网站首页
医师
药师
护士
卫生资格
高级职称
住院医师
畜牧兽医
医学考研
医学论文
医学会议
考试宝典
网校
论坛
招聘
最新更新
网站地图
您现在的位置: 医学全在线 > 理论教学 > 基础学科 > 生物化学与分子生物学 > 正文:RNA转录后的加工与修饰
    

RNA转录后的加工与修饰

  不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的,然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的,随着mRNA开始的DNA上合成,核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成,因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程,相反,真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的,刚转录出来的mRNA是分子很大的前体,即核内不均一RNA。hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA,其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。

  (一)mRNA的加工修饰

  原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子,即几个结构基因,利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因,转录生成的mRNA可翻译生成三种酶,即半乳糖苷酶,透过酶和乙酰基转移酶。原核生物中没有核模,所以转录与翻译是连续进行的,往往转录还未完成,翻译已经开始了,因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。

  真核生物转录生成的mRNA为单顺反子,即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。

  真核生物mRNA的加工修饰,主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。

  1.在5’端加帽

  成熟的真核生物mRNA,其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构,该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时,此时形成的帽子被称为“帽0”,如果附m7G-PPNmN外,这个核糖的第“2”号碳上也甲基化,形成m7G-PPNm,称为“帽1”,如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化,成为m7G-PPNmPNm2,称为“帽2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出,生物进化程度越高,其帽子结构越复杂。

图17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the 7-methylguanosine cap and poly-A tail.

  真核生物mRNA 5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa 做为翻译起始的必要的结构,对核糖体对mRNA的识别提供了信号,这种帽子结构还可能增加mRNA的稳定性,保护mRNa 免遭5’外切核酸酶的攻击。

  2.在3’端加尾

  大多数的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴(A),多聚(A)尾巴大约为200bp。

  多聚(A)屠巴不是由DNA编码的,而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化,该酶能识别,mRNa 的游离3’-OH端,并加上约200个A残基。

  近年来已知,在大多数真核基因的3’一端有一个AATAA序列,这个序列是mRNa 3’-端加polyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱基外切断磷酸二酯键,在polyA聚合酶催化下,在3’-OH上逐一引入100-200个A碱基。关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索,但还不完全清楚。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关,但是相当数量,的没有polyA屠巴的mRNA如组蛋白mRNA,也照样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用,并能稳定mRNA结构,保持一定的生物半衰期。

  3.mRNA前体(hnRNA)的拼接

  原核生物的结构基因是连续编码序列,而真核生物基因往往是断裂基因,即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开,一个真核生物结构基因中内含子的数量,往往与这个基因的大小有关,例如胰岛素是一个很小的蛋白质,它结构基因只有两个内含子,而有些很大的蛋白质,它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后,切去内元,将有编码意义的核苷酸片段(Extron外元也叫外显子)连接起来(图17-10)。医学全在线www.med126.com

图17-10 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing (a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns to form the mature mRNA is called splicing.

  真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子,也含有无表达活性的内含子,但内含子序列下是无意义的,越来越多的实验证明有许多基因中的内含子参与基因表达调控,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,而变为成熟的mRNA,这就是剪接作用,也有少数基因的hnRNA不需进行剪接作用,例如α-干扰素基因,图17-11以卵清蛋白基因为例,介绍一个典型的转录及加工过程。

图17-11 卵清蛋白基因转录及加工过程

图中外显示以1、2、3、4……表示,内含子以A、B、C、D…表示

  mRNA的拼接,需要在拼接部位有供拼接识别的保守性强的一致顺序,通过对100多种真核细胞基因的分析,发现外元和内元拼接部位部分碱基顺序有一定的规律(见表17-4)。

表17-4 含有内元的转录产物其拼接处的碱基顺序

基因区域 Exon Intron Exon
卵清蛋白内元2 UAAG GUGA ~~~~~~~ ACAGGUUG
卵清蛋白内元3 UCAG GUAC ~~~~~~~ UCAGUCUG
β-珠蛋白内元1 GCAG GUUG ~~~~~~~ UCAGGCUG
β-珠蛋白内元2 CAGG GUGA ~~~~~~~ ACAGUCUC
Igλ内含子1 UCAG GUCA ~~~~~~~ GCAGGGGC
SV40病毒早期T抗原 UAAG GUAA ~~~~~~~ UUAGAUUC

  表中划线的碱基对拼接识别有重要作用,如将的β-珠蛋白的拼接部位的GT改为AT后,拼接反应即受到影响。

  mRNA前体拼机制

图17-12 The RNA splicing mechanism.RNA splicing is catalyzed by a spliceosome formed from the assembly of U1,U2,U5,and sn RNPs(shown as green circles )plus other components (not shown).After assembly of the spliceosome ,the reaction occures in two speps:in step 1the branch-point A nucleotide in the intron sequence,which is located colse to the 3'splice site ,attacks the 5'splice site and cleaves it;the cut 5'end of the intron sequence thereby becomes covalently linked to this A nucleotide,forming the branched nucleotide shown in Figure 8-55.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 sequence,cleqving the RNA molecule at the 3'splice site;the two exon sequences are thereby joined to each other and the intron sequence is released ad a ribosone.These splicing reactions occur im the nucleus and gengerate mRNa molecules from primary RNA transcripts (mRNA precursor molecules).

  mRNA拼接反应需要有核内小分子RNA参与它们与蛋白质形成的复合物称为小核糖核蛋白颗粒,SnRNA分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和U6RNA。SnRNA中的U2RNA由与内元右端拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补,形成一个环状结构,由特定的酶来识别切除该环状结构,完成拼接过程,如图17-12所示。

图17-13 Mechanim of mRNa splicing.Note that,for clarity,the process is shown in two stages;energy is not required for the process since transesterification reactions are involved.

  真核生物 mRNA前体在剪接过程中,还可以形成套索样的结构,在内含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基,它的2’-OH可以自动攻击内含子5’端与外显子1连接的磷酸二酯键,切开了外噗子1,而腺苷酸原来已有3’,5’--磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基,加上此3’,5’-磷酸二酯键连接后,在腺苷酸处出现了一个套索,已被切下的外显子1的3’-OH攻击内含子3’末端与外显子2之间的3’,5’-磷酸二酯键,键断裂后,内含子以套索的形式被节下来,此时外显子1和外显子2可以连接起来(图17-13)。

  不论拼接过程如何,拼接必须极为精确,否则会导致遗传信息传递障碍,合成的蛋白质可能丧失其正常的功能。我国南方广大地区是β-地中海贫血的高发区,这是由于β-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所引起的一种血红蛋白病。实验表明β-珠蛋白基因元1中核苷酸的点突变改变了正常拼接部位的碱基顺序,结果造成错误部位的拼接。加工成熟的mRNA虽能翻译,但产物不是正常的β-珠蛋白,结果引起血红蛋白级结构和功能的改变。

[1] [2] [3] 下一页

关于我们 - 联系我们 -版权申明 -诚聘英才 - 网站地图 - 医学论坛 - 医学博客 - 网络课程 - 帮助
医学全在线 版权所有© CopyRight 2006-2026, MED126.COM, All Rights Reserved
浙ICP备12017320号
百度大联盟认证绿色会员可信网站 中网验证