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1、会计学1第三章转录第三章转录(zhun l)第一页，共121页。目录目录(ml)第一节第一节 RNA的转录的转录第二节第二节 启动子与转录起始启动子与转录起始第三节第三节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNA的的 特征比较特征比较(bjio)第四节第四节 终止和抗终止终止和抗终止第五节第五节 内含子的剪接、编辑及化学修饰内含子的剪接、编辑及化学修饰第1页/共121页第二页，共121页。前言(qin yn)1957年 Crick提出了中心法测(central dogma)DNA RNA 蛋白质 1970 Crick又作了部分修改：DNA RNA 蛋白质第2页/共121页第三页，共121页
2、。第3页/共121页第四页，共121页。n n基因表达包括(boku)转录和翻译两个阶段。n n转录：指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了TU之外）的RNA单链的过程。第4页/共121页第五页，共121页。n n1963 J.Marmur和Doty Spiegelnan区分(qfn)有义链。采用枯草杆菌的SP8噬菌体为材料。n n编码链（有意义链）：与mRNA序列相同的那条DNA链n n模板链（反义链）：根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链第5页/共121页第六页，共121页。模板模板模板模板(mb(mb n)n)链与非模板链与非模板链与非模板链与非模板(mb(mb n)n)链链链链
3、第6页/共121页第七页，共121页。生物体内的生物体内的3种种RNAn nmRNA：即编码特定(tdng)蛋白质序列的信使RNAn ntRNA：能特异性解读mRNA中的遗传信息、将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中的转移RNAn nrRNA：直接参与核糖体中蛋白质合成的核糖体第7页/共121页第八页，共121页。第一节第一节 RNA的转录的转录(zhun l)一、转录的基本(jbn)过程二、转录机器的主要成分第8页/共121页第九页，共121页。一、转录一、转录(zhun l)的基本过程的基本过程无论真核还是原核，其转录的基本(jbn)过程都包括：模板识别转录起始通过启动子转录的延伸和终止第9
4、页/共121页第十页，共121页。第10页/共121页第十一页，共121页。模板识别主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之结合的过程。转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成(xngchng)转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。第11页/共121页第十二页，共121页。n n转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。n n一旦RNA聚合酶成功的合成(hchng)9个以上的核苷酸并离开启动子区，转
5、录就进入正常的延伸阶段第12页/共121页第十三页，共121页。uuRNA聚合酶离开(l ki)启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断深长的过程就是转录的延伸。uu当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。第13页/共121页第十四页，共121页。n n 真核生物转录(zhun l)的基本模式是辅助因子与酶结合，识别启动子，酶进行转录(zhun l)。n n 细菌中是RNA聚合酶识别启动子。第14页/共121页第十五页，共121页。二、转录机
6、器的主要二、转录机器的主要(zhyo)成分成分（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶 1960 1960年年Weiss,S,BWeiss,S,B等发现等发现RNARNA聚合酶（聚合酶（RNA PolRNA Pol）其特点是：其特点是：（1 1）以核糖核苷三磷酸（）以核糖核苷三磷酸（rNTRrNTR）为底物；）为底物；（2 2）主要以双链）主要以双链DNADNA为模板；为模板；（3 3）按）按5-35-3方向合成；方向合成；（4 4）无需引物的存在能单独起始链的合成；）无需引物的存在能单独起始链的合成；（5 5）第一个引入的）第一个引入的rNTPrNTP是以三磷酸形式存在；是以三磷酸形式存在；（6
