14-RNA的生物合成

1、 14.1 RNA14.1 RNA生物合成的概況生物合成的概況 轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（DNADNA指導的指導的RNARNA合成）的概念合成）的概念 DNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNA分子的 過程稱轉(zhuǎn)錄（transcription ）。 DNA RNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA等等 反應體系：以反應體系：以DNADNA模板模板,NTP,NTP為原料為原料,RNA,RNA聚合聚合 酶催化。酶催化。 模板需要解旋解鏈，但不需要引物。模板需要解旋解鏈，但不需要引物。 合成連續(xù)進行，合成方向：合成連續(xù)進行，合成方向： 5 5 3 3 從頭合從頭合 成，成，5

2、5 末端的起始核苷酸常為末端的起始核苷酸常為GTPGTP或或ATPATP。 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄-DNA-DNA片段轉(zhuǎn)錄時，片段轉(zhuǎn)錄時， 雙鏈雙鏈DNADNA中只有一條鏈作為中只有一條鏈作為 轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式 稱作不對稱轉(zhuǎn)錄。稱作不對稱轉(zhuǎn)錄。 模板鏈模板鏈(template strand)(template strand)： 指導指導RNARNA合成的合成的DNADNA鏈為模板鏈，鏈為模板鏈， 又稱反義鏈。又稱反義鏈。 非模板鏈非模板鏈(nentemplate strand)(nentemplate strand)： 不作為轉(zhuǎn)錄的另一條不作

3、為轉(zhuǎn)錄的另一條DNADNA鏈鏈 為有義鏈，又稱編碼鏈。為有義鏈，又稱編碼鏈。 （模板鏈并非永遠在同一條單鏈上）（模板鏈并非永遠在同一條單鏈上） 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄 GCAGTACATGTC 5 5 3 3 DNA CGTCATGTACAG 編碼鏈 模板鏈 GCAGUACAUGUCmRNA 轉(zhuǎn)錄 14.2 原核生物的轉(zhuǎn)錄 1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶 （以大腸桿菌為例）（以大腸桿菌為例） 全酶由全酶由5 5種亞基種亞基2 2 組成組成； 因子與其它部分的結(jié)合不因子與其它部分的結(jié)合不 是是 十分緊密，它易于與十分緊密，它易于與 2 2分離；分離； 沒有沒有亞基的酶稱為亞基的酶稱為核心核心 酶

4、酶只催化鏈的延長，對起始只催化鏈的延長，對起始 無作用。無作用。 全酶全酶 (holoenzyme)(holoenzyme) 核心酶核心酶 (core enzyme)(core enzyme) 大腸桿菌大腸桿菌RNARNA聚合酶各亞基的功能聚合酶各亞基的功能 亞基亞基 基因基因 Mr 亞基亞基 功能功能 數(shù)目數(shù)目 rpoA 40,OOO 2 rpoA 40,OOO 2 酶的裝配，與啟動子上游酶的裝配，與啟動子上游 元件和活化因子結(jié)合元件和活化因子結(jié)合 rpoB 155,000 1 rpoB 155,000 1 結(jié)合核苷酸底物，催化磷結(jié)合核苷酸底物，催化磷 酸二酯鍵形成酸二酯鍵形成 rpoC 1

5、60,000 1 2rpoC 160,000 1 2個個Zn2+參與催化過程參與催化過程 ，與模板結(jié)合與模板結(jié)合 rpoD 32,OOO- 1 rpoD 32,OOO- 1 識別啟動子，促進轉(zhuǎn)錄識別啟動子，促進轉(zhuǎn)錄 92 92，000 000 的起始的起始 9,OOO 1 9,OOO 1 未知未知 啟動子：啟動子：指能被指能被RNARNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動聚合酶識別、結(jié)合并啟動 基因轉(zhuǎn)錄的一段基因轉(zhuǎn)錄的一段DNADNA序列。序列。 RNA聚合酶能否與啟動子相互作用是起始轉(zhuǎn)錄 的關(guān)鍵問題。 轉(zhuǎn)錄起點：轉(zhuǎn)錄起點：與新生與新生RNARNA鏈第一個核甘酸相對應鏈第一個核甘酸相對應 DNADNA鏈上

6、的堿基。鏈上的堿基。 轉(zhuǎn)錄起點是轉(zhuǎn)錄起點是+1+1，上游是，上游是-1-1。 不同的不同的 因子可識別不同的啟動子因子可識別不同的啟動子。 因子因子 編碼基因編碼基因主要功能主要功能 70 70 rpoD 參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過 程基因調(diào)控程基因調(diào)控 54 54 rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控 38 38 rpoH分裂間期特異基因的表達調(diào)控分裂間期特異基因的表達調(diào)控 32 32 rpoS熱休克基因的表達調(diào)控熱休克基因的表達調(diào)控 28 28 rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達調(diào)控鞭毛趨化相關(guān)基因的表達調(diào)控 24 24 rpoE過度熱

7、休克基因的表達調(diào)節(jié)過度熱休克基因的表達調(diào)節(jié) 大腸桿菌中的各種大腸桿菌中的各種因子比較因子比較 for standard promoters; for standard promoters; for heat-shock promoters; for heat-shock promoters; for nitrogen-starvation promoters for nitrogen-starvation promoters Standard Heat-shock Nitrogen starvation 不同的不同的因子識別不同啟動子因子識別不同啟動子 RNA聚合酶的作用 與與DNADNA結(jié)合

8、并使之解鏈，另外還具有解旋、重新使結(jié)合并使之解鏈，另外還具有解旋、重新使 DNADNA螺旋化作用。螺旋化作用。 催化催化RNARNA聚合反應，負責三種聚合反應，負責三種RNARNA合成。合成。 RNARNA聚合酶核心酶通過與不同的聚合酶核心酶通過與不同的 亞基結(jié)合，識別亞基結(jié)合，識別 不同的啟動子。不同的啟動子。 識別啟動子，主要依賴于識別啟動子，主要依賴于 亞基，亞基， 亞基只參與亞基只參與 轉(zhuǎn)錄的起始，并決定轉(zhuǎn)錄的方向。轉(zhuǎn)錄的起始，并決定轉(zhuǎn)錄的方向。 小 結(jié) 14.2.2轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始（原核生物）原核生物） v轉(zhuǎn)錄起始點的確定轉(zhuǎn)錄起始點的確定 啟動子被啟動子被RNARNA聚合酶識別、

