P360  圖20-1RNA聚合酶的活性中心

核心酶覆蓋60bp的DNA區(qū)域，其中解鏈部分17bp左右，RNA-DNA雜合鏈約12bp。
純的RNA聚合酶，在離體條件下可轉(zhuǎn)錄雙鏈DNA，但在體內(nèi)，DNA的兩條鏈中只有一條可用于轉(zhuǎn)錄，這可能是由于RNA聚合酶在分離時丟失了σ亞基引起的。
解旋和重新螺旋化也是RNA聚合酶的內(nèi)在特性，在酶的前端解螺旋，在后端以相反方向重新螺旋化，活體狀況中，可能還有其它酶活性來幫助調(diào)整DNA的拓撲學(xué)性質(zhì)。
37℃時，RNA聚合酶的聚合速度可達40~100個核苷酸/秒
2、 真核生物RNA聚合酶
真核生物的轉(zhuǎn)錄機制要復(fù)雜得多，有三種細胞核內(nèi)的RNA聚合酶：RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄rRNA，RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄mRNA，RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄tRNA和其它小分子RNA。這三種RNA聚合酶分子量都在50萬左右，亞基數(shù)分別為6-15。

P362  表20-3    真核生物RNA聚合酶的分類、分布及各自的功能

動物、植物、昆蟲等不同來源的細胞，RNApolⅡ的活性都可被低濃度的α-鵝膏蕈堿抑制，而RNApolⅠ不受抑制。
動物RNApolⅢ受高濃度的α-鵝膏蕈堿抑制，而酵母、昆蟲的RNApolⅢ不受抑制。
除了細胞核RNA聚合酶外，還分離到線粒體和葉綠體RNA聚合酶，它們的結(jié)構(gòu)簡單，能轉(zhuǎn)錄所有種類的RNA，類似于細菌RNA聚合酶。
3、 噬菌體T3和T7編碼的RNA聚合酶
僅為一條分子量11KD的多肽鏈，這些聚合酶只需要識別噬菌體DNA的少數(shù)啟動子，并無選擇地與其作用，37℃時的聚合速度200nt/秒。
二、 RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程（E.coli）
P361  圖20-2
1、 起始
RNA聚合酶結(jié)合到DNA雙鏈的特定部位，局部解開雙螺旋，第一個核苷酸摻入轉(zhuǎn)錄起始位點，從此開始RNA鏈的延伸。
在新合成的RNA鏈的5’末端，通常為帶有三個磷酸基團的鳥苷或腺苷（pppG或pppA），即合成的第一個底物是GTP或ATP。
起始過程中，σ因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動子結(jié)合，σ亞基與β’結(jié)合時，β’亞基的構(gòu)象有利于核心酶與啟動子緊密結(jié)合，。
正鏈：與mRNA序列相同的兩、鏈。
負鏈：模板鏈。
轉(zhuǎn)錄起點是+1，上游是-1。
2、 延長
轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基釋放，離開核心酶，使核心酶的β’亞基構(gòu)象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動速度加快，使RNA鏈不斷延長。
轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基便從全酶中解離出來，然后nusA亞基結(jié)合到核心酶上，由nusA亞基識別序列序列。
3、 終止
RNA聚合酶到達轉(zhuǎn)錄終止點時，在終止輔助因子的幫助下，聚合反應(yīng)停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。。
由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物與終止復(fù)合物兩種形式的循環(huán)
三、 啟動子和轉(zhuǎn)錄因子
啟動子：RNA聚合酶識別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄所必需的一段DNA序列。
轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶在進行轉(zhuǎn)錄時，常需要一些輔助因子（蛋白質(zhì)）參與作用，此類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子。
足跡法和DNA測序法確定啟動子的序列結(jié)構(gòu)。
P363
（一） 原核啟動子結(jié)構(gòu)與功能
分析比較上百種啟動子序列，發(fā)現(xiàn)不同的啟動子都存在保守的共同序列，包括RNA聚合酶識別位點和結(jié)合位點。
（1）、 -10序列（Pribnow框）
在轉(zhuǎn)錄起點上游大約-10處，有一個6bp的保守序列TATAAT，稱Pribnow框。此段序列出現(xiàn)在-4到-13bp之間，每個位點的保守性在45%-100%。
頻度： T89 A89 T50 A65 A65 T100
據(jù)預(yù)測，Pribnow框中，一開始的TA和第6位最保守的T在結(jié)合RNA聚合酶時起十分重要的作用。
目前認為，Pribnow框決定轉(zhuǎn)錄方向。酶在此部位與DNA結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，Pribnow框中DNA序列在轉(zhuǎn)錄方向上解開，形成開放型起始結(jié)構(gòu)，它是RNA聚合酶牢固的結(jié)合位點，是啟動子的關(guān)鍵部位。
