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1、第六讲RNA的生物合成与转录后加工第1页，此课件共95页哦执执行行生生命命功功能能、表表现现生生命命特特征征的的主主要要物物质质是是蛋蛋白白质质分分子子。DNA贮贮存存着着决决定定生生物物特特征征的的遗遗传传信信息息，只只有有通通过过蛋蛋白白质质才才能能表表达达出出它它的的生生命命意意义义，直直接接决决定定蛋蛋白白质质合合成成及及蛋蛋白白质质特特征征的的不不是是RNA而而是是DNA，因因而而人人们们确确定定DNA是是遗遗传传信信息息贮贮存存者者后后就就推推测测DNA是是通通过过RNA去去决决定定蛋蛋白白质质合合成成的的。50年年代代末末RNA聚聚合合酶酶的的发发现现开开始始证实了这一推测。证实
2、了这一推测。第2页，此课件共95页哦以以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程称为的过程称为转录转录（transcription）。转录是生物界）。转录是生物界RNA合成的主要方式，是合成的主要方式，是遗传信息即遗传信息即DNA向向RNA传递过程，也是基因表达的开传递过程，也是基因表达的开始始（图图6-1）。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所）。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做需的酶叫做依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP）。转录产生）。转录产生初级转录物为初级转录物为RNA前体，它们必须经过加工过程变为成熟前体，它们必须经过加工过程变为成熟的的RNA，才能表现其生物
3、活性。，才能表现其生物活性。第3页，此课件共95页哦图图6-1 DNA转录的基本过程转录的基本过程 第4页，此课件共95页哦第5页，此课件共95页哦第6页，此课件共95页哦主主 要要 内内 容容RNA合成的酶学基础合成的酶学基础RNA合成的基本过程合成的基本过程RNA转录后的加工与修饰转录后的加工与修饰第7页，此课件共95页哦 真核和原核真核和原核细细胞内都存在有胞内都存在有DDRPDDRP，迄今，迄今发现发现的的DDRPDDRP的有的有以下特点：以下特点：以以DNADNA为为模板模板:在在DNADNA的两条多苷酸的两条多苷酸链链中只有其中只有其中一条中一条链链作作为为模板，模板，这这条条链链
4、叫做叫做模板模板链链，又叫，又叫反反义链义链。DNADNA双双链链中另一条不做中另一条不做为为模板的模板的链链叫做叫做编码链编码链，又叫，又叫有意有意义链义链，编码链编码链的的序列与的的序列与转录转录本本RNARNA的序列相同，只是在的序列相同，只是在编码链编码链上上的的T T在在转录转录本本RNARNA为为U U，由于，由于RNARNA的的转录转录合成是以合成是以DNADNA的一条的一条链为链为模板而模板而进进行的，所以行的，所以这这种种转录转录方式又叫做方式又叫做不不对对称称转转录录。1、RNA合成的酶学基础合成的酶学基础第8页，此课件共95页哦5GCAGTACATGTC33cgtcatg
5、tacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValCDNA转录转录mRNA翻译翻译肽肽DNA模板、转录产物模板、转录产物mRNA和氨基酸序列之间的关系和氨基酸序列之间的关系编码链编码链模板链模板链第9页，此课件共95页哦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第10页，此课件共95页哦都以都以四种三磷酸核苷四种三磷酸核苷酸酸的底物的底物为为原料；原料；都都遵遵循循DNADNA与与RNARNA之之间间的的碱碱基基配配对对原原则则，A=UA=U，T=AT=A，C=GC=G，合成与模板合成与模板D
6、NADNA序列互序列互补补的的RNARNA链链；RNARNA链链的延的延长长方向是方向是5 533的的连续连续合成合成；需要需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+离子离子；并并不不需需要要引引物物。RNARNA聚聚合合酶酶缺缺乏乏3 355外外切切酶酶活活性性，所以没有校正功能。所以没有校正功能。第11页，此课件共95页哦（1）RNA聚合酶所催化的反应聚合酶所催化的反应第12页，此课件共95页哦（2）大肠杆菌）大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶第13页，此课件共95页哦表表 6-1 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶 亚单位亚单位分子量分子量亚单位数目亚单位数目功能功能 36512 36512 2
