第十七章 RNA的合成與加工-王鏡巖《生物化學》第三版筆記(完美打印版)

祝大家07年生物考研取得好成績?。?！學子272646652xuezi003@163.comPAGE107第十七章RNA的合成與加工--王鏡巖《生物化學》第三版筆記(完美打印版)第十七章RNA的合成與加工第一節(jié)DNA轉錄生成RNA一、定義（一）轉錄單位（二）啟動子（promoter）（三）終止子（terminator）二、RNA聚合酶（一）酶的特性：以4種NTP為底物，需模板和鎂離子，合成方向也是5’－3’，但不需要引物。（二）酶的分類：1.噬菌體的RNA聚合酶結構簡單，是單鏈蛋白，功能也簡單。2.細菌則具有復雜的多亞基結構(450Kd)，可識別并轉錄超過1000個轉錄單位。3.真核生物的酶有多種，根據a－鵝膏蕈堿(環(huán)狀8肽，阻斷RNA延伸)的抑制作用可分為三類：聚合酶A對它不敏感，分布于核仁，轉錄核糖體RNA；聚合酶B對低濃度敏感，存在于核質，轉錄信使RNA；聚合酶C位于核質，對高濃度敏感，轉錄小分子量RNA，如轉運RNA、5SRNA等。各種RNA聚合酶都是由10-15種不同亞基組成的多亞基復合物。4.線粒體和葉綠體也有RNA聚合酶，結構簡單，能合成所有種類RNA。（三）酶的構成：大腸桿菌的全酶有5個亞基（α2ββ’ωσ），含2個鋅。β催化形成磷酸二酯鍵，β’結合模板，σ亞基稱為起始因子，可使RNA聚合酶穩(wěn)定地結合到啟動子上。ββ’ωσ稱為核心酶。σ亞基在不同菌種間變動較大，而核心酶比較恒定。酶與不同啟動子的結合能力不同，不同啟動因子可識別不同的啟動子。σ70識別啟動子共有序列，σ32識別熱休克基因，σ60在氮饑餓時起作用。σ通過隨機移動起作用，不需解鏈。（四）模板：以完整雙鏈DNA為模板，其中僅一條鏈可轉錄。轉錄時局部解鏈，轉錄后DNA重新形成雙螺旋結構，所以DNA是全保留的。三、轉錄過程分為起始、延長和終止三個階段。起始包括對雙鏈DNA特定部位的識別、局部（17bp）解鏈以及在最初兩個核苷酸間形成磷酸二酯鍵。第一個核苷酸摻入的位置稱為轉錄起點。起始后起始因子離開，核心酶構象改變，沿模板移動，轉錄生成雜交雙鏈(12bp)，隨后DNA互補鏈取代RNA鏈，恢復DNA雙螺旋結構。延伸速度為50nt/s，酶移動17nm。錯誤幾率為10-5。聚合酶到達終點時，在終止輔助因子的幫助下停止反應，酶和RNA鏈脫落，轉錄結束。四、啟動子和轉錄因子（一）定義：酶識別、結合、開始轉錄的一段DNA序列。強啟動子2秒鐘啟動一次轉錄，弱啟動子10分鐘一次。（二）原核生物：大腸桿菌在起點上游約－10堿基對處有保守序列TATAAT，稱為pribnowbox，有助于局部解鏈。在其上游還有TTGACA，稱為－35序列，提供RNA聚合酶識別的信號。（三）真核生物：復雜，差異較大。1.信使RNA的啟動子通常有三個保守區(qū)，－25到－30有TATA框，是解鏈位置，并決定轉錄起點；－75位置有CAAT框，與RNA聚合酶的結合有關；更上游還有GC框，某些轉錄因子可結合。后兩個稱為上游因子，對轉錄起始頻率有較大影響。2.小RNA的啟動子在轉錄區(qū)內部，有一些輔助因子幫助RNA聚合酶識別。五、終止子和終止因子（一）定義（二）所有原核生物的終止子在終點之前都有一個回文結構，可使酶減慢移動或暫停合成。