《第六章第三、四节.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章第三、四节.pptx（60页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1菏泽学院HEZE UNIVERSITY 多多数数转转录录的的初初始始产产物物无无生生物物活活性性，在在生生物物体体内进行内进行加工加工处理后才具有生物活性。处理后才具有生物活性。转录后加工转录后加工（post-transcriptional processing）:是是指指将将各各种种前前体体RNA（Pre-RNA）分分子子加加工工转转变变成成有有功功能能的的、成成熟熟的的各各种种RNA(mRNA，rRNA或或tRNA等等)的的过程过程。第1页/共60页2菏泽学院HEZE UNIVERSITYPre-RNAMature RNA 加帽（加帽（Capping）加尾（加尾（Tailing）剪接（剪
2、接（Splicing）碱基修饰碱基修饰（Bases modification）编辑（编辑（Editing）转录后加工的主要方式转录后加工的主要方式:RNA加工修饰主要对象加工修饰主要对象:uhnRNA：mRNA前体前体upre-rRNA：rRNA前体前体upre-tRNA：tRNA前体前体第2页/共60页3菏泽学院HEZE UNIVERSITY一、一、tRNA 前体的加工前体的加工（一）真核生物（一）真核生物tRNA基因结构基因结构u 真真核核tRNA的的基基因因成成簇簇排排列列，基基因因间间有有间间隔隔区区，是一种是一种重复序列重复序列；u 前体分子前体分子tRNA是是单顺反子单顺反子;u
3、前体分子前体分子 tRNA中含有中含有内含子内含子；u前体分子前体分子 tRNA中中没有没有3-CCA序列。序列。第3页/共60页4菏泽学院HEZE UNIVERSITY（二）（二）tRNA前体的加工前体的加工u剪接内含子；剪接内含子；u柄柄部部结结构构的的加加工工：加加上上CCA-OH的的3末末端端，完成柄部结构；完成柄部结构；u碱基修饰。碱基修饰。第4页/共60页5菏泽学院HEZE UNIVERSITY（三）（三）tRNA前体的加工过程前体的加工过程1、内含子剪接、内含子剪接 位置相同位置相同，都在反密码子环的下游；，都在反密码子环的下游；不同不同tRNA的内含子的内含子长度和序列各异长度
4、和序列各异；外外显显子子和和内内含含子子交交界界处处无无保保守守序序列列，内内含含子子的的剪剪切是依靠切是依靠RNase异体催化，进行剪接；异体催化，进行剪接；内内含含子子和和反反密密码码子子配配对对形形成成茎茎环环结结构构，保保护护了了反反密码子，使其免受酶的降解。密码子，使其免受酶的降解。tRNA内含子特点：内含子特点：第5页/共60页6菏泽学院HEZE UNIVERSITY酵母酵母tRNAPhe内含子的结构（引自内含子的结构（引自B.Lewn,2000）第6页/共60页7菏泽学院HEZE UNIVERSITY剪接过程：剪接过程：第一步：第一步：核酸酶切割核酸酶切割释放一条线状内含子释放一
5、条线状内含子和两个和两个“tRNA半分子半分子”第二步：第二步：RNA连接酶连接断端连接酶连接断端 切除tRNA内含子的核酸酶很特特殊殊，产生2-3环环磷磷酸酸和5-OH，因此不能直接连接。3端端需通过环环磷磷酸酸二二酯酯酶酶（Phosphodiesterase）将2-3环磷酸打开，形成3-OH。5端需在激酶作用下将5-OH磷磷酸酸化化。再通过连接酶将两个半分子连接起来。哺乳动物的tRNA连接酶可将2-3环磷酸与5-OH直接连接起来。第7页/共60页8菏泽学院HEZE UNIVERSITY剪接特点：剪接特点：(1)真真核核tRNA内内含含子子的的精精确确剪剪切切不不依依赖赖内内含含子子的的一一
6、级级序序列列和和大大小小，剪剪切切反反应应的的识识别别信信号号是是“三三叶叶草草”的的二级结构二级结构；(2)不是转酯反应不是转酯反应；(3)RNase异体催化异体催化剪切内含子。剪切内含子。第8页/共60页9菏泽学院HEZE UNIVERSITY2、柄部结构加工、柄部结构加工-加上加上CCA-OH的的3末端末端tRNA核苷转核苷转移酶移酶tRNA nucleotidyl transferase 第9页/共60页10菏泽学院HEZE UNIVERSITY3、碱基修饰、碱基修饰（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）（2）还原反应还原反应 如：如：U DHU（3）核苷内的转位反应核苷内