7、2 决定哪此基因决定哪此基因被转录被转录 1506181506181 1与转录全过程与转录全过程有关有关1556131556131 1结结合合DNADNA模板模板 70263702631 1辨辨认认起始点起始点第14页，此课件共95页哦核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme)RNARNA聚合酶聚合酶第15页，此课件共95页哦RNA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第16页，此课件共95页哦亚基组成：亚基组成：2 2w w=2 2w w+全酶全酶 核心酶核心酶RNARNA聚合酶的组成聚合酶的组成 亚基亚基 解开前方的解开前方的DNADNA双螺旋、
8、恢复后面双螺旋、恢复后面的的DNADNA双螺旋双螺旋 亚基亚基 催化磷酸二酯键的形成催化磷酸二酯键的形成 亚基亚基 与与DNADNA的非模板链结合的非模板链结合第17页，此课件共95页哦核心酶：解开前方的核心酶：解开前方的DNADNA双螺旋、双螺旋、RNARNA链的延伸、链的延伸、恢复后面的恢复后面的DNADNA双螺旋双螺旋 亚基：识别亚基：识别DNADNA上转录的起始部位，从而引上转录的起始部位，从而引导全酶结合上去导全酶结合上去此外，每个此外，每个RNARNA聚合酶还含有聚合酶还含有2 2个个ZnZn离子。离子。第18页，此课件共95页哦（3）真核生物）真核生物RNA聚合酶聚合酶第19页，
9、此课件共95页哦表表 6-2 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 种类种类分布分布合成的合成的RNARNA类型类型对对-鹅膏蕈鹅膏蕈碱的敏感性碱的敏感性 核仁核仁 rRNA rRNA 不敏感不敏感 核质核质hnRNAhnRNA低浓度敏感低浓度敏感核质核质tRNAtRNA，5S RNA5S RNA高浓度敏感高浓度敏感MtMt线粒体线粒体线粒体线粒体RNAsRNAs不敏感不敏感第20页，此课件共95页哦真核生物真核生物RNA聚合酶的共同特征聚合酶的共同特征3种聚合酶都由种聚合酶都由2个大亚基，个大亚基，12个以上的小亚基组成；个以上的小亚基组成；在在3种聚合酶之间，最大种聚合酶之间，最大2个亚
10、基，个亚基，至少至少5个小亚基个小亚基的的基因编码区具有同源性；基因编码区具有同源性；4-7种小亚基为各种种小亚基为各种RNA聚合酶特有；聚合酶特有；都具有原核都具有原核RNA 聚合酶核心聚合酶核心 2同源的亚基；同源的亚基；最大亚基与最大亚基与 相似，次最大亚基与相似，次最大亚基与 相似；相似；第21页，此课件共95页哦RNA 聚合酶的羧基末端结构域（聚合酶的羧基末端结构域（CTD）RNA 聚合酶聚合酶II最大亚基的羧基端最大亚基的羧基端,存在着存在着一种一种6个氨基酸的重复序列个氨基酸的重复序列:Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser,在哺乳类中重复在哺乳类中重复52次，在
11、酵母次，在酵母中重复中重复26次，称为次，称为CTD。转录起始时：转录起始时：Ser、Thr的羟基非磷酸化，的羟基非磷酸化，易与易与DNA结合；结合；转录延伸时，磷酸化，松弛与转录延伸时，磷酸化，松弛与DNA的结的结合。合。第22页，此课件共95页哦2、转录的基本过程、转录的基本过程（图图6-2）（1）RNA合成的识别合成的识别（2）RNA合成的起始与延伸过程合成的起始与延伸过程（3）RNA合成的终止阶段合成的终止阶段第23页，此课件共95页哦图图6-2转录转录的主的主要过要过程程 第24页，此课件共95页哦原核生物：原核生物：Pribnow框和框和Sextama框（图框（图6-3）真核生物：
12、真核生物：TATA框和框和CAAT框（图框（图6-4）（1）转录的识别）转录的识别 启动子启动子第25页，此课件共95页哦图图6-3原核生物启动子的结构示意图原核生物启动子的结构示意图第26页，此课件共95页哦转录起点是指与新生转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。常把起点前面，即常把起点前面，即5末端的序列称为上游末端的序列称为上游(upstream)，而把其后面即，而把其后面即3末端的序列称末端的序列称为下游为下游(downstream)。在描述碱基的位置时，。在描述碱基的位置时，一般用
