天津科技大学分子生物学复习总结(5)

本站小编免费鑫辉娱乐官方app下载网/2015-09-20

除了边界序列之外，外显子与内含子交界处的序列，内含子内部的部分序列都有可能参与内含子的剪接
3. 6. 2 RNA的剪接
转录产生的核内mRNA前体分子与蛋白质结合，形成RNA和蛋白质组成的RNP复合物（ribonucleo-protein particle）。随着RNA链的延伸，每个内含子5’和3’两端的复合物成对联结，产生60S的颗粒—剪接体（spliceosome），进行RNA前体分子的剪接。
与mRNA前体中主要（GU-AG类）和次要（AU-AC类）内含子的剪接方式不同的是I、II类内含子，因为带有这些内含子的RNA本身具有催化活性，能进行内含子的自我剪接。
在I类内含子切除体系中，鸟苷或鸟苷酸的3’-OH作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链。再由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。
在II类内含子切除体系中，内含子本身的某个腺苷酸2’-OH作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成套索状结构。再由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。
3. 6. 3 RNA的编辑和化学修饰
RNA的编辑（RNA editing）是某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，它导致了DNA所编码的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。
RNA编辑的另一种形式是尿苷酸的缺失和添加。研究发现，利什曼原虫属细胞色素b mRNA中含有许多独立于核基因的尿嘧啶残基，而特异性插入这些残基的信息来自指导RNA（guide RNA）。
指导RNA与被编辑区及其周围部分核酸序列虽然有相当程度的互补性，但该RNA上存在一些未能配对的腺嘌呤，形成缺口，为插入尿嘧啶提供了模板（图3-27）。反应完成后，指导RNA从mRNA上解离下来，而mRNA则被用做翻译的模板。
除了RNA的编辑之外，有些RNA，特别是前体rRNA和tRNA，还可能有特异性化学修饰。
图3-28是最常见的6大类化学修饰途径及其产物。研究证实，仅人细胞内rRNA分子上就存在106种甲基化和95种假尿嘧啶产物，虽然尚未发现特征性保守序列，但有实验证据表明，RNA的化学修饰可能具有位点特异性。
有实验表明，分子量只有70-100个核苷酸的核仁RNA（snoRNAs）参与RNA的化学修饰，因为这些RNA能通过碱基配对的方式，把rRNA分子上需要修饰的位点找出来（图3-29）。
本章复习题
1、请说出生物体内RNA的种类和功能。
2、与mRNA序列相同的那条链是什么链？
3、什么是DNA模板与mRNA及蛋白质产物之间的共线性关系？
4、转录一般被分为哪几个步骤？
5、原核生物RNA聚合酶哪有几个亚基组成？
6、说说启动子的一般构造。
7、请说说转录终止子与翻译终止密码的结构特点。
第四章生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质
4. 1 遗传密码——三联子
所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。这3个核苷酸就是一个密码子。
翻译从起始密码子AUG开始，沿mRNA 5'→3' 方向连续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定序列的多肽链——蛋白质。
4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸，以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二联子），它们能代表的氨基酸也只有42=16种。若以3个核苷酸代表一个氨基酸，有43=64种密码子，满足了编码20种氨基酸的需要。
1)以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。
Nirenberg把多聚（U）作为模板加入到无细胞体系时发现，新合成的多肽链是多聚苯丙氨酸，确定UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以多聚（C）及多聚（A）做模板得到的分别是多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。
以多聚UG为模板合成的是多聚Cys和Val，因为多聚（UG）中含 Cys和Val的密码：
5'……UGU GUG UGU GUG UGU GUG……3‘
无论读码从U开始还是从G开始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）两种密码子。
2)核糖体结合技术以人工合成的三核苷酸
如UUU、UCU、UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的适当离子强度的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜。
游离的AA-tRNA因相对分子质量小能自由过膜，与模板对应的AA-tRNA能与核糖体结合，体积超过膜上的微孔而被滞留。
若用20种AA-tRNA做20组同样的实验，每组都含20种AA-tRNA和各种三核苷酸，但只有一种氨基酸用14C标记，看哪一种AA-tRNA被留在滤膜上，进一步分析这一组的模板是哪个三核苷酸，从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测知该氨基酸的密码子。
4. 1. 2 遗传密码的性质
1)密码的简并性
4种核苷酸可组成64个密码子，现在已经知道其中61个是编码氨基酸的密码子，另外3个即UAA、UGA和UAG并不代表任何氨基酸，它们是终止密码子，不能与tRNA的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。
除色氨酸（UGG）只有一个密码子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子。9种氨基酸有2个密码子，1种氨基酸有3个密码子，5种氨基酸有4个密码子，3种氨基酸有6个密码子
由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。
AUG和GUG既是甲硫氨酸及缬氨酸的密码子又是起始密码子。
3)密码子与反密码子的相互作用
tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。1966年，Crick提出摆动假说（wobble hypothesis），解释了反密码子中某些稀有成分（如I）的配对，以及许多氨基酸有2个以上密码子的问题。
在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。
一个tRNA究竟能识别多少个密码子是由反密码子的第一位碱基的性质决定的，反密码子第一位为A或C时只能识别1种密码子，为G或U时可以识别2种密码子，为I时可识别3种密码子。
