第四章 RNA的生物合成

1、第第 四四 章章 RNA的生物合成的生物合成 （轉(zhuǎn)錄）（轉(zhuǎn)錄） RNA Biosynthesis, Transcription 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 ( (transcription) 生物體以生物體以DNA為模板合成為模板合成RNA的過程的過程 。 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 RNADNA DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNA合成合成 -轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄體系 第一節(jié)第一節(jié) DNA模板模板 原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA( (模板鏈模板鏈) ) 酶酶: : RNA聚合酶聚合酶( (RNA polymerase, , RNA-pol) 其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子 (NMP)n +

2、NTP (NMP)n+1 + PPi 一、一、RNA聚合酶聚合酶 ( (RNA-pol) ) DNA dependent RNA polymerase (DDRP) （一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶 全酶全酶 (holoenzyme) 亞基的功能：亞基的功能：辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn); ; 核心酶核心酶可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，但不能在特定的起可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，但不能在特定的起 始點(diǎn)上開始轉(zhuǎn)錄。始點(diǎn)上開始轉(zhuǎn)錄。 36512 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618 催化功能催化功能 155613 結(jié)合結(jié)合DNA模板模板 70263 辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn) 亞亞 基基分分 子子

3、 量量功功 能能 大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶的組成及功用聚合酶的組成及功用 （二）真核生物的（二）真核生物的RNA聚合酶聚合酶 ( 1 ) 分類分類: RNA聚合酶聚合酶 I、 II、 III RNA-pol I：位于細(xì)胞核仁，：位于細(xì)胞核仁， 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 45S rRNA ( (經(jīng)加工產(chǎn)生經(jīng)加工產(chǎn)生5.8S; 18S5.8S; 18S和和28S rRNA)28S rRNA) RNA-pol II: 位于細(xì)胞核內(nèi)，位于細(xì)胞核內(nèi)， 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 mRNA前體前體和和 大多數(shù)核內(nèi)小大多數(shù)核內(nèi)小RNA（snRNA） RNA-pol III: 位于位于細(xì)胞核內(nèi)細(xì)胞核內(nèi)， 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 tRNA前體、前體、 5

4、S rRNA、 胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNA（scRNA）等）等 Mt-RNA-pol: 真核生物細(xì)胞的真核生物細(xì)胞的線粒體內(nèi)線粒體內(nèi)的的RNA-pol 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶* * RNA聚合酶聚合酶II II是真核生物中最活躍的是真核生物中最活躍的RNA聚合酶聚合酶 二、轉(zhuǎn)錄的模板二、轉(zhuǎn)錄的模板 Templates of Transcription DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄 生成生成RNA的一股單鏈，稱為的一股單鏈，稱為模板鏈模板鏈 ( (template strand)。 相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)窍鄬?duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈編碼鏈 ( (coding

5、 strand)。 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因* *：DNA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段。的區(qū)段。 5G C A G 5G C A G T T A C A A C A T T G G T T C3 C3 3c g t c a t g t a c a g53c g t c a t g t a c a g5 DNADNA 5G C A G 5G C A G U U A C A A C A U U G G U U C3 C3mRNAmRNA N Ala Val His Val CN Ala Val His Val C 多肽鏈多肽鏈 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 翻譯翻譯 編碼鏈編碼鏈 模板鏈模板鏈 5 5 3 3 3 3

6、 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈 編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄* *(asymmetric transcription) 在在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段分子雙鏈上某一區(qū)段,一股鏈用一股鏈用 作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 ； 模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。 5 3 3 5 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列調(diào)控序列 RNA-pol RNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為的部位，稱為啟動(dòng)子啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位= =啟動(dòng)子啟動(dòng)子+ +結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因+ +終止

7、區(qū)終止區(qū) TTGACA盒盒 TATA盒盒 啟動(dòng)子區(qū)啟動(dòng)子區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 -10bp-10bp+1+1轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNARNA -35bp-35bp 終止區(qū)終止區(qū) RNA聚合酶保護(hù)法聚合酶保護(hù)法 開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄 T T G A C A A A C T G T -35 區(qū)區(qū) (Pribnow box) T A T A A T Pu A T A T T A Py -10 區(qū)區(qū) 1-30-5010-10-40-20 5 3 3 5 原核生物啟動(dòng)子保守序列原核生物啟動(dòng)子保守序列 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn) (recognition site) 5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)