9、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄 v確定啟動子的方法確定啟動子的方法-足跡法足跡法 足跡法確定足跡法確定 啟動子序列啟動子序列 RNA聚合酶能否與啟動子相互作用是起始轉(zhuǎn) 錄的關(guān)鍵問題。 轉(zhuǎn)錄起點：轉(zhuǎn)錄起點：與新生與新生RNARNA鏈第一個核甘酸相鏈第一個核甘酸相 對應對應DNADNA鏈上的堿基。鏈上的堿基。 轉(zhuǎn)錄起點是轉(zhuǎn)錄起點是+1，上游是，上游是-1。 原核生物的啟動子結(jié)構(gòu)原核生物的啟動子結(jié)構(gòu) -10序列（序列（Pribnow框）框） 在轉(zhuǎn)錄起點上游大約在轉(zhuǎn)錄起點上游大約-10-10處，有一個處，有一個 6bp6bp的保守序列的保守序列TATAATTATAAT，稱，稱 Pri

10、bnowPribnow框?？?。 此段序列出現(xiàn)在此段序列出現(xiàn)在-4-4到到-13bp-13bp之間，之間， 各堿基出現(xiàn)頻率如下：各堿基出現(xiàn)頻率如下： T89A89T50A65A65T100 Pribnow框決定轉(zhuǎn)錄方向?？驔Q定轉(zhuǎn)錄方向。 酶在此部位與酶在此部位與DNA結(jié)合形成穩(wěn)定的復結(jié)合形成穩(wěn)定的復 合物，合物，Pribnow框中框中DNA序列在序列在 轉(zhuǎn)錄方向上解開，形成開放型起轉(zhuǎn)錄方向上解開，形成開放型起 始結(jié)構(gòu)，它是始結(jié)構(gòu)，它是RNA聚合酶牢固的聚合酶牢固的 結(jié)合位點，是啟動子的關(guān)鍵部位。結(jié)合位點，是啟動子的關(guān)鍵部位。 編碼鏈 AACTGTATATTA 模板鏈 TTGACATATAAT 3

11、 5 DNA 轉(zhuǎn)錄起始點 Probnow盒子 啟動子 3510+1 轉(zhuǎn)錄區(qū) 53 RNA -3535序列（序列（Sexfama boxSexfama box） （識別區(qū)域）（識別區(qū)域） 只含只含-10-10序列的序列的DNADNA不能轉(zhuǎn)不能轉(zhuǎn) 錄，在錄，在-10-10序列上游還有序列上游還有 一個保守序列，其中心約一個保守序列，其中心約 在在-35-35位置，稱為位置，稱為-35-35序列，序列， 此序列為此序列為RNARNA聚合酶的識聚合酶的識 別區(qū)域。別區(qū)域。 各堿基出現(xiàn)頻率如下：各堿基出現(xiàn)頻率如下： T T85 85T T8383G G8181A A6161C C6969A A5252

12、，其中 ，其中 TTGTTG十分保守。十分保守。 編碼鏈 AACTGTATATTA 模板鏈 TTGACATATAAT 3 5 DNA 轉(zhuǎn)錄起始點 Probnow盒子 啟動子 3510+1 轉(zhuǎn)錄區(qū) 53 RNA 大腸桿菌啟動子共有序列的功能大腸桿菌啟動子共有序列的功能 A G T C TTGACA TAT ATA AAT AACTGT AAT Pribnow 框框 -10序列序列 -35序列序列 識別區(qū)識別區(qū) 16-19bp 5-9bp 起點 有助于DNA局部 雙鏈解開 提供了RNA聚合 酶識別的信號 起始過程起始過程 全酶在全酶在因子參與下接觸到因子參與下接觸到DNA上；上； RNA聚合酶通過

13、聚合酶通過因子識別因子識別啟動子啟動子并與之結(jié)合，形并與之結(jié)合，形 成封閉性的起始復合物；成封閉性的起始復合物； 酶結(jié)合在酶結(jié)合在-10區(qū)，區(qū)，啟動子啟動子活化；然后解開雙鏈，暴活化；然后解開雙鏈，暴 露模板鏈；露模板鏈； 酶移動到轉(zhuǎn)錄起始位點，加上第一個核苷三磷酸酶移動到轉(zhuǎn)錄起始位點，加上第一個核苷三磷酸(大大 多是多是GTP或或ATP)，形成三元復合物，轉(zhuǎn)錄開始。，形成三元復合物，轉(zhuǎn)錄開始。 -35 -10 pppG或pppA 55 55 33 33 模板鏈模板鏈 E 14.2.3 RNA14.2.3 RNA鏈的延伸鏈的延伸 以以NTPNTP為原料和能量為原料和能量,DNA,DNA 模板鏈

14、為模板，靠核心模板鏈為模板，靠核心 酶的催化，核苷酸間通酶的催化，核苷酸間通 過過3 3 ,5,5 - -磷酸二酯鍵成磷酸二酯鍵成 核糖核酸鏈核糖核酸鏈(RNA)(RNA) 整個轉(zhuǎn)錄過程是由同一整個轉(zhuǎn)錄過程是由同一 個個RNARNA聚合酶來完成的一聚合酶來完成的一 個連續(xù)不斷的反應，個連續(xù)不斷的反應，RNARNA 生成后，暫時與生成后，暫時與DNADNA模板模板 鏈形成鏈形成DNARNADNARNA雜交體，雜交體， 長度約為長度約為1818個堿基對，個堿基對， 形成一個轉(zhuǎn)錄泡。形成一個轉(zhuǎn)錄泡。 拓撲異構(gòu)酶負責消除正拓撲異構(gòu)酶負責消除正 超螺旋和形成負超螺旋超螺旋和形成負超螺旋 14.2.3 R

15、NA14.2.3 RNA鏈的延伸鏈的延伸 亞基釋放亞基釋放 在合成在合成8 8個核苷酸后，個核苷酸后，亞基釋放，離開核心酶，使核心酶亞基釋放，離開核心酶，使核心酶 的的亞基構(gòu)象變化，與亞基構(gòu)象變化，與DNADNA模板親和力下降，在模板親和力下降，在DNADNA上移上移 動速度加快，使動速度加快，使RNARNA鏈不斷延長。鏈不斷延長。 因子被釋放的原因因子被釋放的原因: : 它已不起作用；它已不起作用； 因子如仍然存在將會造成因子如仍然存在將會造成RNARNA聚合酶與啟動子序列結(jié)合過聚合酶與啟動子序列結(jié)合過 緊，以致不能再沿著模板移動。緊，以致不能再沿著模板移動。 所以當所以當因子被釋放后，新生