7、 6）在体内）在体内DNADNA双链中仅一条双链中仅一条(y tio)(y tio)链作为模板；链作为模板；（7 7）RNARNA的序列和模板是互补的。的序列和模板是互补的。第15页/共121页第十六页，共121页。n n怎样用实验证实mRNA的合成总是(zn sh)延着5-3方向进行的？n nE.coli在 0C时需13秒钟才能加上一个核苷酸，但在37C每秒就可加上40个核苷酸;n n利用这个差别以14C来标记U,在0C培养E.coli，。n n提取这种正在伸长的mRNA分子n n发现14C标记首先出现在伸长的3端，因此可以证明合成是延着5-3方向进行的。第16页/共121页第十七页，共12
8、1页。RNA pol RNA pol 执行执行(zhxng)(zhxng)多功能多功能(1)识别DNA双链上的启动子；(2)使DNA变性在启动子处解旋成单链；(3)通过阅读启动子序列，RNA pol确定它 自己的转录方向(fngxing)和模板链。(4)最后当它达到终止子时，通过识别停止转录。第17页/共121页第十八页，共121页。原核原核(yun h)生物的生物的RNA聚合酶聚合酶n n大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶由聚合酶由2 2个个 亚基、一个亚基、一个 亚基、一个亚基、一个 亚基和一个亚基和一个 亚基组成，亚基组成，称为核心酶。加上一个称为核心酶。加上一个 亚基后则成为聚合酶全酶
9、亚基后则成为聚合酶全酶n n研究发现，研究发现，由由 和和 亚基组成了聚合酶的催化亚基组成了聚合酶的催化(cu hu)(cu hu)中心，它们在序列上与中心，它们在序列上与真核生物真核生物RNARNA聚合酶的两个大亚基有同源性。聚合酶的两个大亚基有同源性。n n 亚基能与模板亚基能与模板DNADNA、新生、新生RNARNA链及核苷酸底物相结合。链及核苷酸底物相结合。第18页/共121页第十九页，共121页。第19页/共121页第二十页，共121页。第20页/共121页第二十一页，共121页。第21页/共121页第二十二页，共121页。核心酶核心酶 具有具有(jyu)的四个功能位的四个功能位点点
10、 DNA/RNA 杂交杂交(zjio)位位点点()D.S.DNA 解链位点解链位点()D.S.DNA 重旋重旋()启 动 子 识 别(shbi)位点 DNA无义链结合位点无义链结合位点()第22页/共121页第二十三页，共121页。亚基亚基n n因子可以极大地提高因子可以极大地提高RNARNA聚合酶对启动子区的聚合酶对启动子区的DNADNA序列的亲和力，序列的亲和力，酶底结合常数提高酶底结合常数提高103103倍，还能使倍，还能使RNARNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNADNA上非特异性上非特异性位点的结合常数降低位点的结合常数降低104104。因此，加入之后，。因此，加入之后，RNARNA聚
11、合酶全酶识别聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了启动子序列的特异性总共提高了107107倍。倍。n n因子的作用因子的作用(zuyng)(zuyng)是负责模板链的选择和转录的起始，它是是负责模板链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。第23页/共121页第二十四页，共121页。大肠杆菌(d chn n jn)中的因子能识别并与启动子区的特异性序列相结合因子因子基因基因功能功能-35-35区区间隔（间隔（bpbp）-10-10区区7070rpoDrpoD广泛广泛TTGACATTGACA16-1816-18TAT
12、AATTATAAT3232rpoHrpoH热休克热休克TCTCNCCCTTGAATCTCNCCCTTGAA13-1513-15CCCCATNTACCCCATNTA5454rpoNrpoN氮代谢氮代谢CTGGNACTGGNA6 6TTGCATTGCA第24页/共121页第二十五页，共121页。转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与开链启动子-酶复合物相结合构成新生(xnshng)RNA的5端，再以磷酸二酯键的形式与第二个核苷酸相结合，起始的终止反映在因子的释放第25页/共121页第二十六页，共121页。真核生物真核生物(shngw)RNA聚合酶聚合酶ccRNARNA聚合酶聚合酶I I：核仁中，合