8、聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 3 3 原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)及其功能區(qū)原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)及其功能區(qū) 核心酶核心酶 因子因子 RNA聚合酶聚合酶 +1 TTGACATATAAT AACTGTATATTA -10 (Pribnow box) 下游下游 上上 游游 結(jié)合部位結(jié)合部位 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 -GCGC-CAAT-TATA 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 真核生物啟動(dòng)子保守序列真核生物啟動(dòng)子保守序列 真核生物的啟動(dòng)子真核生物的啟動(dòng)子 被被轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子而不是而不是 RNA聚合酶所識(shí)聚合酶所識(shí) 別別 （二）（二）終止子終止子 (te

9、rminator) 提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列序列稱為稱為終止子終止子. 兩類終止子兩類終止子 不依賴不依賴Rho因子的終止子因子的終止子 富含富含GC的回文及的回文及 3-端系列端系列U結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 依賴依賴Rho因子的終止子因子的終止子 原核生物終止子：原核生物終止子： 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程 The Process of Transcription 第二節(jié)第二節(jié) （一）轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問題： RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模 板的起始區(qū)域。板的起始區(qū)域。 1. DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為雙鏈

10、解開，使其中的一條鏈作為 轉(zhuǎn)錄的模板。轉(zhuǎn)錄的模板。 一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程 RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 因子辨認(rèn)啟動(dòng)子的因子辨認(rèn)啟動(dòng)子的識(shí)別部位識(shí)別部位 核心酶與核心酶與TATA盒盒結(jié)合結(jié)合 因子脫落。因子脫落。 RNA-pol全酶全酶( 2)與模板結(jié)合與模板結(jié)合 DNA雙鏈局部構(gòu)象改變，解開約雙鏈局部構(gòu)象改變，解開約17bp17bp長(zhǎng)度長(zhǎng)度 RNA聚合酶與模板結(jié)合后，聚合酶與模板結(jié)合后，GTP(ATP)加入，加入， 第一個(gè)磷酸二酯鍵生成第一個(gè)磷酸二酯鍵生成, 形成形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物： RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)

11、合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物 轉(zhuǎn)錄過程中的模板識(shí)別、起始和延伸轉(zhuǎn)錄過程中的模板識(shí)別、起始和延伸 （二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng) 亞基脫落，亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，聚合酶核心酶變構(gòu)， 與模板結(jié)合松弛，沿著與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；模板前移； 2. 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不斷聚合，不斷聚合， RNA鏈不斷延長(zhǎng)。鏈不斷延長(zhǎng)。 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 編碼鏈編碼鏈 模板鏈模板鏈 RNA-DNA雜交鏈雜交鏈 轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡

12、轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng) 雙鏈重新雙鏈重新 形成形成 pppGpN- 5 3 RNA pol 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物：轉(zhuǎn)錄復(fù)合物：酶酶- -DNA-RNA：轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡 RNA 5 3 DNA 原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象 核糖體核糖體 RNA RNA聚合酶聚合酶 （三）（三）原核生物的轉(zhuǎn)錄終止原核生物的轉(zhuǎn)錄終止 指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停頓下模板上停頓下 來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù) 合物上脫落下來。合物上脫落下來。 1. 1. 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 2. 2. 不依賴不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止

13、因子因子 1. 1. 識(shí)別結(jié)合識(shí)別結(jié)合富含富含C C的的RNA鏈鏈 功能功能 2. 2. ATPase活性活性 3. 3. 解螺旋酶活性解螺旋酶活性 Rho具有具有ATP酶酶 和解旋酶的活性和解旋酶的活性 構(gòu)象發(fā)構(gòu)象發(fā) 生改變生改變 1. 1. 依賴依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 2. 2. 非依賴非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠模板上靠 近終止處，有些特近終止處，有些特 殊的堿基序列，轉(zhuǎn)殊的堿基序列，轉(zhuǎn) 錄出錄出RNA后，后，RNA 產(chǎn)物產(chǎn)物形成特殊的結(jié)形成特殊的結(jié) 構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCU

14、GGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU. 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 莖環(huán)莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； DNA

15、和和RNA各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈各自形成自己的局部雙鏈，使雜化鏈 更加不穩(wěn)定，以致轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體。更加不穩(wěn)定，以致轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解體。 33端一連串端一連串U，UA配對(duì)最不穩(wěn)定，易從模板上脫配對(duì)最不穩(wěn)定，易從模板上脫 落。落。 5 5 pppGpppG 5 5 3 3 3 3 5 5 RNA-polRNA-pol 莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程 （一）轉(zhuǎn)錄起始（一）轉(zhuǎn)錄起始 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核 生物多樣化，生物多樣化，其起始過程比原核生物復(fù)其起始過程比原核生物復(fù) 雜。雜。

16、 轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接識(shí)別、不直接識(shí)別、 結(jié)合模板，結(jié)合模板，而是需要眾多而是需要眾多轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子的幫的幫 助。助。 含有共同序列：含有共同序列：TATA序列序列 (Hogness 盒）盒） (-25bp區(qū)區(qū)) CAAT盒盒 （-75bp區(qū)區(qū)) GC盒盒 等等 由由 順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)組成組成 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)前的上游區(qū)段轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)前的上游區(qū)段 轉(zhuǎn)錄起始部位轉(zhuǎn)錄起始部位 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件( (cis-acting element) 1. 1. 轉(zhuǎn)

17、錄起始前的上游區(qū)段轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 AATAAA 切離加尾切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 修飾點(diǎn)修飾點(diǎn) 外顯子外顯子 翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn) 內(nèi)內(nèi) 含含 子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體 2. 2. 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游 區(qū)段區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種， 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為反式作用因子反式作用因子(trans-acting (trans-acting factors)factors)。 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合反式作用因子中，直接或間接結(jié)合 RNA聚合酶的，則稱為聚合酶的，則

18、稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 (transcriptional factors, TF)(transcriptional factors, TF)。 參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF 蛋蛋白白激激酶酶活活性性，使使CTD磷磷 酸酸化化 TFH ATPase57（ ） 34（ ）TFE 解解螺螺旋旋酶酶30，74TFF 促促進(jìn)進(jìn)RNA-pol結(jié)結(jié)合合及及作作 為為其其他他因因子子結(jié)結(jié)合合的的橋橋梁梁 33TFB 穩(wěn)穩(wěn)定定TFD-DNA復(fù)復(fù)合合物物12，19，35TFA 輔輔助助TBP-DNA結(jié)結(jié)合合TAF* 結(jié)結(jié)合合TATA盒盒TBP* 38TFD 功功能能亞亞基基組組成成，分分子子量量(kD)轉(zhuǎn)

19、轉(zhuǎn)錄錄因因子子 蛋蛋白白激激酶酶活活性性，使使CTD磷磷 酸酸化化 TFH ATPase57（ ） 34（ ）TFE 解解螺螺旋旋酶酶30，74TFF 促促進(jìn)進(jìn)RNA-pol結(jié)結(jié)合合及及作作 為為其其他他因因子子結(jié)結(jié)合合的的橋橋梁梁 33TFB 穩(wěn)穩(wěn)定定TFD-DNA復(fù)復(fù)合合物物12，19，35TFA 輔輔助助TBP-DNA結(jié)結(jié)合合TAF* 結(jié)結(jié)合合TATA盒盒TBP* 38TFD 功功能能亞亞基基組組成成，分分子子量量(kD)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄因因子子 3. 3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 ( (pre-initiation complex, PIC) ) 真核生物真核生物RNA-pol不與不

