第十三單元核酸代謝

第33章

核酸的降解和核苷酸的代謝第34章DNA的復(fù)制與修復(fù)第35章DNA的重組第36章RNA的合成與加工第36章

RNA的生物合成和加工概述一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成二、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工三、在RNA指導(dǎo)下RNA和DNA的合成概述

按照FrancisCrick提出的中心法則（centraldogma），DNA分子首先指導(dǎo)RNA分子的合成，然后由合成好的RNA分子直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。這種以DNA作為模板合成RNA的過程被稱為轉(zhuǎn)錄（transcription），以RNA作為模板合成蛋白質(zhì)的過程被稱為翻譯或轉(zhuǎn)譯（translation）。轉(zhuǎn)錄和翻譯統(tǒng)稱為基因表達(dá)（geneexpression）。與DNA復(fù)制一樣，整個(gè)轉(zhuǎn)錄過程也可分為起始、延伸和終止三個(gè)階段。其中起始階段的機(jī)理已十分清楚。一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成

(一)DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶(二)啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子補(bǔ)充：轉(zhuǎn)錄的過程(三)終止子和終止因子(四)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制(五)RNA生物合成的抑制劑(一)DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶RNA聚合酶需要以4種核糖核苷三磷酸(NTP)作為底物，并需要適當(dāng)DNA作為模板，Mg2+能促進(jìn)聚合反應(yīng)。RNA鏈的合成方向也是5’→3’，形成磷酸二酯鍵，反應(yīng)可逆，但焦磷酸的分解可以推動(dòng)反應(yīng)趨向聚合。與DNA酶的不同：

（1）RNA聚合酶無需引物（2）RNA聚合酶無校對(duì)功能n1ATP+n2GTP+n3CTP+n4UTPDNA指導(dǎo)的RNA聚合酶DNA，Mg2+或Mn2+RNA+（n1+n2+n3+n4）PPiDNA指導(dǎo)的RNA合成RNA鏈的合成方向是5’→3’

在體內(nèi)DNA的兩條鏈中只有一條可用于轉(zhuǎn)錄，或某些區(qū)域以這條鏈轉(zhuǎn)錄而另一些區(qū)域以另一條鏈轉(zhuǎn)錄，用于轉(zhuǎn)錄的鏈稱為模板鏈或負(fù)鏈（-鏈），對(duì)應(yīng)的鏈為編碼鏈或正鏈（+鏈）。（很多書對(duì)此說法不一）

RNA轉(zhuǎn)錄時(shí)無需將雙鏈完全打開，RNA聚合酶能局部解開DNA的雙鏈，并以其中一條為有效的模板，在其上合成出互補(bǔ)的RNA鏈。用于轉(zhuǎn)錄的鏈稱為模板鏈或負(fù)鏈（-鏈），

對(duì)應(yīng)的鏈為編碼鏈或正鏈（+鏈）編碼鏈或正鏈（+鏈）模板鏈或負(fù)鏈（-鏈）合成方向是5’→3’大腸桿菌RNA聚合酶各亞基的性質(zhì)和功能亞基基因相對(duì)分子質(zhì)量亞基數(shù)目

功能αββ’σωrpoArpoBrpoCrpoD4000015500016000032000-92000900021111酶的裝配，與啟動(dòng)子上游元件和活化因子結(jié)合結(jié)合核苷酸底物催化磷酸二酯鍵形成與模板DNA結(jié)合識(shí)別啟動(dòng)子，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄開始未知催化中心真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)酶的種類

功能對(duì)抑制物的敏感性RNA聚合酶ⅠRNA聚合酶Ⅱ

RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄45SrRNA前體，經(jīng)加工產(chǎn)生5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA轉(zhuǎn)錄所有編碼蛋白質(zhì)的基因和大多數(shù)核內(nèi)小RNA轉(zhuǎn)錄小RNA基因，包括tRNA、5SrRNA、U6snRNA和scRNA對(duì)α-鵝膏蕈堿不敏感（具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)八肽毒素）

