3.4原核與真核生物

mRNA特征比較3.4.1

原核生物mRNA特征1、半衰期短；2、許多mRNA以多順反子的形式存在；多順反子----指一條mRNA可以編碼多條蛋白質(zhì)肽鏈。一般是一組相鄰或相互重疊基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物構(gòu)成一個操縱子。3、mRNA的5/端無帽子結(jié)構(gòu)，3/段沒有多聚A的尾巴結(jié)構(gòu)或只有較短多聚A的尾巴。4、5/端的AUG上游有7~12核苷酸的保守區(qū)-----SD序列。作用:是與核糖體30S小亞基內(nèi)的16SrRNA的3/端序列互補，是起始的tRNA正確的定位于mRNA的5/端結(jié)構(gòu)的起始密碼子上原核mRNA的SD序列

（1）帽子的結(jié)構(gòu)（2）帽子的功能Ⅰ、有助于mRNA穿過核孔進入細胞質(zhì)；Ⅱ、保護5′不被酶降解；Ⅲ、有助于在翻譯時起始因子IFⅢ和核糖體識別。（3）帽子的類型及加帽位點Ⅰ在末端鳥苷的第7位上存在單個甲基化位點的稱0號帽子（cap0）；Ⅱ在次末端核苷酸的核糖上的2′-0位點上還有一個甲基位點的稱1號帽子(cap1)；Ⅲ在第三個核苷酸的核糖上（2′-0）有甲基化位點的稱2號帽子（cap2）。（4）加帽生化過程Ⅰ剪切前加帽如呼腸病毒，牛豆病毒Ⅱ剪切后加帽如皰疹病毒和口炎病毒

（2）加尾過程Ⅰ特殊組分(CPSF)識別AAUAAA并指導(dǎo)其它的活性Ⅱ剪切因子(CF)在加尾位點AAUAAA下游11－30nt(核苷酸)處剪切RNA；Ⅲ末端腺苷轉(zhuǎn)移酶[poly(A)聚合酶]合成poly(A)尾巴；Ⅳ結(jié)合蛋白（PBP）與poly(A)結(jié)合，反應(yīng)停止。

加尾生化反應(yīng)第一步加一個短的寡聚A序列（10nt），此反應(yīng)依賴于AAUAAA序列（加尾信號）；

此反應(yīng)由poly（A）聚合酶在特殊因子指導(dǎo)下完成的。第二步是寡聚A尾巴延伸到240nt的長度。此反應(yīng)并不需要AAUAAA序列，但需要一個識別寡聚A并指導(dǎo)poly（A）聚合酶延伸的刺激因子。RNA合成的延伸3.5.1延伸速度快慢和轉(zhuǎn)錄暫停1、延伸速度延伸速度快慢與DNA模板含G、C的區(qū)域有關(guān)；在富含G、C區(qū)慢或暫停。2、轉(zhuǎn)錄暫停當RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程遇到特殊序列，轉(zhuǎn)錄速度變慢為0.1b/s或0稱為暫停；這段序列稱為暫停信號.

3.5.2RNA合成的終止1、一旦RNA聚合酶啟動了基因轉(zhuǎn)錄，它就會沿著模板5‘→3’方向不停地移動合成RNA鏈，直到遇到終止信號時才釋放新生的RNA鏈，并與模板DNA脫離。

2、模板DNA上都有終止轉(zhuǎn)錄的特殊信號--終止子，每個基因或操縱子都有一個啟動子，一個終止子。3、在新生RNA中出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致RNA聚合酶的暫停，破壞RNA-DNA雜合鏈5'端的正常結(jié)構(gòu)。寡聚U的存在使雜合鏈的3'端部分出現(xiàn)不穩(wěn)定的rU·dA區(qū)域。依賴于ρ因子的終止

ρ因子是一個相對分子質(zhì)量為2.0×105的六聚體蛋白。它能水解各種核苷三磷酸，實際上是一種NTP酶。由于催化了NTP的水解，ρ因子能促使新生的RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。

