生物合成和加工

关于生物合成和加工

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的合成第2页,共89页，2024年2月25日，星期天遗传信息传递的中心法则

蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA第3页,共89页，2024年2月25日，星期天第一节DNA指导下RNA的合成

转录（transcription）：生物体以DNA为模板合成RNA的过程，转录是通过DNA的指导下的RNA聚合酶的催化实现的。经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和scRNA。转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止,此转录区域为一个转录单位。转录的起始是由DNA的启动子（promoter)控制的，控制中止的部位称中止子（terminator)。第4页,共89页，2024年2月25日，星期天1.DNA指导的RNA聚合酶反应式：

n1ATPRNApolymerasen2GTPn3CTPDNA,Mg2+(orMn2+)

n4TTP

RNA+(n1+n2+n3+n4)PPi从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录与复制是相同的。但是，也存在三个主要不同点：

A．转录中不需要RNA引物、以4种三磷酸核糖核苷（NTP）为底物；

B．转录反应一般只用一小段DNA做模板；

C．在转录区，一般都只有一条DNA链可以作为模板。第5页,共89页，2024年2月25日，星期天

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。第6页,共89页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌RNA聚合酶（456kD)

核心酶(α2ββ

)起始因子α——酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合ββ

s——识别启动子，促进转录的起始w---?全酶(α2ββ

)

w2Zn结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成和模板DNA结合催化中心第7页,共89页，2024年2月25日，星期天转录泡，17bp杂交体，8bp酶的移动方向大肠杆菌RNA聚合酶进行的转录第8页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA合成过程起始(pppGorpppA)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延长阶段5

3

RNA

启动子（promoter)

终止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

NusA离开识别NusA第9页,共89页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌RNA聚合酶与DNA的相互作用

第10页,共89页，2024年2月25日，星期天第11页,共89页，2024年2月25日，星期天真核生物的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(5.8,18,28SRNA)第12页,共89页，2024年2月25日，星期天2.启动子和转录因子

启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子(transcriptionalfactor)。利用足迹法(footprint)和DNA测序法可以确定启动子的序列结构。

第13页,共89页，2024年2月25日，星期天足迹法确定启动子序列

第14页,共89页，2024年2月25日，星期天第15页,共89页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌启动子共有序列××AGTCTTGACA××××××××××××××××××TAT××××××××××××××ATAAAT××××××AACTGT××××TTA××××××××××××××××Pribnow框-10-35识别区16-19bp5-9bp起点频度：T89A95T45A60A50

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：T82T84G78A65C54A45第16页,共89页，2024年2月25日，星期天

真核启动子分为类型I、II、III，分别由RNApolI、II、III进行转录。类型I、III启动子种类有限，分别控制rRNA前体基因和小分子RNA的转录。类型I(RNA聚合酶I)启动子

控制rRNA前体基因的转录，转录产物经加工后生成各种成熟的rRNA。第17页,共89页，2024年2月25日，星期天类型I启动子由两部分保守序列组成：核心启动子:位于转录起始点附近（－45—＋20）。上游控制元件（UCE）:位于－180—－107。两部分都富含GC。

RNA聚合酶I的转录还需要两种辅助因子参与:

UBF1:

可结合在两部分富含GC区

SL1：四聚体，含一个TBP和3个转录辅助因子TAFI,

结合在UBF1上,SL1

类似于细菌的s因子。第18页,共89页，2024年2月25日，星期天

类型II启动子类型II启动子涉及众多蛋白质基因的表达控制。包括4类控制元件：基本启动子起始子上游元件应答元件由相应的转录因子识别：通用因子、上游因子、可诱导因子

基本启动子序列中心在-25至-30左右，7bp保守区。称TATA框（TATAbox）或Goldberg-Hogness框。A63A60

T82A97T93A85A82T37T37第19页,共89页，2024年2月25日，星期天通用（基本）转录因子

通用转录因子（TFIIX）:指在启动子部位与RNA聚合酶II形成起始复合物（作用于基本启动子），启动转录的蛋白质因子，含量丰富，种类较少，为所有类型II启动子起始转录所必需。转录因子亚基数分子量功能第20页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA聚合酶II和转录因子在启动子上的装配(TATAbindingprotein)第21页,共89页，2024年2月25日，星期天TATA框是RNAPolII和通用因子形成起始复合物的主要装配点。转录的起始位点处有一保守序列称起始子（initiator,Inr)，DNA在此解开并开始转录，其共有序列为：