7、的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化甲基化D D臂臂反密码子臂反密码子臂额外臂额外臂TC臂臂受体臂受体臂第10页/共60页17菏泽学院HEZE UNIVERSITY二、二、rRNA 前体的加工前体的加工（一）真核生物（一）真核生物rRNA基因结构基因结构u真真核核生生物物的的18S、5.8S和和28S rRNA基基因因串串联联在在一一起起形成一个转录本，彼此被间隔区分开形成一个转录本，彼此被间隔区分开;u不同生物的不同生物的 rRNA 前体大小不同：前体大小不同：哺乳动物为哺乳动物为45S；果蝇；果蝇38S；酵母；酵母37S；四膜虫；四膜
8、虫35Su每每个个重重复复单单位位之之间间的的间间隔隔DNA序序列列不不转转录录，称称为为非非转录间隔序列转录间隔序列。第17页/共60页18菏泽学院HEZE UNIVERSITY第18页/共60页19菏泽学院HEZE UNIVERSITYu在转录时或转录后，甲基化酶立即结合到转录本上。在转录时或转录后，甲基化酶立即结合到转录本上。u真真核核生生物物5S rRNA基基因因也也是是成成簇簇排排列列的的，中中间间隔隔以以不不被被转转录录的的区区域域。由由RNApol 转转录录，转转录录后后只只需需要要进进行简单的加工，或者根本不需要进行加工行简单的加工，或者根本不需要进行加工。u 高等真核生物核基
9、因组前体高等真核生物核基因组前体rRNA中一般中一般没有内含子没有内含子。18S RNA 结合结合39个甲基化酶个甲基化酶28S RNA 结合结合74个甲基化酶个甲基化酶推测：推测：甲基化用于标明转录本的加工区域甲基化用于标明转录本的加工区域;第19页/共60页20菏泽学院HEZE UNIVERSITY（二）（二）rRNA前体的加工过程前体的加工过程 切切除除5端端的的前前导导序序列列，45S初始转录本变成初始转录本变成41S中间产物；中间产物；从从41S的的中中间间产产物物中中先先切切下下18S的的片片段段，产产物物分分别别为为20S（含（含18S rRNA片段）和片段）和32S；32S中中
10、间间产产物物（含含5.8S和和28S rRNA）中中的的5.8S和和28S之之间间进进行行部分退火，形成发夹结构；部分退火，形成发夹结构；通通过过外外切切酶酶等等将将20S中中残残余余的的ITS切切除除；将将已已退退火火的的32S中中的的ITS切除掉。切除掉。已已知知整整个个加加工工过过程程是是在在核核糖糖体体上上进进行行的的，而而不不是是以以游游离离的的rRNA进行加工的。进行加工的。第20页/共60页23菏泽学院HEZE UNIVERSITY三、三、mRNA 前体的加工前体的加工1、5 端形成端形成 帽子结构（帽子结构（m7GpppNp）2、3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴（多聚腺苷酸尾巴（
11、poly A tail）3、中部剪接、中部剪接除去内含子除去内含子4、链内部核苷酸的、链内部核苷酸的甲基化甲基化hnRNA转变成转变成mRNA的加工过程包括：的加工过程包括：第23页/共60页24菏泽学院HEZE UNIVERSITY第24页/共60页25菏泽学院HEZE UNIVERSITY（一）（一）5-端加上帽子结构（端加上帽子结构（mGpppNp）1、帽子的种类帽子的种类 帽子帽子0（Cap-0）m7GpppXpYp m7G 7-甲基鸟苷三磷酸甲基鸟苷三磷酸 帽子帽子1（Cap-1）m7GpppXmpYp 第一个核苷酸的第一个核苷酸的 2-O 位上产生甲基化位上产生甲基化 （A N6
12、位甲基化）位甲基化）帽子帽子2（Cap-2）m7GpppXmpYmp 第二个核苷酸的第二个核苷酸的 2-O 位上产生甲基化位上产生甲基化 （A、G、C、U）第25页/共60页26菏泽学院HEZE UNIVERSITY单细胞真核生物只有单细胞真核生物只有 Cap-0Cap-1 是其余真核生物的主要帽子形式是其余真核生物的主要帽子形式 Cap-2 存在于某些真核生物中存在于某些真核生物中第26页/共60页27菏泽学院HEZE UNIVERSITY2、帽子结构的生物学功能帽子结构的生物学功能 使使mRNA免受核酸酶的降解免受核酸酶的降解，增加，增加mRNA的稳定性；的稳定性；有助于有助于mRNA越过
