RNA的复制RNA指导RNA.ppt

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1、（二） RNA的复制（ RNA指导 RNA 合成） 某些 大肠杆菌噬菌体，如 f2、 MS2、 R17H和 Q是 RNA病毒。这些 RNA病毒的 染色体 RNA的功能好似病毒蛋白质的 mRNA，它是在宿主细胞中由 RNA指导的 RNA聚合酶或称 RNA复制酶（ replicase）催化合成的。 RNA复制酶不存在于正常 的大肠杆菌细胞中，感染时才有宿主产生。 1、噬菌体 QRNA的复制：从 Q噬菌体感染的大肠杆菌细胞中提出的 RNA复制酶 用四种核苷三磷酸为底物，催化合成与病毒 RNA碱基序列互补的 RNA链，和 DNA 指导的 RNA聚合酶所催化的反应类似。 复制酶的特异性非常高，它只识别病

2、毒自身的 RNA ，而对宿主细胞和其它与 病毒无关 的 RNA均无反应。即 Q的复制酶只能以噬菌体 Q RNA作模板，其它的 都不行。 当噬菌体 Q的 RNA侵入大肠杆菌细胞后，其 RNA本身即为 mRNA，可以直接 进行与病毒繁殖有关的蛋白质的合成， 通常将具有 mRNA功能的链称为正链，而 它的互补链为负链。 故噬菌体 QRNA为正链。在噬菌体特异的复制酶装配好后不 久，酶就吸附到正链 RNA的 3-末端，以正链为模板合成出负链 RNA，直至合成进 程结束，负链从模板上释放。同样的酶又吸附到负链 RNA的 3-末端，并以负链为 模板合成正链。所以两链都是以 5至 3方向延长。在最适条件下，

3、无论正链或负链 的合成速度均为每秒 35个核苷酸。其合成过程如下图所示： 2、病毒 RNA的复制方式：病毒 RNA的种类很多，其复制的方式也是多种多样的，归 纳起来可以有下列几种： （ 1）病毒含有正链 RNA，进入宿主细胞后首先合成复制酶（以及有关蛋白质 )，然后 在复制酶作用下进行病毒 RNA的复制，最后由病毒 RNA和蛋白质装配称病毒颗粒。噬 菌体 Q和灰质炎病毒（ poliovirus）即时这种类型的代表。 （ 2）病毒含有负链 RNA和复制酶 ，例如狂犬病毒（ rabies virus）和马水疱性口炎病毒 （ vesicular-stomatitis virus）。这类病毒侵入细胞后

4、，借助于病毒带进去的复制酶合成 出正链 RNA，再以正链 RN为模板，合成病毒蛋白质和复制病毒 RNA。 （ 3）病毒含有双链 RNA和复制酶 ，例如呼肠孤病毒（ reovirus）。这类病毒以双链 RNA为模板，在病毒复制酶的作用下通过不对称的转录，合成出正链 RNA，并以正链 RNA为模板翻译成病毒蛋白质。然后再合成病毒负链 RNA，形成双链 RNA分子。 （ 4）致癌 RNA病毒 ，主要包括白血病病毒（ leukemia virus）和肉瘤病毒（ sarcoma virus），它们的复制需经过 DNA前病毒阶段，有逆转录酶所催化。这类病毒的复制过 程，前面已有介绍。 不同类型的 RNA病

5、毒产生 mRNA的机制大致可分为四类。即： 双链 RNA （ +） RNA（ ） RNAmRNA（ +） 双链 DNA （ ） DNA （ +） RNA （ ） RNA 由上看出，由病毒 mRNA合成各种病毒蛋白质，再进行病毒基因组的复制和病 毒装配。因此病毒 mRNA的合成在病毒复制过程中处于核心地位。 （三） RNA的转录后加工和修饰 在细胞内，由 RNA聚合酶合成的原初转录物（ primary transcript）往往需要经过 一系列的变化，包括链的裂解、 5-端于 3-端的切除和特殊结构的形成、碱基的修饰 和糖苷键的改变、以及拼接（ splicing）等过程，才能转变成成熟的 RNA