PyPyANPyPyTA+1第22页,共89页，2024年2月25日，星期天CAAT框中心在-75处，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT功能：与RNA聚合酶结合

GC框在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合。

CAAT和GC框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。

真核生物与细胞类型和发育阶段相关的的基因表达。主要通过转录因子的重新合成进行调节，对外界刺激的快速反应主要是通过转录激活物的可诱导调节。上游调控元件第23页,共89页，2024年2月25日，星期天类别III启动子（为RNApolIII所识别）

涉及小分子RNA，如：5S和tRNA，scRNA的转录。它位于转录起始点下游，也就是基因内部。5SrRNA基因boxA中间元件boxBboxAboxB

腺病毒VARNA基因

先由TFIIIA结合到boxA,然后促使TFIIIC结合，后者结合导致TFIIIB结合到转录起始点附近，并引导RNApolIII结合在起点上。+55+80第24页,共89页，2024年2月25日，星期天3.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。

第25页,共89页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（

）的终止子B.依赖于Rho（

）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26页,共89页，2024年2月25日，星期天RNAPolIINusARNAPolIINusA第27页,共89页，2024年2月25日，星期天4.RNA生物合成的抑制剂核苷酸合成抑制剂碱基和核苷酸类似物：8-巯基嘌呤、8-氮鸟嘌呤5-氟脲嘧啶（用于治疗癌、白血病等）烷化剂：氮芥、磺酸酯、氮丙啶等放线菌素：放线菌素D嵌合剂：溴乙锭与DNA模板结合的抑制剂（抗癌、抗病毒药物）RNA聚合酶的抑制剂抗生素:如利福平、利链霉素，抑制原核生物RNA合成肽类化合物：-鹅膏蕈碱，抑制真核生物RNA合成某些核酸代谢的拮抗剂和抗生素能抑制RNA的生物合成第28页,共89页，2024年2月25日，星期天第二节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-transcriptionalprocessing)。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第29页,共89页，2024年2月25日，星期天

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）。第30页,共89页，2024年2月25日，星期天

真核的mRNA多为单顺反子，寿命比原核mRNA的长。含有多内含子,在原初转录物中，通过RNA拼接反应内含子被去除。原核mRNA为多顺反子，半衰期只有几分钟，一经转录即直接进行翻译，一般不需加工。但少数多顺反子mRNA需经过核酸内切酶作用，切成较小的单位后再进行翻译.如：核糖体大亚基蛋白L10和L7/L12与RNAPolb、b’亚基基因组成的混合操纵子。第31页,共89页，2024年2月25日，星期天1.

原核生物RNA的加工

rRNA前体的加工在原核生物中，rRNA基因与某些tRNA基因组成混合操纵子，可提高效率、节省空间。其它的tRNA基因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子，它们在形式多顺反子转录物后，断裂成为rRNA和tRNA的前体，然后进一步加工成熟。

第32页,共89页，2024年2月25日，星期天E.coli共有三种rRNA5S、16S和23SrRNA

rRNA原初转录物含6300个核苷酸，约30S。

E.coli有7个rRNA的转录单位（操纵子），它们分散在基因组的各处。每个转录单位由16SrRNA、23SrRNA、5SrRNSA以及一个或几个tRNA基因所组成。每个操纵子中tRNA基因的种类、数量和位置都各不相同。第33页,共89页，2024年2月25日，星期天甲基化作用专一核酸内切酶30S前体P16pre-tRNAP23专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNA专一核酸外切酶大肠杆菌rRNA前体的加工P516SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNA甲基化EIIIPIIIIIIEIII第34页,共89页，2024年2月25日，星期天原核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。第35页,共89页，2024年2月25日，星期天tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：