作用：ρ因子即附著在新生的RNA鏈上，靠ATP水解產(chǎn)生的能量，沿著5‘→3’方向朝RNA聚合酶移動，到達RNA的3‘-OH端后取代了暫停在終止位點上的RNA聚合酶，并從模板和酶上釋放RNA，完成轉(zhuǎn)錄過程。終止過程需要消耗能量，所以，ρ因子具有終止轉(zhuǎn)錄和核苷三磷酸酶兩種功能。b、不依賴于ρ因子的終止

若終止點上游存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容易形成發(fā)卡式結(jié)構(gòu)；在終止點前面有一段由4-8個A組成的序列，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3‘端為寡聚U。這兩種結(jié)構(gòu)特征的存在同樣決定了轉(zhuǎn)錄的終止。

在新生RNA中出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致RNA聚合酶的暫停，破壞RNA-DNA雜合鏈5'端的正常結(jié)構(gòu)。寡聚U的存在使雜合鏈的3'端部分出現(xiàn)不穩(wěn)定的rU·dA區(qū)域。強終止子的結(jié)構(gòu)…NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNN……NNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN…DNA…NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN…RNA

強終止子的結(jié)構(gòu)特點

(1)有回文結(jié)構(gòu)存在；（2）莖的區(qū)域富內(nèi)含G-C；(3)強終止子3′端上有6個U；

3.6內(nèi)含子的剪接、編輯

及化學(xué)修飾

轉(zhuǎn)錄后RNA的加工成熟

RNA加工成熟主要包括：5’加帽子結(jié)構(gòu)；3’加多聚A；切除內(nèi)含子。3.6.1RNA中的內(nèi)含子三類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工的重要內(nèi)容--切除內(nèi)含子內(nèi)含子概念和功能：被受關(guān)注，功能不清內(nèi)含子剪切信號---GU-AG法則既內(nèi)含子的5/邊界序列為GU，3/邊界序列為AG又稱chambon法則。

剪切位點交界順序RNA內(nèi)含子的3種剪接方式第一類：自我剪接內(nèi)含子（Ⅰ型、Ⅱ型）第二類：蛋白質(zhì)（酶）參與剪接內(nèi)含子第三類：snRNP參與剪接內(nèi)含子三類內(nèi)含子的分布I型內(nèi)含子的剪接Cech等1981年用四膜蟲分離得到了35S的前體rRNA，它含有一個長413bp的內(nèi)含子。此35SrRNA要加入一價或二價陽離子及GTP就可以在體外釋放出413b的線性的內(nèi)含子，若繼續(xù)保溫，那么線形內(nèi)含子又可形成環(huán)狀的RNA。這就意味著35SRNA在GTP的作用下可以自我剪接。（一）I型內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特點

1.其邊界序列為5′U-G3′；2.具有中部核心結(jié)構(gòu)（Centralcorestrucature）3.內(nèi)部引導(dǎo)順序（internalguideseguenceIGS）(二)I型內(nèi)含子的剪切機制轉(zhuǎn)酯反應(yīng)(transesterification)酯鍵從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置。（三）I型內(nèi)含子與核酶

1、核酶（Ribozyme）提出1981年T.Cech和S.Atman等在研究四膜蟲rRNA時發(fā)現(xiàn)的；T.Cech由核糖核酸（ribonucleicacid）和酶（enzyme）這兩個詞“重組”成一個新的詞：核酶-----是指本質(zhì)為RNA或以RNA為主含有蛋白質(zhì)輔基的一類具有催化功能的物質(zhì)。2、核酶和傳統(tǒng)酶的區(qū)別：(1)一般的酶是純的蛋白質(zhì)；而核酶是RNA或帶有蛋白的RNA；(2)核酶既是催化劑又是底物；而酶僅催化反應(yīng)。

3、核酶發(fā)現(xiàn)的意義（1）突破了酶的概念.是一種自體催化；（2）揭示了內(nèi)含子自我剪接的奧秘；促進了RNA的研究。（3）為生命的起源和分子進化提供了新的依據(jù)。