6、分子。此过 程称为 RNA的成熟，或称为转录后加工（ post transcriptional processing）。 原核生物的 mRNA一经转录通常立即进行翻译，除少数例外，一般不经过转录后 加工，但 tRNA和 rRNA却都要经过一系列加工才能成为由活性的分子。真核生物由 于具有细胞核结构，转录与翻译在时间上和空间上都被分隔开来，其 mRNA的加工 极为复杂。 1、原核生物中的 RNA的加工 （ 1） rRNA前体的加工：原核生物的 rRNA都是从较长的前体生成的，这种前体也称 为 ” 前核糖体 RNA。原核生物的 16S和 23S的 rRNA是从分子量约为 200万的 30SrRNA

7、 前体产生的。 30SrRNA前体先在特定碱基处甲基化，然后断裂产生 17S和 25SrRNA中 间产物。再经过核酸酶的作用除去一些核苷酸残基，才生成原核生物特有的 16S和 23SrRNA。 5SrRNA是从 30SrRNA前体的 3端分离的。 (2)tRNA前体的加工： tRNA也从较长的前体产生。细胞内有数十种 tRNA，各种 tRNA的前体结构和加工方式不尽相同。一般在加工过 程中除去前体 5和 3端多余的核苷酸。有时 tRNA前体酶解可产生二 个活多个不同的 tRNA。总之，其加工包括：由核酸内切酶在 tRNA 两端切断；由核酸外切酶从 3端逐个切去附加的顺序，进行修剪； tRNA3

8、端加上胞苷酸 -胞苷酸 -腺苷酸（ -CCA）；核苷的修饰（甲 基化、脱氨和还原作用等）。 细菌的 tRNA前体存在两类不同的 3端序列。一类其自身具有 CCA序列，位于成熟的 tRNA序列与 3端附加序列之间，当附加序 列被切除后即显露出该末端结构。另一类其自身病不存在 CCA序 列，当前体切除 3端附加序列后，必须外加 CCA。添加 CCA是在 tRNA核苷酰基转移酶（ nucleotidyl trans-ferase）催化下进行的。 （ 3） mRNA前体的加工：细菌中用于指导蛋白质合成的 mRNA大 多不需要加工，一经转录即可进行翻译。但也有少数多顺反子的 mRNA须通过核酸内切酶切成

9、较小的单位，然后再进行翻译。 2、真核生物 RNA前体的加工 :真核生物 rRNA和 tRNA前体的加工过程与原核生物有些相 似，然而其 mRNA前体必须经复杂的过程，这与原核生物大不相同。真核生物大多数基 因具有居间序列（ intrvening sequence），即内含子（ intron）所分隔而成为断裂基因 （ interrupted gene）。所以需在转录后将其内含子切除并通过拼接使编码区成为连续序 列。 （ 1）真核生物 rRNA前体的加工 ：在真核生物中，一个大 45SrRNA前体经过一系列步骤 生成 18S和 28S的 rRNA。 45S的 rRNA前体的加工在核仁中进行。 4

10、5SrRNA前体约含 14000 个核苷酸残基，加工的第一步是其中 100多个核苷酸残基被甲基化，其中多数残基的甲 基化部位是其核糖部分的 2-OH。甲基化的 45SrRNA前体再进行一系列的酶促分解后产 生真核生物核糖体特有的 18S、 28S和 5.8SrRNA。真核生物 5SrRNA的生成通过另外的途 径。 多数真核生物的 rRNA基因不存在内含子。有些 rRNA基因含有内含子但并不转录。 例如，果蝇的 285个 rRNA基因组中约含有三分之一的内含子，它们均不转录。四膜虫 （ Tetrahymena）的核 rRNA基因和酵母线粒体 rRNA基因含有内含子，它们的转录产物可 自动切去内含