RNA聚合酶的結(jié)合，誘導(dǎo)富含AT的Pribnow框的雙鏈解開，然后進一步擴大成17個核苷酸長度的泡狀物，在泡狀物中RNA聚合酶從模板鏈開始轉(zhuǎn)錄RNA產(chǎn)物。
（2）、 -35序列（Sexfama box）（識別區(qū)域）
只含-10序列的DNA不能轉(zhuǎn)錄，在-10序列上游還有一個保守序列，其中心約在-35位置，稱為-35序列，此序列為RNA酶的識別區(qū)域。
各堿基出現(xiàn)頻率如下：T85 T83 G81 A61 C69 A52 ，其中TTG十分保守。
-35序列的功能：它是原核RNA聚合酶全酶依靠σ因子的初始識別位點。因此，-35序列對RNA聚合酶全酶有很高的親和性。-35序列的核苷酸結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了啟動子的強度，RNA聚合酶易識別強的啟動子。
-35序列提供RNA聚合酶識別信號，
-10序列有助于DNA局部雙鏈解開，
啟動子結(jié)構(gòu)的不對稱性決定了轉(zhuǎn)錄的方向。
P364  圖20-4  原核型啟動子的結(jié)構(gòu)
（二） 真核啟動子
真核基因的轉(zhuǎn)錄十分復(fù)雜，對啟動子的分析要比原核基因的困難得多。
真核生物有三種RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分別轉(zhuǎn)錄rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA，這三類聚合酶的啟動子各有其結(jié)構(gòu)特點。
1、 RNA聚合酶Ⅱ的啟動子
RNA聚合酶Ⅱ的啟動子有三個保守區(qū)：
（1）、 TATA框（Hogness框）
中心在-25至-30，長度7bp左右。
堿基頻率：T82 A97 A85 A63 （T37 ）A83 A50（T37 ）（全為A-T，少數(shù)含有一個G-C對）。
此序列功能：使DNA雙鏈解開，并決定轉(zhuǎn)錄的起點位置，失去TATA框，轉(zhuǎn)錄將可能在許多位點上開始。
TATA框的改變或缺失，直接影響DNA與酶的結(jié)合程度，會使轉(zhuǎn)錄起始點偏移，因此，TATA是絕大多數(shù)真核基因正確表達所必需的。
由于RNA聚合酶分子有相對固定的空間結(jié)構(gòu)，同此框的結(jié)合位點和轉(zhuǎn)錄反應(yīng)催化位點的距離，決定了起始位點的正確選擇。啟動子特定序列和酶的正確結(jié)構(gòu)，這兩者把酶置于一種正確的構(gòu)象中，決定了識別的正確性和轉(zhuǎn)錄起始的正確性。
（2）、 CAAT框
中心在-75處，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT
功能：與RNA聚合酶結(jié)合。
（3）、 GC框
在CAAT框上游，序列GGGCGG，與某些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。
CAAT和GC框均為上游序列，對轉(zhuǎn)錄的起始頻率有較大影響。
2、 RNApolⅢ的啟動子
RNApolⅢ的啟動子在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)部。
P365圖20-5   由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的三個基因的啟動子
四、 終止子和終止因子
終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號的一段DNA序列。
終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識別終止子的蛋白質(zhì)輔助因子。
有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子。
終止子位于已轉(zhuǎn)錄的序列中，DNA的終止子可被RNA聚合酶本身或其輔助因子識別。
P366圖20-6
1、 大腸桿菌中的兩類終止子
P366圖20-6
所有原核生物的終止子在終止點之前都有一個回文結(jié)構(gòu)，它轉(zhuǎn)錄出來的RNA可以形成一個頸環(huán)式的發(fā)莢結(jié)構(gòu)。
（1）、 不依賴于ρ的終止子（簡單終止子）
簡單終止子除具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)外，在終止點前有一寡聚U序列，回文對稱區(qū)通常有一段富含GC的序列。
寡聚U序列可能提供信號使RNA聚合酶脫離模板。
（2）、 依賴ρ的終止子
依賴ρ的終止子，必需在ρ因子存在時，才發(fā)生終止作用。終止點前無寡聚U序列，回文對稱區(qū)不富含GC。
ρ因子是55KD的蛋白質(zhì)，可水解三磷酸核苷。
2、 抗終止作用
通讀往往發(fā)生在強啟動子、弱終止子的基因上。
抗終止作用常見于某些噬菌體的時序控制。早期基因于后基因之間以終止子相隔開，通過抗終止作用可以打開后基因的表達。
λ噬菌體前早期（immediate early）基因的產(chǎn)物N蛋白就是一種抗終止因子。它與RNA聚合酶作用使其在左右兩個終止子處發(fā)生通讀，從而表達晚早期（delayed early）基因。晚早期基因的產(chǎn)物Q蛋白也是一種抗終止因子，它能使晚早期基因得以表達。
五、 轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)控制
參閱P367轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)控制、P450基因表達的調(diào)節(jié)

