生物化學(xué)：第八章 RNA的生物合成

第八章

RNA的生物合成RNA的生物合成包括轉(zhuǎn)錄和RNA的復(fù)制。轉(zhuǎn)錄（transcription）：以一段DNA的遺傳信息為模板，在RNA聚合酶作用下，合成出對(duì)應(yīng)的RNA的過程(DNA指導(dǎo)的RNA合成）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、tRNA、小RNA除某些病毒基因組RNA外，絕大多數(shù)RNA分子都來(lái)自DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。轉(zhuǎn)錄研究的主要問題①RNA聚合酶②轉(zhuǎn)錄過程③轉(zhuǎn)錄后加工④轉(zhuǎn)錄的調(diào)控①~③是基本內(nèi)容，④是目前研究的焦點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是基因調(diào)控的核心?；虮磉_(dá)的終產(chǎn)物：①RNA②蛋白質(zhì)第一節(jié)

轉(zhuǎn)錄一、RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程（E.coli）王鏡巖P457圖36-21、

起始RNA聚合酶結(jié)合到DNA雙鏈的特定部位（啟動(dòng)子區(qū)即RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的基因中的一段DNA序列），局部解開雙螺旋，第一個(gè)核苷酸摻入轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，從此開始RNA鏈的延伸。在新合成的RNA鏈的5’末端，通常為pppG或pppA，即合成的第一個(gè)底物是GTP或ATP。因此RNA合成方向是5‘－3’。起始過程中，σ因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合，σ亞基與β’結(jié)合時(shí)，β’亞基的構(gòu)象有利于核心酶與啟動(dòng)子緊密結(jié)合。還常需要一些起始因子參與。正鏈（有意義鏈）：又叫編碼鏈，5‘－3’。與mRNA序列相同的DNA鏈。負(fù)鏈（反意義鏈）：模板鏈，3‘－5’。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是+1，上游是-1。轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)核苷酸為+1，起點(diǎn)右邊為下游（轉(zhuǎn)錄區(qū)），用正數(shù)表示，起點(diǎn)左側(cè)為上游，用負(fù)數(shù)表示：-1，-2，-3。2、

延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基釋放，離開核心酶，使核心酶的β’亞基構(gòu)象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動(dòng)速度加快，使RNA鏈不斷延長(zhǎng)。轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基便從全酶中解離出來(lái)，然后nusA亞基結(jié)合到核心酶上，由nusA亞基識(shí)別序列。常需要轉(zhuǎn)錄因子（DNA轉(zhuǎn)錄中協(xié)助轉(zhuǎn)錄的輔助因子）參與。3、

終止RNA聚合酶到達(dá)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)（終止子區(qū)即基因中提供轉(zhuǎn)錄終子信號(hào)的DNA序列）時(shí)，在終止因子（DNA轉(zhuǎn)錄中協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子）的幫助下，聚合反應(yīng)停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物與終止復(fù)合物兩種形式的循環(huán)?！颮NA轉(zhuǎn)錄合成的基本特征①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②RNA鏈生長(zhǎng)方向：5’→3’③不需引物④需DNA模板，方向是3‘－5’?！镛D(zhuǎn)錄的起始由DNA上的啟動(dòng)子區(qū)控制，轉(zhuǎn)錄的終止由DNA上的終止子控制，轉(zhuǎn)錄是通過DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

★RNA的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以是一個(gè)基因（真核即真核生物的mRNA為單順反子），也可以是多個(gè)基因（原核即原核生物的mRNA常為多順反子也有單順反子）?！锘虻霓D(zhuǎn)錄是有選擇性的，細(xì)胞不同生長(zhǎng)發(fā)育階段和細(xì)胞環(huán)境條件的改變，將轉(zhuǎn)錄不同的基因。★轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的異同：相同：要有模板，新鏈延伸方向5’→3’，堿基的加入嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)原則。相異：①?gòu)?fù)制需要引物，轉(zhuǎn)錄不需引物。②轉(zhuǎn)錄時(shí)，模板DNA的信息全保留，復(fù)制時(shí)模板信息是半保留。③轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶只有5’→3’聚合作用，無(wú)5’→3’及3’→5’外切活性。二、

