第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工

1、 第六講第六講 RNARNA的生物合成的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工與轉(zhuǎn)錄后加工 執(zhí)行生命功能、表現(xiàn)生命特征的主要物質(zhì)是執(zhí)行生命功能、表現(xiàn)生命特征的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子。DNA貯存著決定生物特征的遺傳信貯存著決定生物特征的遺傳信息，只有通過蛋白質(zhì)才能表達(dá)出它的生命意義，息，只有通過蛋白質(zhì)才能表達(dá)出它的生命意義，直接決定蛋白質(zhì)合成及蛋白質(zhì)特征的不是直接決定蛋白質(zhì)合成及蛋白質(zhì)特征的不是RNA而而是是DNA，因而人們確定，因而人們確定DNA是遺傳信息貯存者后是遺傳信息貯存者后就推測(cè)就推測(cè)DNA是通過是通過RNA去決定蛋白質(zhì)合成的去決定蛋白質(zhì)合成的。50年代末年代末RNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)聚合酶的發(fā)現(xiàn)開始

2、證實(shí)了這一推測(cè)。開始證實(shí)了這一推測(cè)。 以以DNA為模板合成為模板合成RNA的過程稱為的過程稱為轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription）。轉(zhuǎn)錄是生物界）。轉(zhuǎn)錄是生物界RNA合成的主要合成的主要方式，是方式，是遺傳信息即遺傳信息即DNA向向RNA傳遞過程，也是基傳遞過程，也是基因表達(dá)的開始因表達(dá)的開始（圖圖6-1）。轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷）。轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的酶叫做酸聚合過程，所需的酶叫做依賴依賴DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級(jí)轉(zhuǎn)錄物為）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級(jí)轉(zhuǎn)錄物為RNA前體，它前體，它們必須經(jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓膫儽仨毥?jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓腞NA，才能表現(xiàn)其，

3、才能表現(xiàn)其生物活性。生物活性。圖圖 6-1 DNA轉(zhuǎn)錄的基本過程轉(zhuǎn)錄的基本過程 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 RNA合成的酶學(xué)基礎(chǔ)合成的酶學(xué)基礎(chǔ) RNA合成的基本過程合成的基本過程 RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾 真核和原核細(xì)胞內(nèi)都存在有真核和原核細(xì)胞內(nèi)都存在有DDRPDDRP，迄今發(fā)現(xiàn)的，迄今發(fā)現(xiàn)的DDRPDDRP的有以下特點(diǎn)：的有以下特點(diǎn)：以以DNADNA為模板為模板: : 在在DNADNA的兩條多的兩條多苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板模板鏈鏈，又叫，又叫反義鏈反義鏈。DNADNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈雙鏈中另一條不做為模

4、板的鏈叫做叫做編碼鏈編碼鏈，又叫，又叫有意義鏈有意義鏈，編碼鏈的的序列與轉(zhuǎn)錄，編碼鏈的的序列與轉(zhuǎn)錄本本RNARNA的序列相同，只是在編碼鏈上的的序列相同，只是在編碼鏈上的T T在轉(zhuǎn)錄本在轉(zhuǎn)錄本RNARNA為為U U，由于，由于RNARNA的轉(zhuǎn)錄合成是以的轉(zhuǎn)錄合成是以DNADNA的一條鏈為模板而的一條鏈為模板而進(jìn)行的，所以這種轉(zhuǎn)錄方式又叫做進(jìn)行的，所以這種轉(zhuǎn)錄方式又叫做不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。1、RNA合成的酶學(xué)基礎(chǔ)合成的酶學(xué)基礎(chǔ)5 G C A G T A C A T G T C3 3 c g t c a t g t a c a g5 5 G C A G U A C A U G U C3 N Al

5、a Val His Val C DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯翻譯肽肽DNA模板、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物模板、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA 和氨基酸序列之間的關(guān)系和氨基酸序列之間的關(guān)系編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈5 5 3 3 3 3 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)錄方向都以都以四種三磷酸核苷四種三磷酸核苷酸酸的底物的底物為為原料；原料；都遵循都遵循DNADNA與與RNARNA之間的之間的堿基配對(duì)原堿基配對(duì)原則則，A=UA=U，T=AT=A，C=GC=G，合成與模板合成與模板DNADNA序列互補(bǔ)的序列互補(bǔ)的RNARNA鏈鏈；RNARNA鏈的延長(zhǎng)方向是鏈的延長(zhǎng)方