對(duì)α-鵝膏蕈堿敏感對(duì)α-鵝膏蕈堿中等敏感（二）啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子：RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子，其作用或是識(shí)別DNA的順式作用位點(diǎn)，或是識(shí)別其他因子，或是識(shí)別RNA聚合酶。上游下游RNA聚合酶結(jié)合在啟動(dòng)子上

啟動(dòng)子富含AT堿基對(duì)，其一致序列是TATAAT；-35區(qū)域的一致序列是TTGACA。按照慣例，上面寫出的堿基序列都是編碼鏈的序列。通過足印法（footprintingassay）分析發(fā)現(xiàn)：原核生物的啟動(dòng)子在-10區(qū)域和-35區(qū)域具有兩段高度保守的一致序列（consensussequence）。1、原核系統(tǒng)啟動(dòng)子的特征編碼鏈5’模板鏈3’3’5’啟動(dòng)子被轉(zhuǎn)錄的基因-35區(qū)-10區(qū)+1（轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)）TTGACATATAAT原核細(xì)胞啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)注意：堿基的位置以轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)（startpoint）為標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)本身的位置定為+1，位于它上游的序列為負(fù)數(shù)，位于它下游的堿基為正數(shù)，沒有零：-10區(qū)序列也稱為Pribnow盒（Box）.σ因子能直接和啟動(dòng)子的-35序列以及-10序列結(jié)合，以調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。大腸桿菌不同σ因子識(shí)別具有不同共有序列的啟動(dòng)子，如圖基因因子用途-35序列間隔-10序列rpoDrpoHrpoErpoNrpoAσ70σ32σEσ54σF通用熱休克熱休克氮源鞭毛TTGACACCCTTGAA未知CTGGNACTAAA16-18bp13-15bp未知6bp15bpTATAATCCCGATNT未知TTGCAGCCGATAA2、真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)

真核生物的啟動(dòng)子有三類，分別由RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。真核生物的啟動(dòng)子由轉(zhuǎn)錄因子而不是RNA聚合酶所識(shí)別，多種轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶在起點(diǎn)上形成前起始復(fù)合物(preinitioncomplex)而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)子通常由一些短的保守的序列所組成，它們被適當(dāng)種類的輔助因子(auxiliaryfactor)所識(shí)別。真核生物RNA聚合酶I所負(fù)責(zé)的基因轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶I：負(fù)責(zé)rRNA前體的轉(zhuǎn)錄UBF:上游結(jié)合因子SL1:選擇性因子1polⅡTATAAAAPyPyANATPyPy調(diào)節(jié)序列TATA框InrTFⅡDTFⅡATFⅡBTFⅡETFⅡHTBP(TFⅡD,TFⅡA)TFⅡBTFⅡF/polⅡTFⅡFTFⅡETFⅡHRNA聚合酶Ⅱ和轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)子上的裝配PTBP:TATA結(jié)合蛋白

TF

II:RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄因子RNA聚合酶II---(轉(zhuǎn)錄編碼蛋白質(zhì)的基因)

負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因的啟動(dòng)子的特征RNA聚合酶III負(fù)責(zé)的轉(zhuǎn)錄

RNA聚合酶III：負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄小RNA的基因(tRNA,5sRNA等）TFIII

A:RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄因子，一種鋅指蛋白。TFIIIB:RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄因子TFIIIC:RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄過程1、轉(zhuǎn)錄的啟始2、轉(zhuǎn)錄的延伸3、轉(zhuǎn)錄的終止（見P464終止子部分）1、轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄的起始實(shí)際上是RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用并形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的過程。轉(zhuǎn)錄過程（見動(dòng)畫）原核生物轉(zhuǎn)錄的起始12435

RNA聚合酶全酶與DNA模板非特異性地結(jié)合并向下游掃描，直到發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)子序列而形成特異性的復(fù)合物。RNA聚合酶全酶與DNA模板隨機(jī)結(jié)合，并向下游啟動(dòng)子方向移動(dòng)σ因子在-35區(qū)域，RNA聚合酶與啟動(dòng)子形成緊密的啟動(dòng)子復(fù)合物（closedpromotercomplex）RNA聚合酶全酶與啟動(dòng)子結(jié)合形成緊密的起始復(fù)合物到了-10區(qū)域則形成開放的啟動(dòng)子復(fù)合物（openpromotercomplex）。RNA聚合酶全酶與啟動(dòng)子結(jié)合形成開放的起始復(fù)合物-10區(qū)域富含AT堿基對(duì)，其一致序列是TATAAT