RNA聚合酶1、

E.coliRNA聚合酶（原核）E.coli和其它原核細(xì)胞只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coliRNA聚合酶全酶（holoenzyme）分子量46萬(wàn)Da，由六個(gè)亞基組成，α2ββ’σω，另有兩個(gè)Zn2+。不同的細(xì)菌，β’、β、α亞基分子量變化不大，σ亞基分子量變化較大，44KD~92KD。σ亞基的功能：無(wú)σ亞基的酶叫核心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長(zhǎng)，而不具備起始合成活性，加入σ亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亞基稱為起始因子。核心酶在DNA上滑動(dòng)，σ亞基能增加酶與DNA啟動(dòng)子的結(jié)合常數(shù)，增加停留時(shí)間，使聚合酶迅速找到啟動(dòng)子并與之結(jié)合，σ亞基本身無(wú)催化活性。不同的σ因子識(shí)別不同的啟動(dòng)子，從而表達(dá)不同的基因。不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亞基有所差別，這決定了原核基因表達(dá)的選擇性。E.coliRNA聚合酶各亞基的大小與功能：亞基亞基數(shù)分子量（KD）基因功能β’1160rpoC與模板DNA結(jié)合β1150rpoB與核苷酸結(jié)合，起始和催化部位。σ170rpoD起始識(shí)別因子α237rpoA與DNA上啟動(dòng)子結(jié)合ω19----不詳

一個(gè)E.coli細(xì)胞中約有7000個(gè)RNA聚合酶分子，在任一時(shí)刻，大部分聚合酶（5000左右）正在參與RNA的合成，具體數(shù)量依生長(zhǎng)條件而定?！颮NA聚合酶的催化活性：RNA聚合酶以完整的雙鏈DNA為模板，轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)部分解開，轉(zhuǎn)錄后DNA仍然保持雙鏈的結(jié)構(gòu)。

王鏡巖P456圖36-1RNA聚合酶的活性中心，p584圖20－5核心酶覆蓋60bp的DNA區(qū)域，其中解鏈部分17bp左右，RNA-DNA雜合鏈約12bp。純的RNA聚合酶，在離體條件下可轉(zhuǎn)錄雙鏈DNA，但在體內(nèi)，DNA的兩條鏈中只有一條可用于轉(zhuǎn)錄，這可能是由于RNA聚合酶在分離時(shí)丟失了σ亞基引起的。解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的內(nèi)在特性，在酶的前端解螺旋，在后端以相反方向重新螺旋化，活體狀況中，可能還有其它酶活性來(lái)幫助調(diào)整DNA的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)。37℃時(shí)，RNA聚合酶的聚合速度可達(dá)40~100個(gè)核苷酸/秒2、

真核生物RNA聚合酶三種細(xì)胞核內(nèi)的RNA聚合酶：RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄rRNA，RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄mRNA和大多數(shù)核內(nèi)小分子RNA，RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄tRNA和其它小分子RNA。這三種RNA聚合酶分子量都在50萬(wàn)左右，亞基數(shù)分別為6-15。

線粒體和葉綠體RNA聚合酶，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能轉(zhuǎn)錄所有種類的RNA，類似于細(xì)菌RNA聚合酶。P589表20－1，王鏡巖表36-2真核生物RNA聚合酶的分類、分布及各自的功能

動(dòng)物、植物、昆蟲等不同來(lái)源的細(xì)胞，RNApolⅠ對(duì)α-鵝膏蕈堿不敏感，RNApolⅡ?qū)Ζ?鵝膏蕈堿最敏感，可被低濃度的α-鵝膏蕈堿抑制，RNApolⅢ受高濃度的α-鵝膏蕈堿抑制，而酵母、昆蟲的RNApolⅢ不受抑制。3、

噬菌體T3和T7編碼的RNA聚合酶僅為一條分子量11KD的多肽鏈，這些聚合酶只需要識(shí)別噬菌體DNA的少數(shù)啟動(dòng)子，并無(wú)選擇地與其作用，37℃時(shí)的聚合速度200nt/秒。三、

啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子：RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄所必需的一段DNA序列，它不被轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí)，常需要一些輔助因子（蛋白質(zhì)）參與作用，此類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子。足跡法和DNA測(cè)序法確定啟動(dòng)子的序列結(jié)構(gòu)。P582圖20-3；王鏡巖p459圖36－4（一）

