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RNA的合成
生物化学与分子生物学 第14章 RNA的合成笔记，包括原核生物转录的模板和酶、原核生物的转录过程、真核生物RNA的合成、真核生物前体RNA的加工和降解四部分内容。
编辑于2022-11-02 10:34:08 广东- RNA的合成
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RNA的合成
概述
转录
生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录
意指将DNA的碱基序列转抄为RNA
功能
DNA分子上的遗传信息是决定蛋白质氨基酸序列的原始模板，mRNA是蛋白质合成的直接模板
意义
通过RNA的合成，遗传信息从染色体的贮存状态转送至细胞质，从功能上衔接DNA和蛋白质这两种生物大分子
1958年，F. Crick将上述遗传信息的传递方式归纳为中心法则（ central dogma）。1970年H. Temin发现了逆转录现象，对中心法则进行了补充。
RNA的合成
合成方式
一是DNA指导的RNA合成，即转录
生物体内的主要合成方式
转录产物除mRNA、rRNA和tRNA外，在真核细胞内还有 snRNA、 miRNA等非编码RNA。对RNA转录过程的调节可以导致蛋白质合成速率的改变，并由此而引发一系列细胞功能变化。因此，理解转录机制对于认识许多生物学现象和医学问题具有重要意义。mRNA在转录、转录后加工发生错误可引起细胞异常和疾病。RNA的转录合成是本章的主要内容。
另一种是RNA依赖的RNA合成
也称RNA复制
由RNA依赖的RNA聚合酶（RNA -dependent- RNA polymerase）催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式，限于篇幅本章未予叙述。
第一节 原核生物转录的模板和酶
概述
反应类型
RNA的生物合成属于酶促反应
原料
DNA模板、NTP、DNA依赖的RNA聚合酶（ RNA pol）、其他蛋白质因子及Mg2+等
合成方向
反应体系中需要合成方向为5′→3’
连接方式
核苷酸间的连接方式为3’，5’-磷酸二酯键
一、原核生物转录的模板
转录方式
在DNA分子双链上，一股链作为模板，按碱基配对规律指导转录生成RNA，另一股链则不转录
用核酸杂交法对模板DNA和转录产物RNA进行测定，或对DNA、RNA的碱基进行序列测定，都可证明DNA分子上的一个基因只有一股链可转录生成其编码产物（见P２６２图14-1）
模板链与编码链
作为一个基因载体的一段DNA双链片段，转录时作为RNA合成模板的一股单链称为模板链，相对应的另一股单链被称为编码链
mRNA
转录产物若是mRNA，则可用作翻译的模板，决定蛋白质的氨基酸序列
（见P262图14-1）模板链既与编码链互补，又与mRNA互补，可见mRNA的碱基序列除用U代替T外，与编码链是一致的。文献刊出的各个基因的碱基序列，为避免繁琐和便于查对遗传密码，一般只写出编码链。
二、RNA聚合酶催化RNA合成
（一）RNA聚合酶能从头启动RNA链的合成
合成原料
RNA pol催化RNA的转录合成，该反应以DNA为模板，以ATP、GTP、UTP和CTP为原料，还需要Mg2+作为辅基
过程
RNA合成的化学机制与DNA的复制合成相似
RNA pol通过在RNA的3’-OH端加入核苷酸，延长RNA链而合成RNA
3’-OH在反应中是亲核基团，攻击所进入的核苷三磷酸的α-磷酸，并释放出焦磷酸，总的反应可以表示为:（NMP）n＋NTP→（NMP）n+1＋PPi。
特点
RNA pol和双链DNA结合时活性最高，但是只以双链DNA中的一股DNA链为模板
新加入的核苷酸以 Watson-Crick-碱基配对原则和模板的碱基互补
注意在此与DNA链中A配对的是U而不是T
RNA链的起始合成不需要引物
前述的DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要RNA引物存在 ，而RNA pol能够在转录起点处使两个核苷酸间形成磷酸二酯键，即直接启动转录（见P２６３图14-2）
（二）RNA聚合酶由多个亚基组成
以大肠杆菌为例
大肠杆菌（E. coli）的 RNA pol是目前研究得比较透彻的分子。这是一个分子量达450kD，由5种亚基α2（2个α）β、β’、ω和σ组成的六聚体蛋白质。各主要亚基及功能见表14-1。 其他原核生物的 RNA pol在结构和功能上均与大肠杆菌相似
全酶
P264图14-3显示 RNA pol全酶在转录起始区的结合
组成
核心酶由α2ββ’ω亚基组成
试管内的转录实验证明，核心酶能够催化NTP按模板的指引合成RNA
但合成的RNA没有固定的起始位点
σ亚基
加有σ亚基的酶能在特定的起始点上开始转录
σ亚基的功能是辨认转录起始点
作用
活细胞的转录起始，是需要全酶的。转录延长阶段则仅需核心酶。
特点
大肠杆菌内有一些不同的 RNA pol全酶，其差异是σ亚基的不同
目前已发现多种亚基，并用其分子量命名区别
最常见的是σ70（分子量70kD），σ70是辨认典型转录起始点的蛋白质
大肠杆菌中的绝大多数启动子可被含有σ70因子的全酶所识别并激活
图片
热激蛋白（HSP）
将细菌从通常培养的37℃升温至42℃，细菌可迅速增加一套共17种蛋白质的合成
这些蛋白质被称为（heat shock proteins，HSP）。当温度升至50℃，大部分蛋白质合成已停止，HSP却能继续合成。HSP的编码基因称为热激基因（Hsp）。Hsp基因的转录起点的上游序列与其他基因不同，因而需另一种σ因子，即σ32（分子量32kD）辨认及启动其转录。可见，σ32是应答热刺激而被诱导产生的，它本身也属于一种HSP。
临床应用
抗生素——利福平可以特异抑制原核生物的 RNA pol，成为抗结核菌治疗的药物
它特异性地结合RNA聚合酶的β亚基
若在转录开始后才加入利福平，仍能发挥其抑制转录的作用，这说明β亚基是在转录全过程都起作用的
三、RNA聚合酶结合启动子上启动转录
操纵子
对于整个基因组来讲，转录是分区段进行的。每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子
（见十六章）
操纵子中包括了若干个基因的编码区及其调控序列
启动子
调控序列中的启动子是 RNA pol结合模板DNA的部位，是决定转录起始点的关键部位
启动子结构的阐明回答了转录从哪里起始这一问题，是转录机制研究的重要发现。为了确认 RNA pol在基因组的结合位点，研究中采用了一种巧妙的方法，即 RNA pol保护法在实验中，先将提取的DNA与提纯的 RNA pol混合温育一定时间，再加入核酸外切酶进行反应。结果显示，大部分DNA链被核酸酶水解为核苷酸，但一个40～60bp的DNA片段被保留下来。这段DNA没有被水解，是因为RNA pol结合在上面，因而受到保护。受保护的DNA位于转录起始点的上游，并最终被确认为是被 RNA pol辨认和紧密结合的区域，是转录起始调节区（见P265图14-4）。
原核生物是以RNA pol全酶结合到启动子上而启动转录的，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。
证明 RNA pol保护区存在共有序列
对数百个原核生物基因操纵子转录上游区段进行的碱基序列分析
以开始转录的5’-端第一位核苷酸位置转录起点（ TSS；或 initiator）为+1，用负数表示其上游的碱基序号
发现-35和-10区A-T配对比较集中
是在1975年由D. Pribnow发现的，故被称为 Pribnow盒（Pribnow box）。-35区与-10区相隔16～18个核苷酸，-10区与转录起点相距6或7个核苷酸。
-35区的最大一致性序列是 TTGACA
-10区的一致性序列TATAAT
-35区是 RNA pol对转录起始的识别序列
A-T配对相对集中，表明该区段的DNA容易解链，因为A-T配对只有两个氢键维系。比较RNA pol结合不同区段测得的平衡常数，发现 RNA pol结合在-10区比结合在-35区更为牢固。把 RNA pol分子大小与DNA链长度进行比较，可确定其结合DNA链时分子的跨度.
