RNA结构种类合成

第三章第一节RNA结构、种类、功能教学目标：掌握原核、真核mRNA特征；掌握tRNA结构和种类教学内容：一、不同RNA分子结构及功能（一）原核生物mRNA的特征1半衰期短：①细菌转录与翻译是紧密相连，基因转录一开始，核糖体马上结合新生的mRNA的5'端，启动蛋白质合成，此时，3'端还没完全转录；②转录开始1min后，降解就开始了，即当一个mRNA的5'端开始降解时，其3'端可能仍在合成或被翻译；③mRNA降解的速度大概只有转录或翻译速度的一半；④基因转录和多肽链延伸的速度基本相同，所以细胞内某一基因产物（蛋白质）的多少决定于转录和翻译的起始效率。2多数mRNA以多顺反子的形式存在：细菌mRNA可以同时编码不同的蛋白质；单顺反子（monocistronicmRNA）:只编码一个蛋白质的mRNA；多顺反子（polycistronicmRNA）：编码多个蛋白质的mRNA；操纵子（operon）：多顺反子mRNA是一组相邻或相互重叠基因的转录产物，这样的一组基因称为一个操纵子，它是生物体内的重要遗传单位；几乎所有mRNA都可以被分成3部分：编码区、位于AUG之前的5'端上游非编码区以及位于终止密码子之后不翻译的3'端下游非编码区；对于第一个顺反子来说，一旦mRNA的5'端被合成，翻译起始位点即可与核糖体相结合，而后面几个顺反子翻译的起始就会受到其上游顺反子结构的调控；一种情况是，第一个蛋白质合成终止以后，核糖体分解成大、小亚基，脱离mRNA模板，第二个蛋白的翻译必须等到新的小亚基和大亚基与该蛋白起始密码子相结合后才可能开始；另一种情况是，当前一个多肽翻译完成后，核糖体分解成大、小亚基，小亚基也可能不离开mRNA模板，而是迅速与游离的大亚基结合，启动第二个多肽的合成（图3-12b,p80）。3mRNA的5'端无帽子结构，3'端没有或只有较短的poly（A）结构①原核生物起始密码子AUG上游9～13个核苷酸处有一个SD序列，富含3～9嘌呤，一般为AGGA；②与核糖体16SrRNA3'端GAUCACCUCCUUA-OH互补配对结合；③所有已知大肠杆菌mRNA的翻译起始区都含有4～5个，对应于SD序列的核苷酸；④细菌16SrRNA的3'末端既非常保守，又高度自我互补，能形成“发卡”结构。（二）真核生物mRNA的特征1单顺反子2“真核生物mRNA结构上的最大特征是5'端的帽子①真核生物mRNA的5'端大多具有m7GPPPXPYP的帽子结构，即5'终端是在一个mRNA转录后加上去甲基化的鸟嘌呤（G）；mRNA5'端加“G”的反应是由腺苷酸转移酶完成的，这个反应非常迅速，据测算，在新生的mRNA链达到50个核苷酸之前，甚至可能在RNA聚合酶II离开转录起始位点之前，帽子结构就已加到mRNA的第一个核苷酸上了，这就是说，mRNA几乎一出生就戴上了帽子。mRNA的帽子结构常常被甲基化，由尿苷酸-7-甲基转移酶来催化。②一般认为，帽子结构是GTP和原mRNA5'三磷酸腺苷（或鸟苷）缩合反应的产物，新加上的G与mRNA链上所有其它核苷酸方向正好相反，像一顶帽子倒扣在mRNA链上，故而得名。③帽子结构可能使mRNA免遭核酸酶的破坏，而且，有帽子结构的mRNA更容易被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。④所有的真核生物mRNA都有5'端帽子结构。3绝大多数真核生物mRNA具有poly（A）尾巴。除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3'末端都有poly（A）序列，长度为40～200bp。几乎所有真核基因的3'末端转录终止位点上游15～30bp处的保守序列AAUAAA对于初级转录产物的准确切割及加poly（A）是必须的。poly（A）是mRNA由细胞核进入细胞质所必须的形式，它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性。当mRNA刚从细胞核进入细胞质时，其poly（A）尾巴一般较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间的延长，poly（A）逐渐变短消失，mRNA进入降解过程。真核生物mRNA大都有poly（A）尾巴这一特性，广泛用于分子克隆。反转录反应。尽管大部分真核mRNA大都有poly（A）尾巴，细胞中仍有多达1/3没有poly（A）尾巴的mRNA。（三）、tRNA结构tRNA的功能：①运输的工具，运载氨基酸；②解读mRNA的遗传信息，它不但为将每个三联子密码翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了载体。②结构：由于链内的碱基互补配对，tRNA呈现三叶草形的二级结构。受体臂:主要由链两端序列碱基配对形成的杆状结构和3'端末配对的3-4个碱基所组成，其3'端的最后3个碱基序列永远是CCA。TφC臂：根据3个核苷酸命名的，其中φ表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥有的稀有核苷酸。反密码子臂：位于茎环中央的三联反密码子命名的。D臂：根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。可变环：位于TφC和反密码子臂之间，是tRNA分子中发生变化最大的部位。③所有的tRNA都能够与核糖体的P位点和A位点结合，此时，tRNA分子三叶草型顶端突起部位通过密码子：反密码子的配对与mRNA相结合，而其3'末端恰好将所运转的氨基酸送到正在延伸的多肽上。④所有tRNA（除了起始tRNA）都能被翻译辅助因子EF-Tu或eEF1所识别而与核糖体相结合，起始tRNA能被IF-2或eIF1所识别。⑤tRNA的L型三级结构tRNA的L型三级结构靠氢键来维持，与氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别有关。⑥种类：（1）起始tRNA和延伸tRNA能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA；原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。（2）同工tRNA：运载同一种氨基酸的tRNA同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别。（3）校正tRNA校正：tRNA分为无义突变及错义突变校正。无义突变:在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽。错义突变：由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。错义突变的校正tRNA通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子，无义突变的校正tRNA必须与释放因子竞争识别密码子；错义突变的校正tRNA必须与该密码子的正常tRNA竞争，这些都会影响校正的效率。二、RNA合成（一）转录：以DNA双链分之中的一条链为模板、由RNA聚合酶催化、按碱基互补配对原则合成RNA。（二）转录过程：起始：RNA链第一个核苷酸合成开始到RNA聚合酶离开启动子为止的反应阶段。RNA聚合酶与启动子DNA结合，启动子附近DNA双链分开形成转录泡；以DNA单链为模板，用四种核苷三磷酸为底物，按碱基配对原则接上第一个核苷酸。延伸：RNA聚合酶离开启动子，核苷酸逐个加到前一个核苷酸的3，端，RNA链不断延伸，形成RNA-DNA杂合分子；随RNA聚合酶向前移动，双螺旋逐渐被打开，模板链不断显露，RNA链不断延伸，合成后的DNA重新恢复DNA双螺旋结构。终止：终止子序列引发RNA聚合酶从DNA模板上脱离并释放出已经合成的RNA链，维持RNA-DNA杂合的氢键断裂，DNA重新形成双螺旋。