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1、目录目录生物化学章16RNA的生物合成-(试讲课件1)目录目录本章内容 原核生物RNA的合成的反应体系原核生物RNA的合成过程 真核生物RNA的合成过程 转录后加工及其机制n在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式合成有两种方式一一是是DNA指指导导的的RNA合合成成，也也叫叫转转录录，此此为为生生物物体内的主要合成方式，也是体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另另一一种种是是RNA指指导导的的RNA合合成成，也也叫叫RNA复复制制(RNAreplication),由由RNA依依赖赖的的RNA聚聚合合酶酶催催化化，常常见见于于病病毒毒，是是逆逆转转录录病病毒毒以
2、以外外的的RNA病病毒毒在在宿宿主主细胞以病毒的单链细胞以病毒的单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。中心法则中心法则(TheCentralDogma)转转录录翻翻 译译逆转录逆转录复复 制制转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程。的过程。转转录录的的知知识识是是理理解解许许多多生生物物学学现现象象和和医医学学问问题题所所必需的。必需的。对对于于RNA生生物物过过程程的的调调节节可可以以导导致致蛋蛋白白质质合合成成速速率率的的改改变变，以以及及由由此此而而引引发发的的一一系系列列代代谢谢变变化化，因因此此，了了解解RNA
3、代代谢谢的的基基本本原原理理就就甚甚为为重重要要。这这些些原原理理既既关关系系到到所所有有生生物物是是如如何何适适应应环环境境变变化化的的，也关系到细胞结构和功能的分化机制。也关系到细胞结构和功能的分化机制。复制和转录的区别复制和转录的区别引物引物 需要需要 不需要不需要特点特点 双向复制（半保留）双向复制（半保留）单向转录单向转录（无校对功能）（无校对功能）复制和转录的共同点复制和转录的共同点:DNA 模板模板依赖依赖DNA的聚合酶的聚合酶碱基配对规律碱基配对规律生成磷酸二酯键生成磷酸二酯键链延长方向链延长方向5353原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates&Enzym
4、es in prokaryotic transcription第一节第一节n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA酶酶 :RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子及其他蛋白质因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3，核苷酸间的连接方式为核苷酸间的连接方式为3，5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构基基因因(structuralgene)。转转录录的的这这种种选选择择性性称
5、称为为不不对对称称转转录录(asymmetrictranscription)，它它有有两两方方面面含含义义：在在DNA分分子子双双链链上上，一一股股链链用用作作模模板板指指引引转转录录，另另一一股股链链不不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。5GCAGTACATGTC3编码链编码链3CGTCATGTACAG5模板链模板链5GCAGUACAUGUC3mRNANAlaValHisValC蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(templates
6、trand)。相相对对的另一股单链是的另一股单链是编码链编码链(codingstrand)。5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录转录的特点转录的特点1.转录的不对称性转录的不对称性2.转录方向的单向性转录方向的单向性3.转录过程有特定起始和终止点转录过程有特定起始和终止点二、二、RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成合成（一）（一）RNA聚合酶能从头启动聚合酶能从头启动RNA链的合成链的合成DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化学机制与合成的化学机
7、制与DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNADNA聚聚合合酶酶在在启启动动DNA链链延延长长时时需需要要引引物物存存在在，而而RNA聚聚合合酶酶不不需需要要引引物物就就能能直直接接启启动动RNA链的延长。链的延长。RNA聚聚合合酶酶和和DNA的的特特殊殊序序列列启启动动子子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成不详（不做要求）、解链、解链、结合、结合核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenz
8、yme)转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段nRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合利福平利福平能与细菌的能与细菌的RNARNA聚合酶聚合酶亚基结合亚基结合，从，从而阻断转录的启动而阻断转录的启动 因子有多种：因子有多种：原原核核生生物物一一个个转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon(operon)，包包括括若若干干个个结结构构基基因因及及其其上上游游(upstream)(upstream)的的调控序列。调控序列。三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上起动转录上起动转录转录是不连续、分
9、区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。调调控控序序列列中中的的启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合模模板板DNA的的部部位位，也也是是控控制制转转录录的的关关键键部部位位。原原核核生生物物以以RNA聚聚合合酶酶全全酶酶结结合合到到DNA的的启启动动子子上上而而起起动动转转录，其中录，其中由由亚基辨认启动子亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。，其他亚基相互配合。启动子：启动子：是是DNA分子上能够被分子上能够被RNA聚合酶识别、结合聚合酶识别、结合并起动转录的并起动转录的DNADNA序列。序列。对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚聚合酶保护法
10、合酶保护法。根据对根据对100100多个基因碱基序列的分析，大肠杆菌的多个基因碱基序列的分析，大肠杆菌的启启动子至少两处共同顺序动子至少两处共同顺序：约约12bp12bp的的RNARNA聚合酶全酶识别部位（聚合酶全酶识别部位（-35-35顺序顺序），），和和约含约含7bp7bp的的RNARNA聚合酶全酶紧密结合部位（聚合酶全酶紧密结合部位（-10-10顺顺序序，又称为，又称为TATATATA框框或或Prinow boxPrinow box）.-10.-10序列处的碱序列处的碱基富含基富含ATAT，有助于，有助于DNADNA双螺旋的局部解链。双螺旋的局部解链。开始转录开始转录TTGACAAACT
11、GT-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 nRNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区目录目录启动子的结构（碱基序列）是启动子的结构（碱基序列）是不对称的，它决不对称的，它决定着转录的方向定着转录的方向。大肠杆菌转录启动子的一个。大肠杆菌转录启动子的一个理想序列如下：理想序列如下：15-19原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Trans
12、cription in Prokaryote第二节第二节原核生物的转录过程可分为转录起始、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。转录延长和转录终止三个阶段。RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：2.DNA双双 链链 打打 开开，形形 成成 开开 放放 转转 录录 复复 合合 体体(opentranscriptioncomplex
13、)；DNA分分子子接接近近-10区区域域的的部部分分双双螺螺旋旋解解开开后后转转录录开开始始。DNA双双链链解解开开的的范范围围只只在在17bp左右左右。1.RNA聚聚合合酶酶全全酶酶(2)识识别别并并结结合合启启动动子子，形形成成闭合转录复合体（闭合转录复合体（closedtranscriptioncomple）；3.在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下发发生生第第一一次次聚聚合合反反应应，形形成成第第一一个磷酸二酯键：个磷酸二酯键：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppin转录起始过程：转录起始
14、过程：nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长第一个进处的核苷酸一般是嘌呤核苷酸，以GTP最常见。第第一一个个磷磷酸酸二二酯酯键键生生成成后后，转转录录复复合合体体的的构构象象发发生生改改变变，亚亚基基即即从从转转录录起起始始复复合合物物上上脱脱落落，核核心心酶酶连连同同四四磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸，继继续续结结合合于于DNA模模板板上上，酶酶沿沿DNA链链前前移移，进进入入延延长长阶阶段。段。在转录起始复合物形成的过程中，第一个进在转录起始复合物形成的过程中，第一个进 处的核苷酸一般是处的核苷酸一般是嘌呤核苷酸，以嘌呤核苷酸，以GTP最常见。最常见。对 亚基脱落的不同说法亚基脱落的不同
15、说法-北大朱玉贤编现代分子生物学第4版教材P76当当RNA聚合酶合成新的RNA链达到910核苷酸时，亚基才被释放，转录起始复合物才通过上游启动子区并生成由核心酶、DNA和新生成的RNA所组成的转录延伸复合物。新进展新进展二、二、RNApol核心酶独立延长核心酶独立延长RNA链链1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi大肠杆菌的转录泡局部结构示意大肠杆菌的转录泡局部