16、鏈因子被釋放后，新生鏈- -酶復合體與酶復合體與DNADNA模板的結(jié)合模板的結(jié)合 很弱，并且酶亦不再要求與特異序列的很弱，并且酶亦不再要求與特異序列的DNADNA結(jié)合時，鏈的延結(jié)合時，鏈的延 伸才能達到最佳狀態(tài)。伸才能達到最佳狀態(tài)。 14.2.4 轉(zhuǎn)錄的終止 v終止子：終止子：提供轉(zhuǎn)錄終子信號的提供轉(zhuǎn)錄終子信號的DNA序列稱為序列稱為 終止子，終止子，有兩類：有兩類：依賴依賴 -因子的終止子和不因子的終止子和不 依賴依賴 -因子的終止子。因子的終止子。 v 終止因子：終止因子：協(xié)助協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號聚合酶識別終止信號 的輔助因子（或蛋白質(zhì)）。的輔助因子（或蛋白質(zhì)）。 v抗終止因子：抗

17、終止因子：引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為 抗終止因子?？菇K止因子。 nusA蛋白蛋白 是一種分子量為是一種分子量為69kd的酸性蛋白，它能與的酸性蛋白，它能與RNA及及 RNA聚合酶相結(jié)合，在終止部位使兩者被釋放。即聚合酶相結(jié)合，在終止部位使兩者被釋放。即 NusA結(jié)合到核心酶上（結(jié)合到核心酶上（ ），由），由NusA識別終止子序列；轉(zhuǎn)錄終止后，識別終止子序列；轉(zhuǎn)錄終止后， RNA聚合酶脫離模板，聚合酶脫離模板，NusA又被又被所取代，由此所取代，由此 形成形成RNA聚合酶起始復合物和終止復合物兩種形式聚合酶起始復合物和終止復合物兩種形式 的循環(huán)。的循環(huán)。 大腸桿菌兩類終

18、止子的回文結(jié)構(gòu)大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu) A. 不依賴于不依賴于Rho（ ） 的終止子的終止子 A. 依賴于依賴于Rho（ ）的）的 終止子終止子 富含富含 G-C 系列系列U 該區(qū)域提供信 號使RNApol脫 離模板 不依賴于不依賴于的終止的終止 特征：特征： v終止子上游存在一個富含終止子上游存在一個富含 GCGC堿基的二重對稱區(qū)，由堿基的二重對稱區(qū)，由 這段這段DNADNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNARNA容容 易形成發(fā)卡式結(jié)構(gòu)；易形成發(fā)卡式結(jié)構(gòu)； v在終止點前面有一段由在終止點前面有一段由4-84-8 個個A A組成的序列，導致轉(zhuǎn)錄組成的序列，導致轉(zhuǎn)錄 產(chǎn)物的產(chǎn)物的33端為寡聚端為寡聚

19、U U。 v這兩種結(jié)構(gòu)特征的存在決這兩種結(jié)構(gòu)特征的存在決 定了轉(zhuǎn)錄的終止。定了轉(zhuǎn)錄的終止。 （a a）是延伸復合物恰好完）是延伸復合物恰好完 成富含成富含U U的的RNARNA鏈；鏈； （b b）RNA-RNARNA-RNA雜交物（發(fā)雜交物（發(fā) 夾）的形成破壞了一部夾）的形成破壞了一部 分分RNA-DNARNA-DNA雜交鏈，僅留雜交鏈，僅留 下多聚下多聚U U與多聚與多聚A A的一段的一段 雜交鏈；雜交鏈； （c c）多聚）多聚U U與多聚與多聚A A雜交物雜交物 解離，轉(zhuǎn)錄本即被釋放。解離，轉(zhuǎn)錄本即被釋放。 RNA合成時形成的發(fā)夾終止結(jié)構(gòu) 此圖表示，此圖表示，RNA的一段短的雙螺的一段短的

20、雙螺 旋和富含旋和富含U的序列如何導致終止的序列如何導致終止 作用和作用和RNA鏈的釋放的。鏈的釋放的。 為什么這為什么這兩個結(jié)構(gòu)能引起終止兩個結(jié)構(gòu)能引起終止呢呢? ? v在新生在新生RNA中出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)會導致中出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)會導致RNA 聚合酶的暫停，破壞聚合酶的暫停，破壞RNA-DNA雜合鏈雜合鏈5端端 的正常結(jié)構(gòu)。的正常結(jié)構(gòu)。 v寡聚寡聚U的存在使雜合鏈的的存在使雜合鏈的3端部分出現(xiàn)不穩(wěn)端部分出現(xiàn)不穩(wěn) 定的定的rUdA區(qū)域區(qū)域。 v于是新生于是新生RNARNA鏈將很快自鏈將很快自DNADNA雙鏈中被排除雙鏈中被排除 出來。出來。 依賴依賴的終止子的終止子 依賴依賴的終止子沒有不依賴的終

21、止子沒有不依賴 的終止子特有的的終止子特有的多聚多聚dAdA 序列，并且也不是都能形序列，并且也不是都能形 成成穩(wěn)定的發(fā)夾穩(wěn)定的發(fā)夾。 終止點前無寡聚終止點前無寡聚U U序列，回序列，回 文對稱區(qū)不富含文對稱區(qū)不富含GCGC。 依賴依賴的終止子，必需在的終止子，必需在 因子存在時，才發(fā)生終止因子存在時，才發(fā)生終止 作用。作用。 因子（因子（ RhoRho因子因子） 因子（因子（ RhoRho因子因子）：）：是是45KD45KD的的 蛋白質(zhì)（六聚體蛋白）。蛋白質(zhì)（六聚體蛋白）。 有有ATPATP酶和解螺旋酶酶和解螺旋酶兩種活性兩種活性, , 因此能結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的因此能結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的33末末 端區(qū)

22、并使轉(zhuǎn)錄停頓及產(chǎn)物端區(qū)并使轉(zhuǎn)錄停頓及產(chǎn)物RNARNA 脫離脫離DNADNA模板。模板。 因子在因子在RNARNA的存在下能的存在下能水解水解 ATPATP，說明它能與新生，說明它能與新生RNARNA鏈鏈 結(jié)合，并可能應用結(jié)合，并可能應用ATPATP放出的放出的 能量將能量將RNARNA鏈從酶和模板中釋鏈從酶和模板中釋 出。出。 因子參與的因子參與的RNA合成終止模式合成終止模式 RNARNA合成過程合成過程 起始起始 雙鏈雙鏈DNA 局部解開局部解開 磷酸二酯磷酸二酯 鍵形成鍵形成 終止階段終止階段 解鏈區(qū)到達解鏈區(qū)到達 基因終點基因終點 延長階段延長階段 5 3 RNA 啟動子（啟動子（pr