13、数字表示，起点为一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次，下游方向依次为为+2、+3，上游方向依次为，上游方向依次为-1、-2、-3。第27页，此课件共95页哦Pribnow 框：框：10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框是框是RNA聚合酶的牢固结合位点，聚合酶的牢固结合位点，简称结合位点。简称结合位点。细菌中常见两种启动子突变：细菌中常见两种启动子突变：启动子上升突变，提高转录活性；启动子上升突变，提高转录活性；启动子下降突变，降低转录水平。启动子下降突变，降低转录水平。的存在保证原核生物的存在保证原核生物RNA聚合酶只能与启聚合酶只能与启 动子区而不是其它区域形
14、成稳定的二元复合物。动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。第28页，此课件共95页哦Sextama 框：框：35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框是框是RNA聚合酶中聚合酶中 的识别位点，的识别位点，也是也是RNA聚合酶的初始结合位点。聚合酶的初始结合位点。Pribnow 框与框与Sextama 框之间的碱基序列框之间的碱基序列 并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；天然启动子这段距离多为天然启动子这段距离多为1520bp，距离的，距离的 大小可能是决定启动子强度的因素之一。大小可能是决定启动子强度的因素之一。实验表明：两
15、个序列之间的距离为实验表明：两个序列之间的距离为17bp时，时，转录效率最高。转录效率最高。第29页，此课件共95页哦图图6-4真核生物的启动子序列真核生物的启动子序列 第30页，此课件共95页哦（2）转录的起始）转录的起始 转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。录的模板。第31页，此课件共95页哦4.4.1010区区DNADNA双链解开双链解开121217bp，形成开放的二，形成开放的二 元元启动子复合物（模板酶）。启
16、动子复合物（模板酶）。2.RNA2.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2 2)与模板与模板3535序列结合，形成闭合序列结合，形成闭合的的二元闭合启动子复合物二元闭合启动子复合物。转录起始过程转录起始过程1.因子辨认转录起始点（因子辨认转录起始点（-35区的区的TTGACA序列）序列）3.RNA聚合酶向聚合酶向10区转移，并与之牢固结合。区转移，并与之牢固结合。第32页，此课件共95页哦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+ppi5.5.在在RNARNA聚合酶聚合酶亚基催化下形成第一个磷酸二酯亚基催化下形成
17、第一个磷酸二酯键，形成三元复合物键，形成三元复合物（模板酶（模板酶RNARNA）。）。6.当当三元复合物中三元复合物中RNA长长69个核苷酸时，个核苷酸时，因子因子 从全酶解离下来，进入延长阶段。从全酶解离下来，进入延长阶段。RNA聚合酶有两个核苷酸结合位点：聚合酶有两个核苷酸结合位点：一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一个是起始核苷酸位点；一个是延长核苷酸位点。一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才能形成一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位点，才能形成第一个磷酸二酯键。第一个磷酸二酯键。第33页，此课件共95页哦RNA合成的第一个核苷酸总有合成的第一个核苷酸总有GTP或或ATP，以，以GT
18、P常见，此时常见，此时 因子从全酶解离因子从全酶解离下来，靠核心酶在下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，链上向下游滑动，而脱落的而脱落的 因子与另一个核心酶结合成全酶反因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。复利用。第34页，此课件共95页哦 真核生物真核生物转录转录起始十分复起始十分复杂杂，往往需要，往往需要多种蛋白因子的多种蛋白因子的协协助，已助，已经经知道，在所有的知道，在所有的细细胞中有一胞中有一类类叫做叫做转录转录因子因子的蛋白的蛋白质质分子，分子，它它们们与与RNARNA聚合聚合酶酶形成形成转录转录起始复合物，起始复合物，共同参与共同参与转录转录起始的起始的过过程。程。第35页，此
