信使rna的合成與加工,信使RNA的合成與加工

時間 2022-03-22 01:43:09

1樓:蘿莉の摯愛

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.細菌則具有複雜的多亞基結構(450kd),可識別並轉錄超過1000個轉錄單位。

3.真核生物的酶有多種,根據a-鵝膏蕈鹼(環狀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,分布於核仁,轉錄核醣體rna;聚合酶b對低濃度敏感,存在於核質,轉錄信使rna;聚合酶c位於核質,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複合物。

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,而核心酶比較恆定。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在氮飢餓時起作用。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。轉錄時區域性解鏈,轉錄後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、區域性(17bp)解鏈以及在最初兩個核苷酸間形成磷酸二酯鍵。第乙個核苷酸摻入的位置稱為轉錄起點。

起始後起始因子離開,核心酶構象改變,沿模板移動,轉錄生成雜交雙鏈(12bp)。隨後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。

錯誤機率為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鹼基對處有保守序列tataat,稱為pribnow box,有助於區域性解鏈。在其上游還有ttgaca,稱為-35序列,提供rna聚合酶識別的訊號。

三真核生物:複雜,差異較大。

1.信使rna的啟動子通常有三個保守區,-25到-30有tata框,是解鏈位置,並決定轉錄起點;-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。後兩個稱為上游因子,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乙個回文結構,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,回文區有一段富含gc對的序列,回文後有寡聚尿苷。

2.依賴ρ的終止子,必須在有ρ因子時才能發揮作用,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,並使酶脫離。

三某些因子可使酶越過終止子繼續轉錄,稱為通讀。常見於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,使發生通讀以表達晚期基因。

六、轉錄的調控

一遺傳資訊的表達有時序調控和適應調控,轉錄水平的調控是關鍵環節,因為這是表達的第一步。轉錄調控主要發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,有正調節和負調節因子。阻遏蛋白的作用屬於負調控。環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路,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。 一、原核生物

一核醣體rna:大腸桿菌共有7個核醣體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醣體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核醣體rna特有成分。

5s核醣體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』成熟酶;

2.外切酶從3』修剪,除去附加順序。rna酶d是3』成熟酶;

3.3』端加上ccaoh,由轉運rna核苷醯轉移酶催化,某些轉運rna已有,切除附加序列後即露出;

4.核苷的修飾:修飾成分包括甲基化鹼基和假尿苷,修飾酶具有高度特異性。甲基化對鹼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,然後翻譯。

如核醣體大亞基蛋白與rna聚合酶的b亞基基因組成混合操縱子,轉錄後需經rna酶iii切開,各自翻譯。因為rna聚合酶的合成水平低得多,切開有利於各自的翻譯調控。較長的rna會產生高階結構,不利於翻譯,切開可改變其結構,從而影響其功能。

二、真核生物

一核醣體rna:基因拷貝數多,在幾十到幾千之間。基因成簇排列在一起,由rna聚合酶i轉錄生成乙個較長的前體,哺乳動物為45s。

核仁是rrna合成與核醣體亞基生物合成的場所。 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。

核醣體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。多數核醣體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都是後加的,還有2』-o-甲基核醣。

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』端脫去乙個磷酸,再與gtp生成5』,5』三磷酸相連的鍵,最後以s-腺苷甲硫氨酸進行甲基化,形成帽子結構。

帽子結構有多種,起識別和穩定作用。

2. 3』端加尾:在核內完成。先由rna酶iii在3』端切斷,再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。尾與通過核膜有關,還可防止核酸外切酶降解。

3. 內部甲基化:主要是6-甲基腺嘌呤,在hnrna中已經存在。可能對前體的加工起識別作用。

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。

第一步由內切酶切除插入序列,不需atp;第二步由rna連線酶連線,需要atp。

二四膜蟲核醣體rna的拼接:某些四膜蟲26s核醣體rna基因中有乙個內含子,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於第二類內含子,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。

然後內含子右端切開,兩個外顯子連線起來。通過不同的拼接方式,可形成不同的信使rna。 一、噬菌體qbrna的複製

其rna是單鏈,正鏈,侵入大腸桿菌後立即翻譯,產生複製酶的b亞基,與宿主的三個亞基(α為核醣體蛋白,γ、δ均為肽鏈延長因子)構成複製酶,進行複製。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高階結構的調控。

二、病毒rna複製的主要方式

一病毒含正鏈rna,先合成複製酶,複製後合成其他蛋白質進行裝配。如噬菌體qb及灰質炎病毒。

二病毒含負鏈和複製酶,先合成正鏈,再合成病毒蛋白和複製病毒rna。如狂犬病毒。

三病毒含雙鏈rna和複製酶,如呼腸孤病毒。先複製正鏈,再翻譯成病毒蛋白,最後合成負鏈,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 rna生物合成的抑制劑

一、鹼基類似物

有些人工合成的鹼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-巰基嘌呤進入體內後可轉變為巰基嘌呤核苷酸,抑制嘌呤核苷酸的合成。可作為抗癌藥物,**急性白血病等。

此類物質一般需轉變為相應的核苷酸才能表現出抑制作用。

二進入核酸分子,形成異常rna或dna,影響核酸的功能並導致突變。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對轉變為g-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。鳥嘌呤烷化後易脫落,雙功能烷化劑可造成雙鏈交聯,磷酸基烷化可導致dna鏈斷裂。通常有較大毒性,引起突變或致癌。

二放線菌素類:可與dna形成非共價複合物,抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素。

三嵌入染料:含有扁平芳香族發色團,可插入雙鏈dna相鄰鹼基對之間。常含丫啶或菲啶環,與鹼基大小類似,可在複製時增加乙個核苷酸,導致移碼突變。如溴乙啶。

三、rna聚合酶抑制劑

一利福黴素:抑制細菌rna聚合酶活性。

二利鏈菌素:與細菌rna聚合酶b亞基結合,抑制rna鏈的延長。

a-鵝膏蕈鹼:抑制真核生物rna聚合酶。

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