(二)rRNA转录后加工
原核生物rRNA转录后加工,包括以下几方面:①rRNA前体被大肠杆菌RNaseⅢ,RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子;②rRNA在修饰酶催化下进行碱基修饰;③rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基(见图17-14)
图17-14 大肠杆菌rRNA前体的加工
真核生物rRNA前体比原核生物大,哺乳动物的初级转录产物为45s,低等真核生物的rRNA前体为38s,真核生物5sRNA前体独立于其他三种rRNA的基因转录(图17-15)。
图17-15 真核生物rRNA前体的加工
真核生物rRNA前体中含有插入顺序,rRNA前体要形成成熟的rRNA,需要经过拼接反应。例如,四膜虫的rRNA前体的拼接是一种无酶催化的自动拼接过程。四膜虫基因组内,26srRNA编码的区域内有413bp的插入顺序。该插放序列可以不消耗能量从rRNA前体中被除掉。用SDS煮沸和用蛋白酶外理等破坏酶活性办法,都不能破坏拼接活性,但反应中Mg2+和鸟嘌呤核苷酸是必在的。用32P-GTP进行追踪实验表明,起始过程是GTP在插入顺序5’端发生亲核反应,同时GMP与5’端切点的切除段形成磷酸二酯键并使原RNA断开。第二步是5’切点的外元3’-OH与3’切点的外元5’-P共价连接,获得成熟的rRNA,被切除部分最后环化,形成一个环状结构,同时从5’端去掉一个15核苷酸啐片。剩余部分连接成399核苷酸的环状产物,再经过几步,最后切下一个19个核苷酸的线性内含子序列即L-19,它具有催化活性,上面的剪接作用,是由内含子本身的催化性质决定的(图17-16)。
图17-16 四膜虫rRNA前体的自我剪接
这种rRNA的自身剪接反应给人们一个提示:即RNA分子也有酶的催化活性。这向酶的化学本质是蛋白质这一传统概念提出了挑战。这种有酶催化活性的RNA分子命名为Ribozyme。T.Cech和S.Altman各自分别发现RNA具有催化作用,他们的发现对于了解生命进行过程有重要意义。很可能在原始生命中,RNA所催化的断裂一连接反应是最早出现的催化过程。为此,他们共同获得了1989年Nobel化学奖。
从大多数Ribozymw的结构中发现一些特征,例如:锤头状结构的RNA分子有13个保守的核苷酸序列,如果它们中的碱基改变会使这种催化活性失去作用。根据这种特片,科学家们在体外没计并人工合成这种RNA分子,用于抗肿瘤及抗病毒的实验中(图17-17)。
图17-17 锤头结构模式图
(三)tRNA转录后的加工修饰
原核生物和真核生物刚转录生成的tRNA前体一般无生物活性,需要进行①剪切和拼接②碱基修饰③3’-OH连接-ACC结构(图17-18)。
图17-18 tRNA前体的加工
①tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下,切成一定在小的tRNA分子。大肠杆菌RNase P可特异剪切tRNA前体的5’旁顺序,因此,该酶被称为tRNA5’成熟酶。除了RNaseP外,tRNA前体的剪切尚需要一个3’-核酸内切酶,这可将tRNA前体3’端的一段核苷酸序列切下来。此外RNaseD是tRNA3’端成熟酶。近年来的研究表明大肠杆菌RNaseP是一种非常特殊的酶分子,它是由RNA和蛋白质组成,最近发现RNAaseP分子中的RNA部分在某些条件下,可以单独地催化tRNA前体的加工成熟,这个发现和四膜虫tRNA能自我拼接被认为是近十年来生化领域内最令人鼓舞的发现之一。说明RNA分子确具有酶的催化活性。经过剪切后的tRNA分子还要在拼接酶作用下,将成熟tRNA分子所需的片段拼起来。
②成熟的tRNA分子中有许多的稀有碱基,因此tRNA在甲基转移酶催化下,某些嘌呤生成甲基嘌呤如A→mA,G→mA。有些尿嘧啶还原为双氢尿嘧啶。尿嘧啶核苷转变不假尿嘧啶核苷。某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸(Ⅰ)
③3’末端加上CCA:在核苷酸转移酶作用下,3’--末端除去个别碱基后,换上tRNA分子统一的CCA-OH末端,完成tRNA分子中的氨基酸臂结构。