13、核膜越过核膜，进入细胞质；，进入细胞质；被被蛋蛋白白质质起起始始因因子子识识别别，使使mRNA能能与与核核糖糖体体小小亚亚基基结合并开始合成蛋白质。结合并开始合成蛋白质。第27页/共60页28菏泽学院HEZE UNIVERSITY（二）（二）3-端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴（polyA）u几几乎乎所所有有真真核核生生物物成成熟熟的的mRNA末末端端都都有有一一串串约约250个个腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸尾尾巴巴。它它们们并并非非模模板板DNA编编码码，而而是是在在转转录录完完成成时时由由poly(A)多多聚聚酶酶合合成成。加加尾尾位位置置不不在在转转录录物物的的最最末末端端，而而是是
14、在在接接近近末末端端的的内内部部位位点点。在在切切除除mRNA 3末末端端的的一一段段序序列列后后，再再加加上上多多聚聚腺腺苷苷酸。酸。u加加尾尾是是在在核核内内完完成成，先先于于mRNA中中段的剪接，和转录终止同时进行。段的剪接，和转录终止同时进行。第28页/共60页29菏泽学院HEZE UNIVERSITYu新新合合成成的的mRNA的的3-端端含含两两个个明明显显的的加加尾尾信信号号。第第一一个个加加 尾尾 信信 号号 位位 于于 poly(A)上上 游游，一一 致致 顺顺 序序 为为5 AAUAAA 3；第第 二二 个个 加加 尾尾 信信 号号 位位 于于5 AAUAAA 3顺顺序序下下
15、游游约约15-24 nt位位置置处处，有有一一段段富富GU序列，紧随其后通常有一串富序列，紧随其后通常有一串富U的顺序。的顺序。5-5-AAUAAAAAUAAA-1524 bp-1524 bp-GUGUGUUGUGUGUUGGAAGGAAUUUUUUUUUUUUGUGU-GUGU-33u如如果果改改变变5 AAUAAA 3位位置置，加加尾尾位位点点改改变变；缺缺失，则不发生加尾。失，则不发生加尾。u富富GU序列和紧随其后的富序列和紧随其后的富U序列对正常的加尾不可缺一。序列对正常的加尾不可缺一。1、ploy（A）加尾信号）加尾信号第29页/共60页30菏泽学院HEZE UNIVERSITY2、
16、poly（A）的生物学功能）的生物学功能 提高提高mRNA在细胞质中的在细胞质中的稳定性稳定性。协助协助mRNA从细胞核向细胞质从细胞核向细胞质转运转运。作为核糖体的作为核糖体的识别信号识别信号，使，使mRNA分子有效翻译。分子有效翻译。对基因的对基因的表达调控表达调控有重要作用。有重要作用。第30页/共60页31菏泽学院HEZE UNIVERSITY（三）（三）mRNA的内部甲基化的内部甲基化 u真核生物真核生物mRNA分子中有许多甲基化的碱基；分子中有许多甲基化的碱基；u具体的甲基化位点还不太清楚；具体的甲基化位点还不太清楚；u主要是：主要是：N6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m6A）；）；u
17、推测可能为推测可能为mRNA的剪切提供信号。的剪切提供信号。第31页/共60页32菏泽学院HEZE UNIVERSITY（四）核（四）核mRNA前体的剪接（前体的剪接（Splicing）u真真核核不不连连续续基基因因的的初初级级转转录录产产物物中中，外外显显子子与与内内含含子子交交替替出出现现-割割裂裂基基因因（Split gene）；u转转录录后后把把内内含含子子切切除除而而把把外外显显子子连连接接起起来来产产生生成成熟熟RNA分分子子的的过过程程，叫叫RNA剪接（剪接（RNA splicing）。u内内含含子子在在真真核核基基因因中中所所占占的的比比例例很很高高，甚至超过甚至超过99%。第
18、32页/共60页33菏泽学院HEZE UNIVERSITY第33页/共60页34菏泽学院HEZE UNIVERSITY1、核、核mRNA内含子剪接位点特征内含子剪接位点特征u内内含含子子总总是是由由GU开开始始，以以AG结结束束，其其规规律律称称为为GU-AG法法则则（GU-AG rule)或或Chambon法则法则。u5端剪接位点端剪接位点(供位供位)相邻的保守序列：相邻的保守序列：5-AGGUPuAGU-3u3端剪接位点端剪接位点(纳位纳位)相邻的保守序列：相邻的保守序列：5-(Py)nNCAG-3u分分枝枝点点保保守守序序列列：Py80NPy87Pu75APy95，其其中中A为为百百分分
