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暨南大学生物化学讲义-第十二章RNA的生物合成(转录)(5)

暨南大学 /2011-11-25

    2.非依赖RhO的转录终止   在λ(lambda)噬菌体中,又发现一些蛋白质有协助RNA

聚合酶跨越终止部位的作用。这些蛋白质称为抗转录终止蛋白,例如λ噬菌体的N基因

产物。N基因开放,转录就会继续。但无论Rho因子或抗终止蛋白,都是在模板之外发

生影响的。现在发现,DNA模板上靠近终止处有些特殊碱基序列,转录出RNA后.

RNA产物形成特殊的结构来终止转录。这就是非依赖RhO因子的转录终止的作用方式。

    首先是DNA模板接近终止转录的区域内,发现有较密集的A-T配对区或G-C配对

区。据此线索分析转录产物的3’一末端,发现常有若干个连续的地把连续的U区。把连续U区的5’.端前方的一级结构加以排列,在接近终止区发现这些碱基又可形成鼓相状的茎环(stem-loop)或称发夹(hairpin)结构。

    图 12-13是大肠杆菌核蛋白体蛋白 Ipl-L(ribosomal protein large subunit)基因 3’一末端的碱基序列。可以形成局部双链的碱基用黑底线画出,碱基英文字母的上方和下方的黑线,分别对应于转录产物二级结构的左图及右图。鼓出的单链用弧线画出。可见,这个

转录终止区产物有两种形成发夹结构的可能。研究其他转录单位,也发现接近终止区的

转录产物有形成发夹结构的情况。

    非依赖Rho因子的转录终止模式如图12-14。RNA链延长至接近终止区时,转录出

的碱基序列随即形成茎-环结构。这种二级结构是阻止转录继续向下游推进的关键。其

机制可从两方面理解:一是茎环结构在RNA分子中形成,可能改变RNA聚合酶的构

象。注意RNA聚合酶的分子量大,它不仅覆盖转录延长区,也覆盖部分3’-端新合成的

RNA链,包括RNA的茎环结构。由酶的构象改变导致酶一模板结合方式的改变,可使酶不再向下游移动,于是转录停顿。其二,转录复合物(酶-DNA-RNA)上有局部的RNA:

DNA杂化短链。此时,RNA分子上要形成自己的局部双链(茎环的茎),DNA分子也要

回复双链。DNA和RNA各自形成自身双链,杂化链只能比应有的长度来得更短,本来

不稳定的杂化链更为不稳定,转录复合物趋于解体。至于接着一串寡聚U,则更是使RNA链从模板上脱落的促进因素。因为所有的碱基配对中,以rU:dA配对最为不稳定。

    (二)真核生物的转录终止

    真核生物的转录终止,是和转录后修饰密切相关的。真核生物mRNA带有聚腺苷酸(

polyA)尾巴的结构,是转录后才加进去的,因为在模板链上没有相应的聚胸苷酸(poly dT)。转录不是在 poly A的位置上终止,而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现,在模板链读码框架的3’端之后,常有一组共同序列AATAAA,再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点(图12-15)。

    转录越过修饰点后, rnRNA在修饰点处被切断,随即加入poly A尾及5’-帽子结构。

余下的RNA虽继续转录,但很快被RNA酶降解。因此有理由相信,帽子结构是保护RNA免受降解的,因为修饰点以后的转录产物无帽子结构。

              第三节真核生物的转录后修饰

  转录生成的 RNA是初级转录产物(primary transcripts)。原核生物和真核生物初级转

录产物都需经~定程度的加工才具有活性。真核生物转录和翻译的位置被核膜隔开,转

录后修饰较为复杂。对转录后修饰的研究发现不少与生命活动有重大关系的现象,如真

核生物的断裂基因、内含子的功能、RNA可能是酶等等。本节主要介绍真核生物转录

后修饰(post-transcnptional  modification)o

                  一、真核生物  rnRNA的转录后加工

    真核生物mRNA转录后,需进行5’一端和3’一端(首、尾部)的修饰,以及对mRNA链进行剪接(Splicing)。

    (-)首、层的修饰

  mRNA的帽子结构(GpppmG-)是在5’一端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是

又三磷酸鸟苷pppG。mRNA成熟过程中,先由磷酸酶把5’-pppG――水解,生成5’一

ppG——或 5’-pG--,释放出无机焦磷酸。然后,  5’一端与另一三磷酸鸟苷(pppG)反应,生成三磷酸双鸟苷。在甲基化酶作用下,第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化反应,形成帽子结构,其反应过程如图12-16.

    帽子结构常出现于核内的hnRNA,说明5’一端的修饰是在核内完成的,而且先于对

mRNA链中段的剪接过程。帽子结构的功能,是和翻译过程有关的。真核生物细胞中已

发现一种能特异性结合mRNA帽子结构的蛋白质(见第十三章表13-4》并作为翻译起始必

需的一种因子。原核生物mRNA没有帽子结构。

    3’一端的修饰主要是加上聚腺苷酸尾巴(polyA tail)。根据在大多数已研究过的基因

中,都没有 3’一端多聚 T相应序列的事实,可以说明 poly A的出现是不依赖 DNA模板

的。转录最初生成的 mRNA 3’一末端往往长于成熟的 mRNA。因此认为,加入 poly A之

前,先由核酸外切酶切去3’一末端一些过剩的核苷酸,然后加入polyA。在hnRNA上也

发现 poly A尾巴,推测这一过程也应在核内完成,而且先于mRNA中段的剪接。尾部修

饰是和转录的终止同时进行的过程,见图12-15。

    poly A的长度很难确定,因其长度随 mRNA的寿命而缩短,而且都经过提取阶段才

进行测定,能否准确从数量反映体内情况是个问题。随着 poly A缩短,翻译的活性下

降。因此推测 poly A的有无与长短,是维持 mRNA作为翻译模板的活性,以及增加 m

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