在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)周圍的序列解鏈以后，RNA聚合酶（具體是σ因子）便識(shí)別其中的模板鏈，位于β亞基上的活性中心先后結(jié)合兩個(gè)核苷三磷酸，形成了轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）結(jié)構(gòu)（參見圖）結(jié)合的核苷三磷酸分別與編碼鏈的+1和+2位置的核苷酸序列一樣。緊接著RNA聚合酶催化第一個(gè)核苷三磷酸的3′-OH親核進(jìn)攻第二個(gè)核苷三磷酸的5′-α磷酸而形成第一個(gè)磷酸二酯鍵（參見圖）“轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）”RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合4種核苷三磷酸NTPs與RNA聚合酶的活性中心結(jié)合，第一個(gè)磷酸二酯鍵開始形成第一個(gè)磷酸二酯鍵

通常，當(dāng)形成6到10個(gè)磷酸二酯鍵以后，與核心酶結(jié)合的σ因子即釋放出來，從此轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸階段。

當(dāng)形成6到10個(gè)磷酸二酯鍵以后，σ因子被釋放，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸階段當(dāng)形成6到10個(gè)磷酸二酯鍵以后，σ因子脫離RNA聚合酶2、轉(zhuǎn)錄的延伸

與起始階段的反應(yīng)相比，延伸階段的反應(yīng)要簡(jiǎn)單得多：當(dāng)σ因子釋放以后，轉(zhuǎn)錄即進(jìn)入延伸階段。失去σ因子的核心酶可以以更快的速度沿著DNA模板鏈向前移動(dòng)。隨著核心酶的移動(dòng)，DNA兩條鏈不斷地解鏈以暴露新的模板鏈序列，而已轉(zhuǎn)錄好的區(qū)域則發(fā)生復(fù)性。由于RNA鏈延伸的方向始終是從5′→3′，所以新參入的核苷酸被添加在RNA鏈的3′-羥基端。(三)終止子和終止因子（轉(zhuǎn)錄的終止）終止子：提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列。終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子(Pr)。原核系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄的終止有兩種方式：（1）不依賴于ρ因子的終止子（terminator）

(2)依賴于ρ因子的終止子；（1）不需要ρ因子的終止機(jī)制

這是原核系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄終止的主要方式，該機(jī)制具有兩個(gè)特征：一是依賴于位于RNA轉(zhuǎn)錄物3′-端的一串U序列;另一是需要位于緊靠U序列上游的一個(gè)富含GC堿基對(duì)的莖環(huán)結(jié)構(gòu).

寡聚U序列可提供信號(hào)使RNA聚合酶脫離模板。不需要ρ因子的終止機(jī)制1.RNA轉(zhuǎn)錄物3′-端的一串U序列2.

緊靠U序列上游的一個(gè)富含GC堿基對(duì)的莖環(huán)結(jié)構(gòu)3.寡聚U序列可提供信號(hào)使RNA聚合酶脫離模板原核系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄不需要ρ因子的終止子結(jié)構(gòu)（2）依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子是一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)，它含有6個(gè)相同的由419個(gè)氨基酸殘基組成的亞基。該因子具有ATP酶和解鏈酶的活性。所具有的解鏈酶活性使得它能夠催化RNA/DNA和RNA/RNA雙螺旋的解鏈。

依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子與新合成的RNA鏈結(jié)合ρ因子依靠解鏈酶活性解開RNA與DNA之間的雙螺旋，釋放RNA鏈沿RNA

5′端滑向3′端RNA聚合酶遇終止子停止聚合，ρ因子與核心酶結(jié)合，(四)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制

