RNA转录后的加工与修饰

.转录后第二节RNA的加工和修饰无论是原核生物还是真核生物，rRNAs都是用更复杂的初级转录本合成的，然后加工成成熟的RNA分子。但是，大部分原核转录和翻译同时进行，并在mRNA开始的DNA中合成，核蛋白附着在mRNA上，并以此为模板合成蛋白质，因此原核细胞的mRNA没有特殊的转录后处理过程，真核转录和翻译在时间和空间上完成，新转录的mRNA是分子较大的前体，即细胞内的RNA不均匀。HnRNA分子中只有大约10%转换成成熟的mRNA，其余的在转录处理过程中分解。(a) mRNA加工变形在原核生物中转录而产生的mRNA，是由多个纯反分子(多个结构基因)使用共同启动子和共同终止信号在整个企业中生成mRNA，因此这个mRNA分子编码了几种不同的蛋白质。例如，乳糖操纵子的z，y，a基因，能让整个企业产生的mRNA通过酶和乙酰转移酶翻译三种酶，即半乳糖。由于原核生物没有核模型，因此转录和翻译是连续的，往往转录没有完成，翻译已经开始，因此在原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后处理变形过程。真核生物转录生成的mRNA是单个纯反分子，即一个mRNA分子只为一个蛋白质分子编码的。真核生物mRNA的加工概况主要包括5 端和3 端的修改，中间部分的修剪等。1.在“5”的末尾戴帽子成熟的真核生物mRNA在其结构的5 端有一个m7G-PPNmN结构，叫做甲基鸟苷。如图17-9所示。鸟粪通过5-5 的疲劳磷酸连接到第一次转录物的5 端。鸟苷的第七个碳原子甲基化，产生m7G-PPNmn时，如果该帽子附着m7G-PPNmN，则m7G-PPNmN也甲基化，m7g-ppnm称为“帽1”，如果5 端N1和N2处的两个核糖都甲基化，则m7G从真核生物帽结构形成的复杂性来看，生物进化越高，帽子结构就越复杂。图17-9 post-transcriptional modification of mrna showing the 7-methyl guanosine cap and poly-a tail。真核生物mRNa 5末端帽子结构的重要性在于mRNA开始翻译所需的结构，并提供核糖体识别mRNA的信号。这种帽子结构可以提高mRNa的稳定性，保护mRNA免受5 外切力的攻击。2.3 的末端有尾巴大部分真核mRNA具有位于3 末端的多聚尾巴(a)，多聚尾巴(a)大约为200bp。多聚(a)化条未被DNA加密，转录后添加到细胞核。聚合酶催化，这种酶添加了mRNa的玻璃3-OH端和大约200个a残基。据悉，近年来，大部分真核基因的3 端有mRNa 3-端和波雅尾的信号AATAA序列。通过核酸酶在该信号下游10-15碱基上切断磷酸二酯键，在聚合酶催化下，在3-OH上分别引入了100-200个a碱基。对波利亚尾巴的功能问题，尽管进行了非常广泛的探索，但还不完全明确。有人推测，多利亚可能与从核向细胞质传递mRNA有关，但没有多亚斯巴的mRNA(例如多宁mRNA)也通过核膜流入细胞质。有人认为，该结构对真核mRNA的翻译效率有一定作用，能稳定mRNA结构，维持一定的生物半衰期。3.mRNA前体(hnRNA)接头原核生物的结构基因是连续编码序列，真核生物基因通常被编码一个蛋白质分子的核苷酸序列分为多个插入片段，真核生物结构基因中的整合素数量是非常小的蛋白质，例如胰岛素，它的结构基因中只有两个整合素，其结构基因中可能有数十个整合素，是非常大的蛋白质。经过复杂过程后，修剪实体以连接有符号的有意义的核苷酸片段(Extron外圈也称为Extron(埃克森)(图17-10)。图17-10 primary polymerase 11 transcript of a eukaryote gene showing(a)introds after capping and addition of polya tail。(b)excision of introds to form the mature mrna is called splicing。真核生物在结构基因中包含具有可表达活性的外显子和无表达活性的内含子，但内含子序列下没有意义。参与基因表达调控的很多基因中的整合素在转录时转录到埃克森和内含子(hnRNA)上，这一事实越来越被实验证明。在细胞核中，hnRNA起连接作用，首先通过核酸内切酶作用切割人体。接着，根据连接体作用，连接excon的各个部分，使其成为成熟的mRNA。这是一个代表性的转录和加工过程，具有剪接(-干扰素)基因，图17-11等几种基因的hnRNA不需要起到剪接的作用。图17-11鸡蛋白蛋白基因转录和加工过程图中外是1、2、3、4.以表示，人体是a、b、c、d.以表示MRNA的结合要在接合部位有识别接合的保守性强的一致性顺序，分析100多种真核细胞基因，表明外源和内源接合部位的碱基序列有一定的规律(见表17-4)。表17-4包含包含内部元素的转录产物的连接处的碱基顺序基因区exonIntroexon鸡蛋白蛋白内部元素2Uaag球体 ACAGGUUG鸡蛋白蛋白内部元3UCAG GUAC UCAGUCUG-球蛋白内部元素1GCAG GUUG UCAGGCUG-球蛋白内部元素2CAGG GUGA ACAGUCUCIg内含子1UCAG GUCA GCAGGGGCSV40病毒早期t抗原UAAG GUAA Uucauuc在表中划线的碱基对连接识别有重要作用，如果兔子-球蛋白连接部位的GT改变为AT，连接反应就会受到影响。