考博生化和分子生物学复习笔记-第7部分
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三、核酶 具有催化活性的RNA现称为“核酶”。 核酶作用方式较简单，归纳起来主要有以下几种类型：①剪切型，这类核酸能催化自身RNA 或异体RNA分子剪掉一段核苷酸片段，其催化功能相当于内切核酸酶的作用。②剪接型，这 类核酶催化自身RNA进行化学反应，首先切去自身RNA内一个核苷酸片段，再将剩余的两 个片断连接起来；相当于内切核酸酶及连接酶的联合作用。③其他类型，如核苷酸转移，脱 磷酸作用。 核酶的酶活性种类：①核苷酸转移作用。②磷酸二酯键水解作用。③磷酸转移反应催化作 用。④脱磷酸作用。⑤限制性内切酶作用。 核酶的意义：①RNA可作为生物催化剂。②打破了只有蛋白质才能有酶催化作用。③为进化 先有核酸、先有RNA提供证据。④可用于制药和临床治疗。
四、RNA的复制 病毒RNA进入宿主细胞后，还可进行复制，即在RNA指导的RNA聚合酶催化进行RNA合成反应。 RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5′向3′方向进行RNA链的合成。RNA复制 酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病 毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。 病毒RNA复制的几种方式 （1）含正链RNA（＋）的病毒（例如，噬菌体Q）：（＋）RNA充当mRNA，合成蛋白 （＋）RNA为模板，复制，合成（…）RNA，再以（…）RNA为模板合成（＋）RNA 组装成病毒颗粒。 （2）含负链RNA（…）的病毒（例如狂犬病）：由（…）RNA合成（＋）RNA，再由（＋）RNA合成蛋 白质、（…）RNA，组装成病毒。 （3）含双链RNA的病毒（例如呼肠孤病毒）：以（…）RNA为模板合成（＋）RNA，以（＋）RNA为 模板合成（…）RNA和蛋白，组装病毒颗粒。 （4）逆转录病毒（例如白血病毒）：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成RNA，翻译蛋白质。
★真核生物与原核生物蛋白质合成的异同1。mRNA 真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核输入胞浆，投入蛋白质合成；而原核生物的mRNA常在合成尚未结束时，已开始翻译。真核生 物mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形式的“帽”，有由多聚腺苷酸形成的“尾”，为单顺反子，只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的启动点，一个合成的终点；而原核 生物的mRNA为多顺反子，含有蛋白质合成多个启动点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾” 的结构。在5′端方向启动信号的上游存在富含嘌呤的SD区段。真核生物的mRNA则无此区 段。真核生物的mRNA代谢较慢，哺乳类动物mRNA的半衰期为4～6h，而细菌的mRNA 半衰期仅在1～3min。此外真核生物的mRNA前体常含有插入顺序，即内含子，需要在加 工时切除。 2。核蛋白体 真核生物的核蛋白体（80S）大于原核生物。小亚基为 40S含有一种 rRNA（18S rRNA）； 大亚基为60S，含有 3种rRNA（28S rRNA、5。5S rRNA和 5S rRNA），所含的核蛋白体 蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16SrRNA的3′末端有一富含嘧啶的区段，可与其 mRNA启动部位富含嘌呤的SD区互补结合。在真核生物相应的rRNA（18S rRNA）中，无 此互补区。 3。tRNA 真核生物起着启动作用的氨基酸tRNA为不需要甲酰化的Met－tRNAfMet而原核生物中为 fMet…tRNAfMet，系Met－tRNAfMet经蛋氨酰tRNA转甲酰基酸催化后的产物。 4。合成过程 （1）启动。真核生物的启动因子（eIF）有9…10种，真核生物核蛋白小亚基先与Met－ tRNAfMet结合，再与mRNA结合，此时需要一分子ATP。 （2）肽链延长。真核生物中催化氨基酸tRNA进入受体的延长因子只有一种（EFT1）。催 化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。 （3）终止。真核生物只需一种终止因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子，并需 要三磷酸鸟苷。原核生物的终止因子有3种。 此外，哺乳动物类等真核生物线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的蛋白合成 体系，以合成线粒体的某些多肽。该体系类似原核生物蛋白合成体系。
（四）翻译后加工 1。高级结构的修饰 肽链释放后可自行根据其一级结构的特征折叠、盘曲成高级结构。此外，高级结构的修饰还 包括：（1）折叠：蛋白立体构象的生成需要折叠，有分子伴侣，二硫键异构酶及肽链顺反异构酶 等参与。（2）亚基聚合。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚 体，各亚基虽自有独立功能，但又必须相依存，才得以发挥作用。（3）辅基连接。蛋白质分为纯蛋白及结合蛋白两大类，糖蛋白、脂蛋白及各种带有辅酶的酶，都是常见的重要结合蛋白质。辅基（辅酶）与肽链的结合是复杂的生化过程。