啟動(dòng)子是轉(zhuǎn)錄起始的控制部位。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)合部位存在于啟動(dòng)子的內(nèi)部或附近。當(dāng)調(diào)節(jié)因子與DNA結(jié)合后對(duì)轉(zhuǎn)錄起促進(jìn)或抑制作用。調(diào)節(jié)因子中蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的基本結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：

1.螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋

2.鋅指

3.螺旋-突環(huán)-螺旋

4.亮氨酸拉鏈某些核酸代謝的核酸頡頏物和抗生素能抑制核苷酸或核酸的生物合成。按作用性質(zhì)的不同，RNA生物合成抑制劑分為：1.嘌呤和嘧啶的類似物（5-氟尿嘧啶）

2.DNA模板功能的抑制物（環(huán)磷酰胺、溴乙錠）

3.RNA聚合酶的抑制物

（α-鵝膏蕈堿專一抑制真核不抑制原核）（利福霉素與σ亞基結(jié)合，阻止起始，抑制細(xì)菌的RNA聚合酶，

利福平和β亞基結(jié)合）(五)RNA生物合成的抑制劑(P469)

二、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工概述(一)原核生物中RNA的加工(二)真核生物中RNA的一般加工(三)RNA的拼接、編輯和再編碼．(四)RNA生物功能的多樣性(五)RNA的降解概述

在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物往往需要經(jīng)過一系列的變化，包括鏈的裂解、5′端和3′端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾和糖苷鍵的改變、以及拼接和編輯等過程，使能轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子，此過程稱為RNA的成熟或轉(zhuǎn)錄后加工（post-transcriptionalprocessing）。

原核生物的mRNA一經(jīng)轉(zhuǎn)錄通常立即進(jìn)行翻譯，除少數(shù)例外，一般不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后的加工。真核生物由于存在細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄與翻譯在時(shí)間上和空間上都被分隔開來，其mRNA前體的加工極為復(fù)雜。(一)原核生物中RNA的加工

1.rRNA前體的后加工

2.tRNA前體的后加工

3.mRNA前體的后加工1.rRNA前體的后加工

在詳細(xì)介紹原核系統(tǒng)的Pre-rRNA加工之前，有必要了解一下其rRNA的基因組織。如圖所示：

大腸桿菌共有7個(gè)rRNA的轉(zhuǎn)錄單位，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的基因組成。它們之間有多余的附加序列，需要經(jīng)過甲基化修飾和核酸酶的酶切才能成為成熟的RNA。大腸桿菌rRNA前體的加工過程16S23S5StRNA甲基化ⅢⅢⅢPⅢEEP16Pre-tRNAP23P5切割16SrRNAtRNA23SrRNA5SrRNA前體RNaseⅢ甲基切掉相應(yīng)間隔序列，成為成熟的RNA2.tRNA前體的后加工

tRNA前體的加工包括：（1）由核酸內(nèi)切酶在tRNA兩端切斷（二聚體）（2）由核酸外切酶從3’端逐個(gè)切去附加順序，進(jìn)行修剪（3）在tRNA3’端加上C-C-A（4）核苷酸的修飾和異化

大腸桿菌基因組共有大約60個(gè)tRNA基因。這個(gè)數(shù)據(jù)與變偶假說是吻合的。也就是說，某些反密碼子可以不止一個(gè)tRNA。tRNA前體分子的后加工b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAasePRNAaseFRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC

表示核酸內(nèi)切酶的作用

表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用

表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用見P474圖36-14原核細(xì)胞tRNA前體分子存在二聚體或多聚體（1）由核酸內(nèi)切酶（RNaseP、RNaseF等）在tRNA兩端切斷。

(2)由核酸外切酶（RNaseD）從tRNA3，端切去附加序列。（3）核苷酸的修飾和異化RNasePRNaseD（4）在tRNA3’端加上C-C-AtRNA加工完成3.mRNA前體的后加工