原核啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)與功能不同的啟動(dòng)子都存在共同的保守序列，包括RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)和結(jié)合位點(diǎn)。（1）、-10序列（Pribnow框）：解鏈區(qū)在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游大約-10處，有一個(gè)6bp的保守序列TATAAT，稱Pribnow框。此段序列出現(xiàn)在-4到-13bp之間，每個(gè)位點(diǎn)的保守性在45%-100%。頻度：T89A89T50A65A65T100據(jù)預(yù)測(cè)，Pribnow框中，一開始的TA和第6位最保守的T在結(jié)合RNA聚合酶時(shí)起十分重要的作用。目前認(rèn)為，Pribnow框決定轉(zhuǎn)錄方向。酶在此部位與DNA結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，Pribnow框中DNA序列在轉(zhuǎn)錄方向上解開，形成開放型起始結(jié)構(gòu)，它是RNA聚合酶牢固的結(jié)合位點(diǎn)，是啟動(dòng)子的關(guān)鍵部位。RNA聚合酶的結(jié)合，誘導(dǎo)富含AT的Pribnow框的雙鏈解開，然后進(jìn)一步擴(kuò)大成17個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的泡狀物，在泡狀物中RNA聚合酶從模板鏈開始轉(zhuǎn)錄RNA產(chǎn)物。（2）、

-35序列（Sexfamabox）：識(shí)別區(qū)只含-10序列的DNA不能轉(zhuǎn)錄，在-10序列上游還有一個(gè)保守序列，其中心約在-35位置，稱為-35序列，此序列為RNA酶的識(shí)別區(qū)域。各堿基出現(xiàn)頻率如下：T85T83G81A61C69A52，其中TTG十分保守。-35序列的功能：它是原核RNA聚合酶全酶依靠σ因子的初始識(shí)別位點(diǎn)。因此，-35序列對(duì)RNA聚合酶全酶有很高的親和性。-35序列的核苷酸結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度，RNA聚合酶易識(shí)別強(qiáng)的啟動(dòng)子。-35序列提供RNA聚合酶識(shí)別信號(hào)，-10序列有助于DNA局部雙鏈解開，啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性決定了轉(zhuǎn)錄的方向。（二）

真核啟動(dòng)子真核生物有三種RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分別轉(zhuǎn)錄rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA，這三類聚合酶的啟動(dòng)子各有其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。1.RNA聚合酶Ⅰ的啟動(dòng)子主要控制rRNA的合成。

RNA聚合酶Ⅰ的啟動(dòng)子由兩個(gè)元件或控制區(qū)組成:1)核心啟動(dòng)子或核心元件位于起點(diǎn)附近，從－45至＋20。2）上游控制元件（UCE)位于－187至－107，富含G·C序列。結(jié)合了特異因子的UCE，可使單個(gè)核心啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄效率提高10~100倍。1、

RNA聚合酶Ⅱ的啟動(dòng)子（1）、

TATA框（Hogness框）：解鏈區(qū)中心在-25至-30，長(zhǎng)度7bp左右。堿基頻率：T82A97A85A63（T37）A83A50（T37）（全為A-T，少數(shù)含有一個(gè)G-C對(duì)）。此序列功能：使DNA雙鏈解開，并決定轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)位置，失去TATA框，轉(zhuǎn)錄將可能在許多位點(diǎn)上開始。TATA框的改變或缺失，直接影響DNA與酶的結(jié)合程度，會(huì)使轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)偏移，因此，TATA是絕大多數(shù)真核基因正確表達(dá)所必需的。由于RNA聚合酶分子有相對(duì)固定的空間結(jié)構(gòu)，因此框的結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄反應(yīng)催化位點(diǎn)的距離，決定了起始位點(diǎn)的正確選擇。啟動(dòng)子特定序列和酶的正確結(jié)構(gòu)，這兩者把酶置于一種正確的構(gòu)象中，決定了識(shí)別的正確性和轉(zhuǎn)錄起始的正確性。（2）、

CAAT框：聚合酶識(shí)別結(jié)合區(qū)中心在-75處，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT功能：與RNA聚合酶結(jié)合。（3）、

GC框：在CAAT框上游，序列GGGCGG，與某些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。CAAT和GC框均為上游序列，對(duì)轉(zhuǎn)錄的起始頻率有較大影響。2、

RNApol

Ⅲ的啟動(dòng)子RNApolⅢ的啟動(dòng)子常在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)部即位于下游，但也有位于上游的。有三種類型，見書p591圖20－11。P365圖20-5由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的三個(gè)基因的啟動(dòng)子四、