基因的表達是受到嚴格的調(diào)節(jié)控制的，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要發(fā)生在起始和終止階段。
時序調(diào)控：生長、發(fā)育、分化、時間程序。
適應(yīng)調(diào)控：細胞內(nèi)外環(huán)境改變�？晌挥诨�因的上游或下游區(qū)或內(nèi)含子中。
操縱子：原核生物基因表達的協(xié)調(diào)單位，包括結(jié)構(gòu)基因、調(diào)節(jié)基因及由調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物所識別的控制序列（啟動子、操縱基因）。
增強子：真核生物、病毒的基因組內(nèi)，對轉(zhuǎn)錄起增強作用的一段DNA序列。它具有長距離效應(yīng)，與方向無關(guān)，只作用于同一條DNA鏈上的啟動子。
轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控取決于調(diào)節(jié)因子（RNA或蛋白質(zhì)）與啟動子、增強子、終止子之間的相互作用。
（一） 原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控
1、 操縱子模型
調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物可以是負調(diào)節(jié)物（如阻遏蛋白），也可以是正調(diào)節(jié)物，它們與操縱基因作用，關(guān)閉或打開結(jié)構(gòu)基因的表達
2、 cAMP能促進許多原核生物的基因表達
cAMP可以活化環(huán)腺苷酸受體蛋白（cAMP receptor  protein，CRP），CRP作為一種廣譜性的正調(diào)節(jié)物，結(jié)合于被調(diào)控的啟動子上，促進RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，從而促進轉(zhuǎn)錄的進行。
葡萄糖效應(yīng)：培養(yǎng)基中葡萄糖含量較高時，細菌首先利用葡萄糖，阻遏利用其它底物的酶類的合成。
原因：葡萄糖的降解物可以抑制腺苷酸環(huán)化酶的活力，并激活磷酸脂酶，因而降低cAMP的水平，使這些酶的基因不能轉(zhuǎn)錄。
因此，CRP又稱降解物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）。受cAMP-CRP調(diào)節(jié)的操縱子（既代謝降解物敏感的操縱子）包括許多負責(zé)糖類分解代謝的誘導(dǎo)性啟動子，如乳糖操縱子，半乳糖操縱子。，阿拉伯糖操縱子等，以及負責(zé)氨基酸合成代謝的可阻遏的操縱子，如Ile-Val操縱子（iLV）。
調(diào)節(jié)子：受一種一種調(diào)節(jié)蛋白所控制的幾個操縱子系統(tǒng)，這些操縱子通常都屬于同一個代謝途徑或與同一種功能有關(guān)。
綜合性調(diào)節(jié)子：一種調(diào)節(jié)蛋白控制幾個不同代謝途徑的操縱子，如cAMP-CRP對各種分解代謝和合成代謝的調(diào)控系統(tǒng)。
3、 衰減子的調(diào)控作用
（二） 真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控
第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄后的加工
RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過剪切、修飾、拼接等過程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子，此過程稱RNA轉(zhuǎn)錄后的加工。
（1）、 原核、真核的tRNA、rRNA（穩(wěn)定的RNA）
細胞內(nèi)的tRNA、rRNA相對穩(wěn)定，半衰期一般為幾個小時。所有的tRNA、rRNA都不是原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，都要經(jīng)過一系列的加工才能成為有活性的分子。
a. 原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5’是三磷酸（pppG、pppA），而成熟的tRNA、rRNA ，5’是單磷酸。
b. 成熟 tRNA、rRNA分子都比原初轉(zhuǎn)錄物小。
c. 所有的tRNA分子，都有原初轉(zhuǎn)錄物所沒有的稀有堿基（A、G、C、U以外的堿基）。
（2）、 真核的mRNA
單順反子，多內(nèi)含子。壽命比原核mRNA的長。
內(nèi)含子、內(nèi)元（intron）：在原初轉(zhuǎn)錄物中，通過RNA拼接反應(yīng)而被去除的RNA序列，或基因中與這種序列對應(yīng)的DNA序列。
外顯子、外元（exon）：原初轉(zhuǎn)錄物通過RNA拼接反應(yīng)后，而保留于成熟RNA中的序列，或基因中與成熟RNA對應(yīng)的DNA序列。
（3）、 原核mRNA
多順反子，半衰期只有幾分鐘。這是原核生物重要的調(diào)控機制，如果一種酶或蛋白質(zhì)不再需要時，只需簡單地關(guān)閉其mRNA的合成就行了。