23、omoter) 終止子終止子 (terminator) 5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 離開離開 14.3. 14.3. 真核細胞的轉(zhuǎn)錄真核細胞的轉(zhuǎn)錄 真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核轉(zhuǎn)錄的不同點：真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核轉(zhuǎn)錄的不同點： (1) (1) 原核只有一種原核只有一種RNARNA聚合酶，而真核細聚合酶，而真核細 胞有三種聚合酶；胞有三種聚合酶； (2) (2) 啟動子的結(jié)構(gòu)特點不同，真核有三種啟動子的結(jié)構(gòu)特點不同，真核有三種 不同的啟動子和有關(guān)的元件；不同的啟動子和有關(guān)的元件； (3) (3) 真核的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入。真核的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入。 14.3.1 1

24、4.3.1 真核細胞真核細胞的的RNARNA聚合酶聚合酶 v真核細胞真核細胞RNARNA聚合酶有聚合酶有、三類三類, ,均由均由 多亞基構(gòu)成多亞基構(gòu)成. . v三種三種RNARNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄抑制劑鵝膏覃堿的敏感聚合酶對轉(zhuǎn)錄抑制劑鵝膏覃堿的敏感 性反應不同性反應不同. . 酶酶 類類 分分 布布 產(chǎn)產(chǎn) 物物 - -鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿 對酶的作用對酶的作用 分子量分子量 反應條件反應條件 I I 核仁核仁 核質(zhì)核質(zhì) 核質(zhì)核質(zhì) 5.8SrRNA5.8SrRNA 18SrRNA18SrRNA mRNAmRNA， snRNAsnRNA tRNA tRNA 5SrRNA5SrRNA U6snRNAU6sn

25、RNA scRNAscRNA 不抑制不抑制 低濃度抑制低濃度抑制 高濃度抑制高濃度抑制 500000500000 700000700000 700 000700 000 _ 低離子強度低離子強度, ,要要 求求MgMg2+ 2+或 或MnMn2+ 2+ 高離子強度高離子強度 高高MnMn2+ 2+濃度 濃度 真核細胞的真核細胞的RNARNA聚合酶聚合酶 14.5 14.5 轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制 放線菌素放線菌素D是原核和真核細胞是原核和真核細胞RNA聚合酶的專一抑制劑。聚合酶的專一抑制劑。 利福平利福平是原核細胞是原核細胞RNA聚合酶的抑制劑。聚合酶的抑制劑。 特異地抑制細

26、菌特異地抑制細菌RNARNA聚合酶（與聚合酶（與RNARNA聚合酶的聚合酶的亞基結(jié)合）的活性。亞基結(jié)合）的活性。 -鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿是真核細胞是真核細胞RNA聚合酶的抑制劑聚合酶的抑制劑。 放線菌素放線菌素D D利福平利福平鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿 原核原核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制 真核真核抑制抑制不抑制不抑制抑制抑制RNARNA聚合酶聚合酶 1414RNARNA轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工 vRNARNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過剪切、聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過剪切、 修飾、拼接等過程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的修飾、拼接等過程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNARNA分分 子，此過程稱子，此過程稱RNARN

27、A轉(zhuǎn)錄后加工。轉(zhuǎn)錄后加工。 v不論原核或真核生物的不論原核或真核生物的rRNArRNA和和tRNAtRNA都是以初級都是以初級 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形式被合成的，然后再加工成為成熟轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形式被合成的，然后再加工成為成熟 的的RNARNA分子。分子。 v絕大數(shù)原核生物的絕大數(shù)原核生物的mRNAmRNA卻不需加工，仍為初級卻不需加工，仍為初級 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的形式。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的形式。 v真核生物從斷裂基因產(chǎn)生的真核生物從斷裂基因產(chǎn)生的mRNAmRNA要經(jīng)過復雜的要經(jīng)過復雜的 加工歷程，包括去除內(nèi)含子的剪接反應加工歷程，包括去除內(nèi)含子的剪接反應 (splicing)(splicing)。 . . .rRNArRNA前

28、體的加工前體的加工 在原核生物中，rRNArRNA的基因與某些的基因與某些 tRNAtRNA的基因組成混合操縱子的基因組成混合操縱子。其余tRNA基 因也成簇存在，成簇存在，并與編碼蛋白質(zhì)的基因組 成操縱子。它們在形成多順反子轉(zhuǎn)錄物后， 經(jīng)斷鏈成為rRNA和tRNA的前體，然后進一 步加工成熟。 （）原核生物（）原核生物rRNArRNA的加工的加工 大腸桿菌共有7個rRNA的轉(zhuǎn)錄單位，它們分 散在基因組的各處。每個轉(zhuǎn)錄單位由16S rRNA、 23S rRNA、5SrRNA以及一個或幾個tRNA的基因 所組成，有時在3-端5S rRNA的基因之后還有 1個或幾個tRNA的基因。 rRNA的基因

29、原初轉(zhuǎn)錄物的沉降常數(shù)為30S， 相對分子質(zhì)量為2.1106，約含6500個核苷酸， 5末端為pppA。 由于在原核生物中rRNA的加工往往與轉(zhuǎn)錄 同時進行，因此不易得到完整的前體。 原核生物原核生物rRNArRNA前體的加工過程前體的加工過程 甲基化甲基化 6500個核苷酸個核苷酸 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶RNase、P 核酸外切酶核酸外切酶 參與原核生物參與原核生物rRNArRNA前體加工的酶類前體加工的酶類 v甲基化酶 v切割前體的核酸酶切割前體的核酸酶 有有、D D、E E、F F、P P、 M16M16、M23M23、M5M5等等 如：如：大腸桿菌的 RNase,RNaseERNase,R

30、NaseE； 枯草桿菌RNaseRNase （2)2)真核生物真核生物rRNArRNA前體的加工前體的加工 v真核生物有真核生物有4 4種種rRNArRNA，即，即 5.8S rRNA5.8S rRNA，18S rRNA18S rRNA， 28S rRNA28S rRNA和和5S rRNA5S rRNA。 v基因結(jié)構(gòu)特點：基因結(jié)構(gòu)特點：前三者的前三者的 基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位， 產(chǎn)生產(chǎn)生45S45S的前體的前體RNARNA（不同（不同 生物的生物的rRNArRNA前體大小不同，前體大小不同， 如：有的前體為如：有的前體為38S38S， 37S37S）。）。 v加工過程：加工

