生物化学11RNA的生物合成与加工

1、RNA勺生物合成与加工贮存于DNA中的遗传信息通过转录和翻译而得到表达。在转录过程中，DNA的一条链作为模板，在其上合成出RNA分子，合成以碱基配对的方式进行，所产生的 RNAK与DNA莫板链互补。细胞各类 RNA包括合成蛋白质的 mRNA r RNA t RNA以及具有各种特殊功能的小 RNA都以DNW模板，在RNA聚合酶催化下合成白1最初转录的 RNA也要经过一系列加工 和修饰才能成为成熟的 RNA分子。RNA所携带的遗传信息也可以用于指导RNAe DNA的合成，前一过程即 RNA复制，后一过程为逆转录。由于 RNA既能携带遗传信息，又具有催化功能，故推测生命起源早期存在 RNA1 界。D

2、N内旨导下的RN始成在DNA旨导下RN蛤成称为转录，RNA链的转录起始于DNA莫板的一个特定起点，并在 另一中指点终止。此转录区域为转录单位。转录单位可以是一个基因，也可是多个基因。基因是遗传物质的最小功能单位，相当于DNA的一个片段。它通过转录对表型有专一性的效应，并可突变成各种形式。极影的转录是一种有选择性的过程，随着细胞的不同生长发育阶段和细胞内外环境的改变而转录不同的基因。转录的起点是由DNA的启动子来控制的，控制终止的部位则称终止子。转录是通过DN侬口道的RN咪合酶来实现。DNA旨导的RN咪合酶该酶需要以四种核糖核甘酸作为底物，并需要适当的DNA作为模板，镁离子能促进聚合反应。RNA

3、链的合成方向也是 5' -3',第一个核甘酸带有三三个磷酸基，其后每加入一个 核苷酸脱去一个焦磷酸，形成磷酸二酯键，反应是可逆的，但焦磷酸的分解可推动反应趋向聚合。与DNAm合酶不同，RNA聚合酶无需引物，它能直接在DNA莫板上合成 RNAB1,但是RNA 聚合酶无校对功能。分子杂交实验表明，合成的RNAR与卞II板DNA成杂交体，而与其他DNA能形成杂交 体，这就说明反应产物 RNA是在作为模板的 DNA±,通过碱基配对机制合成的。在体外，RN咪合酶能使DNA的两条链同时进行转录， 但在体内的形况不同， 许多实验 证明，在体内DNAB条链中仅有一条链可用于转录， 或

4、某些区域以这条链转录， 另一些区域 以另一条链转录，用于转录的链叫做模板链，或负链。对应的链叫做编码链，或正链。编码链与转录出来的 RNA1碱基序列一样，只是以尿喀咤取代了胸腺喀咤。编码链无转录功能，只能进行复制。DNA在体外转录时失去控制机制，而使两条链同时进行转录，这种不正常的情况被认为 可能是由于DNA在制备过程中因断链而失去控制序列，或RNAm合酶在分离时丢失起始亚基引起的。在RN咪合酶催化的反应中，天然双链DNA：匕变性单链 DNAM为有效。这表明RN咪合 酶对模板的利用与 DNAM合酶有所不同。DNAft复制时，首先要将两条链解开，DNA聚合酶RNA才能将他们作为模板，合成出各自的

5、互补链，从而以半保留的方式形成两个子代分子。 转录时无需将DNA双链完全解开，RNA聚合酶能够局部解开 DNA勺两条链，并以其中一条链 为有效的模板，在其上合成出互补的RNA链。DNAS转录后仍以全保留的方式保持双螺旋结构，已合成的RNA则离开DNAK。RNA聚合酶有五个亚基（ 2 '）组成，还含有两个锌原子。没有 亚基的RNA聚合 酶叫做核心酶，核心酶只能已开始合成的 RNAB1延长，但不具有起始合成 RNA的能力，必须 加入 亚基才能表现出全部聚合酶的活性，也就是说，在开始合成RNA链时必须要有 亚基参与作用，因此 亚基成为起始亚基。转录转录的反应分为四个阶段：模板的识别、转录的起

6、始、转录的延伸和转录的终止 起始阶段DNA聚合酶在 亚基引导下识别并结合到启动子（启动子是DNAM合酶特异识别和结合的DNA序列。启动子是基因的一个组成部分，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度。启动子也是有核甘酸组成，启动子本身并不控制基因活动，而是通过与称为转录因子的这种蛋白质结合而控制基因活动的）上，然后DNAZ链被局部解开，形成的解链区称为转录泡。解链仅发生在于 RNA聚合酶结合的部位。在转录的起始阶段酶继续结合在启动子上，酶催化中心按照模板链的碱基选择与之结合的底物核甘酸，形成磷酸二酯键并脱下焦磷酸，合成RNA链最初的2 9个核甘酸。第一个核甘酸通常是带有三个磷酸基的鸟昔或腺昔

7、，随后亚基即脱离核心酶，后者也就离开启动子，起始阶段至此结束。 延伸与终止阶段在延伸阶段，随着酶沿着DNA分子向前移动，解链区也跟着移动， 新生RNA链得以不断 生长，并与DNA莫板链在解链区形成 RNA-DN殊交体，其后DNA恢复双链结构，RNA链被置 换出来。最后 RNA聚合酶在NusA因子（亚基）帮助下识另1J转录终止信号，停止RNA链的生长，酶与RNA链离开模板。核心酶具有基本的转录功能，对于转录的全过程都是需要的。 而识别启动子和起始转录还需要起始亚基，识别转录的终止信号和终止转录还需要终止因子N u s A参与作用。呼.I版用；里田牯量 ?*点Ml则阶段:RNAE件胸辑：.