6、向是5 533的連續(xù)合成的連續(xù)合成；需要需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+離子離子；并不需要引物并不需要引物。RNARNA聚合酶聚合酶缺乏缺乏3 355外切酶外切酶活性活性，所以沒有校正功能。，所以沒有校正功能。（1）RNA聚合酶所催化的反應(yīng)聚合酶所催化的反應(yīng)（2）大腸桿菌）大腸桿菌RNA聚合酶聚合酶表表 6-1 大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶聚合酶 亞單位亞單位 分子量分子量亞單位數(shù)目亞單位數(shù)目功能功能 36512 36512 2 2 決定哪此基因決定哪此基因被轉(zhuǎn)錄被轉(zhuǎn)錄 1506181506181 1與轉(zhuǎn)錄全過程與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)有關(guān)1556131556131 1結(jié)合結(jié)合DNADNA模板

7、模板 70263702631 1辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) RNARNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 亞基組成：亞基組成： 2 2w w = = 2 2w w + + 全酶全酶 核心酶核心酶 RNARNA聚合酶的組成聚合酶的組成 亞基亞基 解開前方的解開前方的DNADNA雙螺旋、恢復(fù)雙螺旋、恢復(fù)后面的后面的DNADNA雙螺旋雙螺旋 亞基亞基 催化磷酸二酯鍵的形成催化磷酸二酯鍵的形成 亞基亞基 與與DNADNA的非模板鏈結(jié)合的非模板鏈結(jié)合 核心酶：解開前方的核心酶：解開前方的DNAD

8、NA雙螺旋、雙螺旋、RNARNA鏈的延鏈的延伸、恢復(fù)后面的伸、恢復(fù)后面的DNADNA雙螺旋雙螺旋 亞基：識(shí)別亞基：識(shí)別DNADNA上轉(zhuǎn)錄的起始部位，從而引上轉(zhuǎn)錄的起始部位，從而引導(dǎo)全酶結(jié)合上去導(dǎo)全酶結(jié)合上去此外，每個(gè)此外，每個(gè)RNARNA聚合酶還含有聚合酶還含有2 2個(gè)個(gè)ZnZn離子。離子。（3）真核生物）真核生物RNA聚合酶聚合酶表表 6-2 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 種類種類分布分布合成的合成的RNARNA類型類型對(duì)對(duì)-鵝膏蕈鵝膏蕈堿的敏感性堿的敏感性 核仁核仁 rRNA rRNA 不敏感不敏感 核質(zhì)核質(zhì)hnRNAhnRNA低濃度敏感低濃度敏感核質(zhì)核質(zhì)tRNAtRNA，5S

9、RNA5S RNA高濃度敏感高濃度敏感MtMt線粒體線粒體線粒體線粒體RNAsRNAs不敏感不敏感真核生物真核生物RNARNA聚合酶的共同特征聚合酶的共同特征3 3種聚合酶都由種聚合酶都由2 2個(gè)大亞基，個(gè)大亞基，1212個(gè)以上的小亞基個(gè)以上的小亞基組成；組成；在在3 3種聚合酶之間，最大種聚合酶之間，最大2 2個(gè)亞基，個(gè)亞基，至少至少5 5個(gè)小亞個(gè)小亞基基的基因編碼區(qū)具有同源性；的基因編碼區(qū)具有同源性；4-74-7種小亞基為各種小亞基為各種種RNARNA聚合酶特有；聚合酶特有；都具有原核都具有原核RNA RNA 聚合酶核心聚合酶核心 2 2同源的亞基；同源的亞基；最大亞基與最大亞基與 相似，

10、次最大亞基與相似，次最大亞基與 相似；相似；RNA RNA 聚合酶的羧基末端結(jié)構(gòu)域（聚合酶的羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTDCTD） RNA RNA 聚合酶聚合酶IIII最大亞基的羧基端最大亞基的羧基端, , 存存在著一種在著一種6 6個(gè)氨基酸的重復(fù)序列個(gè)氨基酸的重復(fù)序列: Tyr-: Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser, Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser, 在哺乳類中在哺乳類中重復(fù)重復(fù)5252次，在酵母中重復(fù)次，在酵母中重復(fù)2626次，稱為次，稱為CTDCTD。 轉(zhuǎn)錄起始時(shí)：轉(zhuǎn)錄起始時(shí)：SerSer、ThrThr的羥基非磷酸的羥基非磷酸化，易與化，易與DNADNA結(jié)合