一、 原核生物RNA的加工
在原核生物中，rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子，可提高效率、節(jié)省空間（增加有效信息）。其它的tRNA基因也成簇存在，并與編碼蛋白質(zhì)的基因組成操縱子，它們在形式多順反子轉(zhuǎn)錄物后，斷裂成為rRNA和tRNA的前體，然后進一步加工成熟。
1、 原核rRNA前體的加工（E.coli）
P 370圖20-7    E.coli rRNA前體的加工

E.coli共有三種rRNA
5S rRNA      120b
16S rRNA     1541b
23S rRNA     2904b
rRNA原初轉(zhuǎn)錄物含6300個核苷酸，約30S。
大腸桿菌有7個rRNA的轉(zhuǎn)錄單位（操縱子），它們分散在基因組的各處。每個轉(zhuǎn)錄單位由16SrRNA、23SrRNA、5SrRNSA以及一個或幾個tRNA基因所組成。每個操縱子中tRNA基因的種類、數(shù)量和位置都各不相同。

RNAaseⅢ是一種rRNA、多順反子mRNA加工的內(nèi)切酶，識別特定的RNA雙螺旋區(qū)。
RNAase E也可識別P5（5SrRNA前體）兩端形成的雙螺旋區(qū)。
2、 原核tRNA前體的加工
  P371圖20-8

