因表達(dá)的開始。*_I1j!iTRAN$W府1PTI0H1mRNAtRNArRNA轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核甘酸聚合過程，所需的酶叫做依賴DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolynerase,DDRP）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級(jí)轉(zhuǎn)錄物為RNA前體（RNAprecursor）,它們必須經(jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓腞NA,才能表現(xiàn)其生物活性。第一節(jié)轉(zhuǎn)錄作用RNA的轉(zhuǎn)錄合成從化學(xué)角度來講類似于DNA的復(fù)制，多核甘酸鏈的合成都是以5'3'的方向，在3'-OH末端與加入的核甘酸磷酸二酯鍵，但是，由于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的目的不同，轉(zhuǎn)錄又具有其特點(diǎn)：（1）對(duì)于一個(gè)基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)

3、生在一部分基因，而且每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對(duì)獨(dú)立的控制；（內(nèi)含子，不出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄生成的mRNA中的一種序列，DNA（外顯子1+內(nèi)含子1+外顯子2+內(nèi)含子2）一單鏈RNA（外顯子1+內(nèi)含子1+外顯子2+內(nèi)含子2）一成熟單鏈RNA（外顯子1+內(nèi)含子1+外顯子2+內(nèi)含子2）。（2）轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱的；（3）轉(zhuǎn)錄時(shí)不需要引物，而且RNA鏈的合成是連續(xù)的?；颍菏沁z傳物質(zhì)的最小功能單位。些是為一種或幾種蛋白質(zhì)（酶）的全部基因組。一、RNA聚合酶是特定的DNA片段，這些片段中有AA編碼的核甘酸順序，稱為基因或真核和原核細(xì)胞內(nèi)都存在有DDRP,迄今發(fā)現(xiàn)的DDRP的有以下特點(diǎn)：1）以DNA為模板在DNA的兩條多甘酸鏈

4、中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板鏈(5'JCGCTATAGCGTTTO,：GCGATATCGCAAA(5h)-鏈+鏈（templatestrand）,又叫做負(fù)鏈（-鏈）。DNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈叫做編碼鏈，又叫做正鏈（+鏈），編碼鏈的的序列與轉(zhuǎn)錄的RNA序列相同，只是在編碼鏈上的T在轉(zhuǎn)錄RNA中為U;由于RNA的轉(zhuǎn)錄合成是以DNA的一條鏈為模板而進(jìn)行的，所以這種轉(zhuǎn)錄方式又叫做不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。DNAin比3制山上DNAtemplatestrand(5)CGCUAUAGCGUUU】RNAIranscrir在體內(nèi)DNA的兩條鏈中僅有一條鏈可用于轉(zhuǎn)錄；或者在某些區(qū)域以這條鏈轉(zhuǎn)錄，另

5、一些區(qū)域以另一條鏈轉(zhuǎn)錄。2）都以四種三磷酸核昔為底物、原料；3）都遵循DNA與RNA之間的堿基配對(duì)，A=U,T=A,C=G,合成與模板DNA序列互補(bǔ)的RNA鏈。4）RNA鏈的延長(zhǎng)方向是5'一3'的連續(xù)合成。5）需要Mg2+或Mn2+離子。6）并不需要引物。RNA聚合酶缺乏3'-5'外切酶活性，故沒有校正功能。大腸桿菌RNA聚合酶（由5個(gè)亞基構(gòu)成）的研究得比較透徹的，這是一個(gè)分子量達(dá)50多萬，全酶由5個(gè)亞基組成，去掉8亞基的部分稱為核心酶，核心酶本身就能催化核甘酸間磷酸二酸鍵形成。a233'b為全酶，“233'為核心酶。全酶還含有2個(gè)Zn2+。利福

6、平和利福霉素能結(jié)合在3亞基上而對(duì)此酶發(fā)生強(qiáng)烈的抑制作用。3亞基似乎是酶和核甘酸底物結(jié)合的部位。細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄是在DNA特定的起始點(diǎn)上開始的；a亞基可能與轉(zhuǎn)錄基因的類型和種類有關(guān)；3'亞基是酶與DNA模板結(jié)合的主要成分；b亞基的功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的；與啟動(dòng)子結(jié)合，參與基因轉(zhuǎn)錄的起始，一旦引發(fā)RNA的合成，就與核心酶a233'分離。3、3'亞基在不同細(xì)菌中的大小比較恒定，而b亞基的變化較大。原核生物只有一種酶，轉(zhuǎn)錄三種RNA（mRNA、rRNA、tRNA）前體。真核生物中已發(fā)現(xiàn)有四種RNA聚合酶，分別稱為RNA聚合酶I、n、出和線粒體RNA聚合酶，分子量大致都在50萬道爾頓左