13、成：核仁中，合成(hchng)rRNA(hchng)rRNA前体前体ccRNARNA聚合酶聚合酶II II：核质中，合成：核质中，合成(hchng)mRNA(hchng)mRNA前体前体ccRNARNA聚合酶聚合酶IIIIII：核质中，合成：核质中，合成(hchng)tRNA(hchng)tRNA、5srRNA5srRNA以及一些小分子以及一些小分子RNARNA前体前体第26页/共121页第二十七页，共121页。相对相对(xingdu)活性活性bbRNA聚合酶I：50%70%bbRNA聚合酶II：20%40%bbRNA聚合酶III：约10%第27页/共121页第二十八页，共121页。-鹅膏蕈碱
14、的抑制作用鹅膏蕈碱的抑制作用n nRNA聚合酶I：不抑制(yzh)n nRNA聚合酶II：抑制(yzh)n nRNA聚合酶III：反应不一第28页/共121页第二十九页，共121页。（二）转录复合物 转录可被分为4个阶段，即启动子的选择、转录起始、RNA链的延伸(ynshn)和终止。除了RNA聚合酶之外，真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助因子参与。第29页/共121页第三十页，共121页。蛋白质蛋白质亚基亚基数数亚基的相对分子亚基的相对分子质量质量/10/103 3功能功能RNARNA聚聚合酶合酶12121022010220催化催化RNARNA的生物合成的生物合成TBPTBP1 1383
15、8与启动子上的与启动子上的TATATATA区相结合区相结合TFTFA A3 31212，1919，3535使使TBPTBP及及TFTFB B与启动子的结合比较稳定与启动子的结合比较稳定TFTFB B1 13535与与TBPTBP相结合，吸引相结合，吸引RNARNA聚合酶和聚合酶和TFTFF F到启动区上到启动区上TFTFD D12121525015250与各种调控因子相互作用与各种调控因子相互作用TFTFE E2 23434，5757吸引吸引TFTFH H，有，有ATPATP酶及解链酶活性酶及解链酶活性TFTFF F2 23030，7474结合结合RNARNA聚合酶聚合酶并在并在TFTFB B
16、帮助下组织帮助下组织聚合酶与非特异性聚合酶与非特异性DNADNA序列相结合序列相结合TFTFH H121235893589在启动子区解开在启动子区解开DNADNA双链，使双链，使RNARNA聚合酶聚合酶磷酸化，接纳核苷酸切除修复体系磷酸化，接纳核苷酸切除修复体系第30页/共121页第三十一页，共121页。转录因子转录因子(ynz(ynz)转录复合体转录复合体TBPTBPTAFsTAFsTFIIATFIIATFIIB TFIIFTFIIB TFIIF Pol II Pol IITFIIETFIIE RNA pol RNA pol 的转录起始的转录起始第31页/共121页第三十二页，共121页。第
17、32页/共121页第三十三页，共121页。第二节第二节 启动子与转录启动子与转录(zhun l)起始起始 大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括：启动子区的识别(shbi)酶与启动子的结合 因子的结合与解离。第33页/共121页第三十四页，共121页。n n转录单元（transcription unit）：一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进(qinjn)，直到终止子为止，转录出一条RNA链。第34页/共121页第三十五页，共121页。n n转录起点是指与新生RNA链第一个(y)核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证明通常为一个(y)嘌呤。n
18、n上游：把起点前面，即5末端的序列n n下游：其后面即3末端的序列第35页/共121页第三十六页，共121页。一一.启动子区的基本启动子区的基本(jbn)结构结构n n启动子是一段位于结构基因(jyn)5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的相结合并具有转录起始的特异性。第36页/共121页第三十七页，共121页。原核原核(yun h)启动子启动子nRNA聚合酶结合区，此区域在转录起始位点附近。RNA聚合酶结合到起始点紧邻的上游(shngyu)，然后滑动到起始点。第37页/共121页第三十八页，共121页。真核启动子真核启动子nDNA上的一个区域，其中含有可用通常效率