E.coli染色體基因組有60個tRNA基因，即某種a.a.的tRNA基因不止一個拷貝。
tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA基因，或與蛋白質(zhì)基因組成混合轉(zhuǎn)錄單位。
tRNA前體加工步驟
a. 核酸內(nèi)切酶(RNAaseP、RNAaseF)在tRNA兩端切斷。
b. 核酸外切酶(RNAaseD)從3’端逐個切去附加序列。
c. 在tRNA3’端加上-CCA-OH。tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶
d. 核苷的修飾（修飾酶）：甲基化酶 / S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。
（1）、 RNAase P
能識別空間結(jié)構(gòu)，很干凈地切除tRNA前體的5’端。
含有蛋白質(zhì)和RNA（M1 RNA）兩部分。M1 RNA含375nt，在某些條件下，（提高[Mg2+]、或加入胺類），RNAase P的RNA能單獨地切斷tRNA前體的5’端序列。
（2）、 RNAaseF
不干凈地切除tRNA前體的3’端序列，需要RNAase D進一步修剪。
3、 原核mRNA前體的加工
由單順反子構(gòu)成mRNA，一般不需加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄，即可直接進行翻譯。有些多順反子構(gòu)成的mRNA，須由核酸內(nèi)切酶切成較小的mRNA，然后再進行翻譯。
例：核糖體大亞基蛋白L10、L7、L12與RNA聚合酶β、β’亞基的基因組成混合操縱子。
它在轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA后，由RNAaseⅢ將核糖體蛋白質(zhì)基因與聚合酶亞基基因的mRNA切開，然后各自翻譯。
該加工過程的意義：可對mRNA的翻譯進行調(diào)節(jié)，核糖體蛋白質(zhì)的合成必須適應(yīng)于rRNA的合成水平，而細胞內(nèi)RNA聚合酶的合成水平則要低得多。兩者切開，有利于各自的翻譯調(diào)控。
二、 真核生物RNA的加工
真核rRNA、tRNA前體的加工過程與原核的很相似，但mRNA的加工過程與原核的有很大不同。
1、  真核rRNA前體的加工
真核生物核糖體的小亞基含：16-18S rRNA，大亞基含：26-28S r RNA、5S rRNA、5.8S rRNA（特有）。
真核rRNA基因拷貝數(shù)較多，幾十至幾千個之間。
真核rRNA基因也成簇排列在一起，18S、5.8S、28S rRNA基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開，由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄生成一個長的rRNA前體。5SrRNA基因也成簇排列，間隔區(qū)不被轉(zhuǎn)錄，由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄后經(jīng)適當(dāng)加工。
哺乳動物：45SrRNA前體，含18S、5.8S、28S rRNA
果蠅：38SrRNA前體，含18S、5.8S、28S rRNA
酵母：37SrRNA 前體，17S、5.8S、26S rRNA
rRNA在成熟過程中可被甲基化，位點主要在核糖2’-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，約1-2%的核苷酸被甲基化。醫(yī)學(xué)全在線 m.52667788.cn
真核生物的核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場所，大、小亞基分別組裝后，通過核孔轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中參與核糖體循環(huán)。
2、 真核tRNA前體的加工
真核tRNA基因的數(shù)目比原核tRNA的要多的多。例如，E.coli有60個tRNA基因，啤酒酵母250個，果蠅850個，爪蟾1150個，人1300個。
真核tRNA基因也成簇排列，被間隔區(qū)分開，tRNA基因由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄。
真核tRNA前體的剪切、修飾過程與原核相似。
3、 真核生物mRNA前體的加工
mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hn RNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。
hnRNA半壽期很短，比細胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時。而細胞質(zhì)mRNA的半壽期為1-10小時，神經(jīng)細胞mRNA最長可達數(shù)年。
hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過程主要包括：
a. 5’末端形成帽子結(jié)構(gòu)
b. 3’末端切斷并加上polyA
c. 剪接除去內(nèi)含子對應(yīng)的序列
d. 甲基化
（1）、 5’末端加帽
反應(yīng)步驟P 374

RNA三磷酸酶，mRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶，mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶，mRNA（核苷-2’）甲基轉(zhuǎn)移酶。
由于甲基化的程度不同，有三種類型的帽子：CAP O型，CAP I型，CAP II型。