19、课件共95页哦 真核生物基因中，有真核生物基因中，有专门为专门为蛋白蛋白质编质编码码的基因，的基因，这这些基因由些基因由RNARNA聚合聚合酶酶负责负责进进行行转录转录起始关起始关键键性作用。根据性作用。根据这这些些转录转录因子的作用特点可大致分因子的作用特点可大致分为为以下以下二二类类：第36页，此课件共95页哦 第一第一类为类为普遍普遍转录转录因子因子：它它们们与与RNARNA聚聚合合酶酶共同共同组组成成转录转录起始复合物起始复合物，转录转录才能才能在正确的位置上开始。普遍在正确的位置上开始。普遍转录转录因子是由因子是由多种蛋白多种蛋白质质分子分子组组成的，其中包括特异成的，其中包括特异结
20、结合在合在TATATATA盒上的蛋白盒上的蛋白质质，叫做，叫做TATATATA盒盒结结合蛋合蛋白白，还还有有形形成一成一组组复合物叫做复合物叫做转录转录因子因子DD。TFDTFD再与再与RNARNA聚合聚合酶酶结结合完成合完成转录转录起始复合起始复合物物的形成（的形成（图图6-56-5）。第37页，此课件共95页哦图图6-5转录起始复合物的模式图转录起始复合物的模式图 第38页，此课件共95页哦 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫子或者叫可诱导性转录因子可诱导性转录因子：这类：这类TF是在特异是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子的组织
21、细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时或其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时才需要的一类转录因子。才需要的一类转录因子。第39页，此课件共95页哦RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个第一个GTP的核糖的核糖3-OH上与上与DNA模板能配对的第二个模板能配对的第二个三磷酸核苷酸起反应形成三磷酸核苷酸起反应形成磷酸二酯键磷酸二酯键。聚合进去的核苷。聚合进去的核苷酸又有核糖酸又有核糖3-OH游离，这样就可按模板游离，这样就可按模板DNA的指引，的指引，一个接一个地延长下去。因此一个接一个地延长下去。因此R
22、NA链的合成方向也是链的合成方向也是5-3。由于。由于DNA链与合成的链与合成的RNA链具有反平行关系，链具有反平行关系，所以所以RNA聚合酶是沿着聚合酶是沿着DNA链链3-5方向移动方向移动。（3）转录的延伸）转录的延伸 第40页，此课件共95页哦 整个转录过程是由整个转录过程是由同一个同一个RNA聚合酶来聚合酶来完成的一个连续不断的反应完成的一个连续不断的反应，转录本，转录本RNA生生成后，暂时与成后，暂时与DNA模板链形成模板链形成DNARNA杂交体，长度约为杂交体，长度约为12个碱基对个碱基对，形成一个，形成一个转录泡转录泡（图图6 6-6）。转录速度大约是每秒钟）。转录速度大约是每秒
23、钟30-50个核苷酸，但并不是以恒定速度进行个核苷酸，但并不是以恒定速度进行的。的。第41页，此课件共95页哦图图6-6转录的延伸过程转录的延伸过程 第42页，此课件共95页哦1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNARNA聚合酶核心酶变构，与模聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2.2.在核心酶作用下，在核心酶作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断链不断延长。延长。3.3.碱基配对原则：碱基配对原则：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C4.4.延长中的转录复合物也叫转录泡。随着延长中的转录复合物也叫转录泡。随着RNARNA 聚
24、合酶前移，转录产物聚合酶前移，转录产物RNARNA不断移出转录泡，不断移出转录泡，已转录完毕的已转录完毕的DNADNA双链又重新复合而不再打开。双链又重新复合而不再打开。5.5.原核生物的转录和翻译偶联进行。原核生物的转录和翻译偶联进行。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi原核生物原核生物RNA转录的延长过程转录的延长过程第43页，此课件共95页哦图图6-7原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶第44页，此课件共95页哦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（4 4）转录的终止
