RNA本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的 mRNA,其 poly A长度为 100至
200个核苷酸之间,也有少数例外,如组蛋白基因的转录产物,无论是初级的或成熟
的,都没有 poly A尾巴。
(二)真核生物的mRNA的剪接
1.hnRNA和snRNA 核内出现的转录初级产物,分子量往往比在胞浆内出现的成
熟mRNA大几倍,甚至数十倍,核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,
hnRNA),核酸序列分析证明,mRNA来自hnRNA,不过去掉了相当大部分的中间片段。
核酸杂交试验又证明,hnRNA和DNA模板链可以完全配对;成熟的mRNA与模板链
DNA杂交,出现部分的配对双链区域和中间相当多鼓泡状突出的单链区段。根据上述
这些实验结果,20世纪70年代末提出了真核生物基因的断裂性的概念。snRNA(small nuclear RNA)是核内的小型RNA,由百余个至300个核苷酸组成,现在发现的有sn-RNA
U1,U2,U4,U5,U6等类别。 SnRNA和核内的蛋白质组成核糖核酸蛋白体,称为并接
体(spicesome),并接体结合在 hnRNA的内含子区段,并把内含于弯曲使两端(5’和 3’
端)互相靠近,利于剪接过程的进行。
2.断裂基因(splite gene),外显子(exon)和内含子(intron)真核生物的结构基因,
由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成,为一个由连续氨基酸组成的
完整蛋白质编码,因此称为断裂基因。用外显子和内含子分别表示相应的编码和非编码
序列。胰岛素这种简单的蛋白质,由2个内含子把编码序列隔开。C肽是胰岛素原才有
的,转变成有活性的胰岛素时,C肽被水解掉。C肽的基因也是被内含子隔断的(图
12-17)。
最庞大的一个人类基因是抗肌萎缩蛋白(distrophin)基因,全长数百万核苷酸对(106
bp),由50多个外显子和相应50多个内含子相隔,成熟的mRNA仅万余核苷酸。
3.mRNA的剪接 剪接就是把hnRNA中的内含子除去,把外显子连接起来,按A.Klessig
提出的模式,内含于弯成套索状,称套索 RNA(lariat RNA),外显子互相靠近并连接。例如:鸡的卵清蛋白基因全长 7.7kb(kilobase pair,千碱基对),有 8个外显子;即先导序列L和外显子1至7,为该蛋白的386个氨基酸编码,如图12-18所示。7个内含子,即图中A至G,把外显手相隔开。
从图中可见,hnRNA是和相应的基因等长的,即内含子也存在于初级转录产物中。
图的最上方为成熟的mRNA与DNA模板链的电镜杂交所见,虚线代表mRNA,实线为DNA模板。套京结构(图12一19)就是根据电镜所见而提出的。现在对这一剪接过程已经有较深入的了解。
首先还是从一级结构分析入手。现已发现大多数内含子都以GU为5’端的起始.其末端则为 AG-OH-3’。因此把 5’GU……AG-OH-3’称为剪接接口(splicing junction)或边界序列。剪接后,GU或AG不~定被剪除掉,内含子靠近3’端还有一个甲基化的嘌呤核苷酸栓如3mG,在形成套索中起关键的作用。
剪接过程是先有并接体和 hnRNA的结合。并接体上的 U1-snRNA和 U2-snRNA分别靠碱基互补关系去辨认及结合内含子的5’和3’端(图12-19)。
剪接过程称为二次转酯反应(transesterifocation)(图12-20)。图中所示的2个外显于E1和E2之间的内含于(I)因与并接体结合而弯曲为5’端与3’端互相靠近。图中未绘出并接体,而内含子可因有小部分碱基与外显子互补而互相依附。第~次转酯反应需要核内的
含鸟苷酸pG、ppG或pppG的辅酶,以3’-OH基对E1/I之间的磷酸二酯键作亲电子攻
击,使EI/I互之间的共价键断开,pG则取代E1成为I的5’端,EI的3’-OH游离出,所以称为转酯反应。第二次转酯反应由E1的3’-OH对I/E1之间的磷酸二酯键作亲电子攻击,使1与E2断开,而由E1取代了I,这样。2个外显子就相连起来而内含子则被切除掉。
(三)内含子的其他剪接方式及功能
关于内含子的功能,有2种不同看法。一种见解认为,内含子是在进化中出现和消
失的,内含子如果有功能,只不过是有利于物种的进化选择。例如细菌丢失了内含子,可以使染色体变小和复制速度加快。真核生物保留内含子,则可以产生外显子移动,有
利于真核生物在适应环境改变时能合成功能上有差异而结构上只有微小差异的蛋白质。
另一些学者则力图证明内含子在基因表达中有调控功能。例如,现在已知道某些遗传性
疾病,其变异是发生在内含子而不在外显子。有些内含子在调控基因表达的过程中起作
用,有些内含子还能为酶编码。为了更精细地研究内含子,现在对内含子的分类有两种
方法。
1.按基因的类型分为四类
第1类内含子主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因。
第11类内含子也发现于线粒体、叶绿体,但转录产物是mRNA。
I、 11类内含于中,已发现相当~部分是属于自身剪接(selfsplicing)的内含子RNA分子起酶的作用而催化剪接(见下述)。
第Ill类内含于是常见的形成套索结构后剪接的内含子,大多数的mRNA基因有此类
内含于。
第IV类内含子是tRNA的基因及其初级转录产物中的内含子,剪接过程需酶及ATP
(见下述)。
2.从中断基因线性表达的方式,有人又把内含子分为翻译前、翻译绕过、翻译后
删除三种:
翻译前删除内含子:就是上述典型的、常见的内含于,在RNA加工中被除去;
翻译绕过式内含子:这些内含子不被剪接删除,但~般不翻译。在特定条件下却可