8、5;.引导下个介翻白站r上小我"付雷：3轩在腌版瞰I-通过?埴M对合成是如RN兵班M神崎即；格 2解向由移动RINJAM 1- B- K我 N A ftiRMA W ft M因子的功能在于引导 RN臊合酶稳定彳#结合到 DNA启动子上。单独核心酶也能与 DNA 结合。核心酶的其他亚基也能与DNA吉合，但是此种结合与 DNA的特殊序列无关，DNAP5然保持其双螺旋形式。因子的存在对核心酶构象有较大影响，它导致RNA聚合酶与DNA的一般序列和启动子序列的亲和力有很大不同，极大降低了了酶与 DNA一般序列的结合常数和停留时间，同时又大大增加了酶与启动子的结合常数与启动时间。全酶通过扩散与

9、DNA任意部位结合，这种结合是疏松的， 并且是可逆的。随后酶结合的 DNAS速被置换。DNAg换显然比酶从DNA部位上脱落下来再经扩散结合到另外部位要快的 多。这个过程一直持续下去，不断该 bain与DNA勺结合部位，直到遇到启动子序列，随即 由疏松结合转变为牢固结合，并且DNA链被局部解开。RNA聚合酶外形犹如右手，拇指和之间的凹槽正好可结合DNA单独核心酶存在时与膜脂呈闭合状态，与 因子结合后随即张开，DNAM落入凹槽内。当酶遇到启动子时膜脂与食 指闭合，同时DNAZ链被局部解开，然后模板链上开始合成 RNAB1。完成最初几个核甘酸的 连接后，因子脱落，核心酶才离开启动子向前移动，由于核心

10、酶牢固抓住DNA保证了转录过程的继续进行，直至转录终点。不同的 因子识别不同类型的启动子，大肠杆菌基因一般由70识别。细菌的RNA聚合酶巨大并且具有复杂的亚基结构，是因为它需要识别并转录数量极大的转录单位。有的转录单位由聚合酶直接转录，另一些还需要有一些辅助的蛋白质因子协助作用真核生物RNA勺转录真核生物的基因组远比原核生物更大，它们的RN咪合酶也更复杂。 真核生物RN咪合酶主要有三三类，通常含有8-14 个亚基，并含有锌离子。利用-鹅膏蕈碱的抑制作用可将真核生物三类 RNAM合酶区分开：RNA聚合酶l对-鹅膏蕈碱不敏感、 RNAm合酶ll可 被低浓度 -鹅膏蕈碱所抑制、RNA聚合酶lll只被

11、高浓度-鹅膏蕈碱所抑制，-鹅膏蕈碱是一种毒蕈产生的八肽化合物，对真核生物有较大毒性，但对细菌的RNAm合酶只有微弱的抑制作用。真核生物RNA聚合酶的转录过程大体与细菌相似，所不同的是真核生物 RN咪合酶不能 识别结合到启动子上，而需要启动子上由 转录因子 和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能 起始转录。真核生物的转录分为装配、起始、 延长和终止4个阶段，期间的作用比细菌复杂 得多。启动子启动子是指RN咪合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA列。DNA聚合酶起始转录需 要辅助因子（蛋白质）称为转录因子，它的作用或是识别 DNA的顺式作用位点，或是识别其 他因子，或是识别 RNAM合酶。利用足迹

12、法和DNAM序法可以确定启动子的序列结构， 所谓足迹法是将DNA始转录的 限制片段分离出来， 加之于RNA聚合酶相结合，再用DNA水解酶水解，与酶结合的部位被保 护而不被水解，其余部位水解成不同长短的片段，经凝胶电泳既可测出酶所结合的部位。与全酶结合的DNA£5然有一定程度的收缩。通过比较已知启动子的结构，可寻找出它们的共有序列，大肠杆菌基因组为4. 7乘以十的六次方，为了避免虚假信号的出现，估计信号序列最短必须有1 2 b p ,信号序列不一定要连续，因为分开距离的本省也是一种信号。从上游起点约-1 0处找到6 b p的保守序列TATAAT称为P r i b n o w框，或称1。

13、序列若将上述片段提纯，RNA聚合酶不能再与之结合，因此必定存在另外的序列为RNAm合酶识别和结合所必需。 在-10序列的尚有又找到一个保守序列 TTGACA其中心约在-35位置, 称为识别区。国那6 £!生:其曷力的琬能XXXX XX XX利用定位诱变技术使启动子发生突变可获得有关共有序列功能的信息。-35序列的突变将降低 RN咪合酶与启动子结合的速度，但不影响转录起点附近 DNAa 链的解开-10序列的突变不影响 RN咪合酶与启动子结合的速度，可是会降低双链解开速度。由此可见，-10序列有助于双链的解开， -35有助于DNA局部双链解开。-10序列含有 较多的A-T碱基对，因而双链

