考博生化和分子生物学复习笔记-第6章
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阻碍RNA聚合酶的行进，由此而停 止了RNA聚合作用。在终止信号中还有AT富集区，其转录生成的mRNA3′末端有多个U残 基。
二、转录后的加工过程 转录作用产生出的mRNA、tRNA及rRNA的初级转录本全是前体RNA，而不是成熟的RNA ，没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的有活性的RNA。 RNA的加工过程主要是在细胞核内进行，也有少数反应是在胞质中进行。 RNA加工的类型有： 剪切及剪接：剪切就是剪去部分序列；剪接是指剪切后又将某些片段连接起来。 末端添加核苷酸：例如tRNA的3′…末端添加…CCA。 修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。 RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。
（一）mRNA前体的加工 1。mRNA生成的特点 （1）原核生物mRNA的生成。多顺反子。即几个结构基因，利用共同的启动子及共同的终止信号，经转录作用生成mRNA分子，所以此mRNA分子可编码几种不同的蛋白质。 原核生物中，细胞内没有核膜，染色质存在于胞质中，所以转录与翻译进行的场所没有明显的屏障。在转录尚未完成时，翻译就已开始了。而且，mRNA的寿命十分短暂。 （2）真核生物mRNA生成。单顺反子，一个mRNA分子只编码一种蛋白质。 真核生物的结构基因中包含有具有表达活性的编码蛋白质序列，称为外显子；还含有无表达 活性的序列，称为内含子。由于内含于是插在外显子之间，所以又称为插入序列。转录生成 的mRNA前体中有外显子部分的，也有内含子部分的。在加工时，前体要进行剪接 作用。 2。mRNA前体的加工 原核生物转录生成的初级转录本mRNA不需经过复杂的加工就表现有活性。唯一的加工作用是多顺反子mRNA在RNaseⅢ的催化下，裂解为单独的顺反子。 真核生物转录生成的mRNA要经过较复杂的加工过程。包括①5′末端加帽②3′端加尾③剪接 去除内含子并连接外显子④核苷酸编辑⑤甲基化修饰。 （1）5′末端帽子的生成。步骤 ①mRNA5′末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp…。②在鸟苷酸转移酶作用下，与 Gppp反应形成GpppNp…。③在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸（SAM）提供甲基，在鸟 嘌呤的N…7上甲基化，然后在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2－OH上又进行甲 基化，最后成为m7GpppNmp，这就是帽子生成。 （2）3′末端多聚A尾的生成。多聚A尾的生成是多聚A聚合酶的催化下，由ATP聚合而成。 但多聚A尾形成并不是简单地加入A，而是先要在mRNA前体的3′末端11～30核苷酸处有一段AAUAA保守序列，在U7－snRNP的协助下识别，由一种特异的核酸内切酶催化切除多余 的核苷酸。随后，在多聚A聚合酶催化下，发生聚合反应形成了3′末端多聚A尾。 （3）剪接作用。 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，成为 成熟的mRNA，这就是剪接作用。 一个相同的初级转录本，在不同的组织中由于剪接作用的差异可以产生具有不同编码的 mRNA，导致翻译生成不同的蛋白质产物。 在剪接作用过程中有如下一些共同的特点： 1）mRNA前体的剪切部位是在内含子末端的特定序列。内含子的序列中起始为GU；而终止于AG。 在内含子3′末端剪接点的上游20～50核苷酸范围内，还有一个在剪接中有重要作用的位 点，其序列中含有A，称为分支部位。 内含子如果其中发生部分丢失，不一定会对剪接产生影响。3′末端或分支部位发生变异，则 会导致错误的剪接。 2）套索的形成及剪除。 mRNA前体剪接过程中，先剪切下内含子，然后连接外显子。