31、過程：甲基化修飾甲基化修飾 切割切割 v真核生物真核生物5sRNA5sRNA前體獨立于前體獨立于 其他三種其他三種rRNArRNA的基因轉(zhuǎn)錄。的基因轉(zhuǎn)錄。 哺乳動物哺乳動物45S rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后處理前體的轉(zhuǎn)錄后處理 小核仁小核仁RNA（Small nucleolar RNAs； snoRNAs） vrRNArRNA前體的加工需要一系列核仁小前體的加工需要一系列核仁小RNARNA（snoRNAsnoRNA） 的幫助。的幫助。 v小核仁小核仁RNARNA是一類小型是一類小型RNARNA分子，可引導分子，可引導核糖體核糖體RNARNA （rRNArRNA）或其他）或其他RNARNA的化學修飾（

32、如的化學修飾（如甲基化甲基化）作用。）作用。 v可分為可分為C C（AUGAUGAAUGAUGA）/D(CUCA) box/D(CUCA) box與與 H(ANANNA)/ACAboxH(ANANNA)/ACAbox兩種。兩種。 vsnoRNAsnoRNA含有含有C/D boxC/D box，可識別，可識別rRNArRNA前體的甲基化位前體的甲基化位 點和切割位點；點和切割位點；snoRNAsnoRNA含有含有H/ACA boxH/ACA box，可識別生，可識別生 成尿嘧啶核苷酸化的位點。成尿嘧啶核苷酸化的位點。 14.6.3 tRNA14.6.3 tRNA前體的加工前體的加工 原核生物原核

33、生物tRANtRAN基因的結(jié)構(gòu)特點：基因的結(jié)構(gòu)特點： 原核生物中的tRNA基因往往成簇存在，或與rRNA的基因， 或與編碼蛋白質(zhì)的基因組成混合轉(zhuǎn)錄單位。 tDNA-轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄-相同的：相同的： tRNA tRNA- tRNA- 不同的：不同的： tRNA1- tRNA2- tRNA3- 和和rRNA一起：一起： rRNA- tRNA- rRNA- 舉例：大腸桿菌有60個tRNA基因，大都以基因簇存在； T4噬菌體中有轉(zhuǎn)運7個不同tRNA基因組成一簇。 E.coliE.coli共有三種共有三種rRNArRNA，5S rRNA5S rRNA、16S rRNA16S rRNA和和23S rRNA23S

34、 rRNA。 3 3種種rRNArRNA基因和基因和1 14 4個個tRNAtRNA基因組成一個操縱子（基因組成一個操縱子（rrn rrn operonoperon），大腸桿菌中共有），大腸桿菌中共有7 7個這樣的操縱子。個這樣的操縱子。 舉例舉例-rrn operon E.coli中已找到兩個tRNA基因簇，二者均除 tRNA基因外尚含有其他基因。這兩個基因簇均 含有tRNATyr的基因，故命名： tyrU簇，包括4個tRNA基因，tRNA Thr ， tRNAGly，和tRNATyr；EF-Tu蛋白基因 tyrT簇，則僅包含兩個相同的基因，編碼 tRNATyr。 舉例舉例- TyrU op

35、eron 在每個tRNA基因簇中，唯一的啟動子常位 于第一個tRNA基因之前。 在最后一個tRNA基因的后面還有編碼蛋白 質(zhì)的基因。 在tyrU簇中是基因tutB(編碼延長因子EF- Tu的兩個基因之一)。 而在tyrT簇中是編碼蛋白質(zhì)P的基因(蛋白 質(zhì)P是一種類似魚精蛋白的多肽)。 E.coli中參與tRNA加工的酶有： RNaseP：它是一種內(nèi)切核酸酶，負責切割 所有tRNA分子的5端。 RNaseP是一種不tRNA基因組成一簇尋常的 酶。它由蛋白質(zhì)和RNA二者組成，分子中RNA有 375個堿基長(約130KD)；而蛋白質(zhì)組分要小得 多，大約只有20KD。 RNaseD：它能從RNA的3端

36、一個一個地切去 堿基，以產(chǎn)生tRNA的真正的3端(5端由 RNaseP產(chǎn)生)。 RNase：有外切核酸酶的活性，它能夠?qū)?tRNA完全分解完。以前認為它也與tRNA加工有 關(guān)，但目前認為它可能僅和RNA的分解代謝有關(guān)。 在細菌中有兩種tRNA前體，其區(qū)別在于其3端 的序列。 tRNAtRNA前體的加工過程前體的加工過程 由核酸內(nèi)切酶將由核酸內(nèi)切酶將tRNAtRNA 前體分子切斷前體分子切斷 剪切和修剪剪切和修剪 RNase pRNase p切除切除5 5 端多余的核苷酸；端多余的核苷酸； Rnase D Rnase D切除切除33端多余的核苷酸；端多余的核苷酸； v經(jīng)過剪切后的經(jīng)過剪切后的tR

37、NAtRNA分子還要在拼接酶分子還要在拼接酶 作用下，將成熟作用下，將成熟tRNAtRNA分子所需的片段分子所需的片段 拼起來。拼起來。 3 3末端加上末端加上CCACCA（有的不用另外加因有的不用另外加因 為自身帶有該序列）為自身帶有該序列） 在核苷酰轉(zhuǎn)移酶作用下，在核苷酰轉(zhuǎn)移酶作用下，3-3-末端末端 除去個別堿基后，換上除去個別堿基后，換上tRNAtRNA分子統(tǒng)一分子統(tǒng)一 的的CCA-OHCCA-OH末端，完成末端，完成tRNAtRNA分子中的氨分子中的氨 基酸臂結(jié)構(gòu)。基酸臂結(jié)構(gòu)。 核苷酸的修飾和異構(gòu)化核苷酸的修飾和異構(gòu)化 型分子有CCA三聯(lián)體在其3端。但某些噬 菌體編碼的型分子則沒有C

38、CA序列，當其他 堿基被一個一個從前體分子上除去后，另由 稱為tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶的將CCA加到3端上 去。 真核生物中可能所有的tRNA前體都屬于 型，在成熟時都需要通過酶的作用，在其3 端加上CCA序列。 關(guān)于關(guān)于3 3 端端CCACCA三聯(lián)體三聯(lián)體 核苷酸的修飾和異構(gòu)化核苷酸的修飾和異構(gòu)化 成熟的成熟的tRNAtRNA分子中有許多的稀有堿基：分子中有許多的稀有堿基： v某些嘌呤生成甲基嘌呤如某些嘌呤生成甲基嘌呤如AmA,GmGAmA,GmG v有些尿嘧啶還原為雙氫尿嘧啶。有些尿嘧啶還原為雙氫尿嘧啶。 v某些腺苷酸脫氨基為成為次黃嘌呤核苷酸某些腺苷酸脫氨基為成為次黃嘌呤核苷酸 （）。）。