25、和新生）转录的终止和新生RNARNA链的释放链的释放指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合合物物上上脱脱落下来。落下来。分类分类第45页，此课件共95页哦依赖依赖因子的转录终止（因子的转录终止（图图6-8）1969年，年，Roberts发现了能控制转录终止的蛋白质，即发现了能控制转录终止的蛋白质，即因子。因子。它由相同的它由相同的6个亚基组成六聚体，分子量个亚基组成六聚体，分子量200kD。因子具有因子具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元转录三元复合物复合物解离的根本原因。
26、解离的根本原因。因子的因子的NTP酶活性依赖于单酶活性依赖于单链链RNA的结构。的结构。因子依赖性终止子含有一个因子依赖性终止子含有一个反向重复序列反向重复序列，使，使 RNA末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，因子得以发挥因子得以发挥作用，终止转录。作用，终止转录。第46页，此课件共95页哦图图6-8第47页，此课件共95页哦非依赖非依赖因子的转录终止（因子的转录终止（图图6-9）DNA模板接近转录终止的区域内，有较密集模板接近转录终止的区域内，有较密集的的A-T配对区或配对区或G-C配对区，且配对区，且G-C配对为回配对为回文结构。文结构。转录产物转录产
27、物RNA的的3-末端有若干个连续的末端有若干个连续的U。连续连续U区的区的5-端前方碱基形成茎环结构或发端前方碱基形成茎环结构或发夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下游推进的关键。游推进的关键。第48页，此课件共95页哦转录方向转录方向335TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTTTTT3355DNA模板链模板链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5CGCCCGAGCGGGCU5TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3图图6-9不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止第49页，此课件共95页哦茎环结构
28、使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；密集密集A-U配对使转录复合物趋于解离，配对使转录复合物趋于解离，释放释放RNA。5pppG5 3 3 5 RNA-pol第50页，此课件共95页哦原核生物与真核生物转录的区别原核生物与真核生物转录的区别 原核生物原核生物 真核生物真核生物 RNA pol 一种一种 高度分工高度分工起始转录因子起始转录因子 没有没有 需要（各不同）需要（各不同）延长核小体影响延长核小体影响 没有没有 有有启动子以外序列启动子以外序列 没有没有 有且复杂有且复杂转录产物转录产物 多顺反子多顺反子 单顺反子单顺反子场场
29、所所 转录与翻译偶联转录与翻译偶联 不偶联不偶联 转录终止转录终止 两种终止子两种终止子 不明确不明确 第51页，此课件共95页哦转录与复制的相似之处：转录与复制的相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程；都是酶促的核苷酸聚合过程；都以都以DNA为模板；为模板；都需依赖都需依赖DNA的聚合酶；的聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；都从都从5至至3方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。转录与复制都受到严格的调控转录与复制都受到严格的调控转录与复制的异同
30、点转录与复制的异同点 第52页，此课件共95页哦转录和转录和复制的区别复制的区别引物引物有有无无高度进行性高度进行性中途不停止中途不停止可一段一段进行可一段一段进行A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物R
