考博生化和分子生物学复习笔记-第7部分
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代谢受抑制。
▲转录过程分为三个阶段：起始、延长及终止。 1。起始 RNA聚合酶的σ因子识别DNA启动子的识别部位，RNA聚合酶核心酶则结合在启动子的结合部位。在与RNA聚合核心酶结合的Pribonow盒附近，双链暂时打开约17个碱基对长度，展 示出DNA模板链，有利于RNA聚合酶进入转录泡，催化RNA聚合作用。 转录作用开始时，根据DNA模板链上的核苷酸的序列，NTP根据碱基互补原则依次进入反应 体系。在RNA聚合酶的催化下，起始点处相邻的前两个NTP以3′、5′一磷酸二酯键相连接。随后，σ因子从模板及RNA聚合酶上脱落下来，于是RNA聚合酶的核心酶沿着模板向下游移 动，转录作用进入延长阶段。脱落下的σ因子可以再次与核心酶结合而循环使用。 2。延长 在RNA聚合酶的催化下，核苷酸之间以3′、5′一磷酸二酯键相连接进行着RNA的合成反应，合成方向为5′→3′。在延长过程中，局部打开的DNA双链、RNA聚合酶及新生成转录本RNA局部形成转录泡。随RNA聚合酶的移动，转录泡也行进，贯穿于延长始终。 3。终止 在RNA延长进程中，当RNA聚合酶行进到DNA模板的终止信号时，RNA聚合酶就不再继续前进，聚合作用也因此停止。由于终止信号中有由GC富集区组成的反向重复序列，在 转录生成的mRNA中有相应的发卡结构。此发卡结构可阻碍RNA聚合酶的行进，由此而停 止了RNA聚合作用。在终止信号中还有AT富集区，其转录生成的mRNA3′末端有多个U残 基。
二、转录后的加工过程 转录作用产生出的mRNA、tRNA及rRNA的初级转录本全是前体RNA，而不是成熟的RNA ，没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的有活性的RNA。 RNA的加工过程主要是在细胞核内进行，也有少数反应是在胞质中进行。 RNA加工的类型有： 剪切及剪接：剪切就是剪去部分序列；剪接是指剪切后又将某些片段连接起来。 末端添加核苷酸：例如tRNA的3′…末端添加…CCA。 修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。 RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。
（一）mRNA前体的加工 1。mRNA生成的特点 （1）原核生物mRNA的生成。多顺反子。即几个结构基因，利用共同的启动子及共同的终止信号，经转录作用生成mRNA分子，所以此mRNA分子可编码几种不同的蛋白质。 原核生物中，细胞内没有核膜，染色质存在于胞质中，所以转录与翻译进行的场所没有明显的屏障。在转录尚未完成时，翻译就已开始了。而且，mRNA的寿命十分短暂。 （2）真核生物mRNA生成。单顺反子，一个mRNA分子只编码一种蛋白质。 真核生物的结构基因中包含有具有表达活性的编码蛋白质序列，称为外显子；还含有无表达 活性的序列，称为内含子。由于内含于是插在外显子之间，所以又称为插入序列。转录生成 的mRNA前体中有外显子部分的，也有内含子部分的。在加工时，前体要进行剪接 作用。 2。mRNA前体的加工 原核生物转录生成的初级转录本mRNA不需经过复杂的加工就表现有活性。唯一的加工作用是多顺反子mRNA在RNaseⅢ的催化下，裂解为单独的顺反子。 真核生物转录生成的mRNA要经过较复杂的加工过程。包括①5′末端加帽②3′端加尾③剪接 去除内含子并连接外显子④核苷酸编辑⑤甲基化修饰。 （1）5′末端帽子的生成。步骤 ①mRNA5′末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp…。②在鸟苷酸转移酶作用下，与 Gppp反应形成GpppNp…。③在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸（SAM）提供甲基，在鸟 嘌呤的N…7上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2－OH上又进行甲 基化，最后成为m7GpppNmp，这就是帽子生成。 （2）3′末端多聚A尾的生成。多聚A尾的生成是多聚A聚合酶的催化下，由ATP聚合而成。 但多聚A尾形成并不是简单地加入A，而是先要在mRNA前体的3′末端11～30核苷酸处有一段AAUAA保守序列，在U7－snRNP的协助下识别，由一种特异的核酸内切酶催化切除多余 的核苷酸。随后，在多聚A聚合酶催化下，发生聚合反应形成了3′末端多聚A尾。 （3）剪接作用。 