结合识别序列后， RNA pol向下游移动，达到 Pribnow盒
与DNA形成相对稳定的 RNA pol-DNA复合物
开始转录
第二节 原核生物的转录过程
原核生物的转录过程可分为转录起始、转录延长和转录终止三个阶段。
一、转录起始需要RNA聚合酶全酶
简述
转录起始概念
转录起始就是 RNA pol在DNA模板的转录起始区装配形成转录起始复合体，打开DNA双链，并完成第一和第二个核苷酸间聚合反应的过程
（动画14-1“原核生物的转录起始”
关键酶
转录全过程均需 RNA pol催化，起始过程需全酶，亚基辨认起始点，延长过程的核苷酸聚合仅需核心酶催化
转录复合物
转录起始复合物中包含有 RNA pol全酶、DNA模板以及与转录起点配对的NTPs
过程
起始阶段的第一步是由 RNA pol识别并结合启动子，形成闭合转录复合体
其中的DNA仍保持完整的双链结构 原核生物需要靠 RNA pol中的σ亚基辨认转录起始区和转录起点
首先被辨认的DNA区段是-35区 TTGACA的序列
在这一区段，酶与模板的结合松弛
接着酶移向-10区的 TATAAT序列并跨过了转录起点
形成与模板的稳定结合
起始的第二步是DNA双链打开，闭合转录复合体成为开放转录复合体
开放转录复合体中DNA分子接近-10区域的部分双螺旋解开后转录开始
无论是转录起始或延长中，DNA双链解开的范围都只在17bp左右这比复制中形成的复制叉小得多。
起始的第三步是第一个磷酸二酯键的形成
转录起始不需引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，在 RNA pol催化下生成磷酸二酯键
转录起点配对生的RNA的第一位核苷酸，也是新合成的RNA分子的5′-端，以GTP或ATP较为常见。比如，当5’-端第一位核苷酸GTP与第二位的NTP聚合生成磷酸二酯键后，仍保留其5′-端3个磷酸基团，生成聚合物是5’- pppGpN-OH-3’，其3’-端的游离羟基，可以接收新的NTP并与之聚合，使RNA链延长下去。RNA链的5’-端结构在转录延长中一直保留，至转录完成。
进入长阶段
当一个聚合酶成功合成一条超过10个核苷酸的RNA时，便形成一个稳定的包含有DNA模板、 RNA pol和RNA片段的三重复合体
当RNA合成起始成功后， RNA pol离开启动子
称为启动子解脱（ promoter escape），也叫启动子清除（ promoter clearance）。启动子清除发生后，转录进入延长阶段。
流产式起始
RNA合成开始时会发生流产式起始的现象
表现
发生流产式起始的时候，RNA pol在完全进入延伸阶段前不从启动子上脱离，而是合成长度小于10个核苷酸的RNA分子，并将这些短片段RNA从聚合酶上释放而终止转录
这个过程可在进入转录延长阶段前重复多次，从而产生多个短片段RNA。
意义
流产式起始被认为是启动子校对的过程
其发生可能与RNA聚合酶和启动子的结合强度有关
二、RNA聚合酶核心酶独立延长RNA链
简述
RNA pol的核心酶留在DNA模板上，并沿DNA链不断前移，催化RNA链的延长
第一个磷酸二酯键生成后，转录复合体的构象发生改变，σ亚基从转录起始复合物上脱落，并离开启动子，RNA合成进入延长阶段。
实验证明，σ亚基若不脱落， RNA pol则停留在起始位置转录不继续进行
化学计量又证明，每个原核细胞，σ因子的量在细胞内明显比核心酶少
RNA pol亚基比例为:α：β：β’：σ＝4000:2000:2000:600
在体外进行的RNA合成实验也证明，RNA的生成量与核心酶的加入量成正比
开始转录后，产物量与亚基加入与否无关
脱落后的因子又可再形成另一全酶，反复使用
过程
RNA链延长时，核心酶会沿着模板DNA不断向下游前移
聚合反应局部前方的DNA双链不断解链，合成完成后的部分又重新恢复双螺旋结构
转录泡
RNA链延长过程中的解链和再聚合可视为这一17bp左右的开链区在DNA上的动态移动，其外观类似泡状
核心酶可以覆盖4bp以上的DNA分子段落，但转录解链范围约17bp
解链区
（见P266图14-5）
在解链区局部， RNA pol的核心酶催化着模板指导的RNA链延长
转录产物3’-端会有一小段暂时与模板DNA保持结合状态，形成一8bp的RNA-DNA杂合双链
随着RNA链不断生长，5’-端脱离模板向空泡外伸展
从化学结构看， DNA/DNA双链结构比DNA/RNA形成的杂化双链稳定。核酸的碱基之间有3种配对方式，其稳定性是:G≡C＞A＝T＞A＝U。GC配对有3个氢键，是最稳定的；AT配对只在DNA双链形成；AU配对可在RNA分子或DNA/RNA杂化双链上形成，是3种配对中稳定性最低的。所以已转录完毕的局部DNA双链，就必然会复合而不再打开。根据这些道理，也就易于理解空泡为什么会形成，而转录产物又是为什么可以向外伸出了。
图片
观察解链区得出转录延长特点
核心酶负责RNA链延长反应；
RNA链从5′-端向3’-端延长，新的核苷酸都是加到3’-OH上；
对DNA模板链的阅读方向是3’-端向5’-端，合成的RNA链与之呈反向互补
即酶是沿着模板链的3′→5’方向或沿着编码链的5→3方向前进的
合成区域存在着动态变化的8bp的RNA-DNA杂合双链；
模板DNA的双螺旋结构随着核心酶的移动发生解链和再复合的动态变化。
三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行
机制
在原核生物，RNA链的转录合成尚未完成，蛋白质的合成已经将其作为模板开始进行翻译了
在电子显微镜下观察原核生物的转录产物，可看到像羽毛状的图形（P267图14-6）。进一步分析表明，在同一个DNA见模板分子上，有多个转录复合体同时在进行着RNA的合成；在新合成的mRNA链上还可观察到结合在上面的多个核糖体，即多聚核糖体。
意义
转录和翻译的同步进行在原核生物是较为普遍的现象
保证了转录和翻译都以高效率运行，满足它们快速增殖的需要
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四、原核生物转录终止分为依赖依赖ρ因子和非依赖ρ因子两大类
RNA pol在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来，就是转录终止。依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物的转录终止分为依赖ρ（Rho）因子与非依赖ρ因子两大类。
（一）依赖ρ因子的转录终止
发现
用T4噬菌体DNA作体外转录实验，发现其转录产物比在细胞内转录出的产物要长
根据这些线索，1969年， Roberts J在T4噬菌体感染的大肠杆菌中发现了能控制转录终止的蛋白质，命名为ρ因子。体外转录体系中加入了ρ因子后，转录产物长于细胞内的现象不复存在。
这一方面说明转录终止点是可以被跨越而继续转录的
还说明细胞内的某些因子有执行转录终止的功能
ρ因子
组成
ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量为46kD
特点
Ρ因子能结合RNA，又以对 polyC的结合力最强，但对 polydC/dG组成的DNA的结合能力就低得多
机制
在依赖ρ因子终止的转录中，产物RNA的3’-端会依照DNA模板，产生较丰富而且有规律的C碱基
ρ因子正是识别产物RNA上这些终止信号序列，并与之结合