7、右，它們專一性地轉(zhuǎn)錄不同的基因，因此由它們催化的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也各不相同。RNA聚I合成RNA的活性最顯著，它位于核仁中，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄編碼rRNA的基因。而細(xì)胞內(nèi)絕大部分RNA是rRNA。RNA聚合酶n位于核質(zhì)中，負(fù)責(zé)核內(nèi)不勻一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前體。RNA聚合酶出負(fù)責(zé)合成tRNA和許多小的核內(nèi)RNASo鵝膏蕈堿是真核生物RNA聚合酶特異性抑制劑，三種真核生物RNA聚合酶對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)不同。原核生物靠RNA聚合酶就可完成從起始、延長(zhǎng)、終止的轉(zhuǎn)錄全過程，真核生物轉(zhuǎn)錄除RNA聚合酶外還需另一此叫做轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)分子參與轉(zhuǎn)錄的全過程。類型分布轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)a-鵝膏蕈堿的敏感性分子量（kD）

8、反應(yīng)條件I核仁rRNA、5.8SrRNA、18SrRNA、28SrRNA不敏感500700低離子強(qiáng)度，要求Mg2+或Mn2+n核質(zhì)hnRNA（mRNA前體）抑制（高度敏感）700高離子強(qiáng)度m核質(zhì)tRNA和5SrRNA前體抑制（中度敏感）-高M(jìn)n2+濃度RNA聚合酶缺乏核酸外切酶活性，不具備校對(duì)功能，因此RNA轉(zhuǎn)錄的保真度比DNA復(fù)制低的多。、RNA的轉(zhuǎn)錄過程段。RNA合成限性卻如為研究和敘述方便，可將RNA合成分為識(shí)別與起始、延長(zhǎng)和終止三個(gè)階防部看甘賓【鼎粳pRNAit：m基因算點(diǎn)RNA聚合牌與DNA模板箔合洞因子以利啟動(dòng)五幫d與模板結(jié)合I轉(zhuǎn)錄的超好e更若催化ATP或CTP與起動(dòng)部位做基配對(duì)/

9、因子U落,使橫心薜門押'在模板上癖動(dòng),II桂的隼長(zhǎng)/心睥沿DNA模板T-5誨動(dòng)源據(jù)模板指令選擇相應(yīng)的NTP加入強(qiáng)St延長(zhǎng)鑄錄的為正：族心懵滑到更止于時(shí)中因子與族心好結(jié)合使槎心酶帚動(dòng)停止，轉(zhuǎn)錄即亮止釋放出合成的RNA鏈.|（一）識(shí)別轉(zhuǎn)錄是從DNA分子的特定部位開始的，這個(gè)部位也是RNA聚合酶全酶結(jié)合的部位這就是啟動(dòng)子，是RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。一般位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的上游，約包括40個(gè)堿基對(duì)。為什么RNA聚合酶能夠僅在啟動(dòng)子處結(jié)合呢？顯然啟動(dòng)子處的核甘酸序列具有特殊性，為了方便，人們將在DNA上開始轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)堿基定為+1,沿轉(zhuǎn)錄方向順流而下的核甘酸序列均用正值表示；

10、逆流而上的核甘酸序列均用負(fù)值表示。對(duì)原核生物的100多個(gè)啟動(dòng)子的序列進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：在RNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游大約-10bp和-35bp處有兩個(gè)保守的序列：在-10bp附近，有一組5'-TATAAT的序列，這是Pribnow首先發(fā)現(xiàn)的稱為Pribnow框或稱為-10序列，富含AT,有助于DNA雙螺旋的局部解鏈，全酶結(jié)合部位。-35bp附近，有一組5'-TTGACG-的序列叫識(shí)別區(qū)或-35序列；已被證實(shí)與轉(zhuǎn)錄起始的辨認(rèn)有關(guān)，是RNA聚合酶中的8亞基識(shí)別并結(jié)合的位置。-35序列的重要性還在于在很大程度上決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度。RNA聚合酶全酶識(shí)別部位，約含12bp。原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)127