11、；結(jié)合； 轉(zhuǎn)錄延伸時(shí)，磷酸化，松弛與轉(zhuǎn)錄延伸時(shí)，磷酸化，松弛與DNADNA的的結(jié)合。結(jié)合。2、轉(zhuǎn)錄的基本過程、轉(zhuǎn)錄的基本過程（圖圖6-2）（1）RNA合成的識(shí)別合成的識(shí)別 （2）RNA合成的起始與延伸過程合成的起始與延伸過程 （3） RNA合成的終止階段合成的終止階段圖圖6-2轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的主的主要過要過程程 原核生物：原核生物： Pribnow框和框和Sextama框（圖框（圖6-3） 真核生物：真核生物：TATA框和框和CAAT框（圖框（圖6-4）（1）轉(zhuǎn)錄的識(shí)別）轉(zhuǎn)錄的識(shí)別 啟動(dòng)子啟動(dòng)子圖圖6-3原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)示意圖原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是指與新生轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是指與新生RNA鏈

12、第一個(gè)核苷酸鏈第一個(gè)核苷酸相對(duì)應(yīng)相對(duì)應(yīng)DNA鏈上的堿基，研究證實(shí)通常鏈上的堿基，研究證實(shí)通常為一個(gè)嘌呤。常把起點(diǎn)前面，即為一個(gè)嘌呤。常把起點(diǎn)前面，即5末端的末端的序列稱為上游序列稱為上游(upstream)，而把其后面即，而把其后面即3末端的序列稱為下游末端的序列稱為下游(downstream)。在。在描述堿基的位置時(shí)，一般用數(shù)字表示，起描述堿基的位置時(shí)，一般用數(shù)字表示，起點(diǎn)為點(diǎn)為+1，下游方向依次為，下游方向依次為+2、+3，上游方向依次為上游方向依次為-1、-2、-3。Pribnow 框：框： 10區(qū)，保守序列為區(qū)，保守序列為 TATAAT。Pribnow 框是框是RNA聚合酶的牢固結(jié)合位

13、點(diǎn)，聚合酶的牢固結(jié)合位點(diǎn)，簡(jiǎn)稱結(jié)合位點(diǎn)。簡(jiǎn)稱結(jié)合位點(diǎn)。細(xì)菌中常見兩種啟動(dòng)子突變：細(xì)菌中常見兩種啟動(dòng)子突變：?jiǎn)?dòng)子上升突變，提高轉(zhuǎn)錄活性；啟動(dòng)子上升突變，提高轉(zhuǎn)錄活性；啟動(dòng)子下降突變，降低轉(zhuǎn)錄水平。啟動(dòng)子下降突變，降低轉(zhuǎn)錄水平。 的存在保證原核生物的存在保證原核生物RNA聚合酶只能與啟聚合酶只能與啟 動(dòng)子區(qū)而不是其它區(qū)域形成穩(wěn)定的二元復(fù)合物。動(dòng)子區(qū)而不是其它區(qū)域形成穩(wěn)定的二元復(fù)合物。Sextama 框：框： 35區(qū)，保守序列為區(qū)，保守序列為TTGACA。Sextama 框是框是RNA聚合酶中聚合酶中 的識(shí)別位點(diǎn)，的識(shí)別位點(diǎn)， 也是也是RNA聚合酶的初始結(jié)合位點(diǎn)。聚合酶的初始結(jié)合位點(diǎn)。Pribno

14、w 框與框與Sextama 框之間的堿基序列框之間的堿基序列 并不重要，但兩個(gè)序列之間的距離十分重要；并不重要，但兩個(gè)序列之間的距離十分重要；天然啟動(dòng)子這段距離多為天然啟動(dòng)子這段距離多為1520bp，距離的，距離的 大小可能是決定啟動(dòng)子強(qiáng)度的因素之一。大小可能是決定啟動(dòng)子強(qiáng)度的因素之一。實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)序列之間的距離為實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)序列之間的距離為17bp時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)錄效率最高。轉(zhuǎn)錄效率最高。圖圖6-4真核生物的啟動(dòng)子序列真核生物的啟動(dòng)子序列 （2）轉(zhuǎn)錄的起始）轉(zhuǎn)錄的起始 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。

15、板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。轉(zhuǎn)錄的模板。4. 4. 1010區(qū)區(qū)DNADNA雙鏈解開雙鏈解開121217bp，形成開放的二，形成開放的二 元元啟動(dòng)子復(fù)合物（模板酶）。啟動(dòng)子復(fù)合物（模板酶）。 2. RNA2. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( ( 2 2) )與模板與模板3535序列結(jié)合，形序列結(jié)合，形成閉合的成閉合的二元閉合啟動(dòng)子復(fù)合物二元閉合啟動(dòng)子復(fù)合物。u 轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程1. 因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（-35區(qū)的區(qū)的TTGACA序列）序列）3. RNA聚合酶向聚合酶向10區(qū)轉(zhuǎn)移，并與之牢固結(jié)合。區(qū)轉(zhuǎn)移，并與之