39、v尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧倌蜞奏ず塑?。尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧倌蜞奏ず塑铡?不被轉(zhuǎn)錄的序列不被轉(zhuǎn)錄的序列tRNA基因基因 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 加工加工 切去多余的序列切去多余的序列 加上加上CCACCA、修飾、修飾、 切除內(nèi)含子切除內(nèi)含子 真核生物的真核生物的tRNAtRNA前體加工前體加工 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 環(huán)磷酸二環(huán)磷酸二 酯酶酯酶 激酶激酶 連接酶連接酶 14.6.4 14.6.4 真核細胞真核細胞mRNAmRNA前體的加工前體的加工 真核生物細胞質(zhì)中的真核生物細胞質(zhì)中的mRNAmRNA有三個特點：有三個特點： v真核細胞真核細胞mRNAmRNA一般是以單順反子的形式存在一般是以單順反子的形式存在 v 5

40、 5 端存在端存在“帽子帽子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) v多數(shù)多數(shù)mRNA 3 mRNA 3 端具有端具有polypoly（A A ）尾巴（組蛋白除外）尾巴（組蛋白除外） 真核生物真核生物mRNAmRNA前體稱為前體稱為hnRNAhnRNA mRNAmRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過程原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過程 中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均 一一RNARNA（hnRNAhnRNA）。其中，約有）。其中，約有25%25%可轉(zhuǎn)變成成熟的可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNAmRNA。 hnRNAhnRNA半壽期很短，比細胞質(zhì)中的

41、半壽期很短，比細胞質(zhì)中的mRNAmRNA更不穩(wěn)定，一般在更不穩(wěn)定，一般在 幾分鐘至幾分鐘至1 1小時。而細胞質(zhì)小時。而細胞質(zhì)mRNAmRNA的半壽期為的半壽期為1-101-10小時，神小時，神 經(jīng)細胞經(jīng)細胞mRNAmRNA最長可達數(shù)年。最長可達數(shù)年。 真核細胞真核細胞mRNAmRNA的加工的加工 5 “帽子帽子”PolyA 3 順反子順反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 p AAAAAAA-OH 55端接上一個端接上一個“帽子帽子”(CAP)(CAP)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”, ,由由RNARNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化 剪接

42、：剪去內(nèi)含子剪接：剪去內(nèi)含子(intron)(intron)，拼接外顯子，拼接外顯子(extron)(extron) （1）帽子結(jié)構(gòu)的生成）帽子結(jié)構(gòu)的生成 vmRNAmRNA在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為hnRNAhnRNA。 v在在mRNA的的5-端加上端加上7-7-甲基鳥苷三磷酸（甲基鳥苷三磷酸（m7Gpppm7Gppp） 的結(jié)構(gòu)。此過程發(fā)生在細胞核內(nèi)，即的結(jié)構(gòu)。此過程發(fā)生在細胞核內(nèi)，即hnRNA即可即可 進行加帽。進行加帽。 v加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將5-端的磷端的磷 酸基水解，然后再加上鳥苷三磷酸，形成酸基水解，然后再加

43、上鳥苷三磷酸，形成GpppN 的結(jié)構(gòu)，再對的結(jié)構(gòu)，再對G進行甲基化。進行甲基化。 5端帽結(jié)構(gòu)的生成反應中所需要的酶：反應中所需要的酶： RNARNA三磷酸酶三磷酸酶 mRNAmRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶 mRNAmRNA（鳥嘌呤（鳥嘌呤-7-7-）甲基轉(zhuǎn)移酶）甲基轉(zhuǎn)移酶 mRNAmRNA（核苷（核苷-2-2-）甲基轉(zhuǎn)移酶。）甲基轉(zhuǎn)移酶。 5端帽結(jié)構(gòu)的生成過程 5端帽結(jié) 構(gòu) pi 5ppp G 磷酸酶 ppi 5p G pppG 5Gppp G 甲基化酶 CH3 mGpppG OHOH 帽1帽0帽2 N N N N O H2N CH3 + O HH CH 2 H OP OPO P O PPP

44、 N1N2N3 O OH O OH O OH OCH3OCH32OH 7 9 H 甲基鳥苷5，5-三磷酸 真核真核mRNA的的5 -末端末端7-甲基鳥嘌呤核苷帽狀結(jié)構(gòu)甲基鳥嘌呤核苷帽狀結(jié)構(gòu) 由于甲基化的程度不同，有三種類型的帽子：由于甲基化的程度不同，有三種類型的帽子： v在在55末端鳥苷的第末端鳥苷的第7 7位上存位上存 在單個甲基化位點的稱在單個甲基化位點的稱O O型帽型帽 子子（capOcapO）；）； v在在55次末端核苷酸的核糖上次末端核苷酸的核糖上 的的2-02-0位點上還有一個甲基位點上還有一個甲基 位點的稱位點的稱1 1型帽子型帽子(cap I)(cap I)； v此外，在第三

45、個核苷酸的核此外，在第三個核苷酸的核 糖上（糖上（2-02-0）有甲基化位點）有甲基化位點 的稱的稱2 2型帽子型帽子（capIIcapII）。）。 帽子結(jié)構(gòu)功能： 能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核 糖體的結(jié)合； m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA 5末端， 以保護mRNA免受5核酸外切酶的降解， 增強mRNA的穩(wěn)定。 （2） 3端多聚多聚A A （polyA)polyA)尾巴尾巴的生成 v大多數(shù)的真核大多數(shù)的真核mRNA mRNA 都有都有33端的多聚腺苷酸的端的多聚腺苷酸的 尾巴（尾巴（polyA)polyA)，多聚（，多聚（A)A)尾巴大約為尾巴大約為20-150bp20-150

46、bp。 vhnRNAhnRNA鏈由鏈由RNAaseRNAase切斷，由多聚腺苷酸聚合酶切斷，由多聚腺苷酸聚合酶 催化，加上催化，加上polyApolyA，ATPATP為供體。為供體。 參與加尾反應的蛋白質(zhì)或酶 v切割和聚腺苷化特異因子切割和聚腺苷化特異因子 （CPSFCPSF） v剪切刺激因子（剪切刺激因子（CstFCstF） v剪切因子剪切因子和和（CF,CF CF,CF ） v polyApolyA聚合酶聚合酶(PAP)(PAP) v polyApolyA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（PABPPABP） 加尾信號下游加尾信號下游1030 nt處有一處有一5-CA-3二聯(lián)體。二聯(lián)體。 二聯(lián)體的后面有一