结合RNA后的ρ因子和 RNA pol都可发生构象变化，从而使 RNA pol的移动停顿
ρ因子中的解旋酶活性使 DNA/RNA杂化双链拆离，RNA产物从转录复合物中释放，转录终止
（见P267图14-7）（动画14-2“依赖ρ因子的转录终止”）
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（二）非依赖ρ因子的转录终止
概念
DNA模板上靠近转录终止处有些特殊碱基序列，录出RNA后，RNA产物可以形成特殊的结构来终止转录，不需要蛋白因子的协助，即非依赖ρ因子的转录终止
特殊结构
可导致终止的转录产物的3’-端常有多个连续的U，其上游的一段特殊碱基序列又可形成鼓槌状的茎环或发夹形式的二级结构
这些结构的形成是非依赖ρ因子终止的信号
机制
见P268如图14-8所示，RNA链延长至接近终止区时，转录出的RNA片段随即形成茎环结构。这种二级结构是阻止转录继续向下游推进的关键。其机制可从两方面理解。（动画14-3“非依赖ρ因子的转录终止”）
一是RNA分子形成的茎环结构可能改变 RNA pol的构象
注意 RNA pol的分子量大，它不但覆盖转录延长区，也覆盖部分3’-端新合成的RNA链，包括刚形成的RNA茎环结构。
RNA茎环结构可影响 RNA pol的结构而使其构象改变
从而使 RNA pol-DNA模板的结合方式发生改变
RNA pol不再向下游移动，于是转录停止
二是转录复合物（ RNA pol-DNA-RNA）上形成的局部RNA/DNA杂化短链的碱基配对是不稳定的
随着RNA茎环结构的形成，RNA从DNA模板链上脱离，单链DNA复原为双链，转录泡关闭，转录终止。
另外RNA链上的多聚U也是促使RNA链从模板上脱落的重要因素
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第三节 真核生物RNA的合成
概述
真核生物的转录过程比原核复杂
真核生物和原核生物的 RNA pol种类不同，结合模板的特性不一样
原核生物RNA pol可直接结合DNA模板，而真核生物RNA pol需与辅因子结合后才结合模板
所以两者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。
真核基因组中转录生成的RNA中有20％以上存在反义RNA
提示某些DNA双链区域在不同的时间点两条链都可以作为模板进行转录
基因组中的基因间区也可以作为模板被转录而产生长非编码RNA等
提示真核基因组RNA生物合成是很广泛的现象
一、真核生物有多种RNA依赖的RNA聚合酶
主要RNA聚合酶
真核生物至少具有3种主要的 RNA pol，分别是RNA聚合酶Ⅰ（ RNA polⅠ）、RNA聚合酶Ⅱ（RNA polⅡ）和RNA聚合酶Ⅲ（ RNA pol Ⅲ）
RNA polⅠ
位置
位于细胞核的核仁
功能
催化合成rRNA的前体，rRNA的前体再加工成28S、5.8S及1 8S rRNA
RNA polⅡ
位置
位于细胞核的核仁
功能
在核内转录生成前体mRNA，然后加工成mRNA并输送给胞质的蛋白质合成体系
mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。在此意义上说， RNA polⅡ是真核生物中最活跃的 RNA pol
RNA polⅡ也合成一些非编码RNA如长非编码RNA（IncRNA）、微小RNA和 piRNA（与Piwi蛋白相互作用的RNA）。
RNA polⅢ
位置
位于细胞核外
功能
催化tRNA、5 SrRNA和一些核小RNA（ snRNA）的合成
对α-鹅膏蕈碱的敏感性
一种毒蘑菇含有的环八肽（ cyclic octapeptide）毒素、 （见P269表14-2）
RNA polⅠ对α-鹅膏蕈碱不敏感
RNA polⅡ对α-鹅膏蕈碱十分敏感
RNA polⅢ对α-鹅膏蕈碱比较敏感
RNA pol的结构
真核生物 RNA pol的结构比原核生物复杂，以上所述三种真核生物的 RNA pol都有两个不同的大亚基和十几个小亚基。
共有结构
三种真核生物 RNA pol都具有核心亚基
与大肠杆菌 RNA pol的核心亚基有一些序列同源性。最大的亚基（分子质量160～220kD）和另一大亚基（分子质量128～150kD）与大肠杆菌 RNA pol的β’和β亚基有一定同源性。例如， RNA polⅡ由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。
3种真核生物 RNA pol具有数个共同小亚基
特有结构
每种真核生物RNA pol各自还有3～7个特有的小亚基
这些小亚基的作用还不十分清楚，但是，每一种亚基对真核生物RNA pol发挥正常功能都是必需的。三种聚合酶所含亚基的比较见P２６９图14-9
羧基末端结构域（ CTD）
概念
是RNA polⅡ最大亚基的羧基末端有一段共有序列
为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser样的七肽重复序列片段
特点
RNA polⅠ和RNA polⅢ没有CTD
所有真核生物的 RNA polⅡ都具有CTD，只是7个氨基酸共有序列的重复程度不同。
酵母 RNA polⅡ的CTD有27个重复共有序列，中18个与上述7个氨基酸共有序列完全一致；哺乳动物 RNA polⅡ的CTD有52个重复基序，其中21个与上述7个氨基酸共有序列完全一致。
意义
CTD对于维持 RNA polⅡ的催化活性是必需的
CTD的磷酸化在转录起始中起关键作用
体内外实验都证明，当 RNA polⅡ启动转录后，CTD的许多Ser和一些Tyr残基是处于磷酸化状态。
启动子
简述
RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别使用不同类型的启动子，分别为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类启动子
其中Ⅲ类启动子又可被分为3个亚型
（见第十一章）
双向启动子
概念
是位于两个相邻且转录方向相反的基因之间的一段DNA序列
染色体上两个相邻基因的转录方向有的是相同的，有的是不同的。（见P270图14-10） 近年来在人类等动植物基因组中存在大量的相邻且转录方向相反的基因，被称为双向转录基因对（bidirectional gene pairs），也被称之为“头对头”基因对（head-to--head gene pairs）。当这两个相邻的“头对头”基因转录起始位点之间的距离小于1kb左右时，这段基因间DNA序列可称之为双向启动子。
分类
根据相反方向基因重叠程度的不同，双向转录基因对可分为两类:基因5’-端不重叠的双向转录基因对和基因5’-端重叠的双向转录基因对。相应的双向启动子也分为两类
启动子序列重叠的双向启动子
第1类双向启动子是真正意义上的双向启动子
启动子序列不重叠的双向启动子
其他RNA聚合酶
真核细胞内还有其他类型的DNA依赖的RNA聚合酶 真核细胞线粒体的RNA聚合酶属于单亚基RNA聚合酶蛋白质家族，与上述RNA聚合酶在结构上非常不同，在此不详述。
RNA聚合酶Ⅳ
在植物中合成小干扰RNA（ siRNA）
RNA聚合酶Ⅴ
在植物中合成的RNA与 SiRNA介导的异染色质形成有关
二、顺式作用元件和转录因子在真核生物转录起始中有重要作用