★5’帽子也出現(xiàn)于hnRNA，說明加帽過程可能在轉(zhuǎn)錄的早期階段或轉(zhuǎn)錄終止前就已完成。
★5’帽子的功能
a. 在翻譯過程中起信號識別作用，協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合，使翻譯從AUG開始。
b. 保護mRNA，避免5’端受核酸外切酶的降解。
（2）、 3’端加polyA
hnRNA鏈由RNAaseⅢ切斷，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP為供體。
加尾信號：AATAAA、YGTGTGYY（Y為嘧啶）。
高等真核生物和病毒的mRNA在靠近3’端區(qū)都有一段非常保守的序列AAUAAA，這一序列離多聚腺苷酸加入位點的距離在11-30nt范圍之內(nèi)。
核內(nèi)hnRNA的3’端也有多聚腺苷酸，表明加尾過程早在核內(nèi)已經(jīng)完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略長，平均150-200nt。
polyA的功能
a. 防止核酸外切酶對mRNA信息序列的降解，起緩沖作用。
b. 與mRNA從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)有關(guān)。
3’脫氧腺苷（既冬蟲夏草素）是多聚腺苷酸化的特異抑制劑，但它不抑制hnRNA的轉(zhuǎn)錄。
（3）、 mRNA甲基化
某些真核mRNA內(nèi)部有甲基化的位點，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。
三、 RNA的拼接和催化作用（內(nèi)含子的切除）
多數(shù)真核基因是斷裂基因，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過拼接，去除內(nèi)含子，使編碼區(qū)（外顯子）成為連續(xù)序列。
有些內(nèi)含子可以催化自身的拼接（self-splicing）,有些內(nèi)含子需要在有關(guān)酶的作用下才能拼接。
1、 tRNA前體的拼接
酵母tRNA約有400個基因，有內(nèi)含子的基因約占1/10，內(nèi)含子長度14-46bp，沒有保守性。
切除內(nèi)含子的酶識別的是tRNA的二級結(jié)構(gòu)，而不是什么保守序列。
拼接過程：
第一步切除內(nèi)含子，第二步RNA連接酶將兩個tRNA半分子連接。
P375圖20-9酵母tRNAPhe及其前體的結(jié)構(gòu)
P376圖20-10酵母和植物tRNA前體的拼接過程

2、 四膜蟲rRNA前體的自我拼接
四膜蟲35S rRNA前體，經(jīng)加工可以生成5.8S 、17S和26SrRNA。
某些品系的四膜蟲在其26SrRNA基因中有一個內(nèi)含子，35S rRNA前體需要拼接除去內(nèi)含子。該拼接過程只需一價和二價陽離子和鳥苷酸(提供3’-OH)，無需能量和酶。

P377圖20-11四膜蟲rRNA的拼接
3、 mRNA前體的拼接
真核生物所有編碼蛋白質(zhì)的核結(jié)構(gòu)基因，其內(nèi)含子的左端均為GT，右端均為AG。此規(guī)律稱GT-AG規(guī)律（對于mRNA就是GU-AG，此規(guī)律不適合于線粒體、葉綠體的內(nèi)含子，也不適合于tRNA和某些rRNA的核結(jié)構(gòu)基因）

酵母核基因的內(nèi)含子在靠近3’端還有一個保守序列，與5’端序列互補，稱為TACTAAC box，也與拼接有關(guān)。
真核細胞內(nèi)存在許多種類的小分子RNA，大小在100-300nt，有些由聚合酶III轉(zhuǎn)錄，有些由聚合酶II轉(zhuǎn)錄。
核內(nèi)小RNA（snRNA）主要存在于核內(nèi)，細胞質(zhì)小RNA（scRNA）主要存在于細胞質(zhì)。
重要的snRNA有U系列snRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。U系列snRNA通常都與多肽或蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖核蛋白顆粒（RNP）。U-snRNA參與hnRNA的拼接過程。U3-snRNA與rRNA前體的加工有關(guān)，U1、U2、U4、U5、U6可能都與hnRNA的加工有關(guān)。