14、分开所需的能量也较低， 启动子的结构是不对称的，它决定了 转录的方向。因子能直接和启动子的-35序列以及-10序列相互作用，两个位点正好位于双螺旋 DNA 的同一侧，它们之间距离的改变将影响亚基的作用力而改变起始效率。启动子的序列是多种多样的， 尽管分成两个保守位点是最常见的结构， 最弱的启动子没 有-35序列，转录速度几乎为零，必须在另外的激活蛋白帮助下RNAM合酶才能结合。不同的因子可以识别不同的启动子序列。真核生物的启动子有三类，分别由RNAM合酶1、ll、lll进行转录，为类别1、类别11、类别111真核生物的启动子由转录因子而不是RNA聚合酶（细菌的RNA聚合酶能自身识别并结合到结合

15、子上）所识别。多种转录因子和RNAM合酶在起点上形成前起始复合物而促进转录。RNA聚合酶1、1 1 1的启动子种类有限，对其识别所需辅助因子的数量较少。类别1启动子（RNA聚合酶1 ）类别1启动子只控制r RN丽体基因的转录，转录产物经切割和加工后生成各种成熟的 rRNA=其由两部分保守序列组成，一是上游控制元件，二是核心启动子。RNA聚合酶1对其转录需要两种因子参与作用：UBF1、S L 1类别11启动子（RNA聚合酶11 ）RNA聚合酶1 1的启动子序列多种多样，基本上由各种顺式作用原件组合而成。某些原 件和其识别因子是共同的，存在于各种启动子中； 有些原件和因子是特异的，只存在于某些种类

16、的基因，见于发育转变和组织分化的控制基因。参与RNAm合酶1 1起始转录的各类因子数目很大，可分为三类：通用因子、上游因子和可诱导因子类别11启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。该类型启动子包含4类控制原件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件这些元件的不同组合， 再加上其他序列的变化，构成了数量十分庞大的各种启动子，它们受相应转录因子的识别和作用。（1 ）基本启动子基本启动的序列为中心在2 5至一3 0左右的7bp的保守区，这一序列称TATA框或Goldberg-Hogness框，此共有序列中全为 A T碱基对，其功能与RNAM合酶的定位有关， DNAa链在此解开并决定转录的起点位置

17、，失去TATA框，转录将在许多位点上开始。作用于基本启动子上的辅助因子称为通用（转录）因子（ GTF ,或基本转录因子，他们为任何细胞类别1 1启动子转录所必需，以 TF1 1 X来表示。（二）起始子基本启动子的TATA框是RNA聚合酶ll和通用因子形成前起始复合物的主要装配点。转录的起点位置还有一个保守序列叫做起始子（Inr ）。其共有序列见书（P462 ）此外还有许多附加序列作为影响RNAm合酶1 1活性的转录因子结合位点， 这些附加序列或围绕TATA框，或起始子下游，被一种或多种转录因子所识别。有些启动子无TATAMI,有些无起始子，或二者均无。无TATA框的启动子可通过识别某些起始子的

18、TAFll介导TBP结合其上，并装配起始复合物。TATA框和起始字均无的启动子则通过结合与上游元件上的因子介导装配起始复合物。（三）上游元件和应答元件上述基本启动子和转录因子对于RNAm合酶1 1的转录是必要的，但不是足够的，它们只能单独给出微弱的效率，而要达到是以水平还需要唯一上游的一些调节元件以及其识别因子参与作用。识别上游元件的转录因子叫做上游因子和转录辅助因子。普遍存在的上游元件有CATT框（也是类型ll 启动子的保守区，其功能控制转录起始频率、其数目和种类决定了启动子的强度）、GC匡和八聚体框等。真核生物中与细胞类型和发育阶段相关的基因表达，主要通过转录因子的重新合成来进行调节的，因

19、此是长期的过程。对外界刺激的快速反应则主要通过转录激活物的可诱导调节。类别 lll 启动子涉及一些小分子 RNA的转录。5s和tRNA以及胞质小RNA基因的启动子位于转录起点下 游，也即在基因内部。含有基因内启动子，在下游。类别 lll 启动子有3 种结构类型。基因内启动子可分为两种类型，各自含有两个框架序列，被TFllA、B、C三种辅助因子所识别。终止子和终止因子细菌和真核生物转录一旦起始，通常都能继续下去，直至转录完成而终止。但是在转录的延伸阶段 RNAM合酶遇到障碍会停顿或受阻，酶脱离模板即停止。真核生物总有一些能与酶结合的延伸因子，可抑制停顿和防止受阻），转录结束，RNA聚合酶和RNA

20、专录产物即被释放。真核生物的RNAm合酶1 1去磷酸化后可再循环利用。提供转录停止信号的 DNA列称为终止子，协助RNAm合酶识别终止信号的辅助因子（蛋 白质） 则为终止因子，有些终止因子的作用可被特异的因子所阻止，使得酶得以越过终止子继续转录，此称为通读。这类引起抗终止作用的蛋白质叫做抗终止因子。DNA的转录终止信号可以被 DNA聚合酶本身或其辅助因子所示别，在转录过程中，DNA聚合酶沿着模板链向前移动，它所感受到的信号来自正在转录的序列，而不能感受到未转录的序列，所以说终止信号存在于已经转录的序列中。所有原核生物的终止子在终止点之前都与一个回文结构（回文序列是双链 DNA中的一段倒置重复序