Ⅱ型內(nèi)含子的剪接(一)結(jié)構(gòu)特點(1)邊界序列為5′↓GUGCG……YnAG↓；(2)有6個莖環(huán)結(jié)構(gòu)；有分支點順序。(二)剪接機制無需鳥苷的輔助，但需鎂離子的存在。分枝點A的2′-OH對5′端交界處的磷酸二酯鍵發(fā)動親核進攻，產(chǎn)生了套索（lariat）結(jié)構(gòu)；切下的外顯子1其3′-OH繼續(xù)對內(nèi)含子3′端的交界序列進行親核進攻，同時釋放出套索狀的內(nèi)含子。

I類與Ⅱ類內(nèi)含子的剪接比較

蛋白質(zhì)（酶）剪接的內(nèi)含子

-------tRNA前體的剪切反應(yīng)1、真核tRNA的基因的特點：(1)真核的前體分子tRNA是單順反子，但成簇排列，基因間有間隔區(qū)；(2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多得多，如酵母約有400個tRNA基因；(3)5′端單磷酸核苷酸，表明已被加工過；(4)tRNA的前體分子中含有內(nèi)含子。2、真核tRNA內(nèi)含子切除的特點(1)沒有交界序列，也沒有內(nèi)部引導(dǎo)序列；(2)剪切反應(yīng)信號是二級結(jié)構(gòu)，而不是一級結(jié)構(gòu)；(3)是依賴于蛋白質(zhì)性的RNase，而不是核糖擬酶或snRNP；(4)反應(yīng)的本質(zhì)不是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。3、真核tRNA的加工和原核的區(qū)別(1)真核tRNA前體中無二聚體和多聚體；(2)增加了剪接內(nèi)含子的過程；(3)都要加CCA。4、tRNA內(nèi)含子切除過程3.6.2真核mRNA前體內(nèi)含子的

剪接反應(yīng)

(一)結(jié)構(gòu)特點：1.邊界順序:符合GU-AG法則。2.分枝點順序：為Py80NPy87Pu75APy95其中A為百分之百的保守，且具有2′-OH。3.內(nèi)含子5′端有一保守序列可以和U1snRNA的5′端的保守順序互補內(nèi)含子剪接位點及保守序列（二）參與剪接的加工因子剪接體：由snRNA和蛋白質(zhì)因子組成核小分子RNA（snRNA）至少有：

U1：5/剪切點結(jié)合U2：U4/U5：U6：

蛋白質(zhì)因子：有20余種

(三)剪接機制剪接因子snRNPsU1,U2,U5和U4/U6。mRNA前體的

剪接過程

第一步：轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。5/剪接點磷酸基轉(zhuǎn)移到分支點A的2/-OH上，形成2/，5/-轉(zhuǎn)酯化合物（套索RNA結(jié)構(gòu)）

第二步：剪接反應(yīng)。5/外顯子、3/外顯子共價連接，形成成熟mRNA和套索狀內(nèi)含子

3.6.3RNA的編輯和化學(xué)修飾1、RNA編輯的發(fā)現(xiàn)編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入、丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。1986年R.Benne在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時發(fā)現(xiàn)mRNA的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸；1990年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。

線蟲coxII基因的編輯2、RNA編輯的方式（1）單堿基突變（2）U的缺失和添加3、編輯的可能機制1990年L.Simpsom等發(fā)現(xiàn)指導(dǎo)RNA（guidegRNA）。4、RNA編輯的生物學(xué)意義(1)校正作用；(2)調(diào)控翻譯；(3)擴充遺傳信息。5.堿基的化學(xué)修飾方式：1、甲基化2、去氨基化3、硫化4、同分異構(gòu)化5、二價健的飽和化6、核苷酸替代3.6.4核酶1、核酶概念2、核酶結(jié)構(gòu)類型3、核酶催化功能3.6.5RNA在生物進化中的地位1、RNA比相應(yīng)DNA序列含有更多信息；2、RNA是獲得性遺傳的分子基礎(chǔ)；3、RNA在生物進化中的地位