19、之之百百保保守守，且且具具有有2-OH。mRNAmRNA前体正确剪接所必需的前体正确剪接所必需的前体正确剪接所必需的前体正确剪接所必需的第34页/共60页35菏泽学院HEZE UNIVERSITY四、四、RNA的编辑的编辑 指指转转录录后后的的RNA在在编编码码区区发发生生碱碱基基的的替替换换、插插入入或或丢失丢失等现象。等现象。（一）（一）RNA的编辑（的编辑（RNA editing）碱基的替换碱基的替换-哺乳动物载脂蛋白基因转录产物的编辑哺乳动物载脂蛋白基因转录产物的编辑指导指导RNA指导的编辑指导的编辑-利什曼原虫属细胞色素利什曼原虫属细胞色素b mRNA的编辑的编辑例子：例子：尿苷酸的
20、缺失和添加尿苷酸的缺失和添加-锥虫线粒体锥虫线粒体mRNA转录后编辑转录后编辑概念：概念：第35页/共60页36菏泽学院HEZE UNIVERSITY1、碱基的替换、碱基的替换第36页/共60页37菏泽学院HEZE UNIVERSITY表明：表明：RNA编辑可能是充分发挥生理功能所必须的。编辑可能是充分发挥生理功能所必须的。第37页/共60页38菏泽学院HEZE UNIVERSITY2、尿苷酸的缺失和添加、尿苷酸的缺失和添加 1986年，R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸；1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。第38页/共60页
21、39菏泽学院HEZE UNIVERSITY第39页/共60页40菏泽学院HEZE UNIVERSITY3、指导、指导RNA指导的编辑指导的编辑u 研究发现，利什曼原虫属细胞色素研究发现，利什曼原虫属细胞色素b mRNA中含有许多中含有许多独立于核基因的尿嘧独立于核基因的尿嘧啶残基啶残基。u指导指导RNA与被编辑区及其周围部分核酸序列虽然有相当程度的与被编辑区及其周围部分核酸序列虽然有相当程度的互补性互补性，但该，但该RNA上上存在一些未能配对的腺嘌呤存在一些未能配对的腺嘌呤，形成，形成缺口缺口，为插入尿嘧啶提供了模板。，为插入尿嘧啶提供了模板。u特异性插入这些残基的信息来自特异性插入这些残基的
22、信息来自指导指导RNA（guide RNA）。u反应完成后，反应完成后，指导指导RNA从从mRNA上上解离解离下来，而下来，而mRNA则被用做翻译的模则被用做翻译的模板板。第40页/共60页41菏泽学院HEZE UNIVERSITY指导指导RNA指导的编辑机制指导的编辑机制第41页/共60页42菏泽学院HEZE UNIVERSITY4、RNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义 校正作用：有些基因丢失的遗传信息可以通过校正作用：有些基因丢失的遗传信息可以通过RNA编辑得到恢复；编辑得到恢复；调控翻译：通过编辑可以构建或去除起始密码子调控翻译：通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达
23、调控的一种手段；和终止密码子，是基因表达调控的一种手段；扩充遗传信息：能使基因产物获得新的结构扩充遗传信息：能使基因产物获得新的结构 和功能，有利于生物进化。和功能，有利于生物进化。第42页/共60页43菏泽学院HEZE UNIVERSITY五、非编码小分子RNA与转录后基因沉默interferenceRNA(RNAi)通过双链RNA的介导特异性地降解相应序列的mRNA,从而导致转录后水平的基因沉默。第43页/共60页44菏泽学院HEZE UNIVERSITY 1990,Jorgensen et al,材料：牵牛花 目的：得到紫色更深的花 方法：构建强启动子的苯基苯乙烯酮合酶表达载 体，导入牵
24、牛花 结果：花变得更白。分析：内源和外源的苯基苯乙烯酮合酶基因的表 达都被抑制。称之为共抑制（co-suppression）第44页/共60页45菏泽学院HEZE UNIVERSITY向细胞中加入双链向细胞中加入双链RNA,RNA,能够引起含有该双链区域能够引起含有该双链区域(或者非常相似或者非常相似)的目标基因的的目标基因的沉默沉默,该发现报道于该发现报道于19981998年年,并引起极大的轰动并引起极大的轰动.在动植物体中都有此种现象的存在在动植物体中都有此种现象的存在.第45页/共60页46菏泽学院HEZE UNIVERSITYRNAi 引起的基因沉默是非常有效的.即使是极其微量的dsR
25、NA 足以引起目标基因的彻底关闭.Why the effect is so strong?可能涉及到一个依赖于RNA的RNA聚合酶 RNA-dependent RNA polymerase,它对此效应很有关系.第46页/共60页47菏泽学院HEZE UNIVERSITYRNAi的效应可以穿过细胞界限，在不同细胞间长距离传递和维持。第47页/共60页48菏泽学院HEZE UNIVERSITY此外此外,还有另外一种类型的小分子还有另外一种类型的小分子RNA,called microRNAs,是真核生物产生是真核生物产生的内源的天然的小分子的内源的天然的小分子RNA,RNA,它们对基因它们对基因的表
26、达调控为生物正常发育所需的表达调控为生物正常发育所需(miRNAs),抑制植物和蠕虫中的基因表抑制植物和蠕虫中的基因表达达.通常通常,miRNAs 的表达具有时空特异性的表达具有时空特异性,与发育相关与发育相关.第48页/共60页49菏泽学院HEZE UNIVERSITYRNAiRNAi的最先进化的机制可能源于生物的自我保护机制的最先进化的机制可能源于生物的自我保护机制,避免病毒对其的感染避免病毒对其的感染现在现在RNAiRNAi技术已经被广泛应用于真核生物中去沉默一个给定的基因技术已经被广泛应用于真核生物中去沉默一个给定的基因,这是一个非这是一个非常有效的研究基因功能的手段和工具常有效的研究
27、基因功能的手段和工具 .第49页/共60页50菏泽学院HEZE UNIVERSITY第四节真核生物基因的翻译调节和蛋白质的活性调节受核糖体的数量，mRNA的成熟度，起始因子（IF），延长因子（EF），释放因子（RF）以及各种酶的影响。第50页/共60页51菏泽学院HEZE UNIVERSITY一、翻译的起始、延伸和终止mRNAtRNA氨酰-tRNA合成酶核糖体第51页/共60页52菏泽学院HEZE UNIVERSITY翻译水平的调控二、5 5端UTR(UTR(非翻译区）结构与翻译起始的调节 5帽子结构的甲基化：1）保护mRNA免遭5外切酶的降解。2）为mRNA的从核中输出提供转运信号。3）提高
28、翻译模板的稳定性和翻译效率。第52页/共60页53菏泽学院HEZE UNIVERSITY三、3UTR（非翻译区）结构与mRNA稳定性调节多聚腺苷酸尾的调节作用poly A尾巴的功能：1）稳定mRNA分子，抵抗3-端外切酶攻击的作用。2）有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。3）3 UTR区域具有保护5端帽子结构的作用。第53页/共60页54菏泽学院HEZE UNIVERSITY3UTR序列及结构对mRNA稳定性的调节球蛋白mRNA的3URT序列含有许多CCUCC重复蛋白序列，这些序列发生突变将降低mRNA的稳定性。某些不稳定的mRNA起3UTR含有50nt的共有序列AUUUA，称为ARE。ARE结
29、合蛋白可以聚集外切多聚腺苷酸酶和内切酶，加速mRNA的降解。第54页/共60页55菏泽学院HEZE UNIVERSITY翻译水平的调控四、蛋白质磷酸化对翻译效率的影响eIF-4F的磷酸化能提高翻译速度eIF-2的磷酸化能抑制翻译起始第55页/共60页56菏泽学院HEZE UNIVERSITY五、蛋白质的加工与活化五、蛋白质的加工与活化1)1)N N端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除2)2)分泌蛋白或膜蛋白的切除分泌蛋白或膜蛋白的切除3)3)二硫键的形成及二硫键的形成及氨基酸的共价修饰 氨基酸的共价修饰：磷酸化、甲基化、乙酰化4)4)蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化第56页/共60页5
30、7菏泽学院HEZE UNIVERSITY五、蛋白质的加工与活化五、蛋白质的加工与活化5)5)蛋白质的分选和运输蛋白质的分选和运输6)6)蛋白质多肽链的选择性裂解蛋白质多肽链的选择性裂解第57页/共60页58菏泽学院HEZE UNIVERSITY真核基因表达调控的特点真核基因表达调控的特点真核生物表达调控与原核生物的不同：（1）染色体结构不同；（2）原核生物具有正调控和负调控并重的特点，真核生物目前已知的主要是正调控；（3）原核生物的转录和翻译是相偶联的，真核生物的转录和翻译在时空上是分开的；（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性或组织特异性表达。第58页/共60页59菏泽学院HEZE UNIVERSITY本章结束本章结束谢谢！谢谢！第59页/共60页60菏泽学院HEZE UNIVERSITY感谢您的观看！第60页/共60页