21、列，当该序列的双链被打开后，可形成发夹结构），其产生的RNAM以形成由茎环构成的发夹结构。该结构可使聚合酶减慢移动或暂停RNA勺合成。然而，RNA产生具有发夹型的二级结构远比终止信号多，如果酶所遇到的不是终止序列，将继续移动并进行转录。大肠杆菌具有两类终止子一是不依赖于rho 的终止子，即简单的终止子另一类称为依赖于rho 的终止子。简单终止子除能形成发夹结构外，在终点前还有一系列U 核苷酸， 回文对称区通常有一段富含G C的序列。 寡聚U序列可能提供信号使 RNA聚合酶脱离模板（由r U d A组成 的RNA DNA交分子具有特别弱的碱基配对结构，当聚合酶暂停时，RNA-DNA杂交分子即在r

22、 U d A弱键结合的末端区解开。依赖于 rho 的终止子必须在rho 因子存在时才发生作用，依赖rho 的终止子其回文结构不含G-C区回文结构也无寡聚U。依赖rho 的终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。rho 因子是一种相对分子质量约4 6 0 0 0的蛋白质，通常以六聚体的形式存在，在RN的在时它能水解核甘酸三磷酸，即具有依赖于RNA的NTPase （核昔水解酶）活力。由此推测，rho 结合在新产生的 RNA链上，借助水解 NTP获得的能量推动其沿着 RNA 链移动，RN咪合酶遇到终止子时发生暂停，使得 Rho得以追上酶，Rho与酶相互作用，造 成释放RNA并使RN臊合酶与该

23、因子一起从 DNA±脱落下来。抗终止作用主要见于某些噬菌体的时序控制。早期基因与其后基因之间以终止子相隔开，通过抗终止打开其后基因的表达。因此，新的基因表达是由于 RNA1的延长所导致。噬菌体前早期基因的产物N 蛋白即是一种抗终止因子。正如RNA聚合酶识别启动子一样需要有因子一样，识别终止子也需要有一些特殊的辅助因子。已知nus位点与终止功能有关，其中包括 nusA、B、E、G,。其中nusA基因产物的性 质研究得比较清楚， nusA因子可以提高终止效率，可能是由于它能促进 RN咪合酶在终止 子位置上的停顿。Nus可以与RN咪合酶的核心酶结合，形成复合物。当亚基存在时，它可以取代 N

24、us A,这就形成了转录的全酶，其可结合到启动子上，因子完成起始转录功能后即脱离下俩，由核心酶去转录合成 RNA然后Nu s A结合到核心酶上，其识别终止子序列。转录 终止后，RNAm合酶脱离模板，Nus A又被所取代，由此形成的 RNA聚合酶的起始复合物和终止复合物两种形式的循环，因此NusA也可以被看作是RNA聚合酶的亚基。转录的调节控制细胞的基因表达，即由DNA转录成RNA再翻译成蛋白质的过程，是受到严格的调节控制的。在细胞生成、发育和分化过程中，遗传信息的表达可按一定时间顺序发生变化，而且随着细胞 ，内外环境条件的改变而加以调整，这就是时序控制和适应调控。在这里，转录水平的调控是关键的

25、环节。因为遗传信息的表达首先涉及到的是转录过程。尤其是原核生物，转录和翻译几乎同时进行，转录水平的调控就显得尤为重要。转录调控主要发生在起始和终止阶段。启动子是转录起始地控制部位，通常转录调节因子的就结合在启动子内部或启动子附近，当调节因子与 DNA吉合后对转录或是起促进作用（正调控）或是起抑制作用（负调控）操纵子结构模型（ 原核生物）所谓操纵子就是细菌基因表达和调控的单位，其包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制序列。通常功能上彼此有关的编码基因串联在一起，有共同的启动子并受操纵基因的控制，当调节基因的产物阻遏蛋白与操纵基因结合后，即可阻止其邻近启动子起始转录。 阻遏蛋白的作用属

26、于负调控，但是调节基因的产物可以是负调节因子（如阻遏蛋白），也可是以正调节因子。环腺甘酸（cAMP对原核生物许多可诱导酶的合成，具有普遍的促进作用， 这类以c AMP为信号分子的调节系统是通过一种正调节蛋白作用于某些操纵子的启动子，正调节蛋白叫做环腺甘酸受体蛋白，经 cAMP活化，改变其构象，提高其对启动子的亲和力，可结合于受 其调节的启动子附近，促进转录的进行。所谓葡萄糖效应，即在培养基中葡萄糖含量较高时，细菌首先利用葡萄糖，而阻遏利用其他底物酶类的合成。其原因是由于葡萄糖代谢降解物可抑制细胞内腺苷酸环化酶的活力，并激活磷酸二酯酶，因而降低CAMP7R平，造成cAMP-CR豚度不够，使许多酶