11、4bpA6bpJhb'",TGTTGACAATTTTATATG3（十府3AAATGTTAAAAIAlAC,5（蓋-y*識(shí)別部長(zhǎng)武密結(jié)合部位轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)（75順序）（70脆后Pribnow框真核生物的啟動(dòng)子有其特殊性，真核生物有三種RNA聚合酶，每一種都有自己的啟動(dòng)子類型。以RNA聚合酶H的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)為例，人們比較了上百個(gè)真核生物RNA聚合酶n的啟動(dòng)子核甘酸序列后發(fā)現(xiàn)：在-25區(qū)有TATA框，又稱為Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列為T82A97A93A85A63T37A83A50T37,基本上都由A,T堿基所組成，離體轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn)表明，TATA框決定了轉(zhuǎn)

12、錄起點(diǎn)的選擇，天然缺少TATA框的基本可以從一個(gè)以上的位點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄。在-75區(qū)有CAAT框，其一致的序列為GGTCAATCT。有實(shí)驗(yàn)表明CAAT框與轉(zhuǎn)錄起始頻率有關(guān)。除啟動(dòng)子外，真核生物轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游處還有一個(gè)稱為增強(qiáng)子的序列，它能極大地增強(qiáng)啟動(dòng)子的活性，它的位置往往不固定，可存在于啟動(dòng)子上游或下游，對(duì)啟動(dòng)子來說它們正向排列和反向排列均有效，對(duì)異源的基因也起到增強(qiáng)作用，但許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)它仍可能具有組織特異性，例如免疫球蛋白基因的增強(qiáng)子只有在B淋巴細(xì)胞內(nèi)活性最高，胰島素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增強(qiáng)子也都有很高的組織的特異性。（二）轉(zhuǎn)錄起始和延伸在原核生物中，當(dāng)RNA聚合酶的b亞基發(fā)現(xiàn)其識(shí)別位點(diǎn)時(shí)，

13、全酶就與啟動(dòng)子的-35區(qū)序列結(jié)合形成一個(gè)封閉的啟動(dòng)子復(fù)合物。全酶分子較大，其另一端可達(dá)到-10區(qū)的序列，在某種作用下，整個(gè)酶分子向-10序列轉(zhuǎn)移并與之牢固結(jié)合，在此處形成全酶和啟動(dòng)子的開放性復(fù)合物。在開放性啟動(dòng)子復(fù)合物中，起始位點(diǎn)和延長(zhǎng)位點(diǎn)被相應(yīng)的核甘酸前體充滿，在RNA聚合酶3亞基催化下形成RNA的第一個(gè)磷酸二酸鍵。RNA合成的第一個(gè)核甘酸總有GTP或ATP,以GTP常見，此時(shí)d因子從全酶解離下來，靠核心酶在DNA鏈上向下游滑動(dòng)，而脫落的b因子與另一個(gè)核心酶結(jié)合成全酶反復(fù)利用。真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，已經(jīng)知道，在所有的細(xì)胞中有一類叫做轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)分子，它們與

14、RNA聚合酶n形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始的過程。RNA聚合酶I和RNA聚合酶出的啟動(dòng)子種類有限，對(duì)其識(shí)別所需的輔助因子的數(shù)量也很少。RNA聚合酶H的啟動(dòng)子序列多種多樣，基本上由各種順式作用元件組合而成，分散在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游大約200bp的范圍內(nèi)。參與RNA聚合酶H轉(zhuǎn)錄起始的各類因子數(shù)目很大，可分為三類：通用因子、上游因子和可誘導(dǎo)因子。類別I啟動(dòng)子只控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)切割和加工后生成各種成熟的rRNA。該基因有許多拷貝，往往成簇存在。由兩部分保守序列組成。核心啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近，從-45至+20;上游控制元件位于相對(duì)分子質(zhì)量為97000的多肽鏈，可結(jié)合在富含GC區(qū)