19、和适当调控下支持(zhch)转录的结合位点。RNA聚合酶通过转录因子结合于起始点附近。第38页/共121页第三十九页，共121页。第39页/共121页第四十页，共121页。原核原核(yun h)生物生物n n一个经典的原核生物启动子主要由4个区域组成：-35序列、-10序列、转录起点、-10序列和-35序列间的距离。n n-35序列为RNA聚合酶因子的识别位点。RNA聚合酶与该位置接触(jich)在启动子区域形成封闭复合物。n n-10序列为RNA聚合酶牢固结合位置并在此解链，形成开放起始复合物。第40页/共121页第四十一页，共121页。典型典型(dinxng)启动子的结构启动子的结构n n
20、 -35 -10 转录(zhun l)起点n nTTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp第41页/共121页第四十二页，共121页。1.-10序列序列(xli)：-10序 列 是 由 Pribnow和Schaller（1975）发现，故也称 为 Pribnow框 盒（Pribnow box）。保守序列为T80A95T45A60A50T9位于-10bp左右(zuyu)，A.T较丰富，易于解链。其功能是:(1)RNA pol紧密结合;(2)形成开放启动复合体；(3)使RNA pol定向转录。第42页/共121页第四十三页，共121页。-10-10序列对转录序列对转录(zhun(zhu
21、n l)l)的效率影响的效率影响n nTATAATAATAAT，转录效率下降,称为下降突变（down mutation）。n nTATGTTTATATT，转录效率上升，为上升突变（up mutation）。n n以上突变为何会影响转录效率？n n前者(qin zh)可能由于T-A的堆集能要小于A-T的堆积能，后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少，第43页/共121页第四十四页，共121页。2.-352.-35序列序列(xli)(xli)n n-35序 列 又 称 为 Sextama盒（Sextama box），n n其保守序列为（T82T84G78A65C54A45）n n其功能是:n n(1
22、)为RNA pol的识别位点。n n 亚基识别-35序列，为转录选择模板n n(2)-35和-10序列的距离(jl)是稳定的，此与RNA pol的结构有关。第44页/共121页第四十五页，共121页。真核生物真核生物(shngw)n n真核生物细胞中有三种转录方式，分别由三种RNA聚合酶、和催化，因此由三种启动子。根据(gnj)启动子的不同，将真核生物的基因分为三类，即类、类和类基因。这三种基因分别由三种启动子控制，它们在结构上各有特点。第45页/共121页第四十六页，共121页。RNA聚合酶聚合酶n n其启动子间的差异最小，因为其只转录rRNA基因。n n人的RNA聚合酶的启动子主要由两部分
23、组成：核心启动子足以使转录起始(q sh)，上游调控元件（upstream control element,UCE）,可以大大地提高核心启动子的转录起始(q sh)效率。第46页/共121页第四十七页，共121页。第47页/共121页第四十八页，共121页。RNA聚合酶聚合酶n n其主要负责蛋白质基因和部分(b fen)核小RNA(small nuclear RNA,snRNA)的转录，其启动子结构最为复杂。n nRNA聚合酶识别的启动子由转录起点、TATAbox和CAATbox以及上游启动子成分，如增强子等组成。有些只含有核心启动子中两个成分之一，有些则无核心启动子。这些缺失核心启动子的基因
24、仍可转录。第48页/共121页第四十九页，共121页。RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIII启动子启动子启动子启动子第49页/共121页第五十页，共121页。上上 游游(shngyu)元元 件件upstream elementn nTATA box(TATAAAA)位于(wiy)-25-35bpn nCAAT box (GGCCAATCT)，位于(wiy)-75bp n nGC box(GGGCGG)，位于(wiy)-90bp n noctamer(an 8bp element)第50页/共121页第五十一页，共121页。第51页/共121页第五十二页，共121页。.上游上游(shngy
25、u)启动子启动子元件（元件（UPE）表表表表12-4 12-4 12-4 12-4 哺乳动物哺乳动物哺乳动物哺乳动物RNA Pol RNA Pol RNA Pol RNA Pol 上游上游上游上游(shngyu)(shngyu)(shngyu)(shngyu)转录因子结合的元转录因子结合的元转录因子结合的元转录因子结合的元 元件元件元件元件保守序列保守序列保守序列保守序列 结合结合结合结合DNADNADNADNA的长度的长度的长度的长度 蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子TATAboxTATAboxTATAboxTATAboxTATAAAATATAAAATATAAAATATAAAA 10
