第36章rna生物合成和加工

第36章RNA生物合成和加工Chapter

36

RNA

Biosynthesisand

Processing内

容第一节DNA指导下RNA的合成第二节RNA转录后的加工第三节RNA指导下的RNA和DNA的合成启动子终止子模板链（负链，反意义链）编码链（正链，有意义链）非信息区DNA5´5´3´3´两股DNA单链中只有一股可转录,可作为模板转录成

RNA的一股称为模板链,对应的一股互补链称为编码链。能转录出mRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNA可能转录(rRNA,tRNA),也可能不转录。不对称转录:DNA分子上一股可转录,另一股不转录;模板链并非永远在同一单链上。大肠杆菌RNA聚合酶（456

kD)saabb¢核心酶(α2ββ¢)起始因子ββ¢s——

识别启动子，促进转录的起始w

---?全酶(α2ββ¢s)w2

Znα——

酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成和模板DNA结合催化中心RNA合成过程起始(pppG

or

pppA)双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点5¢3¢sRNA终止子(terminator)s5¢启动子（promRotNeAr)聚合酶s5¢s5¢3¢5¢r

3¢5¢3¢NusA离开延长阶段识别NusA真核生物的RNA聚合酶三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物各不相同。三种

RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。snRNAU6,scRNAr5s-rRNA(5.8,18,28S

RNA)大肠杆菌启动子共有序列GTC××××TTGACA××××××××××××××TAT××××AACTGT××××××××××××××ATATTA××××××

××AAT××××××

×A

×××××××××Pribnow框-35

-10识别区16-19bp5-9bp起点频度：T89

A95

T45

A60

A50

T95有助于DNA局部双链解开提供了RNA聚合酶识别的信号频度：T82

T84

G78

A65

C54

A453.终止子和终止因子提供转录停止信号的DNA序列称为终止子(terminator)。协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子(terminationfactor)。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使

RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读

(readthrough)，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子(antiterminationfactor)，如噬菌体N蛋白既是一种。大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（r）的终止子B.依赖于Rho（r）的终止子富含G-C系列U识别终止子的辅助因子：NusA,B,E,G第二节

RNA转录后的加工细胞内由RNA聚合酶合成的原初转录产物往往需要经过一系列的变化，才能转变成为成熟的RNA分子,这一过程总称之为RNA的成熟或转录后加工（post-transcriptional

processing)。链的裂解5’、3’端的切除和特殊结构的形成核苷酸的修饰和糖苷键的变化拼接和编辑等过程细胞内的tRNA、rRNA相对稳定，半衰期一般为几个小时。所有的tRNA、rRNA都不是原初转录产物，都要经过一系列的加工才能成为有活性的分子。原初转录产物的5’是三磷酸（pppG、pppA），而成熟的tRNA、rRNA

，5’是单磷酸。成熟tRNA、rRNA分子都比原初转录物小。所有的tRNA分子，都有原初转录物所没有的稀有碱基（A、G、C、U以外的碱基）。原核tRNA前体的加工E.coli染色体基因组有60个tRNA基因，即某种a.a.的tRNA基因不只一个拷贝。tRNA基因大多成簇存在或与rRNA基因，或与蛋白质基因组成混合转录单位tRNA前体加工步骤：核酸内切酶(RNaseP、RNaseF)在tRNA两端切断核酸外切酶(RNaseD)从3’端逐个切去附加序列。在tRNA3’端加上-CCA-OH。核苷的修饰（修饰酶):甲基化酶/S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。tRNA-C+CTPtRNA-CC+ATPtRNA-C+PPitRNA-CC+PPitRNA-CCA+PPitRNA核苷酰转移tRNA+CT酶PtRNA甲基化酶tRNA+SAM

甲基-tRNA+S-腺苷高半胱氨酸tRNA假尿苷合成酶催化尿苷的糖苷键发生位移反应，由尿苷的N1变为C5。真核生物mRNA前体的加工

mRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，它们被称为核内不均一RNA（hnRNA）。其中，约有25%可转变成成熟的mRNA。

hnRNA半寿期很短，比细胞质中的mRNA更不稳定，一般在几分钟至1小时。而细胞质mRNA的半衰期为1-10小时，神经细胞

mRNA最长可达数年。hnRNA转变成mRNA的加工过程主要包括：5’末端形成帽子结构3’末端切断并加上polyA剪接除去内含子对应的序列甲基化由于甲基化的程度不同，有三种类型的帽子：