27、的基因不能进 行转录。受一种调节蛋白所控制的几个操纵子系统称为调节子。一个调节子中的不同操纵子通常属于同一代谢途径或同一种功能有关，如果一种调节蛋白控制几个不同代谢推荐你个的操纵子，构成一个复杂的调节系统，这样的调控系统称为综合性调控。除了对启动子的调控外，原核生物对终止子也存在调控作用。此外， 在某些负责氨基酸合成的操纵子中还存在一类称作衰减子的特殊序列，它既是一个终止信号，又是一个调节信号。真核生物与原核生物转录调节的比较1. 原核生物功能相关的基因组在一起构成操纵子，作为基因表达和调节的单位。真核生物不组成操作子，每个基因都有自己的基本启动子和调节元件，单独进行转录；但相关基因间也存在协

28、同调节，拥有共同顺式元件和反式因子的基因组成基因群2. 原核生物只有少数种类的调节元件，包括激活蛋白和阻遏蛋白的结合位点，它们常与启动子重叠或或在其附近，真核生物为数众多的上游调节元件、可诱导元件和增强子（沉默子）3. 无论是原核生物或是真核生物，其转录受反式调节因子（转录激活因子或抑制因子）所调节，这种调节可在两个水平上进行，一是通过调节因子的生物合成（种类和数量上），二是通过它们的变构或共价修饰4. 真核生物具有染色质结构，基因活化首先需要改变染色质的状态，使转录因子能够接触启动子DNA此过程叫做染色质改型。这一过程只是使基因转录成为可能；转录的实现还有赖于顺式作用原件、反式作用元件与RN

29、Am合酶的相互作用。染色质水平的调节在原核生 物中不存在，它涉及真核生物发育与细胞分化等长期的调节；DNA水平的调节属于短期的调节，基本与原核生物相似。上游调节因子，包括激活因子和阻遏因子，均属于反式作用因子（是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。多为转录因子。 大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，可通过另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，从而激活另一基因的转录。这种调节蛋白称反式作用因子。）它们与顺式原件中的上游激活序列（元件）、应答元件、增强子和沉默子等特异地结合，对真核生物的转录分别起促进和阻遏作用。上游调节因子通常有三个结构域，即

30、DNA吉合结构域、转录激活结构域和二聚化结构域。 RNAfc物合成的抑制剂 P469可分为三类：一类是喋吟和喀咤类似物（6疏基喋吟、硫鸟喋吟），它们可作为核昔 酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成，二类是通过与DNA吉合改变模板的功能（烷化剂、放线菌素），三类是与 DNA聚合酶结合为影响活力（利福梅素、利链菌素）。RNA勺转录后加工在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物往往需要经过一系列的变化，包括链的裂解、5 端与3端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰和糖苷键的转变、以及拼接和编辑等过程，方能转化成成熟的 RN酚子。此过程总之称为 RNA勺成熟，或称转录后加工。原核生物的mRNAfi常一经转录

31、立刻进行翻译，除少数例外，一般不进行转录后加工。但稳定的RNA（tRNA和r RNA都要经过一系列加工才能成为有活性的分子。真核生物由于存在细胞核结构，转录在空间和时间上都被分隔开来，其mRNA前体的加工十分复杂。而且真核生物的大多基因都被居间序列，即内含子所分隔成断裂基因，在转录后通过拼接使编码区成为连续序列。在真核生物钟基因还能通过不同的加工方式，表达出不同的信息。原核生物中RNA勺加工在原核生物中，r RNA的某些基因与某些t RNA的基因组成混合操纵子。其余tRNA基因也成簇存在，并于编码蛋白质的基因组成操纵子。它们在形成多顺反子转录物后（一条mRNAg上含有指导合成几种蛋白质分子的信

32、息，顺反子即结构基因为决定一条多肽链合成的功能单位。真核生物的基因转录产物是单顺反子，即在一条mRN由只含有一个翻译起始点和一个终止点，编码一个基因片段。而多顺反子见于原核生物，意指一个mRN阳子编码多个多肽链）后，经断裂成为 rRNA和t RNA勺前体，然后进一步加工成熟。 原核生物r RN丽体的加工大肠杆菌中共有7个r RNA勺转录单位，它们分散在基因组各处。每个转录单位由1 6 s RNA 2 3 SrRNA 5 s RNA以及一个或几个t RNA勺基因所组成。 16sRNA与23sRNA之间常插入1个或两个tRNA的基因。rRNA前体需要经过甲基化修饰，再被核酸内切酶和核酸外切酶割。原

33、核生物tRNA前体的加工tRNA 的前体大多成簇存在，或与rRNA的基因或与编码蛋白质组成混合转录单位。t RN丽体的加工包括：1.由核酸内切酶（RNAaseP RNAaseF在tRNA两端切断 2 . 由核酸外切酶（RNAAasG）从3'端逐个切去附加的顺序，进行修剪 3.在tRNA3'端上加 上胞苷酸-胞苷酸 -腺苷酸（CCA） 4. 核苷酸的修饰和异构化。与DNA艮制性内切酶不同，RNAa酸内切酶不能识别特异的序列，它所识别的是加工部 位的空间结构。大肠杆菌 RNase是一类切断tRNA5'端的加工酶，属于核酸内切酶性质。差 不多所有大肠本f菌噬菌体 tRNA前体