P378 圖20-12    U1-snRNA的5’端序列與hnRNA內(nèi)含子拼接處的序列互補

P379圖20-13     hnRNA的拼接過程
真核生物編碼蛋白質(zhì)的核基因的內(nèi)含子屬于II類內(nèi)含子（反式剪接）
四、 RNA的催化功能  P377
1、 I類內(nèi)含子的自我剪接（順式剪接）
I類內(nèi)含子包括四膜蟲rRNA的內(nèi)含子，幾種酵母線粒體的內(nèi)含子，噬菌體T4胸苷酸合成酶的內(nèi)含子等。這些內(nèi)含子有較大的同源性，可自我拼接。
1981，Cech（美國），四膜蟲rRNA前體（約6400nt）能自動切除413個nt的內(nèi)含子，然后加工生成5.8S、17S、26S rRNA。
1984，Apirion（美國），噬菌體T4的RNA可以在沒有蛋白質(zhì)參與下自我斷裂，由215nt前體鏈切下76nt 。
2、 獨具催化活性的小分子RNA
1984，Altman，Pace（美國），細菌加工tRNA前體的酶—RNAase P中的M1RNA（375nt）在高濃度的Mg2+或胺類存在時能單獨切下tRNA前體的5’端。
1，4-α葡聚糖分支酶中的RNA（31nt）也單獨具有分支酶活力。
真核的U-snRNA催化rRNA前體、hnRNA前體的加工。
第三節(jié) RNA的復(fù)制
有些RNA病毒，進入寄主細胞后，借助復(fù)制酶而進行RNA病毒的復(fù)制。
從感染RNA病毒的細胞中可以分離出RNA復(fù)制酶，這些RNA復(fù)制酶的模板特異性很強，只識別病毒自身的RNA，它以病毒RNA為模板，合成與模板性質(zhì)相同的RNA。
一、 噬菌體QβRNA的復(fù)制
噬菌體Qβ：直徑20nm，正十二面體，含30%RNA，其余為蛋白質(zhì)，單鏈RNA，4500個核苷酸，編碼3-4個蛋白質(zhì)。
結(jié)構(gòu)：5’端——成熟蛋白（A或A2蛋白）——外殼蛋白（或A1蛋白）——復(fù)制酶β亞基——3’端
Qβ復(fù)制酶：αβγδ四個亞基，只有β是自己編碼，其余三個亞基來自寄主細胞。

P380   表20-4   Qβ復(fù)制酶亞基的性質(zhì)和功能

進入E.coli細胞后，其RNA即為mRNA，可以直接合成與病毒繁殖有關(guān)的蛋白質(zhì)（復(fù)制酶β亞基）。
QβRNA的復(fù)制過程：
P381  圖20-14噬菌體QβRNA的復(fù)制過程：
在Qβ特異的復(fù)制酶合成并裝備好后就開始病毒RNA的復(fù)制。

QβRNA翻譯和復(fù)制的自我調(diào)節(jié)：
P381圖20-15
QβRNA的高級結(jié)構(gòu)（尤其是雙螺旋區(qū)的結(jié)構(gòu)）參與翻譯的調(diào)節(jié)控制：
（1） 只有剛復(fù)制的QβRNA，成熟蛋白基因才能翻譯。
（2） 核糖體能直接啟動外殼蛋白基因的翻譯
（3） 復(fù)制酶β亞基基因只有在外殼蛋白合成時雙鏈打開才能進行翻譯。

QβRNA的翻譯、復(fù)制受寄主細胞調(diào)節(jié)，以正鏈RNA為模板復(fù)制負鏈RNA時，另需寄主細胞的HFⅠ和HFⅡ因子。而以負鏈RNA 為模板復(fù)制正鏈RNA時，不需這兩個因子，感染后期大量合成的是正鏈RNA。

二、 病毒RNA復(fù)制的主要方式
1、 正鏈RNA病毒（mRNA）：噬菌體Qβ、灰質(zhì)炎病毒等。
進入寄主細胞后，利用寄主的翻譯系統(tǒng)，首先合成復(fù)制酶及有關(guān)的蛋白質(zhì)，然后進行病毒RNA的復(fù)制，最后由病毒RNA和蛋白質(zhì)裝配成病毒顆粒。