26、bp10bp10bp10bp TBP TBP TBP TBPCAAT boxCAAT boxCAAT boxCAAT box GGCCAATCTGGCCAATCTGGCCAATCTGGCCAATCT 22bp22bp22bp22bp CTF/NF1 CTF/NF1 CTF/NF1 CTF/NF1GC boxGC boxGC boxGC boxGGGCGGGGGCGGGGGCGGGGGCGG 20bp20bp20bp20bp SP1 SP1 SP1 SP1OctamerOctamerOctamerOctamerATTTGCATATTTGCATATTTGCATATTTGCAT 20bp20bp20
27、bp20bp Oct-1 Oct-1 Oct-1 Oct-1OctamerOctamerOctamerOctamerATTTGCATATTTGCATATTTGCATATTTGCAT 23bp 23bp 23bp 23bp Oct-2 Oct-2 Oct-2 Oct-2KB KB KB KB GGGACTTTCCGGGACTTTCCGGGACTTTCCGGGACTTTCC 10bp10bp10bp10bp NFKB NFKB NFKB NFKBATFATFATFATF GTGACGT GTGACGT GTGACGT GTGACGT 20bp20bp20bp20bp ATF ATF ATF ATF
28、 B.Lewin:B.Lewin:B.Lewin:B.Lewin:GENESGENESGENESGENES.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2第52页/共121页第五十三页，共121页。RNA聚合酶聚合酶n n其产物为一些分子量较小的细胞质其产物为一些分子量较小的细胞质RNARNA，包括，包括tRNA,5srRNA,U6RNAtRNA,5srRNA,U6RNA等。包括三种类型：等。包括三种类型：n n位于基因内部，没有位于基因内部，没有TATATATA盒框，有内部转录控制区盒框，有内部转录控制区(int
29、ernal(internal control region,ICR)control region,ICR)组成组成(z(z chn chn)，如，如5sRNA5sRNA基因；基因；n n位于基因上游，有两个基本成分位于基因上游，有两个基本成分PSE(proximal sequence element,PSE(proximal sequence element,近近端顺序元件端顺序元件)和和TATATATA盒框，如盒框，如U6RNAU6RNA基因；基因；n n混合启动子，即含有如混合启动子，即含有如5srRNA5srRNA基因的内控区，又有如基因的内控区，又有如U6RNAU6RNA基基因的上游启
30、动子。因的上游启动子。第53页/共121页第五十四页，共121页。第54页/共121页第五十五页，共121页。第55页/共121页第五十六页，共121页。二二.启动子区的识别启动子区的识别(shbi)n nRNARNA聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补(h b(h b)的方式加以识别。的方式加以识别。第56页/共121页第五十七页，共121页。由含由含由含由含 70RNA70RNA多聚酶全酶识别多聚酶全酶识别多聚酶全酶识别多聚酶全酶识别(shbi)(shbi)的典型大肠杆菌启动的典型大肠杆菌启动的典型大肠杆菌启动的典型大肠杆菌启动子子子
31、子第57页/共121页第五十八页，共121页。大肠杆菌中部分启动子上的一致大肠杆菌中部分启动子上的一致大肠杆菌中部分启动子上的一致大肠杆菌中部分启动子上的一致(yzh)(yzh)顺顺顺顺序序序序第58页/共121页第五十九页，共121页。三三.酶与启动子区的结合酶与启动子区的结合(jih)1.1.全酶与模板的全酶与模板的DNADNA接触，生成非专接触，生成非专一的一的,不稳定的复合物在模板上移动；不稳定的复合物在模板上移动；2.2.起始识别：全酶与起始识别：全酶与3535序列结合，序列结合，产生封闭的酶产生封闭的酶-启动子二元复合物启动子二元复合物（closed binary complexc