34、都是在该酶作用下切出成熟的tRNA5'端。因此这个5'核酸内切酶是5 成熟酶。加工t RNA前体3'端的序列还需要另外的核酸内切酶，例如RNAaseF,它从靠近3'端处切断前体分子，为了得到成熟的3端，需要有核酸外切酶进一步进行修剪，从前体3 端逐个切去附加的序列，直至tRNA的3'端。负责修剪的核酸外切酶可能主要为RNaseD这个酶具有严格的选择活性。实验表明其识别的是整个tRNA结构，而不是3'末端的特异序列。所有成熟的tRNA分子的3 '端都有（CCA结构，其对于接受氨酰基的活性是必要的。细菌t RNA的前体存在两类不同的 3

35、9;端序列，一类自身含有 CCA三核甘酸，位于成熟 tRNA序列与3'端附加序列之间，当附加序列被切除后即显露出该末端结构。另一类自身 并无CCA歹U,当前体切除3 '端附加序列后，必须外加CCA添加CCA是在t RNAa昔酰转移酶的催化下进行的。成熟的t RNA分子中存在众多的修饰成分，其中包括各种甲基化碱基和假尿喀咤核昔。 tRNA修饰酶具有高度特异性；每一种修饰核昔都有催化其生成的修饰酶。tRNA甲基化酶对碱基及tRNA序列均有严格要求。 原核生物mRN刷体的合成细菌中用于指导蛋白质合成的mRNM多不需要加工共，一经转录既可直接进行翻译，可有少数多顺反子m RNA需通过核

36、酸内切酶切成较小的单位，然后进行翻译。如核糖体大亚基蛋白L1。和L7/L12与RNA聚合酶和亚基的基因组成混合操纵子，它在转录出多顺反子m RN斫需通过RNaselll将核糖体蛋白质与聚合酶亚基的mRNA切开，然后再各自进行翻译。该加工过程的意义在于可对mRNA勺翻译进行调控。核糖体蛋白质的合成必须对应于 rRNA的合成水平，并且与细胞的生长速度相适应。细胞内RNAm合酶的合成水平就低得多。将二者mRNA分开，有利于各自的翻译调控。真核生物RNA勺一般加工真核生物r RNAW tRNA前体的加工过程与原核生物有些相似，然而其mRN题体必须经过复杂的加工过程这与原核生物大不相同。真核生物大多数基

37、因含有居间序列(即内含子，断裂基因的非编码区可被转录，但是在mRNAm工过程中被切掉)，需要在转录后的加工过程中予以切除真核生物r RNA tRNA前体的加工多数真核生物的rRNA基因不会存在内含子，有些存在但是不转录。真核生物t RN丽体的3'端不含CC际列，成熟t RNA3 '端的CCA后加上去的，催化此反应的酶是核苷酰转移酶。真核生物mRNAtf体的一般加工真核生物编码蛋白质的基因以单个基因作为转录单位，不像原核生物那样组成操纵子其转录产物为单顺反子m RNAB不是多J帆反子mRNA大多数蛋白质基因存在居间序列，它与编码序列一起被转录，需要在转录后加工过程中切除掉。由于细

38、胞核将转录和翻译过程分隔开，合成蛋白质的模板(mRNA在核中产生后需经一系列复杂的加工过程并转移到细胞质中才能表现出其翻译功能，因此其调控序列变得更为复杂，半寿期也越长。mRNA勺原初转录物是相对分子质量极大的前体，在核内形成分子大小不等的中间物， 它们被称为核内不均一RNA(h n RNA ,其中至少有一部分能够转变为细胞质中成熟的mRNA。Hn RNA勺碱基组成与总的 DNA组成类似，因此又称为类似 DNA勺RNA(D-RNA), 它们在核内迅速合成降解，其半寿期极短，比细胞质mRNAS不稳定。HnRNA的链长比m RNA的长，由于hn RNA代谢转换率极高，而稳定性 RNA则较低， 约有

39、百分之二十五的 hnRNA转变为m RNA由hnRNA转变为 mRNA的加工过程包括：1.5 '端形成特殊的帽子结构(m7G5'ppp5'NmpNp ) 2.在3'端切断加上多聚腺甘酸(polyA )尾巴3.通过拼接除去由内含子转录来的序列4. 链内部核苷被甲基化5端加帽真核生物的 mRNATB有5'端帽子结构，这个特殊结构也存在于hnRNA中，它可能在转录的早期阶段或转录终止前就已经形成。原初巨大的h n RNA分子5 '端为三磷酸喋吟核甘，转录起始后不久从这里脱去一个磷酸，然后与GTP反应生成5' , 5'-三磷酸相连的键，并

40、放出焦磷酸，最后以S-腺昔蛋 氨酸进行甲基化产生所谓的帽子结构。5 '端帽子的确切功能不清楚，推测它能在翻译过程中起识别作用以及对mRN即稳定作用。用化学法除去帽子的珠蛋白mRNA在对应系统中不能有效的翻译，说明帽子结构对翻译功能很重要。3 '末端的产生和多聚腺甘酸化真核生物的m RNA3 '端通常有2 0 2 0。个腺甘酸残基，构成多聚腺甘酸的尾部结构。RNA聚合酶ll的转录产物是在 3'端切断，然后多聚腺甘酸化。HnRNABt的切断可能是由 RNaselll完成的，多聚腺甘酸化则由多聚腺甘酸酶所催化，该酶以3' -OH的RNA为受体，ATP作为供体，