15、。類別H啟動(dòng)子涉及眾多編碼蛋白質(zhì)的基因表達(dá)的控制，包括4類控制元件：基本啟動(dòng)子、起始子、上游元件和應(yīng)答元件。這些元件的不同組合，再加上其他序列的變化，構(gòu)成數(shù)量十分龐大的各種啟動(dòng)子，并受各自相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的識(shí)別和作用。也可大致分為組成型表達(dá)（在各類細(xì)胞中表達(dá)）和誘導(dǎo)型表達(dá)（受時(shí)序、空間和各種內(nèi)外條件的調(diào)節(jié)）?；締?dòng)子序列為以-25至-30左右的7bp保守區(qū)為中心。它的輔助因子稱為通用轉(zhuǎn)錄因子，是由多種蛋白質(zhì)分子組成的，其中包括特異結(jié)合在TATA盒上的蛋白質(zhì)，叫做TATA盒結(jié)合蛋白；還有一組復(fù)合物叫做轉(zhuǎn)錄因子用TFnX來表示。如tfnA、tfnd、tfhe、tfnf、tfnh等。與tata盒結(jié)合的

16、先后順序?yàn)椋篢FnD、TFnA、TFnF、TFnD、TFnE、TFnHoRNA鍵的延伸圖解類別出啟動(dòng)子為RNA聚合酶出所識(shí)別，涉及一些小分子RNA的轉(zhuǎn)錄。RNA鏈的延長(zhǎng)靠核心酶的催化，在起始復(fù)合物上第一個(gè)GTP的核糖3'-OH上與DNA模板能配對(duì)的第二個(gè)三磷酸核昔起反應(yīng)形成磷酸二酯鍵。聚合進(jìn)去的核甘酸又使核糖3'-OH游離，這樣就可按模板DNA的指引，一個(gè)接一個(gè)地延長(zhǎng)下去。因此RNA鏈的合成方面也是5'一3'。由于DNA鏈與合成的RNA鏈具有反平行關(guān)系，所以RNA聚合酶是沿著DNA鏈3'一5'方向移動(dòng)。整個(gè)轉(zhuǎn)錄過程是由同一個(gè)RNA聚合酶來完成的一

17、個(gè)連續(xù)下斷的反應(yīng)，轉(zhuǎn)錄的RNA生成后，暫時(shí)與DNA模板鏈形成DNARNA雜交體，長(zhǎng)度名勺為12個(gè)堿基對(duì),形成形成Ra*RNADNAAtiw鼻H。5bybnd.NLpmlion轉(zhuǎn)錄速度大允是每秒鐘30-50個(gè)核甘酸，但并不是以恒定速度進(jìn)行的。在電子顯微鏡下觀察轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，可以看到同一DNA模板上，有長(zhǎng)短不一的新合成的RNA鏈散開成羽毛狀圖形，這說明在同一DNA基因上可以有很多個(gè)的RNA聚合酶在同時(shí)催化轉(zhuǎn)錄，生成相應(yīng)的RNA鏈。而且較長(zhǎng)的RNA鏈上已看到核糖體附著，形成多聚核糖體。說明某些情況下，轉(zhuǎn)錄過程未完全終止，即已開始進(jìn)行翻譯。轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)階段，原核生物與真核生物之間沒有太大差別。(三)轉(zhuǎn)錄的終

18、止(Termination)轉(zhuǎn)錄是在DNA模板某一位置上停止的，人們比較了若干原核生物RNA轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)附近的DNA序列，發(fā)現(xiàn)DNA模板上的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)有兩種情況，一類是不依賴于蛋白質(zhì)因子而實(shí)現(xiàn)的終止作用，另一類是依賴蛋白質(zhì)輔因子才能實(shí)現(xiàn)終止作用，這種蛋白質(zhì)輔因子稱為釋放因子，通常又稱p因子。兩類終止信號(hào)有共同的序列特征，在轉(zhuǎn)錄終止之前有一段回文結(jié)構(gòu)，回文序列是一段方向相反，堿基互補(bǔ)的序列，在這段互補(bǔ)序列之間由幾個(gè)堿基隔開，不依賴p因子的終止序列中富含GC堿基對(duì)，其下游6-8個(gè)A;而依賴p因子的終止序列中GC堿基對(duì)含量較少，其下游也沒有固定的特征，其轉(zhuǎn)錄生成的RNA可形成二級(jí)結(jié)構(gòu)即柄-嚕噗結(jié)構(gòu)