RNA polⅡ催化基因转录的过程，可以分为3个期:起始期（ RNA polⅡ和通用转录因子形成闭合复合体）、延长期和终止期，起始期和延长期都有相关的蛋白质参与。 真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化。转录起始时， RNA pol不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。
（一）与转录起始有关的顺式作用元件
顺式作用元件
概念
不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件
构成
一个典型的真核生物基因上游序列示意见P270如图14-11顺式作用元件包括核心启动子序列、启动子上游元件，又叫近端启动子元件等近端调控元件和增强子等远隔序列。
核心启动子序列
核心启动子区
转录起始点至上游-37bp的启动子区域是核心启动子（ core promoter）区，是转录起始前复合物（preinitiation complex，PIC）的结合位点.真核生物转录起始也需要 RNA pol对起始区上游DNA序列作辨认和结合，生成起始复合物。
TATA盒（TATA box）
起始点上游多数有共同的TATA序列
通常认为这就是启动子的核心序列
TATA盒的位置不像原核生物上游-35区和-10区那样典型。某些真核生物基因如管家基因（ house-keeping- gene）也可以没有TATA盒。许多 RNA polⅡ识别的启动子具有保守的共有序列:位于转录起始点附近的起始子（ initiator，Inr）（P270图14-11）。
启动子上游元件
概念
启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列
多在转录起始点上游约40～200bp的位置，比较常见的是位于-70bp至-200bp的CAAT盒和GC盒
作用
这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率
增强子
概念
增强子是能够结合特异基因调节蛋白并促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列
增强子距转录起始点的距离变化很大，从1000bp到50000bp，甚至更大，但一般作用于最近的启动子，在所控基因的上游和下游都可发挥调控作用，但以上游为主
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（二）转录因子
RNA polⅡ启动转录时，需要一些称为转录因子 transcription factor，TF）的蛋白质，才能形成具有活性的转录复合体。
反式作用因子
概念
能直接间接辨认和结合转录上游区段DNA或增强子的蛋白质，统称为反式作用因子
（ trans-acting- factor）。前缀trans-有“分子外”的意义，指的是它们从DNA分子之外影响转录过程。
组成
通用转录因子
通用转录因子，有时称为基本转录因子（ basal transcription factor）
概念
是直接或间接结合 RNA pol的一类转录调控因子
相应于 RNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的TF，分别称为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。真核生物的TFⅡ又分为TFⅡA，TFⅡB等，主要的TFⅡ的功能已清楚，列于P２７１表14-3。所有的 RNA polⅡ都需要通用转录因子，这些通用转录因子有TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE、TFⅡF、TFⅡH，在真核生物进化中高度保守。
TFⅡD
构成
通用转录因子TFⅡD不是一种单一蛋白质
由TATA盒结合蛋白质（TBP）和8～10个TBP相关因子（TAF）组成的复合物
TBP结合一个10bp长度DNA片段，刚好覆盖基因的TATA盒，而TFⅡD则覆盖一个35bp或者更长的区域。TBP的分子量为20～40kD，而TFⅡD复合物的分子量大约为700 kD 可以想象TFⅡD复合物中不同TAFs与TBP的结合可能结合不同启动子，这可以解释这些因子对特定启动子存在不同的亲和力和在各种启动子中的选择性活化。
TBP
TBP支持基础转录但是不是诱导等所致的增强转录所必需的。
TAFs
人类细胞中至少有12种TAF。
TFⅡD中的TAFs诱导引起的增强转录是必要的
有时把TAFs叫做辅激活因子
中介子
概念
中介子也是在反式作用因子和 RNA pol之间的蛋白质复合体
作用
它与某些反式作用因子相互作用
同时能够促进TFⅡH对 RNA pol羧基端结构域的磷酸化
有时把中介子也归类于辅激活因子
上游因子
概念
与启动子上游元件如GC盒、CAAT盒等顺式作用元件结合的转录因子
如SP1结合到GC盒上，C/EBP结合到CAAT盒上。
作用
这些转录因子调节通用转录因子与TATA盒的结合、 RNA pol在启动子的定位及起始复合物的形成，从而协助调节基因的转录效率
特异转录因子
概念
特异转录因子是在特定类型的细胞中高表达，并对一些基因的转录进行时间和空间特异性调控的转录因子
（见第十六章）
主要作用
与远隔调控序列如增强子等结合的转录因子是主要的特异转录因子
例如，属于特异转录因子的可诱导因子（ inducible factor）是与增强子等远端调控序列结合的转录因子。它们只在某些特殊生理或病理情况下才被诱导产生的，如MyoD在肌肉细胞中高表达，HIF-1在缺氧时高表达。
可诱导因子在特定的时间和组织中表达而影响转录
RNA polⅡ与启动子结合后启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用
表14-4列出了识别、结合Ⅱ类启动子的四类转录因子及其功能。应该指出的是，上游因子和可诱导因子等在广义上也称为转录因子，但一般不冠以TF的词头而各有自己特殊的名称。
可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合
激活因子和（或）中介子在可诱导因子、上游因子与通用转录因子 RNA polⅡ复合物之间起中介和桥梁作用
通用转录因子和 RNA pol IIⅡ在启动子处组装成转录起始前复合物
因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录
（三）转录起始前复合物
简述
真核生物 RNA pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子
首先是TFⅡD的TBP亚基结合TATA，另一TFⅡD亚基TAF有多种，在不同基因或不同状态转录时，不同的TAF与TBP进行搭配。
在TFⅡA和ⅡB的促进和配合下，形成ⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合体
（见P272图14-12）
形成过程
（动画14-4“真核生物转录起始前复合物形成”）
先由TBP结合启动子的TATA盒
这时DNA发生弯曲，然后TFⅡB与TBP结合
TFⅡB也能与TATA盒上游邻近的DNA结合
TF Ⅱ B-TBP复合体再与由 RNA polⅡ和TFⅡF组成的复合体结合
最后是TFⅡE和TFⅡH加入，形成闭合复合体，装配完成
转录因子及作用
TFⅡA
不是必需的
其存在时能稳定已与DNA结合的TFⅡD-TBP复合体
在TBP与不具有特征序列的启动子结合时（这种结合比较弱）发挥重要作用
TFⅡB
TFⅡB可以结合 RNA polⅡ
TFⅡF
TFⅡF的作用是通过和RNA polⅡ一起与TFⅡB相互作用，降低 RNA polⅡ与DNA的非特异部位的结合，来协助 RNA polⅡ靶向结合启动子。
TFⅡH
TFⅡH具有解旋酶活性，能使转录起始点附近的DNA双螺旋解开，使闭合复合体成为开放复合体，启动转录。
TFⅡH还具有激酶活性，它的一个亚基能使 RNA polⅡ的CTD磷酸化。
还有一种使CTD磷酸化的蛋白质是周期蛋白依赖性激酶9（ cyclin-dependent- kinase 9，CDK9），是正性转录延长因子（ positive transcription elongation factor，P-TEFb）复合体的组成部分，对 RNA polⅡ的活性起正性调节作用。
CTD磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转录。
这时TFⅡD、TFⅡA和TFⅡB等就会脱离转录起始前复合物。当合成一段含有30个左右核苷酸的RNA时，TFⅡE和TFⅡH释放， RNA polⅡ进入转录延长期（P272图14-12）。在延长阶段，TFⅡF仍然结合 RNA polⅡ，防止其与DNA的结合。CTD磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相互作用。
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（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录
数个反式作用因子之间互相作用，再与基本转录因子、 RNA pol搭配而有针对性地结合、转录相应的基因
上述的是典型而有代表性的 RNA polⅡ催化的转录起始。 RNA polⅠ、RNA pol Ⅲ的转录起始与此大致相似。不同基因转录特性的研究已广泛开展，并发现数以百计、数量还在不断增加的转录因子。人类编码蛋白质的基因估计有2万个左右，为了保证转录的准确性，不同基因的转录起始需要不同的转录因子来参与，这是可理解的。转录因子是蛋白质，也需要基因为它们编码。一般认为，数个反式作用因子（主要是可诱导因子和上游因子等转录因子）之间互相作用，再与基本转录因子、 RNA pol搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、 RNA pol结合，但有时可不通过它们而直接与基本转录因子、 RNA pol结合。转录因子的相互辨认结合，恰如儿童玩具七巧板那样，搭配得当就能拼出多种不同的图形。人类基因虽数以万计，但需要的转录因子可能几百个就能满足表达不同类型基因的需要。目前不少实验都支持这一理论。用生物信息学估算人类细胞中大约有2000种编码DNA结合蛋白的基因，约占基因总数的10％。其中大部分可能是反式作用因子。
三、真核生物RNA转录延长过程不与翻译同步
简述
真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。
真核生物基因组DNA在双螺旋结构的基础上，与多种组蛋白组成核小体高级结构
RNA pol前移处处都遇上核小体。
RNA聚合酶（500kD，14nm×13nm）和核小体组蛋白八聚体（300kD，6nm×16nm）大小差别不太大。转录延长可以观察到核小体移位和解聚现象。用含核小体结构的DNA片段作模板，在酶、底物存在及合适反应条件下进行转录，能够观察到核小体移位。在试管内（ in vitro）转录实验中以DNA酶对DNA进行水解，从DNA电泳图像观察到约200bp及其倍数的阶梯形电泳条带。这种阶梯形电泳条带证明了核小体在转录过程中存在，提示转录过程中核小体只是发生了移位（P273图14-13）。 但在培养细胞的体内（ in vivo）转录实验中观察到，组蛋白中含量丰富的精氨酸发生了乙酰化，该修饰降低正电荷。核小体组蛋白与DNA的结合是靠碱性氨基酸提供正电荷和核苷酸磷酸根上的负电荷来维系的。据此推论:核小体在转录过程中可能发生一时性解聚并重新装配。
核小体在转录过程中可能发生一时性解聚并重新装配
四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行
简述
真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的
（动画14-5“真核生物转录终止”）
真核生物mRNA有多聚腺苷酸［poly（A）］尾巴结构，是转录后才加进去的，因为在模板链上没有相应的多聚胸苷酸（ poly dT）
转录不是在poly（A）的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停止。已发现在可读框的下游，常有一组共同序列 AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点（P274图14-14）。
转录越过修饰点后，前体mRNA在修饰点处被切断随即加入poly（A）尾及5’-帽子结构。
下游的RNA虽继续转录，但很快被RNA酶降解。因此有理由相信，子结构是保护RNA免受降解的，因为修饰点以后的转录产物无帽子结构，很快被降解。
RNA pol缺乏具有校读（ proofreading）功能的3’→5’核外切酶活性，因此转录发生的错误率比复制发生的错误率高
大约是十万分之一到万分之一。因为对大多数基因而言，一个基因可以转录产生许多RNA拷贝，而且RNA最终是要被降解和替代的，所以转录产生错误RNA对细胞的影响远比复制产生错误DNA对细胞的影响小。
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第四节 真核生物前体RNA的加工和降解
真核生物转录生成的RNA分子是前体RNA（pre-RNA），也称为初级RNA转录物（ primary RNA transcript），几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。
一、真核前体mRNA经首、尾修饰、剪接和编辑加工后才能成熟
真核生物前体mRNA合成后，需要进行5’-端和3’-端（首、尾部）的修饰以及对前体mRNA进行剪接（ splicing），才能成为成熟的mRNA，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。
（一）前体mRNA在5’-端加入“帽”结构
简述
前体mRNA也称为初级mRNA转录物或核不均一RNA（ hnRNA）
大多数真核mRNA的5’-端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构
RNA polⅡ催化合成的新生RNA在长度达25～30个核苷酸时，其5′-端的核苷酸就与7-甲基鸟嘌呤核苷通过不常见的5’，5′-三磷酸连接键相连
（见P２７５图14-15）
催化酶
加帽过程由加帽酶和甲基转移酶催化完成
（P２７５图14-15）（动画14-6“帽子结构的修饰”）
加帽酶
加帽酶有两个亚基
在添加帽结构的过程中，此酶与 RNA polⅡ的CTD结合在一起
其氨基端部分具有磷酸酶活性，其作用是去除新生RNA的5’-端核苷酸的γ-磷酸
其羧基端部分具有mRNA鸟苷酸转移酶活性，将一个GTP分子中的GMP部分和新生RNA的5’端结合，形成5’，5’-三磷酸结构
甲基转移酶
然后由S-腺苷甲硫氨酸先后提供甲基，使加上去的GMP中鸟嘌呤的N7和原新生RNA的5′-端核苷酸的核糖2’-O甲基化
这两步甲基化反应由不同的甲基转移酶，鸟嘌呤N-7甲基转移酶和2’-O核糖甲基转移酶进行催化的
意义
5’-帽结构可以使mRNA免遭核酸酶的攻击
能与帽结合蛋白质复合体结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。
（二）前体mRNA在3’-端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾
简述
真核mRNA，除了组蛋白的mRNA，在3’-端都有多聚腺苷酸［poly（A）］尾结构
约含80～250个腺苷酸。大多数已研究过的基因中，都没有3’-端相应的多聚胸苷酸序列，说明poly（A）尾的出现是不依赖于DNA模板的。
转录最初生成的前体mRNA 3’端长于成熟的mRNA
因此认为，加入poly（A）之前，先由核酸内切酶切去前体mRNA 3’端的一些核苷酸，然后加入poly（A）
前体mRNA上的断裂点也是聚腺苷酸化（ polyadenyla-tion）的起始点
断裂点的上游10～30nt有 AAUAAA信号序列，断裂点的下游20～40nt有富含G和U的序列
前者是特异序列，后者是非特异序列
在前体mRNA上也发现poly（A）尾巴，推测这一过程也应在核内完成，而且先于mRNA中段的剪接
尾部修饰是和转录终止同时进行的过程
意义
一般认为poly（A）的长度与mRNA的寿命呈正相关
随着poly（A）缩短，以该mRNA作为模板的翻译活性下降。因此推测，poly（A）的有无与长短与维持mRNA本身稳定性和mRNA作为翻译模板的活性高度相关。一般真核生物在细胞质内出现的mRNA，其poly（A）长度在100～200个核苷酸之间，也有少数例外，如组蛋白基因的转录产物，无论是初级的或成熟的，都没有poly（A）尾巴。
过程
前体mRNA分子的断裂和加poly（A）尾是多步骤过程（见P２７６图14-16）
CPSF先 AAUAAA与信号序列形成不稳定的复合体
断裂和聚腺苷酸化特异性因子（ cleavage and polyadeny- lation specificity factor， CPSF））是由4条不同的多肽组成的蛋白质，分子质量为360kD。
然后至少有3种蛋白质——断裂激动因子（CStF）、断裂因子Ⅰ（CFⅠ）、断裂因子Ⅱ（CFⅡ）与CPSF-RNA复合体结合
CStF与断裂点的下游富含G和U的序列相互作用能使形成的多蛋白复合体稳定
最后在前体mRNA分子断裂之前，多聚腺苷酸聚合酶［ PAP］加入到多蛋白质复合体，体mRNA在断裂点断裂后，立即在断裂产生的游离3’-OH进行多聚腺苷酸化
在加入大约前12个腺苷酸时，速度较慢，随后快速加入腺苷酸，完成多聚腺苷酸化。多聚腺苷酸化的快速期有一种多聚腺苷酸结合蛋白Ⅱ［poly（A）binding proteinⅡ，简称PABPⅡ或PABⅡ，与细胞质里的腺苷酸结合蛋白PABP不同］参与，PABPⅡ和慢速期合成的多聚腺苷酸结合，提高多聚腺苷酸聚合酶合成多聚腺苷酸的速度。PABPⅡ的另一个功能是:当多聚腺苷酸尾结构达足够长时，使多聚腺苷酸聚合酶停止作用。
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（三）前体mRNA的剪接主要是去除内含子
简述
并不是全部的基因序列都保留在成熟的mRNA分子中，有一些区段被去除了
正如第十一章所述，真核基因结构最突出的特点是其不连续性，即:如果将成熟的mRNA分子序列与其基因序列比较，可以发现并不是全部的基因序列都保留在成熟的mRNA分子中，有一些区段被去除了，因此真核基因又称为断裂基因。 实际上，在细胞核内出现的初级转录物的分子量往往比在胞质内出现的成熟mRNA大几倍，甚至数十倍。
核酸序列分析证明，mRNA来自前体mRNA，而前体mRNA和DNA模板链可以完全配对
ｍRNA剪接
以鸡的卵清蛋白基因为例说明mRNA剪接:清蛋白基因全长为7.7kb，有8个外显子和7个内含子（P277图14-17）。图中蓝色并用数字表示的部分是外显子（其中外显子1又被称为前导序列）；用字母表示的白色部分是内含子。初级转录物即前体mRNA是和相应的基因等长的，说明内含子也存在于初级转录物中。成熟的mRNA分子长度约为1.2kb，编码386个氨基酸。
前体mRNA中被剪接去除的核酸序列为内含子的序列
最终出现在成熟mRNA分子中作为模板指导蛋白质翻译的序列为外显子序列
去除初级转录物上的内含子把外显子连接为成熟RNA的过程称为mRNA剪接
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1.内含子形成套索RNA被剪除
剪接首先涉及套索RNA的形成，即内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。
2.内含子在剪接接口处剪除
从前体mRNA一级结构分析及特性的研究，目前对剪接已有较深了解
前体mRNA含有可被剪接体所识别的特殊序列，其内含子两端存在一定的序列保守性。
内含子含有5’-剪接位点、剪接分支点和3’-剪接位点
大多数内含子都以GU为5’-端的起始序列，而其末端则为AG-OH-3’。5’-GU..... AG-OH-3’称为剪接接口或边界序列。
3.剪接过程需两次转酯反应
P278图14-18中可见，外显子1和外显子2之间的内含子因与剪接体结合而弯曲，内含子5’-端与内含子中的剪接分支点和内含子3’-端互相靠近。
第一次转酯反应
第一次转酯反应是由位于内含子分支点的腺嘌呤核苷酸的2’-OH作为亲核基团攻击连接外显子1与内含子之间的3’，5’-磷酸二酯键，使外显子1与内含子之间的键断裂，外显子1的3’-OH游离出来。
此时套索状的内含子与外显子2仍然相连。
第二次转酯反应
第二次转酯反应由外显子1的3’-OH对内含子和外显子2之间的磷酸二酯键进行亲核攻击，使内含子与外显子2断开，由外显子1取代了套索状内含子。
两个外显子被连接起来而内含子则被以套索状的形式切除掉
能量消耗
在这两步反应中磷酸酯键的数目并没有改变，因此也没有能量的消耗
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4.剪接体是内含子剪接场所
剪接体
前体mRNA的剪接发生在剪接体
因此这类内含子称为剪接体内含子
剪接体是一种超大分子复合体，由5种核小RNA（ snRNA）和100种以上的蛋白质装配而成
其中的 SnRNA被分别称为U1、U2、U4、U5和U6，其长度范围在100～300个核苷酸，分子中的碱基以尿嘧啶含量最为丰富，因而以U作分类命名。每一种 snRNA分别与多种蛋白质结合，形成5种核小核糖核蛋白（ small nuclear ribonucleoprotein， snRNP）颗粒。从酵母到人类，真核生物的 snRNP中的RNA和蛋白质都高度保守。各种 snRNP在内含子剪接过程中先后结合到前体mRNA上，使内含子形成套索并拉近上、游外显子。剪接体的装配需要ATP提供能量。
剪接体的形成步骤
如P279图14-19所示:
①内含子5’-端和分支点分别与U1、U2的 snRNA结合，使 snRNP结合在内含子上。
②U4、U5和U6加入，形成完整的剪接体。此时内含子发生弯曲而形成套索状。上、下游的外显子1和外显子2靠近。
③结构调整，释放U1和U4。
U2和U6形成催化中心，发生第一次转酯反应。此时内含子发生弯曲而形成套索状。随后发生第二次转酯反应，内含子被以套索状切除，外显子1和外显子2被连接在一起 snRNA是以 snRNP的形式参与剪切体的组装的，但剪接体中起催化作用的是其中所含的RNA组分。近期的研究证明结合金属离子的U6催化剪接反应。
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5.前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式
简述
前体mRNA分子的加工除上述剪接外，还有一种剪切模式。
概念
剪切指的是剪去某些内含子后，在上游的外显子3’-端再进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外显子之间的连接反应
剪接是指剪切后又将相邻的外显子片段连接起来。
6.前体mRNA分子可发生可变剪接
简述
许多前体mRNA分子经过加工只产生一种成熟的mRNA，翻译成相应的一种多肽
有些则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的mRNA，这一现象称为可变剪接，又称选择性剪接
也就是说，这些真核生物前体mRNA分子的加工可能具有2个以上的加多聚腺苷酸的断裂和多聚腺苷酸化的位点，因而可采取剪切（P280图14-20a）或（和）可变剪接（P280图14-20b）形成不同的mRNA。
意义
可变剪接提高了有限的基因数目的利用率，是增加生物蛋白质多样性的机制之一
例如，免疫球蛋白重链基因的前体mRNA分子有几个加多聚腺苷酸的断裂和多聚腺苷酸化的位点，通过多聚腺苷酸位点选择机制，经过剪切产生免疫球蛋白重链的多样性；果蝇发育过程中的不同阶段会产生3种不同形式的肌球蛋白重链，这是由于同一肌球蛋白重链的前体mRNA分子通过选择性剪接机制，产生3种不同形式的mRNA。同一种前体mRNA分子在大鼠甲状腺产生降钙素（ calcitonin），而在大鼠脑产生降钙素-基因相关肽（ calcitonin-gene- related peptide，CGRP），是由于两种机制都参与了加工过程（P280图14-21）。
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（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行转录后加工
mRNA编辑
概念
有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因的初级转录物序列并不完全对应，mRNA上的一些序列在转录后发生了改变，称为RNA编辑
例如，人类基因组上只有1个载脂蛋白B（ apolipoprotein B，ApoB）的基因，转录后发生RNA编辑，编码产生的apoB蛋白却有2种，一种是apoB100，由4536个氨基酸残基构成，在肝细胞合成；另一种是apoB48，含2152个氨基酸残基，由小肠黏膜细胞合成。这两种apoB都是由ApoB基因产生的mRNA编码的，然而小肠黏膜细胞存在一种胞嘧啶核苷脱氨酶（ cytosine deaminase），能将ApoB基因转录生成的mRNA的第2153位氨基酸的密码子CAA（编码Gln）中的C转变为U，使其变成终止密码子UAA，因此apoB48的mRNA翻译在第2153个密码子处终止（P281图14-22）。 又如，脑细胞谷氨酸受体（GluR）是一种重要的离子通道。编码GluR的mRNA在转录后还可发生脱氨基使A转变为G，导致一个关键位点上的谷氨酰胺密码子CAG变为CGG（精氨酸），含精氨酸的GluR不能使Ca2+通过。这样，不同功能的脑细胞就可以选择地产生不同的受体。人类基因组计划执行中曾估计人类基因总数在5万～10万甚至10万以上。测序完成后，现在认为人类只有约1.9万个编码蛋白质的基因。
意义
RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工
二、真核前体rRNA经过剪切形成不同类别的rRNA
简述
真核细胞的rRNA基因（rDNA）属于冗余基因族的DNA序列
属于余基因族的还有5S rRNA、组蛋白基因、免疫球蛋白基因等
即染色体上一些相似或完全一样的纵列串联基因单位的重复
不同物种基因组可有数百或上千个rDNA，每个基因又被不能转录的基因间隔分段隔开
可转录片段大小为7~13kb，间隔区也有若干kb大小。这些基因间隔不是内含子。
rDNA位于核仁内，每个基因各自为一个转录单位
rRNA的成熟
（见P281图14-23）
真核生物基因组的rRNA基因中，18S、5.8S和28SrDNA基因是串联在一起的，转录后产生45S的转录产物
45S rRNA是3种rRNA的前身
45S rRNA在核仁小RNA（ snoRNA）以及多种蛋白质分子组成的核仁小核糖核蛋白（snoRNP）的介导下经历了2’-O-核糖甲基化等化学修饰
这些修饰可能与其后续的加工、折叠和组装后的核糖体功能有关
45S rRNA经过某些核糖核酸内切酶和核糖核酸外切酶的剪切，去除内含子等序列，而产生成熟的18S、5.8S及28S的rRNA
成熟后输送
rRNA成熟后，就在核仁上装配，与核糖体蛋白质一起形成核糖体，输送到胞质
rRNA特点
生长中的细胞，其rRNA较稳定；静止状态的细胞，其rRNA的寿命较短
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三、真核前体tRNA的加工包括核苷酸的碱基修饰
真核生物的大多数细胞有40～50种不同的tRNA分子。编码tRNA的基因在基因组内都有多个拷贝。前体tRNA分子需要多种转录后加工才能成为成熟的tRNA。
以酵母前体tRNATyr分子为例，加工主要包括以下变化:
酵母前体 tRNATyr分子5’-端的16个核苷酸前导序列由核糖核酸酶P切除
核糖核酸酶P属于核酶（ Ribozyme）。核酶是具有催化功能的RNA。
氨基酸臂的3’-端2个U被核糖核酸内切酶 RNase Z切除，有时核糖核酸外切酶 RNaseD等也参与切除过程，然后氨基酸臂的3’-端再由核苷酸转移酶加上特有的CCA末端。
茎环结构中的一些核苷酸碱基经化学修饰为稀有碱基
包括某些嘌呤甲基化生成甲基嘌呤、某些尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶（DHU）、尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷（ψ）、某些腺苷酸脱氨成为次黄嘌呤核苷酸（I）等。
通过剪接切除茎环结构中部14个核苷酸的内含子。切除后的连接反应由tRNA连接酶催化前体tRNA分子必须折叠成特殊的二级结构，剪接反应才能发生。
内含子剪切由tRNA剪接内切酶（tRNA-splicing endonuclease，TSEN）完成。 内含子一般都位于前体tRNA分子的反密码子环（P282图14-24）
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四、RNA催化一些内含子的自剪接
需要指出的是，剪接和剪切等RNA转录后加工在原核生物细胞内的前体rRNA前体tRNA等非编码RNA中普遍存在，但是，原核生物细胞内没有剪接体，其编码蛋白质的mRNA没有内含子，不进行剪接等转录后加工，也不进行5’-末端“帽”结构和3’-端多聚腺苷酸尾的添加。
内含子
现在发现至少存在有4种类型的内含子，它们分别是组I型内含子组Ⅱ型内含子剪接体内含子和tRNA内含子。
类型
组I型内含子
一些噬菌体的前体mRNA及细菌tRNA前体也发现有这类自身剪接的内含子，并被称之为组I型内含子（groupⅠ intron）。组Ⅰ型内含子以游离的鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷酸作为辅因子完成剪接。鸟嘌呤核苷或鸟嘌呤核苷酸的3’-0H与内含子的5’-磷酸共同参与转酯反应，切除的内含子是线状。
组Ⅰ型内含子以游离的鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷酸作为辅因子完成剪接
组Ⅱ型内含子
组Ⅱ型内含子是另一类独特的、能起催化作用的RNA，其RNA能催化内含子的自剪接
许多生物中还存在组Ⅱ型内含子（groupⅡ II intron）。组Ⅱ型内含子是另一类独特的、能起催化作用的RNA，其RNA能催化内含子的自剪接。组Ⅱ型内含子不如组Ⅰ型内含子更普遍。
剪接体内含子
自剪接
由RNA分子催化自身内含子剪接的反应称为自剪接
1982年，美国科学家T.Cech和他的同事发现四膜虫编码rRNA前体的DNA序列含有间隔内含子序列，他们在体外用从细菌纯化得到的 RNA pol转录从四膜虫纯化的编码rRNA前体的DNA，发现在没有任何来自四膜虫的蛋白质情况下，rRNA前体能准确地剪接去除内含子。这种由RNA分子催化自身内含子剪接的反应称为自剪接（self-splicing）。随后在其他原核生物以及真核生物的线粒体、叶绿体的rRNA前体加工中，亦证实了这种剪接。这些自身剪接内含子的RNA具有催化功能，属于核酶。
这些自身剪接内含子的RNA具有催化功能，属于核酶
tRNA内含子
真核细胞tRNA和古菌tRNA的内含子属于tRNA内含子
这些tRNA中位于内部的内含子是由蛋白质催化来进行剪接的，参与的酶是tRNA剪切内切酶和tRNA连接酶
特性
在体外能自剪接而不需要任何蛋白质酶的催化。但是在体内它们却都需要蛋白质帮助折叠成二级结构
组Ⅱ型内含子与组I型内含子的内部保守序列和折叠结构不同
组Ⅱ型内含子通过产生一个套索状中间体来进行自剪接，而组Ⅰ型内含子则不形成套索状中间体
（见P283图14-25） 组Ⅱ型内含子的剪接与前面介绍的前体mRNA的剪接都形成套索状结构，但是前者没有剪接体参与（图14-25）。
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五、真核RNA在细胞内的降解有多种途径
简述
真核细胞的mRNA降解途径可分为两类:正常转录物的降解和异常转录物的降解
正常转录物是指细胞产生的有正常功能的mRNA。异常转录物是细胞产生的一些非正常转录物
正常转录物的降解和异常转录物的降解都是细胞保持其正常的生理状态所必需的。
分类
（一）依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解是重要的正常mRNA代谢途径
正常转录物降解途径
依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解是体内mRNA降解的主要方式
（P284图14-26a） 当前体mRNA的转录后加工完成后，mRNA的分子在5’-端有一个7-甲基鸟苷三磷酸（m7gppp）帽状结构，而在3’-端带有一个多聚腺苷酸尾。当细胞以mRNA作为模板进行蛋白质的生物合成（翻译）时，mRNA通过5’-端结合的 elF4E、elF4G与3’-端多聚腺苷酸结合的多聚腺苷结合蛋白质（poly adenine binding protein，PABP）相互作用而形成封闭的环状结构，这样可以防止来自脱腺苷酸化酶和脱帽酶的攻击。
除依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解外，大部分真核细胞内还存在着其他不依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解途径
比如有少部分mRNA可以不经过脱腺苷酸化反应而直接进行脱帽反应（P284图14-26b）。脱帽反应后mRNA被5’→3’核酸外切酶识别并水解。
有些mRNA也可以被核糖核酸内切酶参与的降解途径降解
（P284图14-26c），核糖核酸内切酶识别mRNA内部特异序列并对mRNA进行切割这种切割产生游离的3’端和5’端，mRNA随后被核糖核酸外切酶降解。
其他如微RNA（ microRNA）和RNA干扰（RNAi）诱导的mRNA降解途径
是细胞内基因表达调控的方式之一，具体可参看第二章第三节
步骤
多数正常mRNA的降解过程的第一步是脱腺苷酸化酶侵入环状结构，进行脱腺苷酸化反应
脱腺苷酸化反应结束后，脱腺苷酸化酶脱离帽状结构，使脱帽酶能够结合mRNA的5’-端，从而对7-甲基鸟嘌呤帽状结构进行水解
以上说明脱腺苷酸化反应是脱帽反应得以进行的前提条件
脱腺苷酸化和脱帽反应结束后，mRNA被5’→3’核酸外切酶识别并水解
也有部分mRNA在脱腺苷酸化后不进行脱帽反应，而由3’→5核酸外切酶识别并水解
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（二）无义介导的mRNA降解是一种重要的真核生物细胞mRNA治疗监控机制
简述
提前终止密码子PTC
产生机制
细胞在对前体mRNA进行剪接加工时，异常的剪接反应会在可读框架内产生无义的终止密码子，常称作提前终止密码子（PTC）
真核细胞，尤其是哺乳动物细胞的前体mRNA常常具有多个外显子和内含子
PTC也可由错误转录或翻译过程中的移码而产生
异常转录物降解途径
无义介导的mRNA降解
异常转录物尚有无终止密码子引起的mRNA降解（NSD降解）
非正常停滞引起的mRNA降解（NGD降解）
核糖体延伸介导的降解（REMD）
机制
该机制通过识别和降解含有PTC的转录产物防止有潜在毒性的截短蛋白的产生
（P284图14-27）EJC通常位于外显子和外显子拼接点的上游附近，在翻译过程中，结合在mRNA上的EJC会随着核糖体在mRNA上的滑动而被逐一移除（图14-27）。如果在外显子外显子的拼接点之前出现PTC，核糖体会被从mRNA上提前释放，这时PTC下游的EJC仍然保留在mRNA上，EJC结合的一些蛋白质如UPF3（无义转录物调节因子3）等诱导UPF1的磷酸化。磷酸化的UPF1募集脱帽酶 Dep1a和外切酶Xrn1等对mRNA进行降解。许多遗传性疾病是由出现PTC而引起的。
外显子拼接复合体（EJC）是诱导无义介导的mRNA降解的重要因子
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