16、牢固結(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:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi5. 5. 在在RNARNA聚合酶聚合酶亞基催化下形成第一個(gè)磷酸二亞基催化下形成第一個(gè)磷酸二酯鍵，形成三元復(fù)合物酯鍵，形成三元復(fù)合物（模板酶（模板酶RNARNA）。）。6. 當(dāng)三元復(fù)合物中當(dāng)三元復(fù)合物中RNA長(zhǎng)長(zhǎng)69個(gè)核苷酸時(shí)，個(gè)核苷酸時(shí)， 因子因子 從全酶解離下來，進(jìn)入延長(zhǎng)階段。從全酶解離下來，進(jìn)入延長(zhǎng)階段。 RNA聚合酶有兩個(gè)核苷酸結(jié)合位點(diǎn)：聚合酶有兩個(gè)核苷酸結(jié)合位點(diǎn)： 一個(gè)是起始核苷酸位點(diǎn)；一個(gè)是延長(zhǎng)核

17、苷酸位點(diǎn)。一個(gè)是起始核苷酸位點(diǎn)；一個(gè)是延長(zhǎng)核苷酸位點(diǎn)。一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位點(diǎn)，才能形成一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位點(diǎn)，才能形成第一個(gè)磷酸二酯鍵。第一個(gè)磷酸二酯鍵。 RNA合成的第一個(gè)核苷酸總有合成的第一個(gè)核苷酸總有GTP或或ATP，以，以GTP常見，此時(shí)常見，此時(shí) 因子從全酶因子從全酶解離下來，靠核心酶在解離下來，靠核心酶在DNA鏈上向下游鏈上向下游滑動(dòng)，而脫落的滑動(dòng)，而脫落的 因子與另一個(gè)核心酶結(jié)因子與另一個(gè)核心酶結(jié)合成全酶反復(fù)利用。合成全酶反復(fù)利用。 真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，已經(jīng)知道，需要多種蛋白因子的協(xié)助，已經(jīng)知道，

18、在所有的細(xì)胞中有一類叫做在所有的細(xì)胞中有一類叫做轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)分子，它們與的蛋白質(zhì)分子，它們與RNARNA聚合酶聚合酶形形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始的過程。始的過程。 真核生物基因中，有專門為蛋白質(zhì)真核生物基因中，有專門為蛋白質(zhì)編碼的基因，這些基因由編碼的基因，這些基因由RNARNA聚合酶聚合酶負(fù)責(zé)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄起始關(guān)鍵性作用。根據(jù)負(fù)責(zé)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄起始關(guān)鍵性作用。根據(jù)這些轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)可大致分為這些轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)可大致分為以下以下二類二類： 第一類為第一類為普遍轉(zhuǎn)錄因子普遍轉(zhuǎn)錄因子：它們與它們與RNARNA聚合酶聚合酶共同組成共同組成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合

19、物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄才能在正確的位置上開始。普遍轉(zhuǎn)錄因子才能在正確的位置上開始。普遍轉(zhuǎn)錄因子是由多種蛋白質(zhì)分子組成的，其中包括特是由多種蛋白質(zhì)分子組成的，其中包括特異結(jié)合在異結(jié)合在TATATATA盒上的蛋白質(zhì)，叫做盒上的蛋白質(zhì)，叫做TATATATA盒盒結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白，還有，還有形形成一組復(fù)合物叫做成一組復(fù)合物叫做轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子因子DD。TFDTFD再與再與RNARNA聚合酶聚合酶結(jié)合完結(jié)合完成成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（的形成（圖圖6-56-5） 。圖圖6-5轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的模式圖轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的模式圖 第二類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)第二類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子或

20、者叫錄因子或者叫可誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)錄因子可誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)錄因子：這類：這類TF是在特異的組織細(xì)胞或是受到一些類固醇是在特異的組織細(xì)胞或是受到一些類固醇激素，生長(zhǎng)因子或其它刺激后，開始表達(dá)激素，生長(zhǎng)因子或其它刺激后，開始表達(dá)某些特異蛋白質(zhì)分子時(shí)才需要的一類轉(zhuǎn)錄某些特異蛋白質(zhì)分子時(shí)才需要的一類轉(zhuǎn)錄因子。因子。 RNA鏈的延長(zhǎng)靠核心酶的催化，在起始復(fù)合物鏈的延長(zhǎng)靠核心酶的催化，在起始復(fù)合物上第一個(gè)上第一個(gè)GTP的核糖的核糖3-OH上與上與DNA模板能配對(duì)的模板能配對(duì)的第二個(gè)三磷酸核苷酸起反應(yīng)形成第二個(gè)三磷酸核苷酸起反應(yīng)形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵。聚合。聚合進(jìn)去的核苷酸又有核糖進(jìn)去的核苷酸又有核糖3-OH游離，這樣就