11、子序列（见下页图）。 。 （ 2）真核生物 tRNA前体的加工 ：真核生物的 tRNA基因的数目比原 核生物 tRNA基因的数目大得多。例如大肠杆菌基因组约含有 60个 tRNA基因，果蝇 850个，而人体细胞则有 1300个。真核生物的 tRNA 基因也成簇排列，并且被间隔区分开。转录产物为 4.5S或稍大的 tRNA前体，相当于 100个左右的核苷酸。成熟的分子为 4S，约含 70- 80个核苷酸。前体分子的 5端和 3端都有附加序列，需由核酸内切酶 和外切酶加以切除。真核生物的 tRNA前体的 3端不含 CCA序列，成 熟分子中的是后来加上去的。在分子中还具有 2-O-甲基核糖，含量 约

12、为核苷酸的百分之一。具有居间序列的前体还必须将这部分切除 （ 3）真核生物 mRNA前体的加工 ：真核生物编码蛋白质的基因以单个记忆作为转 录单位，不象原核生物那样组成操纵子，其转录产物为单顺反子 mRNA ，而不是 多顺反子 mRNA。大多数蛋白质基因具有居间序列，它与编码序列一起被转录，需 要在转录后加工过程中切除掉。 mRNA的原初转录产物是分子量极大的前体，在核 内加工过程中形成分子大小不等的中间物，它们被称为核内不均一 RNA （ heterogeneous nuclear RNA,缩写为 hnRNA），其中至少有一部分可转变成细胞质 的成熟 mRNA。 由 hnRNA转变成 mRN

13、A的加工过程包括： 5端形成特殊的帽子结构 （ m7G5ppp5NmpNp-）；在链的 3端并加上多聚腺苷酸（ polyA）；通过拼接除去 由内含子转录来的序列；链内部核苷被甲基化。 5帽子和 3多聚腺苷酸的功能还未确定。具认为 5帽子可能参与 mRNA与核糖 体的结合以起始翻译过程；也可能 5帽子和多聚腺苷酸保护 mRNA使之免受酶的破 坏。此外，多聚腺苷酸还与 mRNA顺利通过核膜进入细胞质的过程有关。 在基因转录过程中，内含子与外显子同时被转录，产物为 RNA前体，然后切除 前体的内含子，这种过程称为 RNA的剪接（ RNA Splicing）。 有关 RNA的剪接机制是近年来分子生物学

14、最热门的课题之一。不同 RNA内 含子的剪接方式不近相同。真核生物细胞 mRNA前体是剪接是在形成剪接体后才 能进行。剪接体是包括 mRNA前体在内的多组分复合物，由几种小核 RNA （ snRNA）和几十种蛋白质构成。 其剪接过程见下图： 四、基因工程简介 DNA重组技术指将不同的 DNA片段按人们的设计 方案定向连接，并在特定受体细胞中与载体一 起得到复制与表达 （ 70年代，基于 DNA限制新性内 切酶、 DNA连接酶的发现）。 基因工程主要包括两个步骤 ： 获得目的基因，取得基因的载体，使二者进 行体外重组。 将重组的 DNA转化到受体的活细胞中去，改变 受体细胞的遗传特性。 一、目的

15、基因的制备 二、基因载体 载体必须具备的条件 （易于引入受体细胞、在 受体 细胞中可以复制、易于鉴定和筛选、） 目前常用的载体： 质粒、噬菌体（ 噬菌体、噬 菌体 M13） 三、 DNA的重组 重组体 DNA的连接 将重组 DNA引入受体细胞（转化） 重组体的筛选 思考题： 1.比较原核生物与真核生物复制和转录的区别 2.试从已经学过的各章代谢中找出与天冬氨酸有关的反应或 与天冬氨酸相联系的环节。 3.解释下列概念：复制、转录、启动子、操纵子、终止子、 衰减子、增强子、转录复合体、逆转录酶和逆向转录。 4. 噬菌体 M13 DNA具有如下的碱基组成： A 23% T.36% G 21% C.20% 5.胞嘧啶碱基自动脱氨以很低的频率出现 ,但可以检测到 .胞 嘧啶脱氨后转变成尿嘧啶 .在这种转变之后 ,什么样的碱基配 对占据第一轮复制的子代股的这个位置 ?第二轮呢 ?.