2、 負鏈RNA病毒（帶有復(fù)制酶）：狂犬病毒等
此類病毒帶有復(fù)制酶，侵入后，復(fù)制酶首先合成出正鏈RNA（mRNA），再以正鏈RNA為模板，合成負鏈RNA及蛋白質(zhì)，然后裝配。
3、 雙鏈RNA病毒（帶有復(fù)制酶）：呼腸孤病毒等
以雙鏈RNA為模板，在復(fù)制酶作用下先轉(zhuǎn)錄正鏈RNA（mRNA），從而翻譯出蛋白質(zhì)，然后合成負鏈RNA，形成雙鏈RNA，再包裝。
4、 反轉(zhuǎn)錄病毒（含反轉(zhuǎn)錄酶）：白血病病毒、肉瘤病毒等致癌RNA病毒
正鏈RNA病毒，它們的復(fù)制需要經(jīng)過DNA前病毒階段。

不同RNA病毒合成mRNA的途徑可以分4類：      P382  圖20-16
第四節(jié) RNA生物合成的抑制劑
某些核酸代謝的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸或核酸的合成，因而可以用于抗病毒或抗腫瘤藥物，也可以用于核酸的研究
一、 嘌呤和嘧啶類似物
抑制核苷酸的合成，還能摻入核酸分子中去，形成異常DNA、RNA，影響核酸功能。
主要有：6-巰基嘌呤、硫鳥嘌呤、2.6—二氨基嘌呤、8-氮鳥嘌呤、5-氟尿嘧啶 、6-氮尿嘧啶
堿基類似物進入體內(nèi)后需轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的核苷酸，才表現(xiàn)出抑制作用。
二、 DNA模板功能的抑制劑
此類化合物能與DNA結(jié)合，使DNA失去模板功能，從而抑制其復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。
1、 烷化劑
氮芥（二（氯乙基）胺的衍生物）、磺酸酯、氮丙啶、乙撐亞胺類。它們帶有活性烷基，使DNA烷基化。
烷化位點：鳥嘌呤N7 ，腺嘌呤N1、N3、N7，胞嘧啶N1
烷基化后，堿基易被水解下來，留下的空隙可干擾DNA復(fù)制或引起錯誤堿基摻入。帶有雙功能基團的烷化劑，可同時與DNA兩條鏈結(jié)合，使雙鏈DNA交聯(lián)，從而失去模板功能。
環(huán)磷酰胺：腫瘤細胞中磷酰胺酶活化，生成活性氮芥。
苯丁酸氮芥：癌細胞酵解作用強，乳酸多，pH低，苯丁酸氮芥易進入。
2、 放線菌素D（對真核、原核細胞都起作用）
有抗菌和抗癌作用。
它可與DNA形成非共價復(fù)合物，使其多肽部分在DNA的“淺溝”上如同阻遏蛋白一樣，抑制DNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。
此類機理的放線菌素還有色霉素A3、橄欖霉素、光神霉素。
3、 嵌入染料
扁平芳香族染料，可插入雙鏈DNA相鄰堿基對之間。
溴化乙錠插入后，使DNA在復(fù)制時缺失或增添一個核苷酸，從而導(dǎo)致移碼突變，并能抑制RNA鏈的起始及質(zhì)粒的復(fù)制。此外還有原黃素、吖啶黃、吖啶橙等。
三、 RNA聚合酶的抑制物
1、 利福霉素
包括其衍生物利福平，特異地抑制細菌RNA聚合酶的活性。
強烈抑制革蘭氏陽性菌和結(jié)核桿菌，它主要抑制RNA合成的起始。
2、 利鏈菌素
與細菌RNA聚合酶β亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄過程中鏈的延長。
3、 α-鵝膏蕈堿
主要抑制真核RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ，對細菌的RNA聚合酶作用極小。

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