21、可按模游離，這樣就可按模板板DNA的指引，一個(gè)接一個(gè)地延長(zhǎng)下去。因此的指引，一個(gè)接一個(gè)地延長(zhǎng)下去。因此RNA鏈的合成方向也是鏈的合成方向也是5-3。由于。由于DNA鏈與合成的鏈與合成的RNA鏈具有反平行關(guān)系，所以鏈具有反平行關(guān)系，所以RNA聚合酶是沿著聚合酶是沿著DNA鏈鏈3-5方向移動(dòng)方向移動(dòng)。（3）轉(zhuǎn)錄的延伸）轉(zhuǎn)錄的延伸 整個(gè)轉(zhuǎn)錄過程是由整個(gè)轉(zhuǎn)錄過程是由同一個(gè)同一個(gè)RNA聚合聚合酶來完成的一個(gè)連續(xù)不斷的反應(yīng)酶來完成的一個(gè)連續(xù)不斷的反應(yīng)，轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄本本RNA生成后，暫時(shí)與生成后，暫時(shí)與DNA模板鏈形成模板鏈形成DNARNA雜交體，長(zhǎng)度約為雜交體，長(zhǎng)度約為12個(gè)堿基對(duì)個(gè)堿基對(duì)，形成一個(gè)形成一個(gè)

22、轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡（圖圖6 6-6）。轉(zhuǎn)錄速度大）。轉(zhuǎn)錄速度大約是每秒鐘約是每秒鐘30-50個(gè)核苷酸，但并不是以個(gè)核苷酸，但并不是以恒定速度進(jìn)行的。恒定速度進(jìn)行的。圖圖6-6轉(zhuǎn)錄的延伸過程轉(zhuǎn)錄的延伸過程 1. 1. 亞基脫落，亞基脫落，RNARNA聚合酶核心酶變構(gòu)，與模聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著板結(jié)合松弛，沿著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不斷聚合，不斷聚合，RNARNA鏈不鏈不斷延長(zhǎng)。斷延長(zhǎng)。3. 3. 堿基配對(duì)原則：堿基配對(duì)原則：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C4. 4. 延長(zhǎng)中的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物也叫轉(zhuǎn)錄泡。隨著延長(zhǎng)中的轉(zhuǎn)

23、錄復(fù)合物也叫轉(zhuǎn)錄泡。隨著RNARNA 聚合酶前移，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物聚合酶前移，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNARNA不斷移出轉(zhuǎn)錄泡，不斷移出轉(zhuǎn)錄泡， 已轉(zhuǎn)錄完畢的已轉(zhuǎn)錄完畢的DNADNA雙鏈又重新復(fù)合而不再打開。雙鏈又重新復(fù)合而不再打開。5. 5. 原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)進(jìn)行。原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)進(jìn)行。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi原核生物原核生物RNA轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)過程轉(zhuǎn)錄的延長(zhǎng)過程圖圖 6-7 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5 3 DNA核糖體核糖體RNARNA聚合酶聚合酶 依賴依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 非依賴非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止（4

24、 4）轉(zhuǎn)錄的終止和新生）轉(zhuǎn)錄的終止和新生RNARNA鏈的釋放鏈的釋放指指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。 分類分類依賴依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止（因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖圖6-8）1969年，年，Roberts發(fā)現(xiàn)了能控制轉(zhuǎn)錄終止的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了能控制轉(zhuǎn)錄終止的蛋白質(zhì)，即即因子。因子。 它由相同的它由相同的6個(gè)亞基組成六聚體，分子量個(gè)亞基組成六聚體，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，是促使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄三元復(fù)合物錄三元復(fù)合物解離的根本原因。

25、解離的根本原因。因子的因子的NTP酶活酶活性依賴于單鏈性依賴于單鏈RNA的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。因子依賴性終止子含有一個(gè)因子依賴性終止子含有一個(gè)反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列，使，使 RNA末端形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延宕，末端形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延宕，因因子得以發(fā)揮作用，終止轉(zhuǎn)錄。子得以發(fā)揮作用，終止轉(zhuǎn)錄。圖圖 6-8非依賴非依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止（因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖圖6-9）DNA模板接近轉(zhuǎn)錄終止的區(qū)域內(nèi)，有較密集模板接近轉(zhuǎn)錄終止的區(qū)域內(nèi)，有較密集 的的A-T配對(duì)區(qū)或配對(duì)區(qū)或G-C配對(duì)區(qū)，且配對(duì)區(qū)，且G-C配對(duì)為回配對(duì)為回 文結(jié)構(gòu)。文結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的的3 -末端有若干個(gè)連續(xù)的末端有