大腸桿菌有兩類終止子：1.簡單終止子，回文區(qū)有一段富含GC對的序列，回文后有寡聚尿苷。2.依賴ρ的終止子，必須在有ρ因子時才能發(fā)揮作用，不含GC對，也無寡聚尿苷。ρ因子是蛋白質，可與酶作用，釋放RNA，并使酶脫離。（三）某些因子可使酶越過終止子繼續(xù)轉錄，稱為通讀。常見于某些噬菌體的時序控制，早期基因與晚期基因以終止子相隔，早期基因產生抗終止因子，使發(fā)生通讀以表達晚期基因。六、轉錄的調控（一）遺傳信息的表達有時序調控和適應調控，轉錄水平的調控是關鍵環(huán)節(jié)，因為這是表達的第一步。轉錄調控主要發(fā)生在起始和終止階段。（二）操縱子是細菌基因表達和調控的單位，有正調節(jié)和負調節(jié)因子。阻遏蛋白的作用屬于負調控。環(huán)腺苷酸通過其受體蛋白（CRP）促進轉錄，可促進許多誘導酶的合成。操縱子可構成綜合性調控網絡，如SOS反應等。對終止子也有調控作用，如衰減子。（三）真核生物不組成操縱子，而是通過激素、生長因子等進行調控。某些DNA序列對轉錄起增強作用，稱為增強子。第二節(jié)轉錄后加工一、原核生物（一）核糖體RNA：大腸桿菌共有7個核糖體RNA的轉錄單位，每個轉錄單位由16S、23S、5SRNA和若干轉運RNA基因組成。16S和23S之間常由轉運RNA隔開。轉錄產物在RNA酶III的作用下裂解產生核糖體RNA的前體P16和P23，再由相應成熟酶加工切除附加序列。前體加工時還進行甲基化，產生修飾成分，特別是a-甲基核苷。N4,2’-O二甲基胞苷(m4Cm)是16S核糖體RNA特有成分。5S核糖體RNA一般無修飾成分。（二）轉運RNA：有60個基因，其加工包括：1.內切酶在兩端切斷，大腸桿菌RNA酶P是5’2.外切酶從3’修剪，除去附加順序。RNA酶D是33.34.核苷的修飾：修飾成分包括甲基化堿基和假尿苷，修飾酶具有高度特異性。甲基化對堿基和序列都有嚴格要求，一般以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體。（三）信使RNA：細菌多數不用加工，轉錄與翻譯是偶聯(lián)的。也有少數多順反子信使RNA必須由內切酶切成較小的單位，然后翻譯。如核糖體大亞基蛋白與RNA聚合酶的b亞基基因組成混合操縱子，轉錄后需經RNA酶III切開，各自翻譯。因為RNA聚合酶的合成水平低得多，切開有利于各自的翻譯調控。較長的RNA會產生高級結構，不利于翻譯，切開可改變其結構，從而影響其功能。二、真核生物（一）核糖體RNA：基因拷貝數多，在幾十到幾千之間?；虺纱嘏帕性谝黄?，由RNA聚合酶I轉錄生成一個較長的前體，哺乳動物為45S。核仁是其轉錄、加工和裝配成核糖體的場所。RNA酶III等核酸內切酶在加工中起重要作用。5SRNA基因也是成簇排列的，由RNA聚合酶III轉錄，經加工參與構成大亞基。核糖體RNA可被甲基化，主要在核苷2’羥基，比原核生物甲基化程度高。多數核糖體RNA沒有內含子，有些有內含子但不轉錄。（二）轉運RNA：由RNA聚合酶III轉錄，加工與原核相似，但3’端的CCA都是后加的，還有2’-O-甲基核糖。（三）信使RNA：真核生物編碼蛋白質的基因以單個基因為轉錄單位，但有內含子，需切除。