終止子和終止因子終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的一段DNA序列。終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止子的蛋白質(zhì)輔助因子。有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子。終止子位于已轉(zhuǎn)錄的序列中，DNA的終止子可被RNA聚合酶本身或其輔助因子識(shí)別。1、

大腸桿菌中的兩類終止子所有原核生物的終止子在終止點(diǎn)之前都有一個(gè)回文結(jié)構(gòu)，它轉(zhuǎn)錄出來(lái)的RNA可以形成一個(gè)頸環(huán)式的發(fā)莢結(jié)構(gòu)。P586圖20－7；王鏡巖P465圖36-11（1）、

不依賴于ρ的終止子（簡(jiǎn)單終止子）簡(jiǎn)單終止子除具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)外，在終止點(diǎn)前有一寡聚U序列，回文對(duì)稱區(qū)通常有一段富含GC的序列。寡聚U序列可能提供信號(hào)使RNA聚合酶脫離模板。（2）、

依賴ρ的終止子依賴ρ的終止子，必需在ρ因子存在時(shí)，才發(fā)生終止作用。終止點(diǎn)前無(wú)寡聚U序列，回文對(duì)稱區(qū)不富含GC。ρ因子是55KD的蛋白質(zhì)，可水解三磷酸核苷。2、

抗終止作用通讀往往發(fā)生在強(qiáng)啟動(dòng)子、弱終止子的基因上。抗終止作用常見于某些噬菌體的時(shí)序控制。早期基因于后基因之間以終止子相隔開，通過抗終止作用可以打開后基因的表達(dá)。λ噬菌體前早期（immediateearly）基因的產(chǎn)物N蛋白就是一種抗終止因子。它與RNA聚合酶作用使其在左右兩個(gè)終止子處發(fā)生通讀，從而表達(dá)晚早期（delayedearly）基因。晚早期基因的產(chǎn)物Q蛋白也是一種抗終止因子，它能使晚早期基因得以表達(dá)。五、

轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)控制

基因的表達(dá)是受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制的，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要發(fā)生在起始和終止階段。時(shí)序調(diào)控：生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、時(shí)間程序。適應(yīng)調(diào)控：細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境改變?？晌挥诨虻纳嫌位蛳掠螀^(qū)或內(nèi)含子中。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控取決于調(diào)節(jié)因子（RNA或蛋白質(zhì)）與啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子之間的相互作用。順式作用元件：指DNA上影響基因活性的遺傳元件，如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、操縱基因﹑終止子等。反式作用元件（或因子）：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物叫反式作用元件（或因子），如轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)蛋白和阻遏物等。結(jié)構(gòu)基因：是編碼不同產(chǎn)物蛋白質(zhì)或RNA的DNA序列。調(diào)節(jié)基因：是一種負(fù)責(zé)合成調(diào)節(jié)蛋白（阻遏物或激活蛋白）并控制操縱子基因表達(dá)的DNA序列。（一）

原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控1、

操縱子模型1960－1961年由Jacob和Monod提出乳糖操縱子模型（Lacoperonmodel)操縱子：原核生物基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，包括結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因及由調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物所識(shí)別的控制序列（啟動(dòng)子、操縱基因）。調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物可以是負(fù)調(diào)節(jié)物（如阻遏蛋白），也可以是正調(diào)節(jié)物(激活蛋白），它們與操縱基因作用，關(guān)閉或打開結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。兩種類型：酶的誘導(dǎo)（分解代謝中，如乳糖操縱子模型）和酶的阻遏。見王鏡巖p562圖39－212、

cAMP能促進(jìn)許多原核生物的基因表達(dá)cAMP可以活化環(huán)腺苷酸受體蛋白（cAMPreceptorprotein，CRP），CRP作為一種廣譜性的正調(diào)節(jié)物，結(jié)合于被調(diào)控的啟動(dòng)子上，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。葡萄糖效應(yīng)：培養(yǎng)基中葡萄糖含量較高時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖，阻遏利用其它底物的酶類的合成。原因：葡萄糖的降解物可以抑制腺苷酸環(huán)化酶的活力，并激活磷酸脂酶，因而降低cAMP的水平，使這些酶的基因不能轉(zhuǎn)錄。因此，CRP又稱降解物基因活化蛋白（catabolitegeneactivatorprotein,CAP）。受cAMP-CRP調(diào)節(jié)的操縱子（既代謝降解物敏感的操縱子）包括許多負(fù)責(zé)糖類分解代謝的誘導(dǎo)性啟動(dòng)子，如乳糖操縱子，半乳糖操縱子，阿拉伯糖操縱子等，以及負(fù)責(zé)氨基酸合成代謝的可阻遏的操縱子，如Ile-Val操縱子（iLV）。調(diào)節(jié)子：受一種調(diào)節(jié)蛋白所控制的幾個(gè)操縱子構(gòu)成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)叫調(diào)節(jié)子。如cAMP-CRP對(duì)各種不同糖分解代謝和合成代謝的調(diào)節(jié)即屬于一種調(diào)節(jié)子。3、

衰減子的調(diào)控作用1）衰減子：是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止子。前導(dǎo)區(qū)編碼mRNA的前導(dǎo)序列，該序列可合成一段小肽（前導(dǎo)肽），它在翻譯水平上控制前導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)錄的終止。因此，衰減子調(diào)控轉(zhuǎn)錄的機(jī)制是控制轉(zhuǎn)錄起始后是否繼續(xù)下去，而阻遏作用是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始。2）最早是在大腸桿菌的色氨酸操縱子中發(fā)現(xiàn)的。3）許多氨基酸的合成的有關(guān)基因組中都存在衰減子的調(diào)節(jié)位點(diǎn)，生物體其他也有許多合成代謝的基因組也有衰減子的調(diào)控作用。（二）

真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控增強(qiáng)子：真核生物、病毒的基因組內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)錄起增強(qiáng)作用的一段DNA序列。它具有長(zhǎng)距離效應(yīng)，與方向無(wú)關(guān)，只作用于同一條DNA鏈上的啟動(dòng)子。第二節(jié)

RNA轉(zhuǎn)錄后的加工RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物稱為前體RNA

，要經(jīng)過剪切、修飾、拼接等過程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子，此過程稱RNA轉(zhuǎn)錄后的加工。（1）、

原核、真核的tRNA、rRNA細(xì)胞內(nèi)的tRNA、rRNA相對(duì)穩(wěn)定，半衰期一般為幾個(gè)小時(shí)。所有的tRNA、rRNA都是由原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過一系列的加工形成的：a.原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5’是三磷酸（pppG、pppA），而成熟的tRNA、rRNA，5’是單磷酸。b.成熟tRNA、rRNA分子都比原初轉(zhuǎn)錄物小。c.所有的tRNA分子，都有原初轉(zhuǎn)錄物所沒有的稀有堿基（A、G、C、U以外的堿基）。（2）、

真核的mRNA單順反子（為一條多肽鏈編碼的mRNA)，壽命比原核mRNA的長(zhǎng)。內(nèi)含子、內(nèi)元（intron）：在原初轉(zhuǎn)錄物中，通過RNA拼接反應(yīng)而被去除的RNA序列，或基因中與這種序列對(duì)應(yīng)的DNA序列。外顯子、外元（exon）：原初轉(zhuǎn)錄物通過RNA拼接反應(yīng)后，而保留于成熟RNA中的序列，或基因中與成熟RNA對(duì)應(yīng)的DNA序列。（3）、

原核mRNA多順反子(為二條或更多條多肽鏈編碼的mRNA)

，半衰期只有幾分鐘。原核生物沒有內(nèi)含子。這是原核生物重要的調(diào)控機(jī)制，如果一種酶或蛋白質(zhì)不再需要時(shí)，只需簡(jiǎn)單地關(guān)閉其mRNA的合成就行了。前導(dǎo)序列：基因編碼后的mRNA的5‘不編碼核苷酸序列對(duì)應(yīng)的基因中的一段DNA。間隔區(qū)：基因之間的DNA片斷。原核生物間隔區(qū)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)譯速度。一、原核生物RNA的加工（主要是tRNA、rRNA）1、

原核rRNA前體的加工（E.coli）王鏡巖P473圖36-13E.colirRNA前體的加工E.coli共有三種rRNA5SrRNA120b16SrRNA1541b23SrRNA2904brRNA原初轉(zhuǎn)錄物含6300個(gè)核苷酸，約30S。在原核生物中，rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子。這些操縱子在形成多順反子轉(zhuǎn)錄物后，先斷裂成為rRNA和tRNA的前體，然后進(jìn)一步加工成熟。RNAaseⅢ是一種rRNA前體、多順反子mRNA前體加工的內(nèi)切酶，識(shí)別特定的RNA雙螺旋區(qū)。RNAaseE也可識(shí)別P5（5SrRNA前體）兩端形成的雙螺旋區(qū)。大腸桿菌有7個(gè)rRNA的轉(zhuǎn)錄單位（操縱子），它們分散在基因組的各處。每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位由16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA以及一個(gè)或幾個(gè)tRNA基因所組成。每個(gè)操縱子中tRNA基因的種類、數(shù)量和位置都各不相同。2、

原核tRNA前體的加工

王鏡巖P474圖36-14

E.coli染色體基因組有60個(gè)tRNA基因。tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA基因，或與蛋白質(zhì)基因組成混合轉(zhuǎn)錄單位。tRNA前體加工步驟：a.核酸內(nèi)切酶(RNAaseP、RNAaseF)在tRNA兩端切斷。b.核酸外切酶(RNAaseD)從3’端逐個(gè)切去附加序列。c.tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶在tRNA3’端加上-CCA-OH。d.核苷的修飾（修飾酶）：甲基化酶/S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。★

RNAaseP能識(shí)別空間結(jié)構(gòu)，很干凈地切除tRNA前體的5’端。含有蛋白質(zhì)和RNA（M1RNA）兩部分。M1RNA含375nt，在某些條件下，（提高[Mg2+]、或加入胺類），RNAaseP的M1RNA能單獨(dú)地切斷tRNA前體的5’端序列?！?/p>

RNAaseF不干凈地切除tRNA前體的3’端序列，需要RNAaseD進(jìn)一步修剪。3、

原核mRNA前體的加工由單順反子構(gòu)成mRNA，一般不需加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄，即可直接進(jìn)行翻譯。有些多順反子構(gòu)成的mRNA，須由核酸內(nèi)切酶切成較小的mRNA，然后再進(jìn)行翻譯。例：核糖體大亞基蛋白L10、L7、L12與RNA聚合酶β、β’亞基的基因組成混合操縱子。它在轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA后，由RNAaseⅢ將核糖體蛋白質(zhì)基因與聚合酶亞基基因的mRNA切開，然后各自翻譯。該加工過程的意義：可對(duì)mRNA的翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)，核糖體蛋白質(zhì)的合成必須適應(yīng)于rRNA的合成水平，而細(xì)胞內(nèi)RNA聚合酶的合成水平則要低得多。兩者切開，有利于各自的翻譯調(diào)控。。二、

真核生物RNA的加工真核rRNA、tRNA前體的加工過程與原核的很相似，但mRNA的加工過程與原核的有很大不同。1、

真核rRNA前體的加工★真核生物核糖體的小亞基含：16-18SrRNA，大亞基含：26-28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA（特有）?！镎婧藃RNA基因拷貝數(shù)較多，幾十至幾千個(gè)之間。★真核rRNA基因也成簇排列在一起，18S、5.8S、28SrRNA基因組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開，由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)長(zhǎng)的rRNA前體。5SrRNA基因也成簇排列，間隔區(qū)不被轉(zhuǎn)錄，由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄后經(jīng)適當(dāng)加工。★哺乳動(dòng)物：45SrRNA前體，含18S、5.8S、28SrRNA（核酸內(nèi)切酶）果蠅：38SrRNA前體，含18S、5.8S、28SrRNA（核酸內(nèi)切酶）酵母：37SrRNA前體，17S、5.8S、26SrRNA（核酸內(nèi)切酶）5SrRNA前體也被加工成5SrRNA。★rRNA在成熟過程中可被甲基化，位點(diǎn)主要在核糖2’-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，約1-2%的核苷酸被甲基化。★真核生物的核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場(chǎng)所，大、小亞基分別組裝后，通過核孔轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中參與核糖體循環(huán)。2、

真核tRNA前體的加工★真核tRNA基因的數(shù)目比原核tRNA的要多的多。例如，E.coli有60個(gè)tRNA基因，啤酒酵母250個(gè)，果蠅850個(gè)，爪蟾1150個(gè)，人1300個(gè)。★真核tRNA基因也成簇排列，被間隔區(qū)分開，tRNA基因由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄?！镎婧藅RNA前體的剪切、修飾過程與原核相似。3、