剪接的过程分两步反应进行： ①内含子序列中分支部位中腺苷酸残基（A）的2′－OH攻击内含子5′末端与外显子1连接的 磷酸二酯键，剪下了外显子1，而腺苷酸原来已有以3′、5′…磷酸二酯键相连的两个相邻的核 苷酸残基，加上此2′、5′…磷酸二酯键的连接后，形成了“套索”中间产物。②已被剪切下的 外显子1的3′末端…OH攻击内含子3，末端与外显子2之间的3′、5′磷酸二酯键，链断裂，内 含子以套索形式被剪切下来，同时外显子1与外显子2连接起来。 ③剪接体的生成。 在 mRNA前体剪接过程去除内含子时，还有多种成分的RNA…蛋白质复合体的参与，其大小为 60S，是由几种非特异的小核核糖核蛋白（UsnRNP）与mRNA前体结合而成，称为剪接体。 （UsnRNA）是一族snRNA，参与剪接作用的有多种UsnRNPs。 U1snRNP识别外显子的5′末端剪接序列，并与其互补而结合。 U5snRNP，识别并结合于 内含于3′末端剪接点。U2snRNP识别并结合于A序列的分支点。还有U4及U6snRNP也参 加到剪接体中，起配合作用。 （4）RNA编辑 在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，生成具有正确翻译功能的模板，此即所谓 RNA的编辑作用。 编辑过程由一个或多个小分子的“指导RNA”提供mRNA的编辑信息，并作为模板指导其进行 编辑，在编辑体的帮助下进行编辑。（5）甲基化修饰 原核生物mRNA分子中不含有稀有碱基，但真核生物的mRNA中则含有甲基化核苷酸，除 了在hnRNA的5′端帽子结构中含有2－3个甲基化核苷外；在分子内部还会有l－2个m 6A 存在于非编码区。在序列中，m 6A 总是位于胞苷之后，形成了…NCm6AN序列。m 6A 的生成是在hnRNA的剪接作用之前发生的。
（二）tRNA前体的加工 ①在核酸内切酶RNaseP作用下，从5′末端切除多余的核苷酸。 ②在核酸外切酶RNaseD作用下，从3′末端切除多余的核苷酸。 ③核苷酸转移酶催化，3′末端加CCA…OH，为tRNA加I特有反应。 ④核酸内切酶催化进行剪切反应，剪掉内含子，由连接酶连接外显子部分。 ⑤ 化学修饰作用，如甲基化、脱氨基、还原反应。
（三）rRNA前体的加工 原核生物有 16S、23S及 5S三种 rRNA，这三种rRNA均存在于30S的rRNA前体中。转录 作用完成后，在RNaseⅢ催化下，将rRNA前体切开产生16S、25S及 5S rRNA的中间前 体。进一步在核酸酶的作用下，切去部分间隔序列，产生成熟的 16S、23S及5S rRNA， 还有成熟的 tRNA。并对16S rRNA进行甲基化修饰，生成稀有碱基。与4S rRNA加I变化 不大。 真核生物的核蛋白体中有18S、5。8S及5S rRNA。 5SrRNA自己独立成体系，在成熟过程 中加工甚少，不进行修饰和剪切。 45S rRNA前体中包含有 18S、5。8S及 28SrRNA。在 加工过程中，分子广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。甲基化作用多发生于核 糖上，较少在碱基上。随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5。8S、28S rRNA。
三、核酶 具有催化活性的RNA现称为“核酶”。 核酶作用方式较简单，归纳起来主要有以下几种类型：①剪切型，这类核酸能催化自身RNA 或异体RNA分子剪掉一段核苷酸片段，其催化功能相当于内切核酸酶的作用。②剪接型，这 类核酶催化自身RNA进行化学反应，首先切去自身RNA内一个核苷酸片段，再将剩余的两 个片断连接起来；相当于内切核酸酶及连接酶的联合作用。③其他类型，如核苷酸转移，脱 磷酸作用。 核酶的酶活性种类：①核苷酸转移作用。②磷酸二酯键水解作用。③磷酸转移反应催化作 用。④脱磷酸作用。⑤限制性内切酶作用。 核酶的意义：①RNA可作为生物催化剂。②打破了只有蛋白质才能有酶催化作用。③为进化 先有核酸、先有RNA提供证据。④可用于制药和临床治疗。