5’—端切除几到10个核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。RNaseFRNaseFRNasePRNasePRNaseDRNaseDACCc、修饰：形成稀有碱基如DH2。

表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示异构化酶的作用

5’3’第36页,共89页，2024年2月25日，星期天tRNA+CTPtRNA-C+PPitRNA-C+CTPtRNA-CC+PPitRNA-CC+ATPtRNA-CCA+PPi

tRNA核苷酰转移酶tRNA+SAM甲基-tRNA+S-腺苷高半胱氨酸tRNA甲基化酶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。第37页,共89页，2024年2月25日，星期天2.真核生物RNA的加工

真核rRNA、tRNA前体的加工过程与原核的很相似，但mRNA的加工过程与原核的有很大不同。真核rRNA前体的加工真核生物核糖体小亚基含：16-18SrRNA大亚基含：26-28SrRNA、5SrRNA、

5.8SrRNA（特有）。第38页,共89页，2024年2月25日，星期天真核rRNA基因拷贝数较多，几十至几千个之间，rRNA基因也成簇排列在一起。18S、5.8S、28SrRNA基因组成一个转录单位，彼此被间隔区分开，由RNA聚合酶I转录生成一个长的rRNA前体。5SrRNA基因也成簇排列，间隔区不被转录，由RNA聚合酶III转录后经适当加工。哺乳动物：45SrRNA前体含18S、5.8S、

28SrRNA果蝇：38SrRNA前体含18S、5.8S、28SrRNA酵母：37SrRNA前体，17S、5.8S、26SrRNA第39页,共89页，2024年2月25日，星期天rRNA在成熟过程中可被甲基化，位点主要在核糖2’-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，约1-2%的核苷酸被甲基化。真核生物的核仁是rRNA合成、加工和装配成核糖体的场所，大、小亚基分别组装后，通过核孔转移到胞质中参与核糖体循环。第40页,共89页，2024年2月25日，星期天

真核tRNA前体的加工真核tRNA基因的数目比原核tRNA的要多的多。例如，E.coli有60个tRNA基因，啤酒酵母250个，果蝇850个，爪蟾1150个，人1300个。真核tRNA基因也成簇排列，被间隔区分开，tRNA基因由RNA聚合酶Ⅲ转录。真核tRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似。第41页,共89页，2024年2月25日，星期天真核生物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第42页,共89页，2024年2月25日，星期天5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子(cistron)

m7G5´ppp5´N1pN2pAAAAAAA-OHmRNA的加工加帽子第43页,共89页，2024年2月25日，星期天第44页,共89页，2024年2月25日，星期天由于甲基化的程度不同，有三种类型的帽子：CAPO型：m7Gppp

CAPI型：N1核苷酸2’-OH甲基化

CAPII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。第45页,共89页，2024年2月25日，星期天3’端加polyA

hnRNA链由RNaseⅢ切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP为供体。

高等真核生物和病毒的mRNA在靠近3’端区都有一段非常保守的序列AAUAAA，这一序列离多聚腺苷酸加入位点的距离在11-30nt范围之内。

核内hnRNA的3’端也有多聚腺苷酸，表明加尾过程早在核内已经完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略长，平均150-200nt(mRNA的polyA为：20-200)。第46页,共89页，2024年2月25日，星期天polyA的功能:

防止核酸外切酶对mRNA信息序列的降解，起缓冲作用。与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。mRNA甲基化某些真核mRNA内部有甲基化的位点，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。第47页,共89页，2024年2月25日，星期天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。第48页,共89页，2024年2月25日，星期天鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA1977，Robert&Sharp发现断裂基因（1993年获得诺贝尔生理或医学奖）第49页,共89页，2024年2月25日，星期天