41、需要镁离子或镒离子，此外还需要十多个蛋 白质参与，协助切割和多聚核苷酸化。多聚核苷酸化可被类似物3 - 脱氧腺苷，即冬虫夏草素所阻止，这是一种多聚腺苷酸的特异抑制剂；它并不影响hnRNA的转录，但在加入该试剂时，既可阻止细胞内出现新的mRNA这说明多聚腺甘酸化对m RNA的成熟是必要的。另一方面，珠蛋白mRNA上的多聚腺甘酸尾巴的m RNA除去后，其后面的翻译过程仍能正常进行，所以尾巴结构非翻译所必须。然而当除去多聚腺甘酸尾巴时，mRNA勺稳定性较差，可被体内有关酶所降解，翻译效率下降。当m RNA由细胞核转移到细胞质中，其多聚腺甘酸尾巴有不同程度的额缩短，表明多聚 腺甘酸尾巴至少可以起某种缓

42、冲作用，防止核酸外切酶对mRNA信息序列的降解作用。mRNA的内部甲基化真核生物m RNA分子内部往往有甲基化的碱基，主要是 N6-甲基腺喋吟，这类修饰成分 在hnRNA中已经存。不过也有一些真核生物细胞核病毒 mRN肝并不存在这个甲基化的碱基， 似乎这个修饰成分是不重要的。RNA勺拼接大多数真核基因都是断裂基因（真核生物结构基因，由若干个编码序列和非编码序列互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码序列再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因）。断裂基因的转录产物需要通过拼接、除去插入部分（即内含子），使编码区（外显子）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。内含子

43、具有多种多样的结构，拼接机制也是多种多样已知拼接方式有：1.类型1自我拼接 2 .类型1 1自我拼接 3 .核m RNA的拼接体的拼接 4 .核t RNA勺酶促拼接类型1自我拼接发现核酶的那个实验 （C e c h研究四膜虫），此类拼接无需蛋白质的酶参与作用，它可自我催化完成，具有酶的特征。此拼接过程需要一价和二价阳离子以及鸟苷酸存在即能自发进行，无需供给能量和酶催化。拼接实际上是磷酸酯的转移反应。鸟苷酸在此起着辅助因子的作用，提供游离的3' - OH从而使内含子的5-磷酸基转移其上，紧接着发生第二次 类似的转酯反应。在磷酸酯的转移过程中并不发生水解作用，磷酸酯键的能量被贮存起来，这就

44、解释为什么反应不需要能量。类型11自我拼接类型1 1内含子（结构复杂，是这类内含子存在受局限的原因）也具有催化作用，能够完成自我拼接。其余类型1的区别子啊与转酯反应无需游离鸟甘酸发动，而是由内含子靠近3端的腺甘酸的2 -羟基攻击5 -磷酸基引起的，经过两次转酯反应，内含子成为套索结构被切除，使两个外显子得以连接子一起。其余拼接方式未详述，见书P 4 8 3RNA勺编辑改变RN颜码序列的方式称为 RNA编辑，可以通过酶促脱氨和氨基化以及插入或删除若干核苷酸的方式进行编辑，编辑方向为3-5RNA编辑可以消除移码突变等基因突变的危害，增加了基因产物的多样性，和生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要

45、方式，RN廊辑还可以是基因产物获得新的结构和功能, 有利于生物进化。RNA的再编码：RNA编码和读码方式的改变称为再编码。RNA勺降解核糖核酸酶、细菌中，通常 mRNAE未转录完，已有核糖体跟着结合上去进行反应，经过几轮翻译， mRNAJR被降解。在真核， 多聚腺苷酸尾巴对维持稳定有重要作用，去腺苷酸化即能诱发5 端脱掉帽子结构，然后由5-3方向降解RNA也可以3 5RNA勺功能（P 4 9 0 ）1. RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用2. RNAM有重要的催化功能和其他持家功能3. RNA专录后加工和修饰依赖于各类小RNA其他蛋白质复合物4. RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用5

46、. RNA在生物进化中起重要作用。在RNAf导下RNAF口 DNA勺合成在有些生物中，RNA也可以是遗传信息的携带者，并能通过复制而合成与自身相同的分 子。例如某系人 RNAW毒，当它侵入寄主细胞后可借助于复制酶（RNA旨导的RNAm合酶）而进行病毒RNA勺复制，遗传信息还可以从 RNA专递给DNA即以RNAM莫板借助转录酶（RNA 指导的DNAm合酶）合成 DNARNA勺复制RNA的复制包括直接复制和间接复制，直接复制就是借助复制酶直接合成RNA间接复制就是RNA转录为DNA然后DNAM转录为RNA间接转录的错误率较小。从感染RNA病毒的细胞中可以分离出 RNAM制酶，这种酶以病毒RNA乍为