31、NA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制第53页，此课件共95页哦 3、转录后加工过程及其机制、转录后加工过程及其机制 mRNA的前体加工的前体加工 rRNA的前体加工的前体加工 tRNA的前体加工的前体加工 RNA的剪接和的剪接和RNA催化活性催化活性 RNA编辑编辑 第54页，此课件共95页哦真核细胞每种转录产物都是各种真核细胞每种转录产物都是各种RNA的前身，的前身，即无活性，亦无功能。即无活性，亦无功能。真核初级转录产物必须在胞核内经过适当加工，真核初
32、级转录产物必须在胞核内经过适当加工，使之变成具有活性的成熟使之变成具有活性的成熟RNA后，由胞核运至胞后，由胞核运至胞质才能执行翻译功能。质才能执行翻译功能。真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还是时间上都是彼此分开进行的。是时间上都是彼此分开进行的。原核细胞原核细胞mRNA不需加工，不需加工，tRNA和和rRNA加工。加工。真核细胞与原核细胞转录产物的区别：真核细胞与原核细胞转录产物的区别：第55页，此课件共95页哦3.1 3.1 mRNA的前体加工的前体加工5 端形成端形成帽子结构帽子结构(m7GpppNp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸
33、尾巴(polyAtail)中部剪接中部剪接除去内含子除去内含子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56页，此课件共95页哦修饰的化学反应：修饰的化学反应：5-端的修饰在核内完成，且先于中段剪切。端的修饰在核内完成，且先于中段剪切。5帽子分帽子分Cap0、Cap1、Cap2。5-端加上帽子结构端加上帽子结构(mGpppNp）5pppN磷酸酶磷酸酶ppi5pNpppGpi5GpppN甲基化酶甲基化酶+CH3m7GpppN第57页，此课件共95页哦帽子帽子0结构结构第58页，此课件共95页哦图图5-9 帽子帽子 p161第59页，此
34、课件共95页哦 mRNA帽子的生理功能：帽子的生理功能：促进某些促进某些RNA的合成。的合成。帽子结构参与翻译起始，帽帽子结构参与翻译起始，帽0结构是核糖体识别结构是核糖体识别 mRNA所必需的；核糖体上有帽结合蛋白。所必需的；核糖体上有帽结合蛋白。帽子结构增加帽子结构增加mRNA的稳定性，保护的稳定性，保护mRNA防防 止其受止其受5核酸外切酶的降解。核酸外切酶的降解。第60页，此课件共95页哦3-端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)polyA的出现不依赖的出现不依赖DNA模板。模板。加尾信号：加尾信号：3-末端出现末端出现AAUAAA及下游的及下游的 GU丰富区。在两序列
35、之间由特异的核酸内丰富区。在两序列之间由特异的核酸内 切酶切除多余的核苷酸，然后加上切酶切除多余的核苷酸，然后加上poly A。尾部修饰和转录终止同时进行。尾部修饰和转录终止同时进行。3-端修饰也在核内完成，并先于端修饰也在核内完成，并先于mRNA中段中段的剪接。的剪接。polyA的有无及长短是维持的有无及长短是维持mRNA作为翻译模作为翻译模板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。第61页，此课件共95页哦第62页，此课件共95页哦mRNA3-端的多聚腺苷酸化可被冬虫夏草素端的多聚腺苷酸化可被冬虫夏草素 （3-脱氧胸苷）所阻止；脱氧胸苷）所阻止；即冬虫
36、夏草素是多聚腺苷酸化的特异抑制剂。即冬虫夏草素是多聚腺苷酸化的特异抑制剂。mRNA的甲基化的甲基化 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，主要是：主要是：N6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m6A）。）。第63页，此课件共95页哦3.2rRNA前体的加工前体的加工原核细胞与真核细胞的原核细胞与真核细胞的rRNA前体都需加工：前体都需加工：大肠杆菌共有大肠杆菌共有7个转录单位，每个转录单位个转录单位，每个转录单位 由由16S rRNA、23S rRNA、5S rRNA及及 一个或几个一个或几个tRNA基因组成。基因组成。第64页，此课件共95页哦图图5-10 p1
37、63大肠杆菌大肠杆菌rRNA前体加工过程前体加工过程第65页，此课件共95页哦真核细胞真核细胞rRNA基因为串联重复序列：基因为串联重复序列：由由18SrRNA、28S rRNA、5.8S rRNA基因基因 组成一个转录单位，彼此被间隔区分开。组成一个转录单位，彼此被间隔区分开。每个重复单位之间的间隔每个重复单位之间的间隔DNA序列不转录，称为序列不转录，称为非转录非转录间隔序列间隔序列。真核生物真核生物 5S rRNA基因也是成簇排列的，基因也是成簇排列的，中间隔以不中间隔以不被转录的区域，它由被转录的区域，它由RNApol 转录，加工成熟后构转录，加工成熟后构成核糖体大亚基。成核糖体大亚基