RNA的拼接和催化作用（内含子的切除）多数真核基因是断裂基因，其转录产物通过拼接，去除内含子，使编码区（外显子）成为连续序列。有些内含子可以催化自身的拼接（self-splicing）,有些内含子需要在有关酶的作用下才能拼接。RNA的拼接有4种方式：类型I自我拼接：如：四膜虫rRNA前体的拼接类型II自我拼接：如：植物叶绿体基因的拼接hnRNA的拼接核内tRNA前体的酶促拼接第50页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA的拼接方式

类型I自我拼接

类型II自我拼接

核hnRNA的拼接体的拼接

核内tRNA的酶促拼接GTAGU第51页,共89页，2024年2月25日，星期天

Ⅰ类内含子的剪接机制p3’HO-GpMg2+或Mn2+GMP,GDP,GTP5‘3‘外显子I外显子II3’pP-GOH5’p外显子P-G3’HO15414ntPOG-OH395nt15nt第52页,共89页，2024年2月25日，星期天Ⅱ类内含子的剪接机制Mg2+

p-Ap3’OH套环的形成pP-AHO3’外显子连接p2‘HO-Ap5’3‘第53页,共89页，2024年2月25日，星期天hnRNA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hnRNA的拼接第54页,共89页，2024年2月25日，星期天

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。第55页,共89页，2024年2月25日，星期天第56页,共89页，2024年2月25日，星期天tRNA前体的拼接

酵母tRNA前体的拼接研究的最清楚。酵母tRNA约有400个基因，有内含子的基因约占1/10，长度14-46bp，没有保守性。

切除内含子的酶识别的是tRNA的二级结构，而不是保守序列。拼接过程：第一步切除内含子第二步RNA连接酶将两个tRNA半分子连接第57页,共89页，2024年2月25日，星期天

酵母tRNAPhe及其前体的结构第58页,共89页，2024年2月25日，星期天酵母和植物tRNA前体的拼接过程第59页,共89页，2024年2月25日，星期天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(variablesurfaceglycoprotein)，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。第60页,共89页，2024年2月25日，星期天第61页,共89页，2024年2月25日，星期天选择性拼接（alternativesplicing)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).第62页,共89页，2024年2月25日，星期天（降钙素类）（降钙素相关蛋白,具有舒张血管作用）（甲状腺）降钙素基因转录物的选择性加工第63页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA拼接的生物学意义

是生物有机体在进化历史中形成的，是进化的结果。增加了基因产物。是基因表达调控的重要环节，是真核生物遗传信息精确调节和控制的一种方式。第64页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA编辑的不同类型和分布

编辑类型机制存在U的插入与删除gRNA的转酯反应锥虫线粒体mRNAC、A或U的插入多头绒孢菌线粒体的mRNA和tRNAG的插入RNA聚合酶重复转录副粘病毒的P基因C转变为U酶促脱氢哺乳类肠的ApomRNAC转变为U或U转变为C脱氢或氨基化植物线粒体mRNA和tRNA牛心线粒体tRNAA转变为I脱氨脑谷氨酸受体亚基mRNARNA的编辑DNA的正链序列GAGAAmRNA的序列GAU

UGUAUA蛋白质序列AspCsyIle

＊＊＊＊锥虫线粒体细胞色素氧化酶亚基IIRNA编码序列的改变称为编辑（editing）。第65页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA的再编码

在正常情况下，mRNA的三联体密码子可以被的反密码子识别，mRNA携带的遗传信息得以正确表达，但是，基因的错义、无义和移码突变，改变了编码信息，使得蛋白质的活性降低或丧失。