2。一级产物的修饰 （1）去除N…甲酰基或N…蛋氨酸。在蛋白质合成过程中，N…端氨基酸总是fMet（甲酰蛋氨 酸），其α…氨基是甲酰化的。但天然蛋白质大多数不以蛋氨酸为N端第一位氨基酸。细胞内 的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以除去N…甲酰基，N…末端蛋氨酸或N…末端的一段肽。 （2）个别氨基酸的修饰。有些蛋白质还需经一定的修饰才能成熟而参与正常的生理活动。 例如精蛋白的前体需要带上糖链，胶原蛋白的前体在细胞内合成后，需经羟化并带上糖链。在结缔组织的蛋白质内常出现羟脯氨酸、羟赖氨酸，这两种氨基酸并无遗传密码、反密码子 及tRNA引导入肽链，是脯氨酸、赖氨酸残基经过羟化而出现的。 （3）水解修饰。通过水解修饰，一条肽链可能分为多个不同的活性肽段。 无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。例如胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。
3。蛋白质合成的靶向输送 蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点，称靶向输送。分泌性蛋白的合成过程实际是和其他蛋白质基本一样的。但其mRNA往往要有一段疏水氨基酸较多的肽编码，这段肽称为信号肽，其作用是把合成的蛋白质转移到内质网，剪切下信号肽，然后把合成的蛋白 质送出胞外。
▲一抗菌素（抗生素） （1）四环素族，包括土霉素等，能抑制氨基酰 tRNA与原核细胞的核蛋白体小亚基结合， 抑制细菌的蛋白质生物合成。
（2）氯霉素，能与原核生物的核蛋白体大亚基结合，阻断翻译延长过程。高浓度时，对真核生物线粒体内的蛋白质合成也有阻断作用。
（3）链霉素，和卡那霉素能与原核生物蛋白体小亚基结合，改变其构象，引起读码错误， 结核杆菌对这两种抗生素特别敏感。
（4）嘌呤霉素，结构与酪氨酸tRNA相似，从而可取代一些氨基酸tRNA进入翻译中的核蛋 白体受位，当延长的肽链转入此异常受位时，容易脱落，终止肽链合成。嘌呤霉素对原核、 真核生物的翻译过程均有干扰作用。
（5）放线菌素，抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用。
▲二干扰蛋白质生物合成的生物活性物质
白喉毒素，可对真核生物的EFT２起共价修饰作用，从而使EFT2失活。
干扰素，对病毒有两方面的作用：其一是干扰素在双链RNA存在下，可以诱导一种蛋白激 酶，由蛋白激酶使eIF2发生磷酸化，从而抑制病毒蛋白质的生物合成；干扰素还可诱导生 成一种罕见的寡核苷酸，可活化一种称为RNase L的核酸内切酶，由 RNase L降解病毒 RNA。
蓖麻蛋白，与真核生物大亚基（60S）的蛋白结合，间接抑制EFT２的作用，阻碍肽链延长。
天花粉蛋白，具有RNA N…糖苷酶活性，使真核大亚基（60S）失活。
◆DNA分子在生物体内的合成三种方式：DNA复制；修复合成；反转录合成。
在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、 转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，但并非所有基因表达过程都产生蛋白质，tRNA、rRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。基因表达调控的基本原理
（一）基因表达的多级调控 基因的结构活化、转录起始、转录后加工及转运、mRNA降解、翻译及翻译后加工及蛋白质降解等均为基因表达调控的控制点。其中转录起始是基因表达的基本控制点。 四个基本的调控点： （1）基因结构的活化。DNA暴露碱基后RNA聚合酶才能有效结合。活化状态的基因表现 为：1。对核酸酶敏感；2。结合有非组蛋白及修饰的组蛋白；3。低甲基化。 （2）转录起始。最有效的调节环节，通过DNA元件与调控蛋白相互作用来调控基因表达。（3）转录后加工及转运。RNA编辑、剪接、转运。 （4）翻译及翻译后加工。翻译水平可通过特异的蛋白因子阻断mRNA翻译翻译后对蛋白的 加工、修饰也是基本调控环节。
（二）基因转录激活调节基本要素
1。DNA序列 原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。操纵子通常由2个以上的编码序列 与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列是RNA聚合酶 结合并起动转录的特异DNA序列。多种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点 上游…10及…35区域存在一些相似序列，称为共有序列。大肠杆菌及一些细菌启动序列的共 有序列在…10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（PribnowBox），在…35区域为 TTGACA 。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起 始。因此，共有序列决定启动序列的转录活性大小。操纵序列是原核阻遏蛋白的结合位点。 