47、模板，在有4 种核甘三磷酸和镁离子存在时合成出于模板性质相同的RNA用复制产物去感染细胞，能产生正常的RNAW毒。可见，病毒的全部遗传信息， 包括合成病毒外壳蛋白和各种有关酶的信 息均被贮存在复制的 RNA之中。复制酶的特异性很高，它只识别病毒自身的RNA， 而对宿主细胞和其他与病毒无关的RNA均无反应。例如噬菌体Q的RNA旻入大肠杆菌细胞后，其RNA身即为mRNA可以直接进行与病毒繁殖有关的蛋白质合成。通常将具有mRNA）能的链称为正链，而它的互补链叫做负链。在噬菌体特异的复制酶装配好不久之后，酶就吸附到正链RNA的3'末端，以正链为模板合成出负链RNA， 直至合成进程结束，负链就从

48、模板上释放。同样的酶又吸附到负链的RNA的3'末端，并以负链为模板合成正链。噬菌体RNA还可形成紧密的三级结构，其高级结构参与了翻译的调节控制。当噬菌体RNA处于天然高级结构时，成熟蛋白质基因的起始区处于 折叠结构之中，无法与核糖体结合，成熟蛋白基因因而被关闭。只有刚复制噬菌体RNA成熟蛋白基因的起始区才能结构核糖体，进行成熟蛋白质的翻译。当以正链为模板合成负链时，除了需要复制酶外，还需要两个来自宿主细胞的蛋白质因子，称为HFl 和 HFll ，但是负链为模板合成正链时并不需要这两个因子。在感染后期，噬菌体RNA大量合成，这是正链RNA勺合成速度远远超过负链RNA的合成速度，其原因就是

49、宿主的蛋白质因子起到了调节的作用。进化的压力使病毒复制具有极高的效率，精确的识别和控制机制，并且尽量依赖宿主的条件。 病毒的一大显著特点就是她的各组成成分常具有多种复杂的功能。例如Q 复制酶不仅能将噬菌体正链和负链 RNAW大量存在于宿主细胞的所有RNAE分开来，特异地催化噬菌体RNA的复制；而且还能强力地抑制核糖体结合到Q的RNAJ:,起蛋白质合成阻遏物的作用，这类病毒复制的早期起重要作用。再如，作为病毒颗粒结构组分的外壳蛋白，同时又是复制酶合成的调节蛋白，当感染后期当外壳蛋白的需要达到高潮时，复制酶的合成即大大降低。病毒RNAM制的主要方式1 .病毒含有正链RNA进入宿主细胞后首先合成复制

50、酶，然后在复制酶作用下进行病毒RNA的复制，例如噬菌体Q 和灰质炎病毒2 .病毒含有负链 RN窗口复制酶：这类病毒侵入细胞后， 借助于病毒带进去的复制酶合成出 正链RNA再以正链RNW模板合成病毒蛋白质和复制病毒 RNA例如狂犬病毒、马水疱性 口炎病毒3 .病毒含有双链RN用口复制酶：这里病毒以双链RNW模板，在病毒复制酶的作用下沟通 过不对称的转录，合成出正链RNA并以正链RNA模板翻译成病毒蛋白质，然后再合成病毒负链RNA形成双链 RNA分子，例如呼肠孤病毒4 .致癌RNAW毒 主要包括白血病病毒和肉瘤病毒，它们的复制需经过DNA前病毒阶段，由转录酶所催化病毒m RNA的合成在病毒复制中处

51、于核心地位 RNA勺逆转录以RNW模板，即按照RNA中的核甘酸J顺序合成 DNA这与通常转录过程中遗传信息从 DNAiJ RNA勺方向相反，故称逆转录。催化逆转录反应的酶最初是在RNA病毒中发现的。T e m i n和M i z u f a n i等从致癌RNA病毒中发现逆转录酶。 致癌RNA病毒是一大群能引起鸟类、哺乳类等动物白血病和肉瘤以及其他肿瘤的病毒。这类病毒侵染细胞后并不引起细胞死亡，却可以使细胞发生恶性转化。致癌病毒的复制行为与一般 RNA病毒不同，用特异的抑制物（放线菌素D）能抑制致 癌RN A病毒的复制，但不能抑制一般RNA病毒的复制。已知放线菌素 D专门抑制以DNA为模板的反

52、应，可见致癌 RNAW毒的复制过程必然涉及到DNA.于是Temin与1964年提出前病毒的假设，认为致癌病毒RNA的复制需要经过一个 DNA中间体（即前病毒），此DNA中间体可部分或全部整合到细胞DNA中，并随细胞增殖传递至子代细胞，细胞的恶性转化就是由前病毒引起的。逆转录酶的发现有力地支持了前病毒学说。前病毒学说的一个关键之处在于认为遗传信息可以由RNA传递给DNA。这一观点不能被当时的生物界所接受，因为按照传统的“中心法则”，遗传信息的传递只能由DNAiU RNA再到蛋白质，是一种单向进行的过程。所以需要寻找逆转录酶来支持，最终在劳氏肉瘤病毒和鼠白血病毒（ MLV中找到了逆 转录酶。这一泛酰具有重要的理论意义和实践意义，它表明不能把“中心法则”绝对化，遗 传信息也可以从 RNA专递到DNA从而冲破了传统观念的束缚。它还促进了分子生物学、生 物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。 逆转录酶的性质逆转录酶催化