在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中，hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，成为 成熟的mRNA，这就是剪接作用。 一个相同的初级转录本，在不同的组织中由于剪接作用的差异可以产生具有不同编码的 mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物。 在剪接作用过程中有如下一些共同的特点： 1）mRNA前体的剪切部位是在内含子末端的特定序列。内含子的序列中起始为GU；而终止于AG。 在内含子3′末端剪接点的上游20～50核苷酸范围内，还有一个在剪接中有重要作用的位 点，其序列中含有A，称为分支部位。 内含子如果其中发生部分丢失，不一定会对剪接产生影响。3′末端或分支部位发生变异，则 会导致错误的剪接。 2）套索的形成及剪除。 mRNA前体剪接过程中，先剪切下内含子，然后连接外显子。剪接的过程分两步反应进行： ①内含子序列中分支部位中腺苷酸残基（A）的2′－OH攻击内含子5′末端与外显子1连接的 磷酸二酯键，剪下了外显子1，而腺苷酸原来已有以3′、5′…磷酸二酯键相连的两个相邻的核 苷酸残基，加上此2′、5′…磷酸二酯键的连接后，形成了“套索”中间产物。②已被剪切下的 外显子1的3′末端…OH攻击内含子3，末端与外显子2之间的3′、5′磷酸二酯键，链断裂，内 含子以套索形式被剪切下来，同时外显子1与外显子2连接起来。 ③剪接体的生成。 在 mRNA前体剪接过程去除内含子时，还有多种成分的RNA…蛋白质复合体的参与，其大小为 60S，是由几种非特异的小核核糖核蛋白（UsnRNP）与mRNA前体结合而成，称为剪接体。 （UsnRNA）是一族snRNA，参与剪接作用的有多种UsnRNPs。 U1snRNP识别外显子的5′末端剪接序列，并与其互补而结合。 U5snRNP，识别并结合于 内含于3′末端剪接点。U2snRNP识别并结合于A序列的分支点。还有U4及U6snRNP也参 加到剪接体中，起配合作用。 （4）RNA编辑 在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具有正确翻译功能的模板，此即所谓 RNA的编辑作用。 编辑过程由一个或多个小分子的“指导RNA”提供mRNA的编辑信息，并作为模板指导其进行 编辑，在编辑体的帮助下进行编辑。（5）甲基化修饰 原核生物mRNA分子中不含有稀有碱基，但真核生物的mRNA中则含有甲基化核苷酸，除 了在hnRNA的5′端帽子结构中含有2－3个甲基化核苷外；在分子内部还会有l－2个m 6A 存在于非编码区。在序列中，m 6A 总是位于胞苷之后，形成了…NCm6AN序列。m 6A 的生成是在hnRNA的剪接作用之前发生的。
（二）tRNA前体的加工 ①在核酸内切酶RNaseP作用下，从5′末端切除多余的核苷酸。 ②在核酸外切酶RNaseD作用下，从3′末端切除多余的核苷酸。 ③核苷酸转移酶催化，3′末端加CCA…OH，为tRNA加I特有反应。 ④核酸内切酶催化进行剪切反应，剪掉内含子，由连接酶连接外显子部分。 ⑤ 化学修饰作用，如甲基化、脱氨基、还原反应。
（三）rRNA前体的加工 原核生物有 16S、23S及 5S三种 rRNA，这三种rRNA均存在于30S的rRNA前体中。转录 作用完成后，在RNaseⅢ催化下，将rRNA前体切开产生16S、25S及 5S rRNA的中间前 体。进一步在核酸酶的作用下，切去部分间隔序列，产生成熟的 16S、23S及5S rRNA， 还有成熟的 tRNA。并对16S rRNA进行甲基化修饰，生成稀有碱基。与4S rRNA加I变化 不大。 真核生物的核蛋白体中有18S、5。8S及5S rRNA。 5SrRNA自己独立成体系，在成熟过程 中加工甚少，不进行修饰和剪切。 45S rRNA前体中包含有 18S、5。8S及 28SrRNA。在 加工过程中，分子广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。甲基化作用多发生于核 糖上，较少在碱基上。随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5。8S、28S rRNA。
三、核酶 具有催化活性的RNA现称为“核酶”。 核酶作用方式较简单，归纳起来主要有以下几种类型：①剪切型，这类核酸能催化自身RNA 或异体RNA分子剪掉一段核苷酸片段，其催化功能相当于内切核酸酶的作用。②剪接型，这 类核酶催化自身RNA进行化学反应，首先切去自身RNA内一个核苷酸片段，再将剩余的两 个片断连接起来；相当于内切核酸酶及连接酶的联合作用。③其他类型，如核苷酸转移，脱 磷酸作用。 核酶的酶活性种类：①核苷酸转移作用。②磷酸二酯键水解作用。③磷酸转移反应催化作 用。④脱磷酸作用。⑤限制性内切酶作用。 核酶的意义：①RNA可作为生物催化剂。②打破了只有蛋白质才能有酶催化作用。③为进化 先有核酸、先有RNA提供证据。④可用于制药和临床治疗。