16、结构示意转录空泡转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA转录延长以下特点转录延长以下特点 核心酶负责核心酶负责RNA链延长反应；链延长反应；RNA链链从从5-端端向向3 -端端延延长长，新新的的核核苷苷酸酸都都是是加加到到3-OH上；上；对对DNA模模板板链链的的阅阅读读方方向向是是3-端端向向5-端端，合合成成的的RNA链链与与之之呈呈反反向向互互补补，即即酶酶是是沿沿着着模模板板链链的的3 向向5 方方向向或或沿着编码链的沿着编码链的5 向向3 方向前进的；方向前进的；合成区域存在着动态变化的合成区域存在着动态变化的8 bp 的的R
17、NA-DNA杂合双链；杂合双链；模模板板DNA的的双双螺螺旋旋结结构构随随着着核核心心酶酶的的移移动动发发生生解解链链和和再再复合的动态变化。复合的动态变化。转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化转录过程中DNA的超螺旋结构变化三三、原原核核生生物物转转录录延延长长与与蛋蛋白白质质的的翻翻译译同同时进行时进行5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止四、原
18、核生物转录终止分为依赖四、原核生物转录终止分为依赖 因子与因子与非依赖非依赖 因子两大类因子两大类转转转转录录录录终终终终止止止止指指指指RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶在在在在DNADNA模模模模板板板板上上上上停停停停顿顿顿顿下下下下来来来来不不不不再再再再前前前前进进进进，转转转转录录录录产产产产物物物物RNARNA链链链链从从从从转转转转录录录录复复复复合物上脱落下来。合物上脱落下来。合物上脱落下来。合物上脱落下来。n依依据据是是否否需需要要蛋蛋白白质质因因子子的的参参与与，原原核核生生物物转录终止分为：转录终止分为：因因子子是是由由相相同同亚亚基基组组成成的的六六聚聚体体蛋蛋白白
19、质质，亚亚基分子量基分子量46kD。因因子子能能结结合合RNA，又又以以对对polyC的的结结合合力力最最强强，但但对对polydC/dG组组成成的的DNA的的结结合合能能力力就就低得多。低得多。因因子子还还有有ATP酶酶活活性性和和解解螺螺旋旋酶酶(helicase)的的活性。活性。（一）依赖（一）依赖 因子的转录终止因子的转录终止n 因子：因子：n 因子的作用原理（热追踪假说）：因子的作用原理（热追踪假说）：课外有趣的思考：课外有趣的思考：1、原核生物中转录和翻译同时进行，链上有核糖体，因子怎么追过去？因子怎么追过去？2 2、因子追上因子追上RNARNARNARNA聚合酶是速度更快？还是聚
20、合酶是速度更快？还是聚合酶是速度更快？还是聚合酶是速度更快？还是RNARNARNARNA聚合酶在聚合酶在聚合酶在聚合酶在终止子处等待？终止子处等待？终止子处等待？终止子处等待？（二）（二）非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的结构来产物形成特殊的结构来终止转录。终止转录。n茎环结构使转录终止的机制茎环结构使转录终止的机制使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；局部局部RNA/DNA杂化短链的碱基配对是最不稳定的。杂化短链的碱基配对是最不稳定的。RNA
21、链上的多聚链上的多聚U也是促使也是促使RNA链从模板上脱落的重链从模板上脱落的重要因素。要因素。真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成TheBiosynthesisofEukaryoteRNA第三节第三节真真核核生生物物的的转转录录过过程程比比原原核核复复杂杂。二二者者的的转转录录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。起始过程有较大区别，转录终止也不相同。一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶n真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同的RNA聚合酶聚合酶:RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）
22、真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的前体的前体45SrRNAmRNA前体前体hnRNA,lncRNA,piRNA,miRNAtRNA,5SrRNAsnRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内真核生物真核生物RNA聚合酶的特点聚合酶的特点真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶的的结结构构比比原原核核生生物物复复杂杂，所所有有真真核核生生物物的的RNA聚聚合合酶酶都都有有两两个个不不同同的的大大亚亚基基和和十十几几个个小小亚亚基基.大亚基功能各不相同。大亚基功能各不相同。RNApol在
23、在核核内内转转录录生生成成核核不不均均一一RNA（hnRNA），然然后后加加工工成成mRNA。mRNA是是各各种种RNA中中寿寿命命最最短短、最最不稳定的，需经常重新合成。不稳定的，需经常重新合成。二、转录因子在真核生物转录起始中具二、转录因子在真核生物转录起始中具有重要作用有重要作用 真真核核生生物物的的基基因因转转录录过过程程，同同样样可可以以分分为为3个个阶阶段段：起起始始阶阶段段（RNApol和和通通用用转转录录因因子子形形成成转转录录起起始始复复合合体体）、延长阶段和转录终止。延长阶段和转录终止。与与原原核核生生物物的的显显著著不不同同是是，起起始始和和延延长长过过程程都都需需要要众