20、與DNA分子直接結(jié)分子直接結(jié) 合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 三類轉(zhuǎn)錄因子（對(duì)應(yīng)于三類三類轉(zhuǎn)錄因子（對(duì)應(yīng)于三類RNA-pol）：）： TF I、 TF II、 TF III TF（ A、B、D、E、F、H ) 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子和和轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(PIC) RNA-pol II借助借助 TF（A、B、D、E、F、H ) 之間及之間及 TF與順式作用元件之間的相互識(shí)別、結(jié)與順式作用元件之間的相互識(shí)別、結(jié) 合，與模板形成合，與模板形成 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物（PIC） TFD 首先與首先與 模板的模板的TATA 盒盒結(jié)合，結(jié)合， 各種各種 TF

21、之間相互識(shí)別、結(jié)合之間相互識(shí)別、結(jié)合.。 RNA-pol加入，逐步形成加入，逐步形成 PIC： A D B E F 轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(PIC)的形成的形成 RNA-pol II DNA TATA PIC TF II DTF II BTF II ARNA-pol II / TF II FTF II E/H TATA H POL- TFF A B 由由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的催化轉(zhuǎn)錄的PIC POL- TFF H E TBP TAF TFD-A-B-DNA復(fù)合物復(fù)合物 TATA A B TBP TAF TATA H E CTD-P PIC組裝完成，組裝完成，TFH使使CTD磷酸化

22、磷酸化 4. 4. 拼板理論拼板理論(piecing theory)(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3 3至至5 5 個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。 轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活 性，有專一性的復(fù)合物性，有專一性的復(fù)合物 再與再與RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性聚合酶搭配而有針對(duì)性 地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。 （二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng) 真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程與原核生物大真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程與原核生物大 致相似，但因有致相似，但因有核膜相隔核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻，沒有轉(zhuǎn)錄與翻 譯同步的現(xiàn)象。譯同步的

23、現(xiàn)象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程中可以觀察到轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程中可以觀察到核小體移核小體移 位和解聚位和解聚現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 RNA-Pol RNA-Pol RNA-Pol 核小體核小體 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 延延 長(zhǎng)長(zhǎng) 中中 的的 核核 小小 體體 移移 位位 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 （三）轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。 5 -AAUAAA- 5 -AAUAAA- 核酸酶核酸酶 -GUGUGUG RNA-pol AATAAA GTGTGTG 轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn) 5 5 3 3 3 3 加尾加尾 AAAAAAA 3 mR

24、NA 真核生物轉(zhuǎn)錄終止和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)真核生物轉(zhuǎn)錄終止和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān) RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 Post-transcriptional Modification 第三節(jié)第三節(jié) 幾種主要的修飾方式幾種主要的修飾方式 1. 1. 剪接剪接(splicing)(splicing) 2. 2. 剪切剪切(cleavage)(cleavage) 3. 3. 修飾修飾(modification)(modification)4. 4. 添加添加(addition)(addition) 5. 5. 編輯編輯(editing)(editing) ( (一一) )mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工

25、* * (“(“穿靴、戴帽穿靴、戴帽”、切除內(nèi)含子）、切除內(nèi)含子） 1.1.首、尾的修飾首、尾的修飾 5 5 端形成端形成 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)( (m7m7GpppGp )GpppGp ) 3 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴( (poly A tail) ) 一、真核生物一、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 5 pppGp 5 GpppGp pppG ppi 鳥苷酸鳥苷酸 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 5 m7GpppGp 甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶 SAM 帽帽 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 的的 生生 成成 5 ppGp 磷酸酶磷酸酶 Pi 5 3 AAUAAA 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶(RAaseIII)

26、5 OH3 AAUAAA （ATP）n nPPi PolyA聚合酶聚合酶 5 AAA(A)nOH3 AAUAAA 3 -polyA尾結(jié)構(gòu)的生成尾結(jié)構(gòu)的生成 終止修飾點(diǎn)終止修飾點(diǎn) 2、3 -polyA尾巴尾巴 增加增加mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 體外分離體外分離mRNA的分子基礎(chǔ)的分子基礎(chǔ) 1、5 端端( m7Gppp-帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu) 避免避免mRNA降解降解 帽子結(jié)合蛋白（帽子結(jié)合蛋白（CBP）辨認(rèn)）辨認(rèn)mRNA，與翻譯，與翻譯 起始相關(guān)起始相關(guān) mRNA首尾修飾的生物學(xué)意義及應(yīng)用：首尾修飾的生物學(xué)意義及應(yīng)用： 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼 區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔

27、開但又連續(xù)鑲嵌區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌 而成，這種基因稱為而成，這種基因稱為斷裂基因斷裂基因。 (1)(1)斷裂基因斷裂基因(splite gene)(splite gene) C CA AB BD D 編碼區(qū)編碼區(qū) A A、B B、C C、D D 非編碼區(qū)非編碼區(qū) 2 2.mRNA的剪接的剪接 (2) (2) 外顯子外顯子(exon)(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron)(intron) 外顯子外顯子 在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)， 并表達(dá)為成熟并表達(dá)為成熟RNARNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子內(nèi)含子 在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出

28、現(xiàn)，在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)， 而在剪接過程中被除去的核酸序列。而在剪接過程中被除去的核酸序列。 (3) (3) hnRNA 和和 snRNA 核內(nèi)的初級(jí)核內(nèi)的初級(jí)mRNAmRNA稱為核不均一稱為核不均一RNA RNA (hetero-nuclear RNA,(hetero-nuclear RNA, hnRNAhnRNA) ) snRNA snRNA (small nuclear RNA)(small nuclear RNA)核內(nèi)小核內(nèi)小RNARNA 核內(nèi)的蛋白質(zhì)核內(nèi)的蛋白質(zhì) 小分子核糖核酸蛋白體小分子核糖核酸蛋白體 （并接體（并接體, splicesome, splicesome）

29、snRNAsnRNA hnRNA hnRNA 剪接的場(chǎng)所剪接的場(chǎng)所 (4)(4)mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。中的內(nèi)含子，將外顯子連接。 snRNA與與hnRNA結(jié)合成為并接體結(jié)合成為并接體 外顯子外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 形成套索形成套索RNARNA，外顯子靠近，外顯子靠近剪接體剪接體 去除套索去除套索RNARNA，外顯子連接，外顯子連接 成熟成熟mRNAmRNA mRNA的剪接的剪接 hnRNA 剪接作用（二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)）剪接作用（二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)） 剪接部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：剪接部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（GU-AG規(guī)則）規(guī)則） 內(nèi)含子末端的特殊序列起始為內(nèi)含子末端的

30、特殊序列起始為GU，終止于，終止于AG。 （剪接接口剪接接口） 2050bp 5剪接點(diǎn)剪接點(diǎn) 3剪接點(diǎn)剪接點(diǎn) 分支點(diǎn)分支點(diǎn) 上游外顯子上游外顯子AGAAGUA（Py)n NCG下游外顯子下游外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 雞卵清蛋白雞卵清蛋白 基因基因 hnRNAhnRNA 首、尾修飾首、尾修飾 hnRNAhnRNA剪接剪接 成熟的成熟的mRNAmRNA 雞雞 卵卵 清清 蛋蛋 白白 基基 因因 及及 其其 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄、錄、 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 后后 修修 飾飾 (5)(5)mRNA的編輯的編輯 在生成在生成mRNAmRNA后后, ,通過添加、刪除或置換核苷酸，從而使遺通過添加、刪除或置換核苷酸，從而使遺 傳信息發(fā)生改變。傳信息發(fā)生改變。 結(jié)果：由一個(gè)基因產(chǎn)生不止一種蛋白。結(jié)果：由一個(gè)基因產(chǎn)生不止一種蛋白。 人類人類apo Bapo B基因基因 mRNAmRNA（1450014500個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸） 肝臟肝臟 apo B100apo B100 （分子量為（分子量為500000500000） 腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞 apo B48apo B48 （分子量為（分子量為240000240000） mRNAmRNA編輯編輯 mRNAmRNA前體中前體中 第第21532153位的位的 密碼子密碼子CAACAA 中