19、，又稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這樣的二級(jí)結(jié)構(gòu)可能與RNA聚合酶某種特定的空間結(jié)構(gòu)相嵌合，阻礙了RNA聚合酶進(jìn)一步發(fā)揮作用。除DNA模板本身的終止信號(hào)外，在入噬菌體中，發(fā)現(xiàn)一些蛋白質(zhì)有協(xié)助I用過白I用過白R(shí)NA聚合酶跨越終止部位的作用，叫做抗轉(zhuǎn)錄終止蛋白，例如入噬菌體的基因產(chǎn)物。Terminal轉(zhuǎn)錄后很快就進(jìn)行了加工，因此很難確定原初轉(zhuǎn)錄物真核生物由于RNA的3'末端。病毒SV40的終止位點(diǎn)經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，很像大腸桿菌的不依賴p因子的終止子，轉(zhuǎn)錄后的RNA可形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3'末端帶有一連串的U。爪蟾5sRNA的3'末端有4個(gè)U,它們前后的序列為富含GC的序列，這是所有真核生物RNA聚

20、合酶出轉(zhuǎn)錄的終止信號(hào)。這種序列特征高度保守，從酵母到人都很相似，任何改變這種序列特征的突變都將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止位置的改變。LiiiKNAinKMA原核生物其核生物真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別直核生物中轉(zhuǎn)城與我制同的區(qū)域*RNA聚合磨不相同啟動(dòng)子不同前體圖：DNA指導(dǎo)下的RNA轉(zhuǎn)錄過程示意圖/RNA鬟合他圖：RNA聚合酶沿DNA模板鏈移動(dòng)合成RNA第二節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾不論原核或真核生物的rRNA都是以更為復(fù)雜的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本形式被合成的，然后再加工成為成熟的RNA分子。然而絕大多數(shù)原核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯是同時(shí)進(jìn)行的，隨著mRNA開始在DNA上合成，核蛋白體即附著在mRNA上并以其為模板進(jìn)行蛋白質(zhì)的

21、合成，因此原核細(xì)胞的mRNA并無特殊的轉(zhuǎn)錄后加工過程。相反，真核生物轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上是分開的，剛轉(zhuǎn)錄出來的mRNA是分子很大的前體，即核內(nèi)不均一RNA。hnRNA分子中大約只有10%的部分轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA,其余部分將在轉(zhuǎn)錄后的加工過程中被降解掉。一、mRNA的加工修飾原核生物中轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為多順反子，即幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因，利用共同的啟動(dòng)子和共同終止信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA,所以此mRNA分子編碼幾種不同的蛋白質(zhì)。例如乳糖操縱子上的Z、Y及A基因，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可翻譯生成三種酶，即半乳糖甘酶，透過酶和乙?；D(zhuǎn)移酶。原核生物中沒有核膜，所以轉(zhuǎn)錄與翻譯是連續(xù)進(jìn)行的，往往轉(zhuǎn)錄還未完成

22、，翻譯已經(jīng)開始了，因此原核生物中轉(zhuǎn)錄生成的mRNA沒有特殊的轉(zhuǎn)錄后加工修飾過程。真核生物轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為單順反子，即一個(gè)mRNA分子只為一種蛋白質(zhì)分子編碼。真核生物mRNA的加工修飾，主要包括對(duì)5'端和3端的修飾以及對(duì)中間部分進(jìn)行剪接。1 .外顯子的剪接mRNA前體（hnRNA）的拼接原核生物的結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)編碼序列，而真核生物基因往往是斷裂基因,即編碼一個(gè)蛋白質(zhì)分子的核甘酸序列被多個(gè)插入片斷所隔開，一個(gè)真核生物結(jié)構(gòu)基因中內(nèi)含子的數(shù)量，往往與這個(gè)基因的大小有關(guān)，例如胰島素是一個(gè)很小的蛋白質(zhì)，它結(jié)構(gòu)基因只有兩個(gè)內(nèi)含子，而有些很大的蛋白質(zhì)，它的結(jié)構(gòu)基因中可以有幾十個(gè)內(nèi)含子。經(jīng)過復(fù)雜的過

23、程后，切去內(nèi)元，將有編碼意義的核甘酸片段（Extron外元也叫外顯子）連接起來。5'真核生物的結(jié)構(gòu)的基因中具有可表達(dá)活性的外顯子，也含有無表達(dá)活性的內(nèi)含子。但內(nèi)含子序列不是無意義的，越來越多的實(shí)驗(yàn)證明有許多基因中真核生物的結(jié)構(gòu)的基因中具有可表達(dá)活性的外顯子，也含有無表達(dá)活性的內(nèi)含子。但內(nèi)含子序列不是無意義的，越來越多的實(shí)驗(yàn)證明有許多基因中的內(nèi)含子參與基因表達(dá)調(diào)控，在轉(zhuǎn)錄時(shí)，外顯子及內(nèi)含子均轉(zhuǎn)錄到hnRNA中。在細(xì)胞核中hnRNA進(jìn)行剪接作用，首先在核酸內(nèi)切酶作用下剪切掉內(nèi)含子；然后在連接酶作用下，將外顯子各部分連接起來，而變?yōu)槌墒斓倪@就是剪接作用,也有少數(shù)基因的hnRNA不需進(jìn)行剪接作