信使RNA的原初轉錄產物是分子量很大的前體，在核內加工時形成大小不等的中間物，稱為核內不均一RNA(hnRNA)。其加工過程包括：1.5’端加帽子：在轉錄的早期或轉錄終止前已經形成。首先從5’端脫去一個磷酸，再與GTP生成52.3’端加尾：在核內完成。先由RNA酶III在33.內部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已經存在?？赡軐η绑w的加工起識別作用。三、RNA的拼接（一）轉運RNA的拼接：由酶催化，酶識別共同的二級結構，而不是序列。通常內含子插入到靠近反密碼子處，與反密碼子配對，取代反密碼子環(huán)。第一步由內切酶切除插入序列，不需ATP；第二步由RNA連接酶連接，需要ATP。（二）四膜蟲核糖體RNA的拼接：某些四膜蟲26S核糖體RNA基因中有一個內含子，其拼接只需一價和二價陽離子及鳥苷酸或鳥苷存在即可自發(fā)進行。其實質是磷酸酯的轉移反應，鳥苷酸起輔助因子的作用，提供游離3’羥基。（三）信使RNA：真核生物編碼蛋白質的核基因的內含子屬于第二類內含子，左端為GT，右端為AG。先在左端切開，產生的5’末端與3’端上游形成5’,2’-磷酸二酯鍵，構成套索結構。然后內含子右端切開，兩個外顯子連接起來。通過不同的拼接方式，可形成不同的信使RNA。第三節(jié)RNA的復制一、噬菌體QbRNA的復制其RNA是單鏈，正鏈，侵入大腸桿菌后立即翻譯，產生復制酶的b亞基，與宿主的三個亞基(α為核糖體蛋白，γ、δ均為肽鏈延長因子)構成復制酶，進行復制。先以正鏈為模板合成負鏈，再根據負鏈合成正鏈。合成負鏈時需要宿主的兩個蛋白因子，合成正鏈則不需要，所以可大量合成。病毒的蛋白質合成受RNA高級結構的調控。二、病毒RNA復制的主要方式（一）病毒含正鏈RNA，先合成復制酶，復制后合成其他蛋白質進行裝配。如噬菌體Qb及灰質炎病毒。（二）病毒含負鏈和復制酶，先合成正鏈，再合成病毒蛋白和復制病毒RNA。如狂犬病毒。（三）病毒含雙鏈RNA和復制酶，如呼腸孤病毒。先復制正鏈，再翻譯成病毒蛋白，最后合成負鏈，形成雙鏈RNA分子。（四）致癌RNA病毒：如白血病病毒和肉瘤病毒，先逆轉錄生成DNA前病毒，再轉錄、翻譯。第四節(jié)RNA生物合成的抑制劑一、堿基類似物有些人工合成的堿基類似物能干擾和抑制核酸的合成。作用方式有以下兩類：（一）作為代謝拮抗物，直接抑制核苷酸生物合成有關酶類。如6-巰基嘌呤進入體內后可轉變?yōu)閹€基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的合成?？勺鳛榭拱┧幬铮委熂毙园籽〉?。此類物質一般需轉變?yōu)橄鄳暮塑账岵拍鼙憩F出抑制作用。（二）進入核酸分子，形成異常RNA或DNA，影響核酸的功能并導致突變。5-氟尿嘧啶類似尿嘧啶，可進入RNA，與腺嘌呤配對或異構成烯醇式與鳥嘌呤配對，使A-T對轉變?yōu)镚-C對。因為正常細胞可將其分解，而癌細胞不能，所以可選擇性抑制癌細胞生長。二、DNA模板功能抑制物（一）烷化劑：帶有活性烷基，能使DNA烷基化。鳥嘌呤烷化后易脫落，雙功能烷化劑可造成雙鏈交聯(lián)，磷酸基烷化可導致DNA鏈斷裂。通常有較大毒性，引起