四、RNA的复制 病毒RNA进入宿主细胞后，还可进行复制，即在RNA指导的RNA聚合酶催化进行RNA合成反应。 RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5′向3′方向进行RNA链的合成。RNA复制 酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病 毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。 病毒RNA复制的几种方式 （1）含正链RNA（＋）的病毒（例如，噬菌体Q）：（＋）RNA充当mRNA，合成蛋白 （＋）RNA为模板，复制，合成（…）RNA，再以（…）RNA为模板合成（＋）RNA 组装成病毒颗粒。 （2）含负链RNA（…）的病毒（例如狂犬病）：由（…）RNA合成（＋）RNA，再由（＋）RNA合成蛋 白质、（…）RNA，组装成病毒。 （3）含双链RNA的病毒（例如呼肠孤病毒）：以（…）RNA为模板合成（＋）RNA，以（＋）RNA为 模板合成（…）RNA和蛋白，组装病毒颗粒。 （4）逆转录病毒（例如白血病毒）：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成RNA，翻译蛋白质。
★真核生物与原核生物蛋白质合成的异同1。mRNA 真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核输入胞浆，投入蛋白质合成；而原核生物的mRNA常在合成尚未结束时，已开始翻译。真核生 物mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形式的“帽”，有由多聚腺苷酸形成的“尾”，为单顺反子，只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的启动点，一个合成的终点；而原核 生物的mRNA为多顺反子，含有蛋白质合成多个启动点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾” 的结构。在5′端方向启动信号的上游存在富含嘌呤的SD区段。真核生物的mRNA则无此区 段。真核生物的mRNA代谢较慢，哺乳类动物mRNA的半衰期为4～6h，而细菌的mRNA 半衰期仅在1～3min。此外真核生物的mRNA前体常含有插入顺序，即内含子，需要在加 工时切除。 2。核蛋白体 真核生物的核蛋白体（80S）大于原核生物。小亚基为 40S含有一种 rRNA（18S rRNA）； 大亚基为60S，含有 3种rRNA（28S rRNA、5。5S rRNA和 5S rRNA），所含的核蛋白体 蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16SrRNA的3′末端有一富含嘧啶的区段，可与其 mRNA启动部位富含嘌呤的SD区互补结合。在真核生物相应的rRNA（18S rRNA）中，无 此互补区。 3。tRNA 真核生物起着启动作用的氨基酸tRNA为不需要甲酰化的Met－tRNAfMet而原核生物中为 fMet…tRNAfMet，系Met－tRNAfMet经蛋氨酰tRNA转甲酰基酸催化后的产物。 4。合成过程 （1）启动。真核生物的启动因子（eIF）有9…10种，真核生物核蛋白小亚基先与Met－ tRNAfMet结合，再与mRNA结合，此时需要一分子ATP。 （2）肽链延长。真核生物中催化氨基酸tRNA进入受体的延长因子只有一种（EFT1）。催 化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。 （3）终止。真核生物只需一种终止因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子，并需 要三磷酸鸟苷。原核生物的终止因子有3种。 此外，哺乳动物类等真核生物线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的蛋白合成 体系，以合成线粒体的某些多肽。该体系类似原核生物蛋白合成体系。