24、用,mRNA,例如a-干擾素基因。mRNA前體剪接機(jī)制:Inlntii53'Exm3'3r5p（；«ASplicedRNAThe3JOHcftbeS飛sonLn'ctmihUthenutlwq】hile-ccm|jkiingtherenctiofirPrimaryThe3BOHofgiiarbofiirbea<rt£的siau.d.f!O<phjikBHtUitkiiJigthi?|j!heMphnt<'the5'flpliccdtc.mRNA拼接反應(yīng)需要有核內(nèi)小分子RNA（snRNA）參與，它們與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物

25、稱為小核糖核蛋白顆粒（SnRNP）,構(gòu)成剪接體。剪接體催化外顯子的剪接，剪接體通過自身snRNA和轉(zhuǎn)錄物之間堿基互補(bǔ)來識(shí)別剪接位點(diǎn)。剪接時(shí)，在磷酸二酯鍵上的羥基進(jìn)行2步連續(xù)親核攻擊，內(nèi)含子先形成一個(gè)附在鏈上的套環(huán)（帶有尾巴）。隨后釋放游離的套環(huán)，套環(huán)在核內(nèi)降解。不論拼接過程如何，拼接必須極為精確，否則會(huì)導(dǎo)致遺傳信息傳遞障礙，合成的蛋白質(zhì)可能喪失其正常的功能。我國(guó)南方廣大地區(qū)的3-地中海貧血是由于3-珠蛋白鏈的合成受到部分或完全抑制所引起的，是一種血紅蛋白病。加工成熟的mRNA雖能翻譯，但產(chǎn)物不是正常的3-珠蛋白，結(jié)果引起血紅蛋白級(jí)結(jié)構(gòu)和功能的改變。2. 5'-端加帽子結(jié)構(gòu)成熟的真核生物

26、mRNA,其結(jié)構(gòu)的5'端都有一個(gè)m7G5'Nppp5'Np結(jié)構(gòu)，稱為甲基鳥昔的帽子。加帽反應(yīng)可分為4步：磷酸酶將末端5'磷酸基切除Mg2+PPP+H2O*PP*+Pi5'mRNA3'5'mRNA3'從GTP上將GMP專移到加帽酶的賴氨酸的e-NH2上E-lys+GTPfE-lys-GMP+ppi將GMPI酶轉(zhuǎn)移至mRNA勺5'端的焦磷酸基上E-lys-GMP+PPGPPP*+E-lys5'mRNA3'5'mRNA3'由S-腺昔甲硫氨酸在5'端鳥喋吟的N7處甲基化（m7G）,和5

27、9;端1或2個(gè)核甘酸的核糖上的C2處甲基化。戴帽主要為保護(hù)mRNA5'端不被核酸酶降解，有助于mRNA在核糖體上定位。5'端帽子的功能可能在翻譯過程中起識(shí)別作用以及對(duì)mRNA起穩(wěn)定作用，保護(hù)mRNA免遭5'外切核酸酶的攻擊。3. 在3端加尾大多數(shù)的真核mRNA都有3'端的多聚尾巴（A）,多聚（A）尾巴大約為200bp。多聚（A）尾巴不是由DNA編碼的，而是轉(zhuǎn)錄后在核內(nèi)加上去的。受polyA聚合酶催化,（如下圖）聚合酶催化,（如下圖）UNADNAEnxymecomplex(b)ri：1-Jiicl該酶能識(shí)別，mRNA的游離3'-OH端，并加上約200個(gè)A殘

28、基。ATPqir口AAA(A)r-OH(3在大多數(shù)真核基因的3'端有一個(gè)AATAA序列，這個(gè)序列是mRNA3'端加polyA尾巴的信號(hào)?？亢怂崦冈诖诵盘?hào)下游10-15堿基外切斷磷酸二酯鍵，在polyA聚合酶催化下，在3'-OH上逐一引入100-200個(gè)A堿基。關(guān)于polyA尾巴的功能問題盡管經(jīng)過極其廣泛的探索，但還不完全清楚。有人推測(cè)polyA可能與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)送到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)，但是相當(dāng)數(shù)量的沒有polyA尾巴的mRNA,如組蛋白mRNA,也照樣通過核膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。還有人認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)對(duì)真核mRNA的翻譯效率具有某種作用，并能穩(wěn)定mRNA結(jié)構(gòu)，保持一定的生物半衰期。4