26、若干個(gè)連續(xù)的U。連續(xù)連續(xù)U區(qū)的區(qū)的5 -端前方堿基形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)端前方堿基形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā) 夾結(jié)構(gòu)。這種二級(jí)結(jié)構(gòu)是阻止轉(zhuǎn)錄繼續(xù)向下夾結(jié)構(gòu)。這種二級(jí)結(jié)構(gòu)是阻止轉(zhuǎn)錄繼續(xù)向下 游推進(jìn)的關(guān)鍵。游推進(jìn)的關(guān)鍵。轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向3 3 5 TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3 3 5 5 DNA模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈AAAAAAUUUUUU5 CGCCCGAGCGGGCU5 TTTTTTDNA模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3 圖圖6-9 不依賴不依賴 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止莖環(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 使使RNA聚合酶變

27、構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 密集密集A-U 配對(duì)使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，配對(duì)使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，釋放釋放RNA。 5 pppG5 3 3 5 RNA-pol原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 原核生物原核生物 真核生物真核生物 RNA pol 一種一種 高度分工高度分工起始轉(zhuǎn)錄因子起始轉(zhuǎn)錄因子 沒有沒有 需要（各不同）需要（各不同）延長(zhǎng)核小體影響延長(zhǎng)核小體影響 沒有沒有 有有啟動(dòng)子以外序列啟動(dòng)子以外序列 沒有沒有 有且復(fù)雜有且復(fù)雜轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 多順反子多順反子 單順反子單順反子場(chǎng)場(chǎng) 所所 轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián) 不偶聯(lián)不偶聯(lián) 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 兩種終止

28、子兩種終止子 不明確不明確 轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似之處：轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似之處： 都是酶促的核苷酸聚合過程；都是酶促的核苷酸聚合過程； 都以都以DNA為模板；為模板； 都需依賴都需依賴DNA的聚合酶；的聚合酶； 聚合過程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵；聚合過程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵； 都從都從5至至3 方向延伸成新鏈多聚核苷酸；方向延伸成新鏈多聚核苷酸； 都遵從堿基配對(duì)規(guī)律都遵從堿基配對(duì)規(guī)律 但轉(zhuǎn)錄忠實(shí)性要低于但轉(zhuǎn)錄忠實(shí)性要低于DNA復(fù)制復(fù)制。 轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都受到嚴(yán)格的調(diào)控轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都受到嚴(yán)格的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同點(diǎn)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同點(diǎn) 轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別復(fù)制的區(qū)別 引物引物 有有 無無高度進(jìn)行

29、性高度進(jìn)行性 中途不停止中途不停止 可一段一段進(jìn)行可一段一段進(jìn)行A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對(duì)配對(duì)mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對(duì)配對(duì)mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）半保留復(fù)制）產(chǎn)物產(chǎn)物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)

30、錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制兩股鏈均復(fù)制模板模板轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制 3 3、轉(zhuǎn)錄后加工過程及其機(jī)制、轉(zhuǎn)錄后加工過程及其機(jī)制 mRNA的前體加工的前體加工 rRNA的前體加工的前體加工 tRNA的前體加工的前體加工 RNA的剪接和的剪接和RNA催化活性催化活性 RNA編輯編輯 真核細(xì)胞每種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是各種真核細(xì)胞每種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是各種RNA的前身，的前身， 即無活性，亦無功能。即無活性，亦無功能。 真核初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必須在胞核內(nèi)經(jīng)過適當(dāng)加工，真核初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必須在胞核內(nèi)經(jīng)過適當(dāng)加工， 使之變成具有活性的成熟使之變成具有活性的成熟RNA后，由胞核運(yùn)至胞后，由胞核運(yùn)至胞 質(zhì)才能執(zhí)行翻譯功能。質(zhì)

31、才能執(zhí)行翻譯功能。 真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄作用和翻譯作用無論在空間上還真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄作用和翻譯作用無論在空間上還 是時(shí)間上都是彼此分開進(jìn)行的。是時(shí)間上都是彼此分開進(jìn)行的。 原核細(xì)胞原核細(xì)胞mRNA不需加工，不需加工，tRNA和和rRNA加工。加工。 真核細(xì)胞與原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的區(qū)別：真核細(xì)胞與原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的區(qū)別： 3.1 3.1 mRNA的前體加工的前體加工 5 端形成端形成 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNp ) 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail) 中部剪接中部剪接除去內(nèi)含子除去內(nèi)含子 鏈內(nèi)部核苷酸的鏈內(nèi)部核苷酸的甲基化甲基化hnRNA轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過

32、程包括：的加工過程包括： 修飾的化學(xué)反應(yīng)：修飾的化學(xué)反應(yīng)： 5 -端的修飾在核內(nèi)完成，且先于中段剪切。端的修飾在核內(nèi)完成，且先于中段剪切。 5 帽子分帽子分Cap0、Cap1、Cap2。5 -端加上帽子結(jié)構(gòu)端加上帽子結(jié)構(gòu)(mGpppNp）5 pppN磷酸酶磷酸酶ppi5 pNpppGpi5 GpppN甲基化酶甲基化酶+CH3m7GpppN帽子帽子 0 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖5-9 帽子帽子 p161 mRNA帽子的生理功能：帽子的生理功能： 促進(jìn)某些促進(jìn)某些RNA的合成。的合成。 帽子結(jié)構(gòu)參與翻譯起始，帽帽子結(jié)構(gòu)參與翻譯起始，帽0結(jié)構(gòu)是核糖體識(shí)別結(jié)構(gòu)是核糖體識(shí)別 mRNA所必需的；核糖體上有帽結(jié)合蛋白。

33、所必需的；核糖體上有帽結(jié)合蛋白。 帽子結(jié)構(gòu)增加帽子結(jié)構(gòu)增加mRNA的穩(wěn)定性，保護(hù)的穩(wěn)定性，保護(hù)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。3 -端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA) polyA的出現(xiàn)不依賴的出現(xiàn)不依賴DNA模板。模板。 加尾信號(hào)：加尾信號(hào)：3 -末端出現(xiàn)末端出現(xiàn)AAUAAA及下游的及下游的 GU豐富區(qū)。在兩序列之間由特異的核酸內(nèi)豐富區(qū)。在兩序列之間由特異的核酸內(nèi) 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。 尾部修飾和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行。尾部修飾和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行。 3 -端修飾也在核內(nèi)完成，并先于端修飾也在核內(nèi)

34、完成，并先于mRNA中段中段 的剪接。的剪接。 polyA的有無及長(zhǎng)短是維持的有無及長(zhǎng)短是維持mRNA作為翻譯模作為翻譯模 板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身穩(wěn)定性的因素。本身穩(wěn)定性的因素。mRNA3 -端的多聚腺苷酸化可被冬蟲夏草素端的多聚腺苷酸化可被冬蟲夏草素 （ 3 -脫氧胸苷）所阻止；脫氧胸苷）所阻止； 即冬蟲夏草素是多聚腺苷酸化的特異抑制劑。即冬蟲夏草素是多聚腺苷酸化的特異抑制劑。 mRNA的甲基化的甲基化 真核生物真核生物mRNA分子中有許多甲基化的堿基，分子中有許多甲基化的堿基，主要是：主要是：N6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m6A）。）。3.2 rRNA前體的加工前

35、體的加工原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的rRNA前體都需加工：前體都需加工： 大腸桿菌共有大腸桿菌共有7個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 由由16S rRNA、 23S rRNA、 5S rRNA及及 一個(gè)或幾個(gè)一個(gè)或幾個(gè)tRNA基因組成?；蚪M成。圖圖5-10 p163大腸桿菌大腸桿菌 rRNA 前體加工過程前體加工過程真核細(xì)胞真核細(xì)胞 rRNA 基因?yàn)榇?lián)重復(fù)序列：基因?yàn)榇?lián)重復(fù)序列： 由由18S rRNA、 28S rRNA、5.8S rRNA基因基因 組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開。組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開。每個(gè)重復(fù)單位之間的間隔每個(gè)重復(fù)單位之間的

36、間隔DNA序列不轉(zhuǎn)錄，稱為序列不轉(zhuǎn)錄，稱為非轉(zhuǎn)錄間隔序列非轉(zhuǎn)錄間隔序列。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， 中間中間隔以不被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，它由隔以不被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，它由RNApol 轉(zhuǎn)錄，加轉(zhuǎn)錄，加工成熟后構(gòu)成核糖體大亞基。工成熟后構(gòu)成核糖體大亞基。不同生物的不同生物的 rRNA 前體大小不同：前體大小不同：哺乳動(dòng)物為哺乳動(dòng)物為45S；果蠅；果蠅38S；酵母；酵母37S；四膜蟲；四膜蟲35S18S5.8S28S18S-rRNA5.8S和和28S-rRNA內(nèi)含子內(nèi)含子45S轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物剪剪 接接終產(chǎn)物終產(chǎn)物rDNA基因間隔基因間隔哺乳動(dòng)物細(xì)胞哺乳動(dòng)物細(xì)胞 r

