Literature
Home医源资料库医源图书馆教材类分子生物学

3-1-5 RNA的加工和成熟

来源:医学加加
摘要:噬菌体T7的早期mRNAs原核和真核生物rRNAs的加工tRNA的加工不论原核或真核生物的rRNAs和tRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的,然后才能加工成为成熟的RNA分子。然而绝大数原核生物的mRNA却不需加工,仍为初级转录本的形式。相反,真核生物从断裂基因产生的mRNA要经过复杂的加工历程,包括去除内含子的剪接反应......

点击显示 收起

  不论原核或真核生物的rRNAs和tRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的,然后才能加工成为成熟的RNA分子。然而绝大数原核生物的mRNA却不需加工,仍为初级转录本的形式。相反,真核生物从断裂基因产生的mRNA要经过复杂的加工历程,包括去除内含子的剪接反应(splicing)。

  噬菌体T7的早期mRNAs

  细菌的mRNA不需经过加工,但噬菌体T7的早期基因例外。这些基因被转录成一个多顺反子mRNA,然后被切割为单顺反子mRNA。开始时产生一条RNA,约有7000bp长,包括6个基因。RNA酶Ⅲ能将此转录本切割为4个单链顺反子和一个双顺反子mRNAs。所有T7位点均为发夹式的结构,但在茎上含有一个不配对的"泡"。RNA酶Ⅲ的切割点即在此"泡"中或其附近。

  在突变的rnc大肠杆菌(缺乏RNA酶Ⅲ)中,T7DNA被转录为一条长的RNA链而不能被宿主细菌切割。然而此多顺反子mRNA仍能被翻译成早期蛋白质,故感染仍能继续进行。因此看来切割是不必要的。然而实际上在1.2基因末端的切割对于双顺反子1.1/1.2mRNA翻译却是必要的。如果这个位点的切割被阻止,1.1和1.2基因均不能表达。原因是这个较长的mRNA会形成一种二级结构,阻碍1.1编码序列的起始翻译。而如果1.1不能被翻译则1.2将亦不能被翻译。

  原核和真核生物rRNAs的加工

  真核生物rRNA的成熟过程现在已经搞得比较清楚了。哺乳动物的初级转录本是一条45SRNA链。含有18S,5.8S和28SrRNAs。它含有约110个甲基,这是在转录过程中或刚刚转录好时加工上去的。几乎所有甲基均连接在核糖残基上,在被加工成熟的rRNAs中,这些甲基全部被保存。在成熟的18SrRNA上有约39个原来的甲基,只有4个是后来在细胞浆中加上去的。而在28SrRNA中有约74个甲基,全部是原来的。有人认为甲基的存在是初级转录本转变成熟的rRNA的标志。

  成熟的途径可能不止一条,因为中间产物的长度在不同途径中是不一样的,然而最终产物都是一样的,其中两条途径(HeLa途径和L途径)切割的位置是[1]18S基因的5'则,[2]18S和5.8S基因之间的间隔区(soqacer),和[3]5.8和28S序列之间的间隔区(5.8S序列成为一个和28SrRNA通过碱基配对相结合的小RNA)。

  细菌的rRNAs也是通过切割其共同前体形成的。E.coli的七个编码rRNA的操纵子称为rrnA-G.它们在染色体上并不相连锁.每个操纵子均转录为一个RNA前体,然后被切割为成熟的rRNA分子。这些rrn操纵子的组成基本相同,均含有顺序为16S-23S-5S的三个rRNA分子。