除了某些噬菌體以外(如T7噬菌體的早期基因的mRNA)，原核系統(tǒng)的mRNA很少經(jīng)歷后加工。實(shí)際上，絕大多數(shù)mRNA的3′-端還沒有被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就結(jié)合到5′-端開始翻譯。即使是某些噬菌體mRNA，也僅僅是經(jīng)歷最簡(jiǎn)單的剪切反應(yīng)，將一個(gè)多順反子切割成單順反子。但也發(fā)現(xiàn)某些噬菌體的mRNA需要經(jīng)過相對(duì)復(fù)雜的剪接反應(yīng)才能成熟（如T4噬菌體編碼的胸苷酸合成酶）。單順反子：為一條多肽鏈編碼的mRNA.(真核生物）多順反子：為二條或多條多肽鏈編碼的mRNA.(原核生物）5

3

DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶大多數(shù)mRNA的3′-端還沒有被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就結(jié)合到5′-端開始翻譯。轉(zhuǎn)錄起始端(二)真核生物中RNA的一般加工真核細(xì)胞RNA前體的后加工反應(yīng)遠(yuǎn)比原核細(xì)胞復(fù)雜，特別是Pre-mRNA更是如此。在真核系統(tǒng)中，某些后加工反應(yīng)的性質(zhì)與原核系統(tǒng)很相似。但是，另一些后加工反應(yīng)則是真核系統(tǒng)所特有的。

1、rRNA前體的后加工

2、tRNA前體的后加工

3、mRNA前體的后加工1.rRNA前體的后加工與原核細(xì)胞rRNA加工相似，需要甲基化和酶切作用；原核細(xì)胞沒有5.8SrRNA。2、tRNA前體的后加工

真核細(xì)胞Pre-tRNA的剪接反應(yīng)也可以分成兩步：第一步是tRNA內(nèi)切酶將內(nèi)含子切除；第二步是tRNA連接酶在消耗ATP的情況下將兩個(gè)半分子tRNA連接起來。

PrimarytranscriptsoftRNAMaturetRNA2.tRNA前體的后加工◆加工過程內(nèi)含子的切除連接外顯子修飾堿基◆與原核有區(qū)別：真核tRNA前體中無二聚體和多聚體

增加了剪接內(nèi)含子的過程都要加CCA

(tRNA前體)3.mRNA前體的后加工與原核系統(tǒng)的mRNA很少經(jīng)歷后加工的事實(shí)形成對(duì)比的是真核細(xì)胞的細(xì)胞核mRNA必須經(jīng)歷多種形式的后加工才會(huì)成為有功能的分子。所經(jīng)歷的后加工反應(yīng)主要包括5′-端“帽子”、3′-端“尾巴”、內(nèi)部甲基化、剪接和編輯。

（1）5′-端“帽子”(cap)

絕大多數(shù)真核生物的細(xì)胞核mRNA5′-端含有帽子結(jié)構(gòu)，帽子的結(jié)構(gòu)特征如圖所示?！懊弊印迸c第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸之間的連接方式，是一種罕見的5′,5′三磷酸酯鍵。

帽子的形成即戴帽反應(yīng)是一個(gè)共轉(zhuǎn)錄事件，當(dāng)mRNA的5′-端被轉(zhuǎn)錄以后不久，即開始進(jìn)行戴帽反應(yīng)。具體的戴帽反應(yīng)參見圖。先是一種磷酸酶將第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸5′-端的一個(gè)磷酸根水解下來，然后在鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶的催化下，鳥苷單磷酸基團(tuán)從GTP轉(zhuǎn)移到mRNA的5′-端，隨后在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下發(fā)生甲基化反應(yīng)，甲基供體是S-腺苷甲硫氨酸（英文簡(jiǎn)稱為SAM）。真核細(xì)胞的mRNA結(jié)構(gòu)G5’端加帽3’端加poly(A)尾巴①磷酸酶將第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸5′-端的一個(gè)磷酸根水解下來，②在鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶的催化下，鳥苷單磷酸基團(tuán)從GTP轉(zhuǎn)移到mRNA的5′-端，③甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下發(fā)生甲基化反應(yīng)，①②③（2）3′-端“尾巴”（tail）

大多數(shù)真核細(xì)胞核mRNA的3′-端含有一段約250個(gè)左右的多聚腺苷酸，這段連續(xù)的腺苷酸被稱為PolyA尾巴。但含有PolyA尾巴的mRNA的編碼鏈上并無PolyA序列，顯然，PolyA尾巴是在轉(zhuǎn)錄后填加上去的。