CAPO型：m7GpppCAP

I型：N1核苷酸2’-OH甲基化CAP

II型：N2核苷酸2’-OH也被甲基化5’帽子也出现于hnRNA，说明加帽过程可能在转录的早期阶段或转录终止前就已完成。5’帽子的功能在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与

mRNA结合，使翻译从AUG开始。保护mRNA，避免5’端受核酸外切酶的降解。3.

RNA的拼接、编辑和再编码大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含子，intron），使编码区（即外含子，Exon）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。RNA编码序列的改变称为编辑（

editing），RNA编码和读码方式的改变称为再编码（recoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。hnRNA的拼h接nRNA剪接反应是在剪接体（splicesome)上进行的剪接体由5种U系列snRNA和50多蛋白质组成（U1、U2、U4、U5、U6）与II型内含子剪接相似，只是由剪接体完成真核生物所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为GT，右端均为AG。此规律称GT-AG规律，对于mRNA就是GU-AG此规律不适合于线粒体、叶绿体的内含子，也不适合于tRNA和某些rRNA的核结构基因真核细胞内存在许多种类的小分子RNA，大小在

100-300nt，有些由聚合酶III转录，有些由聚合酶

II转录。核内小RNA（snRNA）主要存在于核内，细胞质小RNA（scRNA）主要存在于细胞质。重要的snRNA有U系列snRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。U系列snRNA通常都与多肽或蛋白质结合形成核糖核蛋白颗粒（RNP）。U-snRNA参与hnRNA的拼接过程。U3-snRNA与rRNA前体的加工有关，U1、U2、U4、U5、U6都与hnRNA的加工有关。反式拼接内含子的拼接一般都是发生在同一个基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接，称为顺式拼接（cis-splicing），但也有另一种情况，即不同基因的外显子剪接后相互连接，此称为反式拼接（trans-splicing）。反式拼接的情况较为稀少，较典型的例子是锥虫表面糖蛋白基因VSG(variable

surfaceglycoprotein)，线虫的肌动蛋白基因（actingenes），和衣藻（Chlamydomonas）叶绿体

DNA中含有的psa基因。选择性拼接（alternative

splicing)一个基因的转录产物通过不同的拼接方式，得到不同的mRNA和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多个蛋白质即为同原体（isoform).3.病毒RNA复制的主要方式正链RNA病毒（mRNA）：噬菌体Qβ、灰质炎病毒等进入寄主细胞后，利用寄主的翻译系统，首先合成复制酶及有关的蛋白质，然后进行病毒RNA的复制，最后由病毒RNA和蛋白质装配成病毒颗粒。负链RNA病毒（带有复制酶）：狂犬病毒等此类病毒带有复制酶，侵入后，复制酶首先合成出正链RNA（mRNA），再以正链RNA为模板，合成负链RNA及蛋白质，然后装配。双链RNA病毒（带有复制酶）：呼肠孤病毒等以双链RNA为模板，在复制酶作用下先转录正链

RNA（mRNA），从而翻译出蛋白质，然后合成负链RNA，形成双链RNA，再包装。反转录病毒（含反转录酶）：白血病病毒、肉瘤病毒等致癌RNA病毒正链RNA病毒，它们的复制需要经过DNA前病毒阶段。不同RNA病毒合成mRNA的途径二.RNA的逆转录作用概念:以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用（reversetranscription)。逆转录酶（reverse

transcriptase)。依赖RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力三种功能逆转录病毒的基因组逆转录病毒基因组通常由两条+RNA链组成，因此是二倍体。5’有“帽子”，

3’polyA,近5’带有一个

分子的tRNA,作为逆转录的引物。携带3个基因：gag:基质蛋白、衣壳、核衣壳蛋白Pol：蛋白酶、整合酶、逆转录酶Env：表面蛋白、跨膜蛋白Gag和pol通常翻译成一条多肽，之后由蛋白酶切成6个蛋白三.逆转座子的种类及作用概念:是一类在转座过程中需要以RNA