38、。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；四膜虫35S第66页，此课件共95页哦18S5.8S28S18S-rRNA5.8S和和28S-rRNA内含子内含子45S转录产物转录产物剪剪接接终产物终产物rDNA基因间隔基因间隔哺乳动物细胞哺乳动物细胞 rRNA 前体加工过程前体加工过程第67页，此课件共95页哦tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA3.3tRNA前体的加工前体的加工原核与真核原核与真核tRNA基因大多成簇存在基因大多成簇存在 第68页，此课件共95
39、页哦tRNA前体的加工包括：前体的加工包括：剪切内含子剪切内含子 核酸外切酶修剪核酸外切酶修剪3末端，逐个切去附加序列；末端，逐个切去附加序列；加上加上CCA-OH的的3末端，完成柄部结构。末端，完成柄部结构。碱基修饰碱基修饰tRNA的加工酶系包括：的加工酶系包括：tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、RNaseP、RNaseD、RNase等。等。第69页，此课件共95页哦型：有型：有CCA 序列基因，原核生物绝大部分；序列基因，原核生物绝大部分；型：没有型：没有CCA序列基因，为真核生物。序列基因，为真核生物。tRNA基因有两种：基因有两种：原核生物与真核生物都有原核生物与真核生物都有tRNA
40、核苷酸转移酶，核苷酸转移酶，负责给负责给型型tRNA加上加上CCA3-OH末端，末端，或修复发生损伤的或修复发生损伤的型型 tRNA 3-OH末端。末端。第70页，此课件共95页哦RNaseP、RNaseD RNase连连接酶接酶剪切内含子剪切内含子：属于酶促反应，需要酶及属于酶促反应，需要酶及ATPATPADP第71页，此课件共95页哦tRNA核苷核苷酸转移酶酸转移酶加上加上CCA-OH的的3末端，末端，完成柄部结构。完成柄部结构。第72页，此课件共95页哦碱基修饰碱基修饰（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
41、：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）第73页，此课件共95页哦3.4RNA的剪接的剪接真核不连续基因的初级转录产物中，外显子真核不连续基因的初级转录产物中，外显子 与内含子交替出现；与内含子交替出现；转录后把内含子切除而把外显子连接起来产转录后把内含子切除而把外显子连接起来产 生成熟生成熟RNA分子的过程，叫分子的过程，叫RNA剪接剪接 （RNA splicing）。）。内含子内含子5端与端与3端都存在保守序列，分别端都存在保守序列，分别 称为称为5剪接点（剪接点（GU）和）和3剪接点（剪接点（AG）。）。第74页，此课件共95页哦rRNA
42、的自我剪接的自我剪接 四膜虫四膜虫rRNA剪接由鸟苷酸发动第一次亲核剪接由鸟苷酸发动第一次亲核 攻击，经过两次连续的转酯反应，将两个攻击，经过两次连续的转酯反应，将两个 外显子连接起来，释放出线形内含子序列。外显子连接起来，释放出线形内含子序列。释放出的线形内含子序列再经过两次连续的释放出的线形内含子序列再经过两次连续的 转酯反应，释放出转酯反应，释放出15 核苷酸和核苷酸和 4 核苷酸的核苷酸的 两个小片段，最终形成稳定的线形产物两个小片段，最终形成稳定的线形产物L-19。（linear minus 19 intervening sequence）L-19是四膜虫是四膜虫35S rRNA剪接
43、的最终产物，剪接的最终产物，仍具有酶的活性和特征。仍具有酶的活性和特征。第75页，此课件共95页哦pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应第76页，此课件共95页哦第77页，此课件共95页哦RNA的催化功能的催化功能 L-19具有酶的主要特征：专一性强，加快反具有酶的主要特征：专一性强，加快反 应速度，反应前后酶分子保持不变，这种由应速度，反应前后酶分子保持不变，这种由 RNA构成的酶称之为核酶。构