（四）翻译后加工 1。高级结构的修饰 肽链释放后可自行根据其一级结构的特征折叠、盘曲成高级结构。此外，高级结构的修饰还 包括：（1）折叠：蛋白立体构象的生成需要折叠，有分子伴侣，二硫键异构酶及肽链顺反异构酶 等参与。（2）亚基聚合。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚 体，各亚基虽自有独立功能，但又必须相依存，才得以发挥作用。（3）辅基连接。蛋白质分为纯蛋白及结合蛋白两大类，糖蛋白、脂蛋白及各种带有辅酶的酶，都是常见的重要结合蛋白质。辅基（辅酶）与肽链的结合是复杂的生化过程。
2。一级产物的修饰 （1）去除N…甲酰基或N…蛋氨酸。在蛋白质合成过程中，N…端氨基酸总是fMet（甲酰蛋氨 酸），其α…氨基是甲酰化的。但天然蛋白质大多数不以蛋氨酸为N端第一位氨基酸。细胞内 的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以除去N…甲酰基，N…末端蛋氨酸或N…末端的一段肽。 （2）个别氨基酸的修饰。有些蛋白质还需经一定的修饰才能成熟而参与正常的生理活动。 例如精蛋白的前体需要带上糖链，胶原蛋白的前体在细胞内合成后，需经羟化并带上糖链。在结缔组织的蛋白质内常出现羟脯氨酸、羟赖氨酸，这两种氨基酸并无遗传密码、反密码子 及tRNA引导入肽链，是脯氨酸、赖氨酸残基经过羟化而出现的。 （3）水解修饰。通过水解修饰，一条肽链可能分为多个不同的活性肽段。 无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。例如胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。
3。蛋白质合成的靶向输送 蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点，称靶向输送。分泌性蛋白的合成过程实际是和其他蛋白质基本一样的。但其mRNA往往要有一段疏水氨基酸较多的肽编码，这段肽称为信号肽，其作用是把合成的蛋白质转移到内质网，剪切下信号肽，然后把合成的蛋白 质送出胞外。
▲一抗菌素（抗生素） （1）四环素族，包括土霉素等，能抑制氨基酰 tRNA与原核细胞的核蛋白体小亚基结合， 抑制细菌的蛋白质生物合成。
（2）氯霉素，能与原核生物的核蛋白体大亚基结合，阻断翻译延长过程。高浓度时，对真核生物线粒体内的蛋白质合成也有阻断作用。
（3）链霉素，和卡那霉素能与原核生物蛋白体小亚基结合，改变其构象，引起读码错误， 结核杆菌对这两种抗生素特别敏感。
（4）嘌呤霉素，结构与酪氨酸tRNA相似，从而可取代一些氨基酸tRNA进入翻译中的核蛋 白体受位，当延长的肽链转入此异常受位时，容易脱落，终止肽链合成。嘌呤霉素对原核、 真核生物的翻译过程均有干扰作用。
（5）放线菌素，抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用。
▲二干扰蛋白质生物合成的生物活性物质
白喉毒素，可对真核生物的EFT２起共价修饰作用，从而使EFT2失活。
干扰素，对病毒有两方面的作用：其一是干扰素在双链RNA存在下，可以诱导一种蛋白激 酶，由蛋白激酶使eIF2发生磷酸化，从而抑制病毒蛋白质的生物合成；干扰素还可诱导生 成一种罕见的寡核苷酸，可活化一种称为RNase L的核酸内切酶，由 RNase L降解病毒 RNA。
蓖麻蛋白，与真核生物大亚基（60S）的蛋白结合，间接抑制EFT２的作用，阻碍肽链延长。
天花粉蛋白，具有RNA N…糖苷酶活性，使真核大亚基（60S）失活。
◆DNA分子在生物体内的合成三种方式：DNA复制；修复合成；反转录合成。
在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、 转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，但并非所有基因表达过程都产生蛋白质，tRNA、rRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。基因表达调控的基本原理
（一）基因表达的多级调控 基因的结构活化、转录起始、转录后加工及转运、mRNA降解、翻译及翻译后加工及蛋白质降解等均为基因表达调控的控制点。其中转录起始是基因表达的基本控制点。 四个基本的调控点： （1）基因结构的活化。DNA暴露碱基后RNA聚合酶才能有效结合。活化状态的基因表现 为：1。对核酸酶敏感；2。结合有非组蛋白及修饰的组蛋白；