  两个主要的rRNA(16S和23S)之外,还有一个5SRNA存在于同一转录本中。所有rrn操纵子均有双重启动子结构。第一个启动子(P1)位于16SrRNA序列起始位点的上游约300bp处。P1可能是主要的启动子。在P1的右方约110bp处是第二个启动子。在16S和23SrRNA之间的序列是一个400-500bp的转录间隔区,在此区内有编码tRNA的序列。在4个rrn操纵子中,此转录间隔只含一个tRNA序列,即tRNAGIU。而在另外三个rrn操纵子中,此间隔区含有两个tRNA序列,即tRNAIie和tRNAASP。不同rrn操纵子中之间的另一个差别是,有的操纵子的前体RNA的末端序列编码5SRNA,而另一些操纵子则还要编码rRNA。例如在rrnC的3'端是两基因:tRNATrp和tRNA1ASP。所以rrnC操纵子对E.coli是非常重要的,因为这是唯一的tRNATrp基因,能使细菌能应用色氨酸合成蛋白质。

  加工rRNA的酶是RNA酶Ⅲ。在rne-细胞中缺乏成熟的rRNAs,而代之以含有16S,23S和5S序列的一个30S前体。这种前体在体外能被RNA酶Ⅲ所切割而形成成熟的rRNA分子。16S和23SrRNAs的前体分别称为p16和p23,它们分别比16S和23S略长一些。在初级转录本中,由于p16p23的两端的碱基都是互补的,它们分别形成很大的发夹。其特征是发夹顶的环非常大,分别为1600个核苷酸和2900个核苷酸。

  tRNA的加工

  tRNA基因往往成簇存在,不论在原核或真核生物中均如此。在E.coli中,至少某些tRNAs能聚在一起。形成操纵子,并由一个启动子转录成一条长的前体RNA链。例如,T4噬菌体即有由8个tRNA基因所组成的簇。虽然情况各有不同,但有一条共同规则:每个tRNA均是一个长的前体RNA的一部分。E.coli中已找到两个tRNA基因簇,二者均除tRNA基因外尚含有其他基因。这两个基因簇均含有酪氨酸tRNA的基因,故即以此命名:[1]tyrU簇,包括4个tRNA基因,tRNAThr,tRNAGly,和tRNATyr;[2]tyrT簇,则仅包含两个相同的基因,编码tRNATyr。在每个tRNA基因簇中,唯一的启动子常位于第一个tRNA基因之前。在最后一个tRNA基因的后面还有编码蛋白质的基因。在tyrU簇中是基因tutB(编码延长因子EF-Tu的两个基因之一)。而在tyrT簇中是编码蛋白质P的基因(蛋白质P是一种类似鱼精蛋白的多肽)。

  E.coli中还有一种RNA酶P,它是一种内切核酸酶,负责切割所有tRNA分子的5'端,不论是在其与5'前导序列的接头处,还是在顺反子之间的序列处。RNA酶P是一种不寻常的酶。它由蛋白质和RNA二者组成,分子中RNA有375个碱基长(约130KD);而蛋白质组分要小得多,大约只有20KD。在E.coli中,基因rnpA编码其蛋白质组成,而rnpB编码RNA部分。这两个基因相隔甚远。RNA和蛋白质这两个组分对RNA酶P的催化活性似乎都是必须的。

  还有一个酶叫做RNA酶D,它能从RNA的3'端一个一个地切去碱基,以产生tRNA的真正的3'端(5'端由RNA酶P产生)。另一个也带有外切核酸酶活性的酶是RNA酶Ⅱ,它能够将tRNA完全分解完。以前认为它亦tRNA加工有关,但目前认为它可能仅和RNA的分解代谢有关。

  在细菌中有两种tRNA前体,其区别在于其3'端的序列。Ⅰ型分子有CCA三联体在其3'端。但某些噬菌体编码的Ⅱ型分子则没有CCA序列。当其他碱基被一个一个从前体分子上除去后,另由称为tRNA核苷酸转移酶的将CCA加到3'端上去。目前认为,真核生物中可能所有的tRNA前体都属于Ⅱ型,在成熟时都需要通过酶的作用,在其3'端加上CCA序列。

作者: 2007-9-25
医学百科App—中西医基础知识学习工具
  • 相关内容
  • 近期更新
  • 热文榜
  • 医学百科App—健康测试工具