47、段富含二聯(lián)體的后面有一段富含GU的序列。的序列。 加尾信號下游加尾信號下游1030 nt處有一處有一5-CA-3二聯(lián)體。二聯(lián)體。 二聯(lián)體的后面有一段富含二聯(lián)體的后面有一段富含GU的序列。的序列。 加尾信號：加尾信號：AATAAAAATAAA（或（或 UUAUUUUUAUUU）、）、YGTGTGYYYGTGTGYY （Y Y為嘧啶）。為嘧啶）。 v在大多數(shù)真核基因的在大多數(shù)真核基因的33一一 端有一個端有一個AATAAAATAA序列，這個序列，這個 序列是序列是mRNA3-mRNA3-端加端加polyApolyA 尾的信號。尾的信號。 v靠核酸酶在此信號下游靠核酸酶在此信號下游10-10- 30

48、30堿基外切斷磷酸二酯鍵，堿基外切斷磷酸二酯鍵， 在在polyApolyA聚合酶催化下，在聚合酶催化下，在 3-OH3-OH上逐一引入上逐一引入100-200100-200 個個A A堿基。堿基。 加尾反應過程 33末端多聚末端多聚A尾結(jié)構(gòu)的作用：尾結(jié)構(gòu)的作用： v與與mRNA mRNA 由核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位有關(guān)由核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位有關(guān) v增加增加mRNAmRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 v參與翻譯起始的調(diào)控參與翻譯起始的調(diào)控 （3 3）m mRNA前體的剪接 v剪接剪接（splicing) : :在細胞核內(nèi)在細胞核內(nèi), hnRNA, hnRNA剪切掉內(nèi)剪切掉內(nèi) 含子含子, ,將多個外顯子連接為成熟將多個

49、外顯子連接為成熟mRNAmRNA的過程為剪的過程為剪 接，通過剪接除去由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的序列。接，通過剪接除去由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的序列。 v剪接的本質(zhì)：剪接的本質(zhì)：磷酸酯鍵的轉(zhuǎn)移磷酸酯鍵的轉(zhuǎn)移 v剪接部位的結(jié)構(gòu)剪接部位的結(jié)構(gòu) ：剪接部位的結(jié)構(gòu)為內(nèi)含子剪接部位的結(jié)構(gòu)為內(nèi)含子 末端的特定序列，分布在內(nèi)含子的三個部位，末端的特定序列，分布在內(nèi)含子的三個部位， 55端拼接點為端拼接點為GU;GU;33端拼接點為端拼接點為AGAG；靠近；靠近 33端的一段嘧啶核苷酸組成的序列；存在于端的一段嘧啶核苷酸組成的序列；存在于 內(nèi)含子內(nèi)的分支點序列。內(nèi)含子內(nèi)的分支點序列。 3端端 5端端 參與RNA剪接的物質(zhì)- snRN

50、AsnRNA snRNAsnRNA：是核內(nèi)小分子：是核內(nèi)小分子RNA RNA vsnRNA分別被命名為分別被命名為U1,U2,U3,U4,U5,和和U6RNA v在真核生物的細胞核中，含有大量的小分子在真核生物的細胞核中，含有大量的小分子RNARNA， 在天然狀態(tài)下，它們以核糖核蛋白顆粒形式存在，在天然狀態(tài)下，它們以核糖核蛋白顆粒形式存在， 稱為稱為snRNPsnRNP（與（與snRNAsnRNA結(jié)合的核蛋白）結(jié)合的核蛋白） v由由snRNPsnRNP參與剪接的內(nèi)含子存在于絕大多數(shù)真核細參與剪接的內(nèi)含子存在于絕大多數(shù)真核細 胞的蛋白質(zhì)基因中。胞的蛋白質(zhì)基因中。 snRNPsnRNP在在RNAR

51、NA剪接中的作用剪接中的作用 vU1-snRNAU1-snRNA與內(nèi)含子與內(nèi)含子55端端 剪接部位相互作用剪接部位相互作用 vU2 snRNAU2 snRNA識別分支點識別分支點 vU3-U3-snRNAsnRNA與與rRNArRNA前體的加前體的加 工有關(guān)工有關(guān) vU4-snRNAU4-snRNA與與 U6 -snRNAU6 -snRNA可可 能結(jié)合在一起形成復合物能結(jié)合在一起形成復合物 vU5-snRNAU5-snRNA與識別與識別33端剪端剪 接點有關(guān)接點有關(guān) mRNA前體的剪接機制 vU1snRNP結(jié)合于內(nèi)含子的結(jié)合于內(nèi)含子的5 端；端； vU2snRNP結(jié)合到內(nèi)含子的結(jié)合到內(nèi)含子的

52、分支點上；分支點上； vU5snRNP結(jié)合到內(nèi)含子的結(jié)合到內(nèi)含子的3 端，端，U4/U6snRNP結(jié)合于結(jié)合于U5； vU1和和U2結(jié)合，形成套索結(jié)合，形成套索 RNA結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； vU4釋放，內(nèi)含子左側(cè)切斷，釋放，內(nèi)含子左側(cè)切斷， 5外顯子作為獨立片段釋放；外顯子作為獨立片段釋放； v內(nèi)含子的內(nèi)含子的3剪接點切斷，形剪接點切斷，形 成套索內(nèi)含子，游離出來；成套索內(nèi)含子，游離出來； v5外顯子和外顯子和3外顯子連接形外顯子連接形 成成熟成成熟mRNA。 套索結(jié)構(gòu)套索結(jié)構(gòu) 外顯子外顯子外顯子外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 內(nèi)含子內(nèi)含子55端斷端斷 開開 前一個外顯子的前一個外顯子的33末端末端 攻擊下后個

53、外顯子的攻擊下后個外顯子的5 5末末 端端 前后外顯子的連接前后外顯子的連接 二次轉(zhuǎn)酯反應二次轉(zhuǎn)酯反應 此外： mRNA甲基化：甲基化： 某些真核某些真核mRNAmRNA內(nèi)部有甲基化的位點，主內(nèi)部有甲基化的位點，主 要是在要是在N N6 6- -甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m m6 6A A）。）。 生物體內(nèi)生物體內(nèi) 內(nèi)含子的主要類型內(nèi)含子的主要類型 3拼接點拼接點5拼接點拼接點 在線粒體和葉綠體的前在線粒體和葉綠體的前 體體mRNA和前體和前體tRNA中中 也發(fā)現(xiàn)了也發(fā)現(xiàn)了I型內(nèi)含子。在型內(nèi)含子。在 原核生物中也有這類內(nèi)原核生物中也有這類內(nèi) 含子的存在。含子的存在。 2 2）II II類內(nèi)含子的