真核生物mRNA前體的加工mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。hnRNA半壽期很短，比細(xì)胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時(shí)。而細(xì)胞質(zhì)mRNA的半壽期為1-10小時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞mRNA最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)年?！飄nRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過程主要包括：a.5’末端形成帽子結(jié)構(gòu)b.3’末端切斷并加上polyAc.剪接除去內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的序列d.甲基化（1）、

5’末端加帽反應(yīng)步驟P477，共四步。

RNA三磷酸酶，mRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶，mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶，mRNA（核苷-2’）甲基轉(zhuǎn)移酶。由于甲基化的程度不同，有三種類型的帽子：CAPO型，CAPI型，CAPII型。

★5’帽子也出現(xiàn)于hnRNA，說(shuō)明加帽過程可能在轉(zhuǎn)錄的早期階段或轉(zhuǎn)錄終止前就已完成?！?’帽子的功能a.在翻譯過程中起信號(hào)識(shí)別作用，協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合，使翻譯從AUG開始。b.保護(hù)mRNA，避免5’端受核酸外切酶的降解。（2）、

3’端加polyAhnRNA鏈由RNAaseⅢ切斷，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA920-200個(gè)腺苷酸殘基），ATP為供體。高等真核生物和病毒的mRNA在靠近3’端區(qū)都有一段非常保守的序列AAUAAA，這一序列離多聚腺苷酸加入位點(diǎn)的距離在11-30nt范圍之內(nèi)。核內(nèi)hnRNA的3’端也有多聚腺苷酸，表明加尾過程早在核內(nèi)已經(jīng)完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略長(zhǎng)，平均150-200nt。★polyA的功能:a.防止核酸外切酶對(duì)mRNA信息序列的降解，起緩沖作用。b.與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。3’脫氧腺苷（既冬蟲夏草素）是多聚腺苷酸化的特異抑制劑，但它不抑制hnRNA的轉(zhuǎn)錄。（3）、

mRNA甲基化某些真核mRNA內(nèi)部有甲基化的位點(diǎn)，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。三、

RNA的拼接和催化作用（內(nèi)含子的切除）多數(shù)真核基因是斷裂基因，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過拼接，去除內(nèi)含子，使編碼區(qū)（外顯子）成為連續(xù)序列。有些內(nèi)含子可以催化自身的拼接（self-splicing）,有些內(nèi)含子需要在有關(guān)酶的作用下才能拼接。1、

tRNA前體的拼接酵母tRNA約有400個(gè)基因，有內(nèi)含子的基因約占1/10，內(nèi)含子長(zhǎng)度14-46bp，沒有保守性。P483圖36-23酵母tRNAPhe及其前體的結(jié)構(gòu)P483圖36-24酵母和植物tRNA前體的拼接過程

切除內(nèi)含子的酶識(shí)別的是tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，而不是保守序列。核酸內(nèi)切酶環(huán)磷酸二脂酶激酶連接酶磷酸脂酶2、

四膜蟲rRNA前體的自我拼接四膜蟲35SrRNA前體，經(jīng)加工可以生成5.8S、17S和26SrRNA。某些品系的四膜蟲在其26SrRNA基因中有一個(gè)內(nèi)含子，35SrRNA前體需要拼接除去內(nèi)含子。該拼接過程只需一價(jià)和二價(jià)陽(yáng)離子和鳥苷酸(提供3’-OH)，無(wú)需能量和酶，稱為自我拼接

P479圖36-18四膜蟲rRNA前體的自我拼接3、

mRNA前體的拼接GT-AG規(guī)律：真核生物所有編碼蛋白質(zhì)的核結(jié)構(gòu)基因，其內(nèi)含子的左端均為GT，右端均為AG。此規(guī)律稱GT-AG規(guī)律（此規(guī)律不適合于線粒體、葉綠體的內(nèi)含子，也不適合于tRNA和某些rRNA的核結(jié)構(gòu)基因）酵母核基因的內(nèi)含子在靠近3’端還有一個(gè)保守序列，與5’端序列互補(bǔ)，稱為TACTAACbox，也與拼接有關(guān)。外顯子內(nèi)含子A64G73G100T100A62A68G84T63……6Py74-84NC65A100G100N外顯子真核細(xì)胞內(nèi)存在許多種類的小分子RNA（核內(nèi)小RNA（snRNA），細(xì)胞質(zhì)小RNA（scRNA）），大小在100-300nt。有些由聚合酶III轉(zhuǎn)錄，有些由聚合酶II轉(zhuǎn)錄。重要的snRNA有U系列snRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。U系列snRNA通常都與多肽或蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖核蛋白顆粒（RNP）。U-snRNA參與hnRNA的拼接過程。U3-snRNA與rRNA前體的加工有關(guān)，U1、U2、U4、U5、U6可能都與hnRNA的加工有關(guān)。