32、losed binary complex）；）；3.3.全酶紧密地结合在全酶紧密地结合在-10-10序列处，模板序列处，模板DNADNA局部变性，形成开放的启动子二局部变性，形成开放的启动子二元复合体；元复合体；4.4.酶移动到酶移动到I I，第一个，第一个rNTPrNTP转录开始转录开始,因子释放因子释放,形成酶形成酶-启动子启动子-rNTP-rNTP三元三元(sn yun)(sn yun)复复合体（合体（ternary complexternary complex）。）。第59页/共121页第六十页，共121页。延伸延伸核心核心(hxn)酶负责酶负责RNA的延的延伸伸RNA延伸方向延伸方向
33、5 3第60页/共121页第六十一页，共121页。RNARNA转录延伸转录延伸转录延伸转录延伸(ynshn)(ynshn)期转录泡模型期转录泡模型期转录泡模型期转录泡模型第61页/共121页第六十二页，共121页。RNARNA链延伸的两种可能链延伸的两种可能链延伸的两种可能链延伸的两种可能(knng)(knng)模式模式模式模式第62页/共121页第六十三页，共121页。RNARNA链的延伸链的延伸链的延伸链的延伸(ynshn)(ynshn)第63页/共121页第六十四页，共121页。RNARNA核心核心(hxn)(hxn)酶和全酶在酶和全酶在DNADNA上的分上的分布布:(1)和1/3的RN
34、A pol结合成全酶，或在非特异位点的松散复合体中，或在启动子中的二元复合体中；(2)其中半数的核心酶从事(cngsh)转录；(3)余下的核心酶大量存在于闭合松散复合体中；(4)估计数量很少的全酶是游离的。第64页/共121页第六十五页，共121页。第65页/共121页第六十六页，共121页。第66页/共121页第六十七页，共121页。第67页/共121页第六十八页，共121页。四四.-10区和区和-35区的最佳区的最佳(zu ji)距离距离n n在原核(yun h)生物中，-35区与-10区之间的距离大约是1619bp，小于15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。第68页/共121页第六
35、十九页，共121页。五五.增强子增强子Enhancer及其功能及其功能(gngnng)n增强(zngqing)子是与转录起始有关的位点，具有增强(zngqing)转录起始的作用第69页/共121页第七十页，共121页。n相对于启动子来说，增强子的位置不是固定的，变化很大n增强子可在两个(lin)方向上起作用第70页/共121页第七十一页，共121页。其特点其特点(tdin)是：是：n n 具有远距离效应。n n 无方向性。n n 顺式调节。n n 无物种和基因的特异性。n n 具有组织的特异性。n n 有相位性。其作用和DNA的构象有关(yugun)。n n 有的增强子可以对外部信号产生反应。
36、第71页/共121页第七十二页，共121页。第72页/共121页第七十三页，共121页。第73页/共121页第七十四页，共121页。六六.真核生物真核生物(shngw)启动子对启动子对转录的影响转录的影响n nTATA区主要作用是使转录精确的起始，如果(rgu)除去或进行碱基突变，转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区突变后明显，但发现所获得的RNA产物起始点不固定。n nCAAT区和GC区主要控制转录起始频率，基本不参与起始位点的确定。CAAT区对转录起始频率的影响最大。n n真核细胞中存在着大量不同的转录调控因子。第74页/共121页第七十五页，共121页。n n基因转录实际上是RNA
37、聚合酶、转录调控(dio kn)因子和启动子各种调控(dio kn)元件相互作用的结果。第75页/共121页第七十六页，共121页。第三节第三节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNA的特征的特征(tzhng)比较比较n n一、原核生物一、原核生物mRNA的特征的特征n n原核生物原核生物mRNA的半衰期短的半衰期短n n许多原核生物许多原核生物mRNA以多顺反子以多顺反子的形式存在的形式存在n n原核生物原核生物mRNA的的5端无帽子结端无帽子结构构(jigu)，3端没有或只有较端没有或只有较短的短的poly(A)结构结构(jigu)n n4.原核生物起始密码子原核生物起始密码子AUG