29、. mRNA的內(nèi)部甲基化真核生物mRNA分子內(nèi)部往往有甲基化的堿基，主要是N6-甲基腺喋吟(m6A)。這類修飾成分有的在hnRNA中已經(jīng)存在。其功能可能對(duì)mRNA前體的加工起識(shí)別作用。二、rRNA轉(zhuǎn)錄后加工原核生物rRNA轉(zhuǎn)錄后加工，包括以下幾方面：rRNA前體被大腸桿菌RNaselD,RNaseE等剪切成一定鏈長(zhǎng)的rRNA分rRNA在修飾酶催化下進(jìn)行堿基修飾；rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體的大、小亞基。真核生物rRNA前體比原核生物大，哺乳動(dòng)物的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為45S,低等真核生物的rRNA前體為38S,真核生物5SRNA前體獨(dú)立于其他三種rRNAJU的基因轉(zhuǎn)錄。irftni-Diript(M

30、eIntermediflitnITSIMethylation12*3irzLIK1X5ANucleasendtiunManilaKN"1曲rKWA二htijibrKNA跖rHNA原核生物中rRNAttT體的加工30SB體甲基化作用專一核酸外切酶17S17S專一核酸外切酶25StRNA專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNArRNA真核生物rRNA前體中含有插入順序，rRNA前體要形成成熟的需要經(jīng)過拼接反應(yīng)。例如，四膜蟲的rRNA前體的拼接是一種無酶催化的自動(dòng)拼接過程。在四膜蟲基因組內(nèi)，26SrRNA編碼的區(qū)域內(nèi)有413bp的插入順序。該插入序列可以不消耗能量從r

31、RNA前體中被除掉。用SDS煮沸和用蛋白酶外理等破壞酶活性辦法，都不能破壞拼接活性，但反應(yīng)中Mg2+和鳥喋吟核甘酸是必需的。用32P-GTP進(jìn)行追蹤實(shí)驗(yàn)表明，起始過程是GTP在插入順序5'端發(fā)生親核反應(yīng)，同時(shí)GMP與5'端切點(diǎn)的切除段形成磷酸二酯鍵并使原RNA斷開。第二步是5'切點(diǎn)的外元3'-OH與3'切點(diǎn)的外元5'-P共價(jià)連接，獲得成熟的rRNA,被切除部分最后環(huán)化，形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)從5'端去掉一個(gè)15核甘酸片斷。剩余部分連接成399核甘酸的環(huán)狀產(chǎn)物，再經(jīng)過幾步，最后切下一個(gè)19個(gè)核甘酸的線性內(nèi)含子序列即L-19,它具有催化活性，

32、上面的剪接作用，是由內(nèi)含子本身的催化性質(zhì)決定的(見下圖)。舊0AAAllAGTAAC在'匚GG隹GGGASpUcedrfWALfltruaG(Mt(31J*Ji?Nttcltoddeitrw5電nd14曲IVHUUCGAGGCAG-OH圖F這種rRNA的自身剪接反應(yīng)給人們一個(gè)提示：即RNA分子也有酶的催化活性。這向酶化學(xué)-本質(zhì)是蛋白質(zhì)這一傳統(tǒng)概念提出了挑戰(zhàn)。這種有酶催化活性的RNA分子命名為Ribozyme。T.Cech和S.Altman各自分另發(fā)現(xiàn)RNA具有催化作用，他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)于了解生命進(jìn)行過程有重要意義。三、tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾原核生物和真核生物剛轉(zhuǎn)錄生成的tRNA前體一般無

33、生物活性，需要進(jìn)行以下步驟：剪切和拼接；堿基修飾；3'-OH連接-ACC結(jié)構(gòu)（如下圖）ctRNA前體在tRNA剪切酶的作用下，切成一定小的tRNA分子。大腸桿菌RNaseP可特異剪切tRNA前體的5'端多余的核甘酸，因此，該酶被稱為tRNA5'成熟酶。RnaseP是一種非常特殊的酶分子，它是由RNA和蛋白質(zhì)組成，最近發(fā)現(xiàn)RNAaseP分子中的RNA部分在某些條件下，可以單獨(dú)地催化tRNA前體的加工成熟，這說明RNA分子的確具有酶的催化活性。經(jīng)過剪切后的tRNA分子還要在拼接酶作用下，將成熟tRNA分子所需的片段拼起來。除了RnaseP外，tRNA前體的剪切尚需要一個(gè)3&