3′端加尾即是真核細(xì)胞核mRNA3′端的多聚腺苷酸化（polyadenylation）反應(yīng)。反應(yīng)步驟和相關(guān)的模型分別參見圖。切除加尾信號(hào)下游序列PolyA尾巴（約250個(gè)腺苷酸）

加尾反應(yīng)

真核細(xì)胞的mRNA結(jié)構(gòu)G5’端加帽3′端加poly(A)尾巴①②③（3）mRNA的內(nèi)部甲基化真核生物mRNA分子內(nèi)部往往有甲基化的堿基，主要是N6-甲基腺嘌呤（m6A）。這類修飾成分在hnRNA中已經(jīng)存在。不過也有一些真核生物細(xì)胞和病毒mRNA中并不存在N6-甲基腺嘌呤，似乎這個(gè)修飾成分對(duì)翻譯功能不是必要的。(三)RNA的拼接、編輯和再編碼概述RNA的拼接RNA的編輯RNA的再編碼概述

大多數(shù)真核生物的基因都是斷裂基因，斷裂基因的產(chǎn)物需通過拼接(splicing)，去除插入部分，使編碼區(qū)成為連續(xù)序列，內(nèi)含子具有多種多樣的結(jié)構(gòu)，拼接機(jī)制也是多種多樣的，有些內(nèi)含子可以催化自身拼接，有些內(nèi)含子需在拼接體的作用下才能拼接。

RNA編碼序列的改變稱為編輯(editing)。

RNA編碼和讀碼方式的改變稱為再編碼(recoding)。

由于存在選擇性拼接、編碼和再編碼，一個(gè)基因可以產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。內(nèi)含子外顯子帽子尾巴1、RNA的拼接

（1）類型Ⅰ自我拼接

（2）類型Ⅱ自我拼接

（3）hnRNA的拼接（4）核內(nèi)tRNA前體的酶促拼接（5）反式拼接與選擇性拼接

拼接是一個(gè)抽提信息的過程，從轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物中將編碼序列拼接起來，形成完整有意義的表達(dá)信息。拼接的突變與基因突變不同，基因突變有可能在拼接過程中被淘汰。（1）類型Ⅰ自我拼接鳥苷酸在此起了輔助因子的作用，它提供了游離的3’-羥基，從而使內(nèi)含子的5’-磷酸基轉(zhuǎn)移其上。緊接著發(fā)生第二次類似的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，由第一個(gè)外顯子產(chǎn)生的3’羥基攻擊第二個(gè)外顯子的5’磷酸基。在兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)中產(chǎn)生的線狀內(nèi)含子片斷，可以產(chǎn)生環(huán)化。如：四膜蟲rRNA前體的拼接第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)：鳥苷酸3’-羥基與內(nèi)含子的5’-磷酸基結(jié)合。第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)：第一個(gè)外顯子3’羥基攻擊第二個(gè)外顯子5’磷酸基。鳥苷酸參與的自我拼接（2）類型Ⅱ自我拼接

類型Ⅱ內(nèi)含子本身也具有催化功能，能夠自我完成拼接。它與類型Ⅰ內(nèi)含子自我拼接的差別在于轉(zhuǎn)酯反應(yīng)無需游離鳥苷酸發(fā)動(dòng)，而是由內(nèi)含子靠近3’端的腺苷酸2’-羥基攻擊5’-磷酸基引起的。經(jīng)過兩次脫酯反應(yīng)，內(nèi)含子成為套索結(jié)構(gòu)被切除，兩個(gè)外顯子得以連接在一起。類型Ⅱ內(nèi)含子只見于某些真菌線粒體和植物葉綠體基因。O-PO-PHO-A5’POH3’外顯子Ⅰ外顯子Ⅱ第一次轉(zhuǎn)酯第二次轉(zhuǎn)酯OHO-PP-O-A5’POH3’O-P5’POH3’P-O-AOH+P480圖36-20內(nèi)含子靠近3’端的腺苷酸2’-羥基攻擊5’-磷酸基（核酶功能）兩個(gè)外顯子連接在一起內(nèi)含子成為套索結(jié)構(gòu)被切除無鳥苷酸參與的自我拼接（3）hnRNA的拼接hnRNA（核內(nèi)不均一RNA)的拼接與類型Ⅱ內(nèi)含子的拼接十分相近，其差別在于前者由拼接體完成，后者由內(nèi)含子自我催化完成。

