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    發布時間:2022-04-19 10:33 原文鏈接: rRNA轉錄加工過程

    主要加工方式是切斷。

    真核細胞的rRNA基因(rDNA)屬于一種被稱為豐富基因(redundant gene)族的DNA的序列,即染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯基因(tandem gene)單位的重復。由不能轉錄的間隔區(spacer)把這些單位分隔開。在這里,間隔區與內含子是不同的概念。在分類上,rDNA這種類型的序列被稱為高度重復序列(highly repeat sequence)DNA。在不同的種屬生物中,rDNA的大小不一,重復單位由數百個至數千個以上。每個重復單位的可轉錄段從7kb至13kb不等,間隔區為數千bp。雖然有間隔區與重復單位的大小不同,但是真核生物最后轉錄出來的rRNA大小相同。真核生物核蛋白體中有18S、5.8S、28S及5SrRNA。5SrRNA獨立于其他三種rRNA的基因轉錄,在成熟過程中加工甚少。45SrRNA前體中包含18S、5.8S、28srRNA。45S rRNA經剪接后,先分離出屬于核蛋白小體的18S-rRNA。余下部分在拼接成5.8S和28S的rRNA。rRNA成熟后,在核仁上裝配,與核蛋白體蛋白一起形成核蛋白體,輸出胞漿。靜止狀態的細胞,rRNA的壽命較短,而生長中的細胞,rRNA比較穩定。

    1982年,T.R.Ceck在研究一種叫四膜蟲(Tetrahymena)的簡單真核生物rRNA剪接中發現rRNA前體剪接是一種自我剪接(self-splicing)方式,即RNA本身也有催化作用。一般而言,剪接的化學反應過程包括磷酸二酯鍵的斷裂和再連接。大多數的mRNA剪接需要并接體參與,這種核蛋白起酶的作用。但在四膜蟲rRNA的剪接過程中,去除所有蛋白質,剪接仍可迅速完成。通過研究rRNA的結構,發現了一定的規律,就是根據四膜蟲的rRNA一級結構繪出的二級結構。圖2中用粗線表示5’-端和3’-端要被剪切刪除的部分,并列出l了5’-端的部分堿基序列。,在圖2上可見到形成眾多的局部雙鏈區,這是由于線性的RNA分子有很多的反向互補序,此為能進行自我剪接的結構基礎。

    rRNA的剪接不需要任何蛋白質參與即可發生,這就說明了RNA本身即具有酶的催化作用。因而把具有酶促活性的RNA命名為核酶(ribozyme)。

    已知的一個最簡單的能進行自我剪接的RNA的結構,如圖3所示。因為二級結構與錘頭相似,因此將其命名為錘頭結構(hammer-head structure),這是核酶能起作用的結構基礎。這屬于分子內催化,同一分子上包括有催化部分和底物部分,催化部分即為錘頭結構,至少3個莖(stem),1至3個環(loop)。堿基部分至少13個是一致性(consensus)序列,用A,C,G,U標出,其余書寫為N的是指任何堿基均可。底物部分即為箭頭所示附近的核苷酸,含有GU序列。1983年S.Altman等又發現RnaseP中RNA組分可以催化tRNA前體的加工。通過以上研究工作,認為RNA具有酶活力,此發現具有重大生物學意義。首先,打破了酶是蛋白質的傳統觀念,對傳統酶學提出挑戰,對于如何給酶下一個更準確的定義,還有待進一步探討;其次,對于在生命起源中,為先有核酸,還是先有蛋白質這一有爭議的問題,提供了線索。

    具有實際意義的是:人們根據核酶的特殊結構,設想用人工合成的小片段RNA,配合在欲破壞其結構的RNA或DNA分子上,使其成為錘頭結構,此即為人工設計的核酶。人工核酶用于研究上,把核酸分子切成特異性片段,已經獲得了成功。進一步設想,用人工設計的核酶來破壞一些有害基因轉錄出的mRNA或其前體,從而抗癌及抗病毒。因此,核酶的發現有廣闊的應用前景。

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