38、上游上游712个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SD序序列的保守区，其与列的保守区，其与16SrRNA3端反端反向互补。向互补。第76页/共121页第七十七页，共121页。n n几乎所有几乎所有mRNAmRNA都可以被分成都可以被分成3 3部分：部分：编码区、位于编码区、位于AUGAUG之前之前(zhqin)(zhqin)的的5 5 端上游非编码区以及位于终止密码子端上游非编码区以及位于终止密码子之后不翻译的之后不翻译的3 3端下游非编码区。端下游非编码区。第77页/共121页第七十八页，共121页。二二.真核生物真核生物(shngw)mRNA的特的特征征1.真核生物真核生物mRNA的的
39、5端存在端存在“帽子帽子”结构结构(jigu)帽子结构帽子结构(jigu)是是GTP和原和原mRNA 5三磷酸三磷酸腺苷（或鸟苷）缩合反应的产物，新加上腺苷（或鸟苷）缩合反应的产物，新加上的的G与与mRNA链上所有其他核苷酸方向正链上所有其他核苷酸方向正好相反，像一顶帽子倒扣在好相反，像一顶帽子倒扣在mRNA链上，链上，故而得名。故而得名。第78页/共121页第七十九页，共121页。三种三种三种三种(sn zh(sn zh n n)帽结构帽结构帽结构帽结构第79页/共121页第八十页，共121页。第80页/共121页第八十一页，共121页。mRNA5mRNA5端帽结构端帽结构端帽结构端帽结构(
40、jigu)(jigu)形成过程形成过程形成过程形成过程第81页/共121页第八十二页，共121页。2、绝大多数真核生物、绝大多数真核生物(shngw)mRNA具有具有poly(A)尾尾巴巴n n几乎所有真核基因的3末端转录终止位点上游1530bp处的保守序列AAUAAA对于初级转录产物(chnw)的准确切割及加poly(A)是必需的。n n加poly（A）时需要由内切酶切开mRNA3端的特定部位，然后由poly(A)合成酶催化多聚腺苷酸的反应。第82页/共121页第八十三页，共121页。加加Poly(A)的反应的反应(fnyng)第第一一步步加加一一个个(y(y)短短的的寡寡聚聚A A序序列列
41、（10nt10nt），此此反反应应依依赖赖于于AAUAAAAAUAAA序列；序列；反反应应由由polypoly（A A）聚聚合合酶酶在在特特殊殊因子指导下完成的。因子指导下完成的。第第 二二 步步 是是 寡寡 聚聚 A A尾尾 巴巴 延延 伸伸 到到240nt240nt的长度。的长度。此此反反应应并并不不需需要要AAUAAAAAUAAA序序列列，但但需需要要一一个个(y(y)识识别别寡寡聚聚A A并并指指导导polypoly（A A）聚聚合合酶酶延延伸的刺激因子。伸的刺激因子。第83页/共121页第八十四页，共121页。第84页/共121页第八十五页，共121页。第四节第四节.终止终止(zhn
42、gzh)和抗终和抗终止止(zhngzh)n nRNA聚合酶启始基因转录后，它就会沿着(yn zhe)模板53方向不停的移动，合成RNA链，直到碰上终止信号时才与模板DNA相脱离并释放新生RNA链。终止发生时，所有参与形成RNA-DNA杂合体的氢键都必须被破坏，模板DNA链才能与有意义链重新组合成DNA双链。第85页/共121页第八十六页，共121页。n n研究RNA链终止时遇到最常见的问题是3端核苷酸的定位，因为活细胞内部根据终止信号正确终止的RNA与一个经过剪接的RNA在3端没有两样，都是-OH基团，而研究5时，只有(zhyu)初生RNA上才有一个三磷酸基团，任何经过剪接修饰的5端不再带有这
43、个基团。第86页/共121页第八十七页，共121页。第87页/共121页第八十八页，共121页。一、不需因子(ynz)的终止 终止子结构终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点前面(qin mian)有一段由48个A组成的序列，所以转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。第88页/共121页第八十九页，共121页。n n在新生RNA中出现发卡式结构会导致(dozh)RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。第89页/共121页第九十页
44、，共121页。终止子结构终止子结构终止子结构终止子结构(jigu)(jigu)第90页/共121页第九十一页，共121页。不依赖不依赖不依赖不依赖RhoRho因子因子因子因子(ynz(ynz)的转录终止的转录终止的转录终止的转录终止第91页/共121页第九十二页，共121页。二、需二、需因子因子(ynz)的终止的终止n n因子是一个相对分子质量为2.0105的六聚体蛋白，它能水解各种(zhn)核苷三磷酸，实际上是一种NTP酶。由于催化了NTP的水解，因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。第92页/共121页第九十三页，共121页。n n有人认为，在RNA合成起始以后