校正tRNA通常是一些变异的tRNA，它们或是反密码子环碱基发生改变，或是决定特异性即个别碱基发生变化，从而改变了译码规则，故而使错误的编码信息受到校正。

这是mRNA再编码的一种重要方式。

第66页,共89页，2024年2月25日，星期天基因间的校正突变GluH2NCOOH

第一个突变：由于DNA突变使mRNA分子中GAG变为UAGGAG(Glu)UAG（终止密码）H2NCOOHTyrH2NCOOH

第二个突变：tRNATyr的反密码子GUA突变成CUA突变tRNATyr可以将终止密码UAG读作Tyr3

-A-U-C-5

5

-U-A-G-3

突变tRNATyr

的反密码子（正常时应为3

-A-U-G-5

）此终止密码被读作Tyr第67页,共89页，2024年2月25日，星期天

此外，核糖体在mRNA上移动时，在某些mRNA的一定位点上发生打嗝，由此改变阅读框，此过程称核糖体移码(ribosomalframeshifting),或叫程序性阅读框架移位（programmedreadingframeshift),简称翻译移码（translationalframeshifting)。这一机制可以从一个mRNA产生两个或更多不同的蛋白质。

有时核糖体在mRNA上还可发生跳跃，如：T4噬菌体基因60的mRNA，核糖体在其上移动时跳过50个核苷酸片段。第68页,共89页，2024年2月25日，星期天RNA编辑的生物学意义

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与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式第69页,共89页，2024年2月25日，星期天4.RNA生物功能的多样性RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用。

RNA具有重要的催化功能和其它持家功能。

RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其它蛋白质复合物。

RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。

RNA在生物进化中起重要作用。第70页,共89页，2024年2月25日，星期天5.RNA的降解

RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节。

rRNA和tRNA是稳定的RNA

，其更新率低；

mRNA是不稳定的RNA，其更新率非常高。因为mRNA与其编码基因的表达活性直接有关，不同的RNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细胞每一世代中各类mRNA约周转10次。细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5

端帽子结构，然后由5

→3

方向和3

→5

方向降解mRNA。第71页,共89页，2024年2月25日，星期天第三节RNA指导下的RNA和DNA的合成

以RNA为模板合成RNA，是病毒RNA的特殊繁殖方式。当病毒RNA侵入寄主细胞后，这些病毒在RNA复制酶催化下即可自行复制产生新的病毒RNA。

RNA复制酶需要专一性的RNA模板，例如Qβ噬菌体的RNA复制酶只能用Qβ病毒RNA为模板，它不用寄主的RNA为模板。一.RNA的复制第72页,共89页，2024年2月25日，星期天1.噬菌体QβRNA的复制噬菌体Qβ：直径20nm的正十二面体，含30%RNA，其余为蛋白质，单链RNA，4500个核苷酸，编码3-4个蛋白质。结构：5’端—成熟蛋白（A或A2蛋白）—外壳蛋白（或A1蛋白）—复制酶β亚基—3’端Qβ复制酶：αβγδ四个亚基，只有β是自己编码，其余三个亚基来自寄主细胞(α:核糖体S1蛋白，γ：EF-Tu，δ：EF-Ts)。

进入E.coli细胞后，其RNA即为mRNA，可以直接合成与病毒繁殖有关的蛋白质（复制酶β亚基）。QβRNA为正链RNA第73页,共89页，2024年2月25日，星期天A.负链的合成B.正链的合成病毒的正链复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的负链负链噬菌体Q

的合成第74页,共89页，2024年2月25日，星期天

2.QβRNA翻译和复制的自我调节

QβRNA的高级结构（双螺旋区的结构）参与翻译的调节控制（1）只有刚复制的QβRNA，成熟蛋白（A）基因才能翻译。（2）

核糖体能直接启动外壳蛋白基因的翻译（3）复制酶β亚基基因只有在外壳蛋白合成时双链打开才能进行翻译。

第75页,共89页，2024年2月25日，星期天QβRNA的翻译、复制受寄主细胞调节，以正链RNA为模板复制负链RNA时，另需寄主细胞的HFⅠ和HFⅡ因子。而以负链RNA为模板复制正链RNA时，不需这两个因子，感染后期大量合成的是正链RNA。第76页,共89页，2024年2月25日，星期天

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。第77页,共89页，2024年2月25日，星期天

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的途径第78页,共89页，2024年2月25日，星期天二.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（reversetranscriptase)。依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力依赖RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力三种功能第79页,共89页，2024年2月25日，星期天逆转录过程依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合酶第80页,共89页，2024年