MRNA前体拼写机制图17-12 the RNA splicing mechanism . RNA splicing is catalyzed by a splice osome formed from the assembly of u1，U2，u5，And snrnpsafter assembly of the spliceosome，The reaction occures in two sp EPS : in step 1 The branch-point a nucle otide in The intro n sequencethe cut 5 end of the intro n sequence thereby becomes covalent ly linked to this a nucle otide，Forming the branched nucleotide shown in figure 8-in step 2 the 3-oh end of the first exon sequence，which was created in the first step，Adds to the beginning of the second exon sequencethe two exon sequences are thereby joined to each other and the intro n sequence is released ad a ribbon sone。these splicining reactions occur im the nucleus And gengerate mrna molerules from primary RNA transcripts(mrna preurst or moleges)。MRNA剪接反应要求细胞核中的小分子RNA参与蛋白质和形成的复合体，SnRNA分别命名为U1，U2，U3，U4，U5，U6RNA。SnRNA的U2RNA在内部元素的右端与连接部位附近的UACUAA形成了高水平互补的环状结构，如图17-12所示。图17-13 mech anim of mrna splicing . note that，for clarity，the process is shown in two stagesenergy is not required for the process since transesterification reactions are invlved。真核生物mRNA前体在连接过程中也形成套索一样的结构，内含子序列中经常有一个部位的腺苷酸残基自动攻击内含子5端和埃克森1端连接的磷酸二酯键，切断了阿普1，腺苷酸原是通过3 ，5-磷酸二酯键连接的相邻两个核苷酸残基和这3 无论接头过程如何，接头都必须非常精确。否则，可能会发生遗传信息传递障碍，合成的蛋白质失去正常功能。我国南部广阔的地区是-地中海贫血高的地区，因为-球蛋白链的合成部分或完全被抑制而产生的血红蛋白疾病。实验结果表明，-球蛋白基因源1中核苷酸的点突变改变了正常连接部分的基本顺序，造成了错误部分的连接。加工好的mRNA可以翻译，但产物不是正常的-球蛋白，结果导致了血红蛋白级结构和功能的改变。(b) rRNA转录后处理原核rRNA转录后处理，包括以下方面：rRNA前体切割为一定链长度的rRNA分子，例如大肠杆菌rnasiii、rnrnamen等；rRNA转化转化转化酶催化的碱。rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大大小小的亚单位(见图17-14)图17-14大肠杆菌rRNA前体加工真核生物rRNA前体比原核生物大，哺乳动物的第一转录产物为45s，下等真核生物的rRNA前体为38s，真核生物5sRNA前体独立于其他3个rRNA基因而转录(图17-15)。图17-15真核rRNA前体加工真核生物rRNA前体包含插入顺序，rRNA前体形成成熟的rRNA需要结合反应。例如，沙漠虫的rRNA前体连接是没有酶的催化剂自动连接过程。膜基因组内26srRNA编码的区域有413bp的插入顺序。此插入序列可以从rRNA灯泡中去除而不消耗能量。用SDS煮沸，使用蛋白酶外显子等破坏酶活性的方法不能破坏连接活性，但Mg2和鸟嘌呤核苷酸在反应中是必需的。利用32P-GTP进行的追踪实验开始于GTP在插入顺序5 端发生亲核反应的同时，GMP和5 端触点的切除部分形成磷酸二酯键，分离原始RNA。第二步是通过5 触点的外源3-OH和3 触点的外源5-P共享结合获得成熟的rRNA，将切割的部分变成最后一个环，形成环状结构，从5 末端去除一片15核苷酸。剩下的部分连接到399核苷酸的环产物，经过几个阶段，最后切割下19个核苷酸的线性内含子序列(L-19)，这具有催化活性，上述剪接作用是由内含子本身的催化性质决定的(图17-16)。图17-16 tetrahymena rRNA灯泡的磁性连接这种rRNA的自结合反应暗示RNA分子也有酶催化活性。这挑战了酶的化学本质蛋白质这一传统概念。这种具有酶催化活性的RNA分子被命名为核糖核酸。T.Cech和S.Altman分别是RNA的催化作用，他们的发现对理解生命的进程具有非常重要的意义。RNA催化的一级结合反应可能是第一个催化过程.为此，他在1989年共同获得了诺贝尔化学奖。锤状RNA分子有13个保守的核苷酸序列，其中碱基改变后就会失去催化活性，这在大多数Ribozymw的结构中发现了一些特征。科学家没有人工合成这种RNA分子，用于体外抗肿瘤及抗病毒实验(图17-17)。图17-17锤头结构模式(c) tRNA转录后加工变形原核和真核生物刚刚转录而产生的tRNA前体一般是无生物活性，剪切和连接碱基更正3-OH连接-需要ACC结构(图17-18)。图17-18 tRNA前体加工在tRNA剪切酶的作用下，tRNA前体被切成小的tRNA分子。大肠杆菌rnasp可以特异性地切割tRNA前体的5 侧顺序，因此这种酶称为tRNA5 成熟酶。除了RNaseP外，tRNA前体的剪切还需要3-核酸内切酶，来切割tRNA前体3端的核苷酸序列。RNaseD也是