54、自我剪接類內(nèi)含子的自我剪接 IIII類內(nèi)含子存在于真菌和植物的細胞器基因組中，類內(nèi)含子存在于真菌和植物的細胞器基因組中， 少數(shù)存在于原核生物的基因組中。自我剪接的意識是少數(shù)存在于原核生物的基因組中。自我剪接的意識是 前體前體RNARNA中的內(nèi)含子自身折疊成一種特殊的構(gòu)象，然中的內(nèi)含子自身折疊成一種特殊的構(gòu)象，然 后催化自身的釋放的過程。后催化自身的釋放的過程。 IIII類內(nèi)含子的剪接機制與核基因內(nèi)含子的剪接具有類內(nèi)含子的剪接機制與核基因內(nèi)含子的剪接具有 一定的相似性。剪接是由內(nèi)含子的一個保守的腺苷酸一定的相似性。剪接是由內(nèi)含子的一個保守的腺苷酸 發(fā)動的。該腺苷酸的發(fā)動的。該腺苷酸的22OHOH

55、作為親核基團攻擊內(nèi)含作為親核基團攻擊內(nèi)含 子子55端的磷酸二酯鍵，使其斷裂，內(nèi)含子形成套索端的磷酸二酯鍵，使其斷裂，內(nèi)含子形成套索 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 上游內(nèi)含子的上游內(nèi)含子的33OHOH作為親核基團攻擊內(nèi)含子作為親核基團攻擊內(nèi)含子33剪剪 接位點，上游外顯子和下游外顯子連接起來，釋放出接位點，上游外顯子和下游外顯子連接起來，釋放出 內(nèi)含子。在試管中，在沒有任何蛋白質(zhì)或其他內(nèi)含子。在試管中，在沒有任何蛋白質(zhì)或其他RNARNA分分 子存在的情況下，上述兩種轉(zhuǎn)酯反應能夠由子存在的情況下，上述兩種轉(zhuǎn)酯反應能夠由IIII類內(nèi)含類內(nèi)含 子獨立完成。子獨立完成。 2 2）類內(nèi)含子的拼接類內(nèi)含子的拼接 3拼接點拼

56、接點 3拼接點拼接點 常有一致序列常有一致序列 PyPyPyPTAPy 四膜蟲前四膜蟲前rRNA的自身剪接的自身剪接 (Self-splicing) Ribozyme的發(fā)現(xiàn) Mg2+ v 55端拼接點為端拼接點為GU;GU;33端拼接點為端拼接點為AGAG；靠近；靠近 33端的一段嘧啶核苷酸組成的序列；存在于端的一段嘧啶核苷酸組成的序列；存在于 內(nèi)含子內(nèi)的分支點序列。內(nèi)含子內(nèi)的分支點序列。 3端端 5端端 3 3）類內(nèi)含子類內(nèi)含子 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 環(huán)磷酸二環(huán)磷酸二 酯酶酯酶 激酶激酶 激酶激酶 連接酶連接酶 磷酸酯酶磷酸酯酶 4）類內(nèi)含子（類內(nèi)含子（核內(nèi)核內(nèi)tRNAtRNA前體的酶促拼接

57、）前體的酶促拼接） RNARNA的剪接方式的剪接方式 類型類型I I 自我拼接自我拼接 類型類型IIII 自我拼接自我拼接 核核mRNAmRNA的拼的拼 接體的拼接接體的拼接 核核mRNAmRNA的的 酶促拼接酶促拼接 小結(jié)小結(jié) 1、RNA拼接是生物體在進化過程中形成的，是進拼接是生物體在進化過程中形成的，是進 化的結(jié)果?；慕Y(jié)果。 2、RNA拼接是基因表達調(diào)節(jié)的重要環(huán)節(jié)。拼接是基因表達調(diào)節(jié)的重要環(huán)節(jié)。 3、基因是由模塊裝配而成，模塊之間的間隔序列、基因是由模塊裝配而成，模塊之間的間隔序列 也就演變成了內(nèi)含子，因此外顯子和內(nèi)含子有著也就演變成了內(nèi)含子，因此外顯子和內(nèi)含子有著 同樣古老的歷史。同

58、樣古老的歷史。 4、RNA拼接主要存在于真核細胞，原核生物極為拼接主要存在于真核細胞，原核生物極為 少見，但并非完全沒有。少見，但并非完全沒有。 5、外顯子和內(nèi)含子是相對的，有些內(nèi)含子具有編、外顯子和內(nèi)含子是相對的，有些內(nèi)含子具有編 碼序列，能夠產(chǎn)生蛋白質(zhì)和功能碼序列，能夠產(chǎn)生蛋白質(zhì)和功能RNA。 （4 4）選擇性剪接和反式剪接）選擇性剪接和反式剪接 v一個基因的原初轉(zhuǎn)錄物在不同的發(fā)育階段、一個基因的原初轉(zhuǎn)錄物在不同的發(fā)育階段、 不同的細胞類型和生理狀態(tài)下，通過不同的不同的細胞類型和生理狀態(tài)下，通過不同的 拼接方式可以得到不同的成熟的拼接方式可以得到不同的成熟的mRNAmRNA和翻譯和翻譯 產(chǎn)

59、物，這種拼接稱為產(chǎn)物，這種拼接稱為選擇性拼接。選擇性拼接。 同一同一RNARNA分子的內(nèi)含子被除去，外顯子連接在一分子的內(nèi)含子被除去，外顯子連接在一 起的剪接稱為起的剪接稱為順式剪接（順式剪接（cis-splicingcis-splicing）。剪接不。剪接不 但能夠發(fā)生在同一但能夠發(fā)生在同一RNARNA分子上，也可以發(fā)生在不同的分子上，也可以發(fā)生在不同的 RNARNA分子間。不同分子間。不同RNARNA分子上的兩個外顯子剪接在一分子上的兩個外顯子剪接在一 起的過程稱為起的過程稱為反式剪接（反式剪接（tran-splicingtran-splicing）。 順式拼接順式拼接和和反式拼接反式拼接

60、 14.6.5 RNA14.6.5 RNA編輯編輯 RNA編輯(RNA editing)是RNA加工的一種形式， 它通過位點特異性脫氨作用、插入或刪除使原始轉(zhuǎn)錄 產(chǎn)物核苷酸序列被更改。 RNA編輯方式：堿基插入、缺失和取代。 RNA編輯現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)對分子生物學的一個基本原 則提出了挑戰(zhàn)，也為基因表達的修正提供了一種機制。 遺傳信息是否都存在于基因序列中？指導編輯的 遺傳信息是什么？ RNARNA編輯的不同類型和分布編輯的不同類型和分布 編輯類型編輯類型 機制機制 存在存在 U U的插入與刪除的插入與刪除 gRNAgRNA的轉(zhuǎn)酯反應的轉(zhuǎn)酯反應 錐蟲線粒體錐蟲線粒體mRNAmRNA C C、A A或