多个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独立的tRNA。
原核生物中大约有30-45种tRNA，真核细胞中可能存在50种 tRNA。
4. 2 tRNA (了解)
tRNA不但为每个三联密码子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运送载体，所以，它又被称为第二遗传密码。
不同tRNA在结构上存在大量的共性，由小片段碱基互补配对形成三叶草形分子结构，有4条根据结构或已知功能命名的手臂。
最常见tRNA分子有76个碱基，相对分子质量约为2.5×104，不同的tRNA分子可有74～95个核苷酸不等。
D臂中存在多至3个可变核苷酸位点，17：1及20：1、20：2。最常见的D臂缺失这3个核苷酸，而最小的D臂中第17位核苷酸也缺失了。
受体臂（acceptor arm）由链两端序列配对形成的杆状结构和3‘端未配对的3～4个碱基所组成，其3’端的最后3个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的3’或2’自由羟基（—OH）可以被氨酰化。
TψC臂是根据3个核苷酸命名的，其中ψ表示拟尿嘧啶；
反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的；
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。
tRNA的稀有碱基含量非常丰富，约有70余种。每个tRNA分子至少含有2个稀有碱基，最多有19个，多数分布在非配对区，特别是在反密码子3' 端邻近部位出现的频率最高。
4. 2. 1 tRNA的L-形三级结构
研究酵母tRNAPhe、tRNAfMet和大肠杆菌tRNAfMet、tRNAArg等的三级结构，发现都呈L形折叠式（图4-6）。
在L形三级结构中，受体臂和TψC臂的杆状区域构成了第一个双螺旋，D臂和反密码子臂的杆状区域形成了第二个双螺旋。
TψC臂和D臂的套索状结构位于“L”的转折点，受体臂顶端的碱基位于“L”的一个端点，反密码子臂的套索状结构生成了“L”的另一个端点（图4-7）。
tRNA上所运载的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点，而tRNA上的反密码子必须与小亚基上的mRNA相配对，所以分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。
4. 2. 2 tRNA的功能
转录过程是信息从一种核酸分子（DNA）转移到另一种结构上极为相似的核酸分子（RNA）的过程，信息转移靠的是碱基配对。
翻译阶段遗传信息从mRNA分子转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联密码子形式存在的，在这里起作用的是tRNA的解码机制。
用14C标记的半胱氨酸与tRNACys结合后生成[14C]-半胱氨酸-tRNACys，经Ni催化可生成[14C]-Ala-tRNACys，再把[14C]-Ala-tRNACys加入到蛋白质合成系统中，发现[14C]-Ala-tRNACys插入了血红蛋白分子中通常由半胱氨酸占据的位置上，表明起识别作用的是tRNA。
4. 2. 3 tRNA的种类
1）起始tRNA和延伸tRNA能特异性识别
mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。
真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met），原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生成fMet-tRNAfMet才能参与蛋白质的生物合成。
2）同工tRNA
将代表相同氨基酸的不同tRNA称为同工tRNA。在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的氨基酰-tRNA合成酶。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AA-tRNA合成酶识别。
3）校正tRNA
结构基因中某个核苷酸的改变可能产生终止密码子（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，这种突变称为无义突变，而校正tRNA通过改变反密码子区校正无义突变（表4-7）。
4. 3 核糖体
核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）所组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20 000个核糖体，而真核细胞内可达106个。这些颗粒既可以游离状态存在于细胞内，也可与内质网结合，形成微粒体。
核糖体蛋白约占原核细胞总蛋白量的9-10%，占细胞内总RNA量的70-80%。在真核细胞内，核糖体所占的比重虽然有所下降，但仍然占总RNA的绝大部分，是细胞总蛋白的一个重要组成部分。
4. 3. 1 核糖体的结构
核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。
大肠杆菌核糖体小亚基由21种蛋白质组成，分别用S1……S21表示，大亚基由36种蛋白质组成，分别用L1……L36表示。
真核生物细胞核糖体蛋白质中，大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质，它们的相对分子质量在8×103～4.0×104之间。
4. 3. 2 rRNA
1）5S rRNA：细菌5S rRNA含有120个核苷酸（革兰氏阴性菌）或116个核苷酸（革兰氏阳性菌）。5S rRNA有两个高度保守的区域，其中一个区域含有保守序列CGAAC，这是与tRNA分子TψC环上的GTψCG序列相互作用的部位，是5S rRNA与tRNA相互识别的序列。另一个区域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，与23S rRNA的中一段序列互补，可能是5S rRNA与50S核糖体大亚基相互作用的位点。
2）16S rRNA：长约1 475～1 544个核苷酸之间，含有少量修饰碱基，位于30S小亚基内。16S rRNA的结构十分保守，其中3‘端一段ACCUCCUUA的保守序列，与mRNA 5’端翻译起始区中的SD序列互补。16S rRNA靠近3' 端处还有一段与23S rRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用。
3）23S rRNA：23S rRNA基因有2 904个核苷酸，第1984～2001核苷酸之间存在能与tRNAMet序列互补的片段，表明核糖体大亚基23S rRNA可能与tRNAMet的结合有关。第143～157位核苷酸之间有一段12个核苷酸的序列与5S rRNA上第72～83位核苷酸互补，表明在50S大亚基上这两种RNA之间可能存在相互作用。

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