45、，因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生(chnshng)的能量，沿着53方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程。终止过程需要消耗能量，所以，因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。第93页/共121页第九十四页，共121页。三、抗终止三、抗终止(zhngzh)1.1.破坏终止(zhngzh)位点RNA的茎-环结构2.2.依赖于蛋白质因子的转录抗终止(zhngzh)第94页/共121页第九十五页，共121页。第95页/共121页第九十六页，共121页。第五节、内含子的剪接第五节、内含子的剪接(jinj
46、i)、编辑及化学修饰、编辑及化学修饰n n一、RNA中的内含子n n 真核基因表达往往伴随着RNA的剪接过程(guchng)，从mRNA前体分子中切除被称为内含子的非编码区，并使基因中被称为外显子的编码区拼接形成成熟mRNA.第96页/共121页第九十七页，共121页。RNA加工过程及其生理加工过程及其生理(shngl)过程过程加工过程推测的生理功能加帽子反应mRNA从细胞核向细胞质运转，翻译起始加poly(A)反应转录终止，翻译起始和mRNA降解RNA的剪接从mRNA，tRNA和rRNA分子中切除内含子RNA的切割从前体RNA中释放成熟tRNA和rRNA分子第97页/共121页第九十八页，共
47、121页。第98页/共121页第九十九页，共121页。第99页/共121页第一百页，共121页。第100页/共121页第一百零一页，共121页。内含子类型细胞内定位GU-AG细胞核，前mRNA（真核）AU-AC细胞核，前mRNA（真核）类内含子细胞核，前rRNA（真核），细胞器RNA，少数细菌RNA类内含子细胞器RNA，部分细菌RNA类内含子细胞器RNA双内含子细胞器RNAtRNA前体中的内含子细胞核，tRNA前体（真核）生物体内的各种生物体内的各种(zhn)内含子内含子第101页/共121页第一百零二页，共121页。核酶核酶(Ribozyme)1981年年T.Cech和和S.Atman等等在
48、在研研究四膜虫究四膜虫rRNA时发现的；时发现的；T.Cech由由核核糖糖核核酸酸（ribonucleic acid）和和酶酶（enzyme）这这两两个个词词“重重组组”成成一一个个新新的的词词：“Ribozyme”；是是指指本本质质为为RNA或或以以RNA为为主主含含有有蛋蛋白白质质辅辅基基的的一一类类具具有有催催化功能化功能(gngnng)的物质。的物质。第102页/共121页第一百零三页，共121页。和传统和传统(chuntng)酶的区别：酶的区别：n n(1)一般(ybn)的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带有蛋白的RNA；n n(2)核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应。第103页
49、/共121页第一百零四页，共121页。核酶发现核酶发现(fxin)的意义的意义n n（1）突破了酶的概念.是一种自体催化；n n（2）揭示了内含子自我(zw)剪接的奥秘；促进了RNA的研究。n n（3）为生命的起源和分子进化提供了新的依据。第104页/共121页第一百零五页，共121页。二、二、RNA的剪接的剪接(jinji)n n剪接(jinji)位点是通用的，对任一单一的RNA来 说 无 特 异 性，任 一 前 体 对 剪 接(jinji)也不提供特异的信息。n n剪接(jinji)装置也是通用的，无组织特异性，一个RNA可在任何细胞中剪接(jinji)，不管这个RNA是否是在这个细胞中合
50、成的。第105页/共121页第一百零六页，共121页。GT-AG规则规则(guz)n n剪接位点序列高度保守(boshu)，只存在于内含子的两个边缘，序列为GTAG（GUAG）n n内含子起始于二核苷酸（GT），终止于二核苷酸（AG），因此被称为GT-AG规则。第106页/共121页第一百零七页，共121页。n n5端剪接(jinji)位点-GTn n3端剪接(jinji)位点-AGn n分支位点：n nPy80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95剪接需要三个短的共有剪接需要三个短的共有(n yu)序列序列第107页/共121页第一百零八页，共121页。第108页/共121页第一百