24、众多多相相关关的的蛋蛋白白质质因因子子参参与与，这这些些因因子子被被称称为为转转录录因因子子（transcriptionalfactors,TF）或或反反式式作作用用因因子子（trans-actingfactors）。）。（一）转录前起始复合体的形成（一）转录前起始复合体的形成不不同同物物种种、不不同同细细胞胞或或不不同同的的基基因因，转转录录起起始始点点上上游游都都有有不不同同的的特特异异DNA序序列列，包包括括启启动动子子、增增强强子子等等，统统称称为为顺顺式式作作用用元元件件(cis-actingelement)。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n顺式作用
25、元件顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体转转录录起起始始时时，真真核核生生物物的的RNApol不不直直接接识识别别和和结结合合模模板板的的起起始始区区，而而是是依依靠靠转转录录因因子子识识别别并并结结合合起起始始序序列列，故故其其起起始始复复合合体体的的装装配配过过程程比原核生物复杂的多。比原核生物复杂的多。能能直直接接、间间接接辨辨认认和和结结合合转转录录上上游游区区段段DNA的的蛋蛋白白质质，现现已已发发现现数数百百种种，
26、统统称称为为反反式式作作用用因因子子(trans-actingfactors)。反反式式作作用用因因子子中中，直直接接或或间间接接结结合合RNA聚聚合合酶酶的的，则则 称称 为为 通通 用用 转转 录录 因因 子子（generaltranscription factor）或或基基本本转转录录因因子子（basaltranscriptionfactor）三三、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真真核核生生物物转转录录延延长长过过程程与与原原核核生生物物大大致致相相似似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。但因有核膜相隔，没有转录与翻
27、译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转转录录延延长长过过程程中中可可以以观观察察到到核核小小体体移移位位和和解解聚聚现象。现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真真核核生生物物的的转转录录终终止止，是是和和转转录录后后修修饰饰密密切切相相关的。关的。真真核核生生物物mRNA有有聚聚腺腺苷苷酸酸(polyA)尾尾巴巴结结构构，是转录后才加进去的。是转录后才加进去的。转转录录不不是是在在polyA的的位
28、位置置上上终终止止，而而是是超超出出数数百百个个乃乃至至上上千千个个核核苷苷酸酸后后才才停停顿顿。已已发发现现，在在读读码码框框架架的的下下游游，常常有有一一组组共共同同序序列列AATAAA，再再下下游游还还有有相相当当多多的的GT序序列列。这这些些序序列列称称为为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。5-AAUAAA-5-AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA3 mRNA转录终止转录终止 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。真核与原核转录的区别（了解）真核与原核转录的
29、区别（了解）RNA聚合酶：一种和三种。聚合酶：一种和三种。转录产物：单顺反子和多顺反子。转录产物：单顺反子和多顺反子。转录产物是否需要加工：原核不需要，真核需要。转录产物是否需要加工：原核不需要，真核需要。转录与翻译是否同步：原核同步。转录与翻译是否同步：原核同步。转录中是否有核糖体解聚和移位现象？转录中是否有核糖体解聚和移位现象？真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eukaryotic RNA第四节第四节真真核核生生物物转转录录生生成成的的RNA分分子子是是初初级级RNA转转录录物物(primaryRNAtran
30、script)，几几乎乎所所有有的的初初级级RNA转转录录物物都都要要经经过过加加工工，才才能能成成为为具具有有功功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3.修饰修饰(modification)4.添加添加(addition)5.RNA RNA编辑编辑(RNAediting)一、核不均一一、核不均一RNA经首、尾修饰经首、尾修饰和剪接后成为和剪接后成为mRNA 真真核核生生物物mRNA转转录录后后，需需要要进进行行5-端端和和3-端端（首首、尾尾部部）
31、的的修修饰饰以以及及对对hnRNA进进行行剪剪接接（splicing），才才能能成成为为成成熟熟的的mRNA，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构大大多多数数真真核核mRNA的的5-末末端端有有7-甲甲基基鸟鸟嘌嘌呤呤的帽结构。的帽结构。这这个个真真核核mRNA加加工工过过程程的的起起始始步步骤骤由由两两种种酶酶，加加 帽帽 酶酶(capping enzyme)和和 甲甲 基基 转转 移移 酶酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。n帽结构帽结构n帽结构的生成过程帽结构的生成过
32、程n帽结构的意义：帽结构的意义：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；也也 能能 与与 帽帽 结结 合合 蛋蛋 白白 质质 复复 合合 体体(cap-bindingcomplexofprotein)结结合合，并并参参与与mRNA和和核核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。（二）前体（二）前体mRNA在在3端端特异位点断裂并加特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾上多聚腺苷酸尾 尾尾部部修修饰饰是是和和转转录录终终止止同同时进行的过程。时进行的过程。poly poly A A的的有有无无与与长长短短，是是维维持持mRNAmRNA作作为为翻翻译译模模板板的
33、的活活性性，以以及及增增加加mRNAmRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。一一般般真真核核生生物物在在胞胞浆浆内内出出现现的的mRNAmRNA，其其poly poly A A长长度度为为100100至至200200个个核核苷苷酸酸之之间，也有少数例外。间，也有少数例外。（三）前体（三）前体mRNA的剪接主要是去除内含子的剪接主要是去除内含子去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟RNA的过程称为的过程称为mRNA剪接（剪接（mRNAsplicing）。真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但
34、又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splitegene)CABD编码区编码区A、B、C、D非编码区非编码区外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除
35、去的核酸序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰1.内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪除 2.内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口处剪除大大多多数数内内含含子子都都以以GU为为5 端端的的起起始始，而而其其末末端端则则为为AG-OH-3。5 GUAG-OH-3 称称为为剪剪接接接接口口（splicingjunction）或边界序列。或边界序列。剪接后，剪接后，GU或或AG不一定被剪除。不一定被剪除。3.剪接过程需两次转酯反应剪接过程需两次转酯反应 4.剪接
36、体是内含子剪接场所剪接体是内含子剪接场所5.前体前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式前前体体mRNA分分子子的的加加工工除除上上述述剪剪接接外外，还还有有一一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。剪剪切切指指的的是是剪剪去去某某些些内内含含子子后后，在在上上游游的的外外显显子子3-端端直直接接进进行行多多聚聚腺腺苷苷酸酸化化，不不进进行行相相邻邻外外显子之间的连接反应。显子之间的连接反应。剪剪接接是是指指剪剪切切后后又又将将相相邻邻的的外外显显子子片片段段连连接接起起来，然后进行多聚腺苷酸化。来，然后进行多聚腺苷酸化。6.前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子
37、可发生可变剪接 许许多多前前体体mRNA分分子子经经过过加加工工只只产产生生一一种种成成熟熟的的mRNA，翻翻译译成成相相应应的的一一种种多多肽肽；有有些些则则可可剪剪切切或或（和和）剪剪接接加加工工成成结结构构有有所所不不同同的的mRNA，这这一一现现象象称称为为可可变变剪剪接接（alternativesplicing），又称又称选择性剪接选择性剪接。真核细胞基因的前体真核细胞基因的前体mRNA交替加工的两种机制交替加工的两种机制大鼠降钙素基因转录本的可变剪接大鼠降钙素基因转录本的可变剪接 有有些些基基因因的的蛋蛋白白质质产产物物的的氨氨基基酸酸序序列列与与基基因因的的初初级级转转录录物物序
38、序列列并并不不完完全全对对应应，mRNA上上的的一一些些序序列列在在转转录录后后发发生生了了改改变变，称称为为RNA编编辑辑（RNAediting）。）。RNA编编辑辑作作用用说说明明，基基因因的的编编码码序序列列经经过过转转录录后后加加工工，是是可可有有多多用用途途分分化化的的，因因此此也也称称为为分分化加工化加工(differentialRNAprocessing)。（四）（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行编辑是对基因的编码序列进行转录后加工转录后加工APOB基因的基因的mRNA在肝和肠黏膜编码不同多肽链在肝和肠黏膜编码不同多肽链二、真核二、真核rRNA前体经过剪接形成不同前体经过剪
39、接形成不同类别的类别的rRNA转录转录45S-rRNA剪切剪切18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的碱基修饰苷酸的碱基修饰tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷核苷酸转移酶、酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应如：如：UDHU（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1
40、 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）四、四、RNA催化一些真核和原核基因内催化一些真核和原核基因内含子的自剪接含子的自剪接 1982年年美美国国科科学学家家T.Cech和和他他的的同同事事发发现现四四膜膜虫虫（tetrahymenathermophilic）编编码码rRNA前前体体的的DNA序序列列含含有有间间隔隔内内含含子子序序列列，并并且且在在没没有有任任何何来来自自四四膜膜虫虫的的蛋蛋白白质质情情况况下下，rRNA前前体体能能准准确确地地剪剪接接去去除除内内含含子子。这这种种由由RNA分分子子催催化化自自身身内内含含子子剪剪接接的的反反应应称称为为自自剪剪接接（self-spl
41、icing）。一一些些噬噬菌菌体体的的mRNA前前体体及及细细菌菌tRNA前前体体也也发发现现有有这这类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，并并被被称称之之为为I型型内内含含子子（group Iintron）。I型型内内含含子子以以游游离离的的鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷或或鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸作作为为辅辅因因子子完完成成剪剪接接。鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷或或鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的3-OH与与内内含含子子的的5-磷磷酸酸共共同同参参与与转转酯酯反反应应。这这种种转转酯酯反反应应与与前前述述的的mRNA内内含含子子剪剪接接的的转转酯酯反反应应类类似似，不不过过参参与与反反应应的的不不是是分分支点支
42、点A的的2-OH，切除的内含子是线状，而不是，切除的内含子是线状，而不是“套索套索”状。状。某某些些线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体的的mRNA前前体体和和tRNA前前体体还还有有另另一一类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，称称为为II型型内内含含子子。这这类类内内含含子子的的剪剪接接与与前前面面介介绍绍的的前前体体mRNA内内含含子子剪剪接接相相同同，但但是是没没有有剪剪接接体参与体参与I和和II型内含子的剪切型内含子的剪切 五、五、RNA在细胞内的降解有多种途径在细胞内的降解有多种途径正常转录物和异常转录物的降解途径有一定差异。正常转录物和异常转录物的降解途径有一定差异。前前者者包包括括依依
43、赖赖于于脱脱腺腺苷苷酸酸化化的的mRNA降降解解和和不不依依赖赖于于脱腺苷酸化的脱腺苷酸化的mRNA降解；降解；后后者者包包括括无无义义介介导导的的mRNA降降解解、无无终终止止降降解解、无无停停滞降解和核糖体延伸介导的降解等。滞降解和核糖体延伸介导的降解等。但但细细胞胞内内少少部部分分正正常常mRNA也也可可经经由由无无义义介介导导的的途途径径降解。降解。（一）依赖于脱腺苷酸化的（一）依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解是重降解是重要的要的mRNA代谢途径代谢途径mRNA的的5-端端帽帽和和3-端端的的poly(A)尾尾结结构构对对于于mRNA的的稳稳定定性性具具有有重重要要作作用用。当当细细胞胞
44、以以mRNA为为模模板板进进行行蛋蛋白白质质合合成成时时，翻翻译译起起始始因因子子 eIF4E、eIF4G和和3 poly(A)结结合合的的PABP等等相相互互作作用用而而形形成成封封闭闭的的环环状状结结构构，防防 止止 来来 自自 脱脱 腺腺 苷苷 酸酸 化化 酶酶（deadenylase）和和 脱脱 帽帽 酶酶（decappingenzyme）的攻击，以保证）的攻击，以保证mRNA的稳定。的稳定。因因此此，mRNA的的降降解解必必须须首首先先解解除除这这些些稳稳定定因因素素，脱脱腺腺苷苷酸酸化化及及帽帽结结构构的的水水解解是是其其中中的的重重要要步步骤骤，故故称称为为依依赖赖于脱腺苷酸化的
45、于脱腺苷酸化的mRNA降解降解。依赖于脱腺苷酸化依赖于脱腺苷酸化的的mRNAmRNA降解降解 （二）无义介导的（二）无义介导的mRNA降解是重要的真核降解是重要的真核细胞细胞mRNA质量监控机制质量监控机制真真 核核 细细 胞胞 mRNA的的 异异 常常 剪剪 接接 可可 能能 会会 产产 生生 无无 义义（nonsense）的的终终止止密密码码子子，由由此此产产生生的的mRNA降降解解称称为为无无义义介介导导的的mRNA降降解解（nonsense-mediatedmRNAdecay,NMD），是广泛存在的），是广泛存在的mRNA质量监控的重要机制。质量监控的重要机制。那那些些含含有有提提前前终终止止密密码码子子（prematuretranslational-terminationcodon,PTC）的）的mRNA会被会被选择性清除选择性清除。目录目录此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