34、#39;-核酸內(nèi)切酶，可將tRNA前體3'端的一段核甘酸序列切下來。RNaseD是tRNA3'端的成熟酶，切除3'端多余的核甘酸。1. 成熟的tRNA分子中有許多的稀有堿基tRNA分子經(jīng)甲基化，脫氨基，還原反應(yīng)等反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄∮袎A基。如tRNA在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，某些喋吟生成甲基喋吟如A-mA,G-mA。有些尿喀咤還原為雙氫尿喀咤。尿喀咤核昔轉(zhuǎn)變不假尿喀咤核昔。某些腺甘酸脫氨基為成為次黃喋吟核甘酸（I）。2. 3'末端加上CCA:在核甘酸轉(zhuǎn)移酶作用下，3'末端除去個(gè)別堿基后，換上tRNA分子統(tǒng)一的CCA-OH末端，完成tRNA分子中的氨基酸臂結(jié)構(gòu)。孫he*

35、iDKisiiiHiIfIdi仁IMnr口M1行3山網(wǎng)"小m!Tl*IMhmjiridJE'hifI"-DiJBi>jdtrpiundw,RNAaseFtRNA前體分子的加工RNAaseFRNAasePRNAaseP表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核甘酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用X表示異構(gòu)化酶的作用RNAaseD第三節(jié)RNA的復(fù)制一、RNA的復(fù)制以DNA為模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式。但有些生物像某些病毒、噬菌體以RNA為遺傳物質(zhì)，稱為RNA病毒。它們的遺傳信息貯存在RNA分子中，當(dāng)它們進(jìn)入宿細(xì)胞后，靠復(fù)制而傳代，它們?cè)赗NA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化

36、下合成RNA分子，當(dāng)以RNA模板時(shí)，在RNA復(fù)制酶作用下，按5'一3'方向合成互補(bǔ)的RNA分子，但RNA復(fù)制酶中缺乏校正功能，因此RNA復(fù)制時(shí)錯(cuò)誤率很高，這與反轉(zhuǎn)錄酶的特點(diǎn)相似。病毒RNA復(fù)制酶具有很高的模板專一性，只識(shí)別病毒自身的RNA,也就是說RNA復(fù)制酶只對(duì)病毒本身的RNA起作用，而不會(huì)作用于宿主細(xì)胞中的RNA分子。1.正鏈RNA病毒(脊髓灰質(zhì)炎病毒)首先以RNA(+)為模板合成負(fù)鏈RNA,再以負(fù)鏈RNA為模板合成新的病毒RNA,與蛋白質(zhì)組裝成病毒顆粒。復(fù)制(+)RNA-細(xì)胞復(fù)制酶和相關(guān)蛋白(+)RNA/(-)RNAf(-)RNA/(+)RNA-(+)RNA病毒2.負(fù)鏈R

37、NA病毒(狂犬病病毒)3.含有雙鏈RNA的病毒(呼腸孤病毒)(-)RNA+復(fù)制酶細(xì)胞-(-)RNA/(+)RNAf."(+)RNA-復(fù)制酸+Pr病毒L(+)RNA/(-)RNAA.負(fù)鏈的合成B.正鏈的合成建國(guó)體Q的臺(tái)成病毒的正鏈復(fù)制中間體新合成的負(fù)鏈負(fù)鏈復(fù)制中間體新合成的正鏈、RNA生物功能的多樣性1、RNA在遺傳信息的翻譯中起著決定作用。2、RNA具有重要的催化功能和其他持家功能。3、RNA轉(zhuǎn)錄后加工和修飾依賴于各類小RNA和其他蛋白質(zhì)復(fù)合物。4、RNA對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞功能具有重要調(diào)節(jié)作用。5、RNA在生物進(jìn)化中起重要作用。三、核酸合成的抑制劑1 .核甘酸合成抑制劑氨基酸類似物、葉酸類似物、堿基和核甘酸類似物2 .與DNA模板結(jié)合的抑制劑