核內(nèi)mRNA前體的拼接與類型Ⅱ內(nèi)含子的拼接也十分相近，但是核內(nèi)mRNA前體的內(nèi)含子數(shù)目非常龐大，不可能都保持Ⅱ型內(nèi)含子的核酶結(jié)構(gòu)，唯一可行的途徑是將Ⅱ型內(nèi)含子的催化功能轉(zhuǎn)交某些小RNA和輔助蛋白完成。這些小RNA和輔助蛋白，即拼接體，起核酶作用。2、RNA的編輯

編輯是一種最奇特的Pre-RNA后加工方式。編輯的定義是指在mRNA的編碼區(qū)內(nèi)引入或丟失任何與其基因編碼鏈序列不同信息的過程。它主要有兩種方式：一種是在編碼區(qū)內(nèi)增加或減少一定數(shù)目的核苷酸（主要是尿苷酸）；另外一種是編碼區(qū)的堿基在RNA水平上發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換。RNA編輯RNA編輯是在mRNA水平上改變遺傳信息的過程。具體說來，指基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置換，基因轉(zhuǎn)錄物的序列不與基因編碼序列互補(bǔ)，使翻譯生成的蛋白質(zhì)的氨基酸組成，不同于基因序列中的編碼信息現(xiàn)象。

RNA編輯可使一個(gè)基因序列有可能產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)，這可能是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的、更經(jīng)濟(jì)有效地?cái)U(kuò)展原有遺傳信息的機(jī)制。

RNA編輯的意義

1、可以消除移碼突變等基因突變的危害；

2、增加了基因產(chǎn)物的多樣性；

3、和生物發(fā)育與分化有關(guān)，是基因調(diào)控的重要方式；

4、可使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能；

5、與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)。3、RNA的再編碼

過去一直認(rèn)為編碼在mRNA上的遺傳信息是以固定的方式進(jìn)行譯碼的，然而并不盡然。事實(shí)表明，在某些情況下可以用不同的方式譯碼，也就是說改變了原來編碼的含義，稱為再編碼（recoding）。在正常情況下，mRNA的三聯(lián)體密碼可以被tRNA的反密碼子識(shí)別，MRNA的遺傳信息得以正確翻譯。但是，基因出現(xiàn)錯(cuò)義、無義或移碼突變，改變了編碼信息時(shí)，通過+1或-1等方式的再編碼可以校正有害的基因突變。例如：逆轉(zhuǎn)錄病毒勞氏肉瘤病毒RNA基因組上的gag和pol閱讀框架gag閱讀框架