四、RNA的复制 病毒RNA进入宿主细胞后，还可进行复制，即在RNA指导的RNA聚合酶催化进行RNA合成反应。 RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5′向3′方向进行RNA链的合成。RNA复制 酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病 毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。 病毒RNA复制的几种方式 （1）含正链RNA（＋）的病毒（例如，噬菌体Q）：（＋）RNA充当mRNA，合成蛋白 （＋）RNA为模板，复制，合成（…）RNA，再以（…）RNA为模板合成（＋）RNA 组装成病毒颗粒。 （2）含负链RNA（…）的病毒（例如狂犬病）：由（…）RNA合成（＋）RNA，再由（＋）RNA合成蛋 白质、（…）RNA，组装成病毒。 （3）含双链RNA的病毒（例如呼肠孤病毒）：以（…）RNA为模板合成（＋）RNA，以（＋）RNA为 模板合成（…）RNA和蛋白，组装病毒颗粒。 （4）逆转录病毒（例如白血病毒）：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成RNA，翻译蛋白质。
★真核生物与原核生物蛋白质合成的异同1。mRNA 真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核输入胞浆，投入蛋白质合成；而原核生物的mRNA常在合成尚未结束时，已开始翻译。真核生 物mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形式的“帽”，有由多聚腺苷酸形成的“尾”，为单顺反子，只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的启动点，一个合成的终点；而原核 生物的mRNA为多顺反子，含有蛋白质合成多个启动点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾” 的结构。在5′端方向启动信号的上游存在富含嘌呤的SD区段。真核生物的mRNA则无此区 段。真核生物的mRNA代谢较慢，哺乳类动物mRNA的半衰期为4～6h，而细菌的mRNA 半衰期仅在1～3min。此外真核生物的mRNA前体常含有插入顺序，即内含子，需要在加 工时切除。 2。核蛋白体 真核生物的核蛋白体（80S）大于原核生物。小亚基为 40S含有一种 rRNA（18S rRNA）； 大亚基为60S，含有 3种rRNA（28S rRNA、5。5S rRNA和 5S rRNA），所含的核蛋白体 蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16SrRNA的3′末端有一富含嘧啶的区段，可与其 mRNA启动部位富含嘌呤的SD区互补结合。在真核生物相应的rRNA（18S rRNA）中，无 此互补区。 3。tRNA 真核生物起着启动作用的氨基酸tRNA为不需要甲酰化的Met－tRNAfMet而原核生物中为 fMet…tRNAfMet，系Met－tRNAfMet经蛋氨酰tRNA转甲酰基酸催化后的产物。 4。合成过程 （1）启动。真核生物的启动因子（eIF）有9…10种，真核生物核蛋白小亚基先与Met－ tRNAfMet结合，再与mRNA结合，此时需要一分子ATP。 （2）肽链延长。真核生物中催化氨基酸tRNA进入受体的延长因子只有一种（EFT1）。催 化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。 （3）终止。真核生物只需一种终止因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子，并需 要三磷酸鸟苷。原核生物的终止因子有3种。 此外，哺乳动物类等真核生物线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的蛋白合成 体系，以合成线粒体的某些多肽。该体系类似原核生物蛋白合成体系。
（四）翻译后加工 1。高级结构的修饰 肽链释放后可自行根据其一级结构的特征折叠、盘曲成高级结构。此外，高级结构的修饰还 �
