信使RNA是什么？

信使RNA是什么？

信使RNA的发现基本概念转录是在原核和真核细胞中以DNA为模板合成RNA的过程。在原核和真核生物中，转录过程是相似的。包括DNA变性，RNA聚合酶结合在单链DNA上以5′→3′方向合成RNA分子。双链中只有一条链作为转录模板，合成单链RNA分子。启动子和终止子序列决定转录的起始和终止。在E.coli中RNA多聚酶转录各种RNA(mRNA，tRNA和rRNA)。在真核细胞中有三类不同的RNA多聚酶，它们的功能不同。RNApolⅠ转录4种rRNA中的3种;RNApolⅡ转录mRNA和一些snRNA;RNAⅢ转录第四种rRNA，tRNA以及其余的snRNA。3种真核生物的RNApol，不像E.coliRNApol，没有一个直接地和启动子区结合，而是通过转录起始因子的介导来起始RNA的合成。对于每一种RNA多聚酶来说，转录因子是特异的，它可以识别启动子的特殊序列。蛋白质编码基因的启动子位于转录起始位点的上游，由不同组合的启动原件所构成。特异的转录因子和调节因子结合在这些原件上，促进RNApolⅡ转录起始。增强子离启动子较远，它可被调节因子识别结合，具有促进基因转录的功能。由RNApolⅢ转录的启动子，位于下游，在其基因编码序列内部。这种启动子，根据所转录的RNA的种类，由不同的功能区组合而构成。转录因子识别这些功能区，促进RNA聚合酶转录起始。18S，5.8S和28SrRNA作为一个转录单位一道转录，产生前体RNA分子。大部分真核生物的18S，5-8S和28SrRNA都是以串联重复排列，每个重复单位被不转录的间隔序列(nontranscribedspecer,NTs)所分隔。转录单位的启动子位于NTS中，其功能是和特异的转录因子相结合，促进RNApolⅠ的转录起始。从孟德尔定律问世以后，人们就知道了生物的各种性状是由基因控制的。一基因一酶学说的建立进一步地明确了基因是以酶的形式通过控制生化反应链来控制的。酶或蛋白和基因又是什么样的关系呢?也就是说遗传信息怎样传递，怎样表达成性状呢?就在Watson和Crick建立DNA双螺旋模型后的第三年，1957年Crick提出了中心法测(centraldogma),指出了遗传信息的传递方向:DNA→RNA→蛋白质DNARNA→蛋白质(1970年H.Temin和D.Baltimore发现了反转录酶后，Crick对中心法测又作了部分修改:也就是说由DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，RNA通过翻译把信息传递给蛋白(图12-1)。通过这种单向的传递，遗传信息通过蛋白质的不同形式，如酶，结构蛋白，运载蛋白，调节蛋白等表达成一种性状。第一节信使的发现储存在DNA分子中的这种遗传信息能在复制中产生更多的拷贝，并翻译成蛋白质。DNA的功能构成了信息的流动，遗传信息如何转变成蛋白质呢?转录就是其中的重要的一环。基因表达时以DNA的一条链为模板合成RNA，这一过程就是转录(transcription)。催化合成RNA的酶叫做RNA聚合酶(RNApolymerase)。RNA和DNA结构相似，所不同之处在于:(1)RNA一般以单链形式存在;(2)RNA中的核糖其C′-2不脱氧的;(3)尿苷(U)取代了DNA中的胸苷。细胞中的RNA分成三种:mRNA(信使RNA)，tRNA(转运RNA)和rRNA(核糖体RNA)。它们的功能各不相同。mRNA是合成蛋白质的模板，tRNA是转运特异氨基酸的运载工具，rRNA是合成蛋白质的装置。mRNA的碱基序列，决定着蛋白质装配时氨基酸的序列。1955年Brachet用洋葱根尖和变形虫进行了实验;若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成就停止，若再加入从酵母中提取的RNA，则又可以重新合成一些蛋白质，这就表明，蛋白质的合成是依赖于RNA。同年Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫(Amoebaproteus)RNA前体，发现标记的RNA都在核内，表明RNA是在核内合成的。在标记追踪(pulse-chase)实验中，用短脉冲标记RNA前体，然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现被标记的RNA分子已在细胞质中，这就表明RNA在核中合成，然后转移到细胞质内，而蛋白质就在细胞质中合成，因此RNA就成为在DNA和蛋白质之间传递信息的信使的最佳候选者。1956年ElliotVolkin和LawrenceAstrachan作了一项很有意思的观察:当E.coli被T2感染，迅速停止了RNA的合成，但噬菌的RNA却开始迅速合成。用同位素脉冲一追踪标记表明噬菌的RNA在很短的时间内就进行合成，但很快又消失了，表明RNA的半衰期是很短的。由于这种新合成的RNA的碱基比和T2的DNA碱基比相似，而和细菌的碱基比不同，所以可以确定新合成的RNA是T2的RNA。由于T2感染细菌时注入的是DNA，而在细胞里合成的是RNA，可见DNA是合成RNA的模板。最令人信服的证据来自DNA-RNA的杂交实验。Hall.B.D和Spiegeman,S，将T2噬菌体感染E.coli后立即产生的RNA分离出来，分别与T2和E.coli的DNA进行分子杂交，结果发现这种RNA只能和T2的DNA杂交形成“杂种”链，而不能和E.coli的DNA进行杂交。表明T2产生的这种RNA(即mRNA)至少和T2的DNA中的一条链是互补的。Brenner,s.Jacob,F.和Meselson(1961)进行了一系列的的实验(图12-2)，他们将E.coli培养在15N/13C的培养基中，因此合成的RNA和蛋白都被“重”同位素所标记。也就是说凡是“重”的核糖体，RNA和蛋白都是细菌的，然后用T2感染E.coli，细菌的RNA停止合成，而开始合成T2的RNA此时用普通的“轻”培养基(14N/12C)，但分别以32P来标记新合成的T2RNA，以35S标记新合成的T2蛋白，因此任何重新合成的核糖体，RNA，及蛋白都是“轻”的但带但有放射性同位素。经培养一段时间后破碎细胞，加入过量的轻的核糖体作对照，进行密度梯度离心，结果“轻”的核糖体上不具有放射性，“重”的核糖体上具有32P和35S，表明(1)T2未合成核糖体，“轻”核糖体却是后加放的。(2)T2翻译时是借用了细菌原来合成的核糖体，所以核糖体并无特异性，核糖体上结合的mRNA，其序列的特异性才是指导合成蛋白质的遗传信息，从而提出了mRNA作为“信使”的证据。因此他们将这种能把遗传信息从DNA传递到蛋白质上的物质称为“信使”。他们预言(1)这种“信使”应是一个多核苷酸;(2)②其平均分子量不小于5´105(假定密码比是3)，足以携带一个基因的遗传信息;(3)它们至少是暂时连在核糖体上;(4)其碱基组成反映了DNA的序列;(5)它们能高速更新。Volkin和Astrachan发现高速更新的RNA似乎完全符合以上条件。Jacob和Monod将它定名为信使RNA(MessengerRNA)或mRNA。