5‘---UUGACAAAUUUAUAGGGAGGGCCA--3’pol閱讀框架

---UUGACAAAUUUAUAGGGAGGGCCA------Leu—Thr—Asn—Leu—StopIle—Gly—Arg—Alagag和pol基因有1bp重疊，因此，閱讀框架有-1移位。P488圖36-30（四）RNA生物功能的多樣性RNA的主要功能：（1）在遺傳信息的翻譯中起著決定作用（2）具有催化功能和其它持家功能（3）RNA轉(zhuǎn)錄后加工和修飾依賴于各類小RNA和其它蛋白質(zhì)復(fù)合物（4）RNA對(duì)基因的表達(dá)和細(xì)胞功能具有重要的調(diào)節(jié)作用（5）RNA在生物進(jìn)化中起重要作用三、在RNA指導(dǎo)下RNA和DNA的合成(一)RNA的復(fù)制．(二)RNA的逆轉(zhuǎn)錄(三)逆轉(zhuǎn)座子的種類和作用機(jī)制（一）RNA復(fù)制RNA復(fù)制酶以病毒RNA做模板，在有四種核苷三磷酸和鎂離子存在時(shí)可合成出與模板性質(zhì)相同的RNA。1、噬菌體QβRNA的復(fù)制2、病毒RNA復(fù)制的主要方式1、噬菌體QβRNA的復(fù)制A:負(fù)鏈的合成5’pppG3’OH病毒正鏈5’pppG3’OH新合成的負(fù)鏈5’Gppp5’pppG3’OH3’HO5’Gppp1、噬菌體QβRNA的復(fù)制B:正鏈的合成3’HO負(fù)鏈新合成的正鏈5’pppG3’OH3’HO5’Gppp5’Gppp3’HO5’Gppp5’pppG復(fù)制中間體2、病毒RNA復(fù)制的主要方式mRNA(+)鏈（-）RNA（-）RNA（+）RNA（+）雙鏈RNA（+）雙鏈DNA（-）DNA（+）RNAP493圖36-34（病毒本身含負(fù)鏈RNA和復(fù)制酶）(二)RNA的逆轉(zhuǎn)錄1970年Temin和Baltimore同時(shí)分別從致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶。這個(gè)酶以4種三磷酸脫氧核苷為底物能生成與病毒RNA(模板)堿基序列互補(bǔ)的DNA。由于它催化遺傳信息從RNA流向DNA，與轉(zhuǎn)錄作用正好相反，故稱反轉(zhuǎn)錄酶或逆轉(zhuǎn)錄酶；含有反轉(zhuǎn)錄酶的病毒稱為反轉(zhuǎn)錄病毒。病毒感染細(xì)胞后通過反轉(zhuǎn)錄酶生成與病毒RNA堿基序列互補(bǔ)的DNA，并整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA中。逆轉(zhuǎn)錄過程

逆轉(zhuǎn)錄過程可分為十步反應(yīng)，其中需經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶兩次轉(zhuǎn)換模板（或稱兩次跳躍）。如下圖所示。逆轉(zhuǎn)錄酶是一個(gè)多功能酶。12345678910逆轉(zhuǎn)錄過程P496圖36-361、由結(jié)合在靠近5’端PB位點(diǎn)的tRNA作為引物，在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下合成U5和R區(qū)的互補(bǔ)DNAU’5和R’?；パa(bǔ)DNA

鏈U’5和R’見P496圖36-36基因組RNA（+）鏈2、由逆轉(zhuǎn)錄酶的RNaseH將模板RNA的U5和R區(qū)水解掉。(5’-核酸外切酶功能)

由逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)揮5’-核酸外切酶功能作用，將模板RNA的U5和R區(qū)水解掉。3’3’3、新合成的DNA鏈之R’（紅箭頭所示）與RNA3’端的R（蘭箭頭所示）配對(duì)，逆轉(zhuǎn)錄酶隨之轉(zhuǎn)換為以此RNA3’端作為模板，這是第一次跳躍。3’4、（-）鏈DNA的繼續(xù)延長(zhǎng)-鏈DNA5、模板RNA的U3、R和poly(A)n被水解掉，5’端也開始被水解。(3’-和5’-核酸外切酶功能)

RNADNA(-)6、以RNA的3’端為引物合成（+）鏈DNA的

U3-R-U5RNA的3’端（+）鏈

DNA的U3-R-U57、引物tRNA被降解掉8、（+）鏈DNA

與（-）鏈DNA在PB位點(diǎn)處配對(duì)，即第二次跳躍，逆轉(zhuǎn)錄酶開始以新合成的（-）鏈DNA為模板，合成（+）鏈DNA。剩余的RNA同時(shí)切除。9、繼續(xù)合成（+）鏈DNA;（-）鏈DNA的U’3-R’-U’5與（+）DNAU3-R-U5解開。10、（-）鏈DNA重新合成U’3-R’-U’5，完成DNA

雙鏈的合成。（三）逆轉(zhuǎn)座子的種類和作用機(jī)制

逆轉(zhuǎn)座子：是指移動(dòng)因子在轉(zhuǎn)座過程中需要以RNA為中間體，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄再分散到基因組中，故稱之為逆轉(zhuǎn)座子。

1、逆轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2、