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(简答题)

请阐述核内RNA剪切与其他RNA分子成熟机制之间的关系?

正确答案

mRNA的转录后加工
真核生物DNA转录生成的原始转录产物mRNA前体是核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),即mRNA初级产物中含有不编码任何氨基酸的插入序列,该序列由内含子(intron)编码,这种内含子将编码序列外显子(exon)隔开,所以前体mRNA分子一般比成熟mRNA大4~10倍,必须经过加工修饰才能作为蛋白质翻译的模板。其加工修饰主要包括5′端加“帽”(capping)和甲基化修饰、3′端加polyA “尾”(tailing)和剪去内含子拼接外显子等。
(一)5’端帽子的生成
mRNA的帽子结构(GpppmG—)是在5’-端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是5’-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’-ppG或5’-pG—。然后, 5’-端与另一三磷酸鸟苷(pppG)反应,生成三磷酸双鸟苷。在甲基化酶的作用下,第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化,形成帽子结构。
帽子结构是前体mRNA在细胞核内的稳定因素,也是mRNA在细胞质内的稳定因素,没有帽子结构的转录产物很快被核酸酶水解。
帽子结构可以促进蛋白质生物合成起始复合物的生成,因此提高了翻译强度。  (二)3’末端多聚A尾的生成
真核生物的成熟的mRNA 3’-端通常都有100~200个腺苷酸残基,构成多聚腺苷酸(polyA)尾巴。加尾过程是在核内进行的。加工过程先由核酸外切酶切去3’-末端一些过剩的核苷酸,然后由多聚腺苷酸酶催化,以ATP为底物,在mRNA 3’-末端逐个加入腺苷酸,形成poly尾。3’-末端切除信号是3’-端一段保守序列AAUAAA
polyA尾巴的功能: mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式,大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性。
(三)剪接修饰
1.剪接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既hnRNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)。真核生物的结构基因往往是断裂基因(splitegene)。即由若干个编码序列被若干个非编码序列分隔,连续镶嵌为一体,为一个由连续氨基酸组成的完整蛋白质编码。其中不编码的序列,称为内含子(intron),编码序列即外显子(exon)。例如:鸡的卵清蛋白基因全长7.7kb(kilobase pairs,千碱基对)有8个外显子,即先导序列L和外显子1至7,编码该蛋白的386个氨基酸,如图11—13所示。图中A至G为7个内含子,把外显子相隔开。
2.剪接体  mRNA剪接是在剪接体(spliceosome)上进行的
在转录时,外显子和内含子均转录到同一hnRNA中,转录后把hnRNA中的内含子除去,把外显子连接起来,这就是RNA的剪接作用(splicing)。
snRNA,核内的小型RNA。碱基数在100~300bp范围。snRNA和核内的蛋白质组成核糖核酸蛋白体,
称为并接体(splicesome),并接体结合在hnRNA的内含子区段,并把内含子弯曲使两端( 5’ 和3’端相互靠近 ),利于剪接过程的进行。
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。
3.mRNA前体的剪接机制  (套索的形成及剪接)在剪接过程中,UlsnRNP能识别结合内含子5,末端剪接点,并与其互补而结合,U2snRNP识别并结合于A序列的分支点,形成U:—mRNA前体U:—复合物,U5snRNP能识别并互补结合于内含子3’末端剪接点,U:、U,、U。snRNP形成复合物与上一复合物结合形成剪接体(splicesome)。在这一剪接体催化下,mRNA前体的剪接过程分两步进行。第一步反应是由内含子分支点中的腺苷酸(A)的2,—羟基,攻击内含子5,末端与外显子1之间连接的磷酸二酯键,从而使内含子分支点与内含子5,末端二者彼此相连,并形成一个套索(1ariat)形式的中间产物。第二步反应是由被剪下的外显子1的3,端羟基,攻击内含子3’端与外显子2之间连接的磷酸二酯键,使该键断裂,内含子以套索形式被剪切下来,同时使外显子1与外显子2连接起来。
剪接反应中,既无水解作用的发生,又无磷酸二酯键数目的改变,因此,它们实质上是两次磷酸酯键的位置转移,称二次转酯反应。
(四)甲基化作用
真核生物mRNA链中含有甲基化的核苷酸,除了5’端帽子结构中含有1~3个甲基化核苷酸外,在mRNA分子内部还有甲基化的核苷酸,主要在嘌呤环6位上甲基化,即m6A,m6A的生成是在hnRNA的剪接作用之前发生的。
二、tRNA转录后加工
真核tRNA前体由RNApol Ⅲ催化生成,其加工包括5’末端及3’末端处切除多余的 核苷酸;去除内含子进行剪接作用;3’-端加CCA以及碱基的修饰。
1.剪接作用  tRNA的剪接是酶促反应的切除过程。在RNA酶P的作用下,于tRNA前体的5’端切除多余的核苷酸。tRNA前体中包含的内含子,可通过核酸内切酶催化切除内含子,再通过连接酶将外显子部分连接起来。
2.稀有碱基的生成  tRNA中含有多种稀有碱基,是在tRNA前体加工过程中通过化学修饰作用形成的,tRNA前体中约10%核苷酸经酶促修饰,其修饰的方式有:
(1)甲基化反应:在tRNA甲基转移酶催化下,使某些嘌呤生成甲基嘌呤,如A→mA,G→mG。 (2)还原反应:某些尿嘧啶还原为双氢尿嘧啶(DHU)。 (3)脱氢反应:某些腺苷酸脱氢成为次黄嘌呤核苷酸(1)
(4)碱基转位反应:尿嘧啶核苷酸转化为假尿嘧啶核苷酸(U一吵)。
3.CCA—OH 3’末端的形成  在核苷酸转移酶的作用下,由RNA酶D切除tRNA前体3’多余的U,加上CCA—OH末端,完成tRNA柄部结构。
三、rRNA的转录后加工
染色体DNA中rRNA基因是多拷贝的,例如细菌的基因中rRNA基因有5—10个拷贝。真核生物中rRNA基因的拷贝数极多,这些rRNA基因位于核仁中,在DNA分子中以前后纵向串联方式重复排列,属于高度重复序列。在这些重复单位之间,由非转录的间隔区(spacer)将它们被此隔开。每个重复单位(即rRNA基因)首先转录出的产物为原始rRNA前体。
大多数真核生物核内为一种45S的原始转录产物,它是18SrRNA,5.8SrRNA及28SrRNA三种rRNA的共同前体。45SrRNA经剪接后,先分出属于核蛋白体小亚基的18SrRNA,余下的部分再剪切产生成5.8S及28SrRNA。rRNA在成熟过程中还需进行甲基化修饰的过程,主要是在28S及18S中,甲基化作用多发生在核糖上,较少在碱基上。、
真核生物5SrRNA的基因也是丰富基因组。5SrRNA的转录产物,无需加工就转移到核仁,和28SrRNA、5.8SrRNA及多种蛋白质装配成大亚基,18SrRNA与蛋白质装配成小亚基,共同组成核蛋白体由核内转运到胞液中。是真核生物rRNA前体的加工过程。

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