44、成的酶称之为核酶。核酶首先是美国核酶首先是美国 Colorado 大学大学Cech在研究在研究 四膜虫四膜虫rRNA剪接机制时发现的。剪接机制时发现的。他一方面证明了四膜虫他一方面证明了四膜虫rRNA的剪接机制；的剪接机制；另一方面证明了另一方面证明了L-19 分子的催化活性。分子的催化活性。继而在继而在1983年，耶鲁大学年，耶鲁大学Sidney Altamn 发现了第二个核酶，参与发现了第二个核酶，参与 tRNA 前体加工的前体加工的 RNaseP。1992年，加州大学的年，加州大学的Harry Noller 又证明了核糖体大亚基又证明了核糖体大亚基rRNA的催化活性。的催化活性。第78页
45、，此课件共95页哦四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列第79页，此课件共95页哦核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶利用核酶的结构设计合成人工核酶 。第80页，此课件共95页哦人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线表示天然的核酸分子X表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭
46、头表示切断点第81页，此课件共95页哦tRNA的剪接的剪接 tRNA分子的内含子首先由核酸内切酶（分子的内含子首先由核酸内切酶（RNase）剪去。最后由剪去。最后由RNA连接酶完成连接。连接酶完成连接。第82页，此课件共95页哦mRNA的自我剪接的自我剪接除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接体剪接体，进行剪接；，进行剪接；参与参与mRNAmRNA剪切的剪切的snRNP包括包括U U1 1、U2、U4、U5、U6 内含子上有内含子上有3个保守性序列个保守性序列剪接位点：剪接位点：5端起始序列端起始序列GU；3端端AG;
47、距距3端端1840个核苷酸处有一个个核苷酸处有一个“分支点分支点”，一定含一定含A，由由A发动第一次转酯反应。发动第一次转酯反应。剪接过程是两次转脂反应。与剪接过程是两次转脂反应。与类内含子相似。类内含子相似。第83页，此课件共95页哦第84页，此课件共95页哦第85页，此课件共95页哦顺式和反式剪接顺式和反式剪接 内含子剪接一般都是发生在同一基因内，切内含子剪接一般都是发生在同一基因内，切 除内含子，相邻的外显子彼此连接，这种剪除内含子，相邻的外显子彼此连接，这种剪 接称为接称为顺式剪接（顺式剪接（cis-splicing）。）。反式剪接（反式剪接（trans-splicing）则是指发生在
48、不则是指发生在不 同基因之间的外显子的剪接。同基因之间的外显子的剪接。反式剪接发现于几种锥虫和线虫中。都是在反式剪接发现于几种锥虫和线虫中。都是在 mRNA 5端存在前导序列，称端存在前导序列，称剪接前导剪接前导RNA （splicing leader RNA，sl RNA）。）。sl RNA的反式剪接表现了核内剪接系统的进化。的反式剪接表现了核内剪接系统的进化。第86页，此课件共95页哦概念：概念：RNA编辑是指在转录产物编辑是指在转录产物RNA前前体的编码区内发生核苷酸插入、丢失或转体的编码区内发生核苷酸插入、丢失或转换等现象。换等现象。3.5RNA编辑（编辑（mRNAediting）近年
49、发现某些近年发现某些mRNA前体的核苷酸序列需加前体的核苷酸序列需加 以改编，才能变成正确的有翻译活性的模板。以改编，才能变成正确的有翻译活性的模板。mRNA的这种编辑作用广泛存在于原生动物及的这种编辑作用广泛存在于原生动物及 植物细胞的线粒体。植物细胞的线粒体。第87页，此课件共95页哦人类人类apoB基因基因mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apoB100（分子量为（分子量为500000）肠道细胞肠道细胞apoB48（分子量为（分子量为240000）mRNA编辑编辑CUCAAUAA6666位位 哺乳动物哺乳动物载脂蛋白载脂蛋白-B基因基因的转录产物即存的转录产物即存 在在mR
50、NA编辑作用。编辑作用。第88页，此课件共95页哦 RNA编辑的生物学意义：编辑的生物学意义：校正作用；校正作用；调控翻译；如调控翻译；如Apo-B基因在肠道的表达。基因在肠道的表达。扩充遗传信息：扩充遗传信息：按照基因信息传递的理论，按照基因信息传递的理论，这种这种mRNA的编辑作用无疑是对传统分子的编辑作用无疑是对传统分子 生物学原理的挑战。生物学原理的挑战。RNA编辑的四种类型：编辑的四种类型：简单编辑：单碱基的转变；简单编辑：单碱基的转变；插入编辑：插入单个核苷酸；插入编辑：插入单个核苷酸；泛编辑：插入或丢失多个尿嘧啶核苷酸；泛编辑：插入或丢失多个尿嘧啶核苷酸；多聚腺嘌呤编辑：在转录产