P378圖20-12U1-snRNA的5’端序列與hnRNA內(nèi)含子拼接處的序列互補(bǔ)

P482圖36-22hnRNA的拼接過程★真核生物編碼蛋白質(zhì)的核基因內(nèi)含子屬于II類內(nèi)含子（反式剪接）四、

RNA的催化功能

1、

I類內(nèi)含子的自我剪接（順式剪接）I類內(nèi)含子包括四膜蟲rRNA的內(nèi)含子，幾種酵母線粒體的內(nèi)含子，噬菌體T4胸苷酸合成酶的內(nèi)含子等。這些內(nèi)含子有較大的同源性，可自我拼接。1981，Cech（美國(guó)），四膜蟲rRNA前體（約6400nt）能自動(dòng)切除413個(gè)nt的內(nèi)含子，然后加工生成5.8S、17S、26SrRNA。1984，Apirion（美國(guó)），噬菌體T4的RNA可以在沒有蛋白質(zhì)參與下自我斷裂，由215nt前體鏈切下76nt。2、

獨(dú)具催化活性的小分子RNA1984，Altman，Pace（美國(guó)），細(xì)菌加工tRNA前體的酶—RNAaseP中的M1RNA（375nt）在高濃度的Mg2+或胺類存在時(shí)能單獨(dú)切下tRNA前體的5’端。1，4-α葡聚糖分支酶中的RNA（31nt）也單獨(dú)具有分支酶活力。真核的U-snRNA催化rRNA前體、hnRNA前體的加工第三節(jié)

RNA的復(fù)制有些RNA病毒，進(jìn)入寄主細(xì)胞后，借助復(fù)制酶而進(jìn)行RNA病毒的復(fù)制。RNA病毒的RNA復(fù)制酶具有很強(qiáng)的模板特異性，只識(shí)別病毒自身的RNA，它以病毒RNA為模板，合成與模板性質(zhì)相同的RNA。一、

噬菌體QβRNA的復(fù)制★噬菌體Qβ：直徑20nm，正十二面體，含30%RNA，其余為蛋白質(zhì)，單鏈RNA（＋），4500個(gè)核苷酸，編碼3-4個(gè)蛋白質(zhì)?！锘蚪M結(jié)構(gòu)：5’端——成熟蛋白（A或A2蛋白）基因——外殼蛋白（或A1蛋白）基因——復(fù)制酶β亞基基因——3’端★Qβ復(fù)制酶：αβγδ四個(gè)亞基，只有β是自己編碼，其余三個(gè)亞基來(lái)自寄主細(xì)胞。

P492表36-8Qβ復(fù)制酶亞基的性質(zhì)和功能

★噬菌體QβRNA的復(fù)制過程：進(jìn)入E.coli細(xì)胞后，其RNA即作為mRNA，首先直接合成與病毒繁殖有關(guān)的蛋白質(zhì)（包括復(fù)制酶β亞基）。然后在Qβ特異的RNA復(fù)制酶下開始病毒RNA的復(fù)制?！颭βRNA翻譯和復(fù)制的自我調(diào)節(jié)：P492圖36-33QβRNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)（雙螺旋區(qū)的結(jié)構(gòu)）參與翻譯的調(diào)節(jié)控制：（1）只有剛復(fù)制的QβRNA（＋），成熟蛋白基因才能翻譯。（2）

核糖體能直接啟動(dòng)外殼蛋白基因的翻譯（3）

復(fù)制酶β亞基基因只有在外殼蛋白合成時(shí)雙鏈打開才能進(jìn)行翻譯?！颭βRNA的翻譯、復(fù)制還受寄主細(xì)胞調(diào)節(jié)：以正鏈