当操纵序列结合阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿 DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子调节序列中还有一种特异DNA序列 可结合激活蛋白，使转录激活，介导正性调节。 顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的DNA序列。在不同真核基因的顺式作用元 件中会时常发现一些共有序列，如 TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元 件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。顺式作用元件通常是非 编码序列。顺式作用元件并非都位于转录起点上游（5′端）。根据顺式作用元件在基因中的 位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些功能元件分为启动子、 增强子及沉默子等。
2。调节蛋白 原核调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特异因子决定RNA聚合酶对一个 或一套启动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活 蛋白可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合 酶活性。 真核调节蛋白又称转录因子。绝大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的 顺式作用元件相互作用（DNA…蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，故称反式作用 因子。有些基因产物可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭， 这就是顺式作用。具有这种调节方式的调节蛋白称为顺式作用蛋白。
3。DNA…蛋白质、蛋白质和蛋白质相互作用 DNA…蛋白质相互作用指反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。这种结合通 常是非共价结合。绝大多数调节蛋白结合DNA前需通过蛋白质…蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体。所谓二 聚化就是指两分子单体通过一定的结构域结合成二聚体，它是调节蛋白结合DNA时最常见 的形式。由同种分子形成的二聚体称同二聚体，异种分子间形成的二聚体称异二聚体。除二 聚化或多聚化反应，还有一些调节蛋白不能直接结合DNA，而是通过蛋白质一蛋白质相互 作用间接结合DNA，调节基因转录。
4。RNA聚合酶 DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现的。启动序列／启动 子的结构，调节蛋白性质对RNA聚合酶活性影响很大。 （1）启动序列或启动子与RNA聚合酶活性：原核启动序列或真核启动子是由转录起始点、 RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成。会影响其与RNA聚合酶的亲和力，而亲 和力大小则直接影响转录起始频率。 （2）调节蛋白与RNA聚合酶活性：一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细胞内表 达，随后这些调节蛋白通过DNA…蛋白质相互作用、蛋白质…蛋白质相互作用影响RNA聚合 酶活性，从而使基础转录频率发生改变，出现表达水平变化。
（一）原核基因调节特点
1。σ因子决定mRNA识别特异性 原核生物细胞仅含有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶司转录起始。在转录起始 阶段，σ亚基（又称σ因子）识别特异启动序列；不同的σ因子决定特异基因的转录激活，决定tRNA、mRNA和rRNA基因的转录。 2。操纵子模型的普遍性 3。阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 （二）乳糖操纵子调节机制 1。乳糖操纵子的结构 大肠杆菌的乳糖操纵子含Z、Y及A三个结构基因，分别编码β…半乳糖苷酶、透酶、乙酰基转 移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因Ⅰ。Ⅰ基因编码一种阻遏 蛋白，后者与O序列结合，使操纵子受阻遏而处于转录失活状态。在启动序列P上游还有一 个分解（代谢）物基因激活蛋白CAP结合位点，由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成 LAC操纵子的调控区，三个酶的编码基因即由同一调控区调节，实现基因产物的协调表达。
2。阻遏蛋白的负性调节 在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，Ⅰ基因列在P启动序列操纵下表达的 乳糖阻遏蛋白与O序列结合，故阻断转录启动。阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋 白与O序列解聚。因此，每个细胞中可能会有寥寥数分子β半乳糖苷酶、透酶生成。 当有乳糖存在时，乳糖操纵子即可被诱导。真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖经