37、RNA 前體加工過程前體加工過程tRNA前體前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA3.3 tRNA前體的加工前體的加工原核與真核原核與真核tRNA基因大多成簇存在基因大多成簇存在 tRNA前體的加工包括：前體的加工包括： 剪切內(nèi)含子剪切內(nèi)含子 核酸外切酶修剪核酸外切酶修剪3 末端，逐個(gè)切去附加序列；末端，逐個(gè)切去附加序列； 加上加上CCA-OH的的3 末端，完成柄部結(jié)構(gòu)。末端，完成柄部結(jié)構(gòu)。 堿基修飾堿基修飾tRNA的加工酶系包括：的加工酶系包括：tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、核苷酸轉(zhuǎn)移酶、RNaseP、RNaseD、 RNase等。等。型：有型：有CCA 序列基因，原

38、核生物絕大部分；序列基因，原核生物絕大部分； 型：沒有型：沒有CCA序列基因，為真核生物。序列基因，為真核生物。tRNA基因有兩種：基因有兩種：原核生物與真核生物都有原核生物與真核生物都有tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶，核苷酸轉(zhuǎn)移酶， 負(fù)責(zé)給負(fù)責(zé)給型型tRNA加上加上CCA3-OH末端，末端， 或修復(fù)發(fā)生損傷的或修復(fù)發(fā)生損傷的型型 tRNA 3-OH末端。末端。RNaseP、 RNaseD RNase連接酶連接酶剪切內(nèi)含子剪切內(nèi)含子：屬于酶促反應(yīng)，需要酶及屬于酶促反應(yīng)，需要酶及ATPATPADPtRNA核苷核苷酸轉(zhuǎn)移酶酸轉(zhuǎn)移酶加上加上CCA-OH的的3 末端，末端， 完成柄部結(jié)構(gòu)。完成柄部結(jié)構(gòu)。堿基修飾

39、堿基修飾（2）還原反應(yīng)）還原反應(yīng) 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：U （4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）3.4 RNA的剪接的剪接真核不連續(xù)基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，外顯子真核不連續(xù)基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，外顯子 與內(nèi)含子交替出現(xiàn)；與內(nèi)含子交替出現(xiàn)；轉(zhuǎn)錄后把內(nèi)含子切除而把外顯子連接起來產(chǎn)轉(zhuǎn)錄后把內(nèi)含子切除而把外顯子連接起來產(chǎn) 生成熟生成熟RNA分子的過程，叫分子的過程，叫RNA剪接剪接 （RNA splicing）。）。內(nèi)含子內(nèi)含子5端與端與3端都存在保守序列，分別端都

40、存在保守序列，分別 稱為稱為5剪接點(diǎn)（剪接點(diǎn)（GU）和）和3剪接點(diǎn)（剪接點(diǎn)（AG）。）。rRNA的自我剪接的自我剪接 l 四膜蟲四膜蟲rRNA剪接由鳥苷酸發(fā)動(dòng)第一次親核剪接由鳥苷酸發(fā)動(dòng)第一次親核 攻擊，經(jīng)過兩次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，將兩個(gè)攻擊，經(jīng)過兩次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，將兩個(gè) 外顯子連接起來，釋放出線形內(nèi)含子序列。外顯子連接起來，釋放出線形內(nèi)含子序列。 l 釋放出的線形內(nèi)含子序列再經(jīng)過兩次連續(xù)的釋放出的線形內(nèi)含子序列再經(jīng)過兩次連續(xù)的 轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，釋放出轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，釋放出15 核苷酸和核苷酸和 4 核苷酸的核苷酸的 兩個(gè)小片段，最終形成穩(wěn)定的線形產(chǎn)物兩個(gè)小片段，最終形成穩(wěn)定的線形產(chǎn)物L(fēng)-19。 （linea

41、r minus 19 intervening sequence）l L-19是四膜蟲是四膜蟲35S rRNA剪接的最終產(chǎn)物，剪接的最終產(chǎn)物， 仍具有酶的活性和特征。仍具有酶的活性和特征。pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子外顯子1內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)RNA的催化功能的催化功能 l L-19具有酶的主要特征：專一性強(qiáng)，加快反具有酶的主要特征：專一性強(qiáng)，加快反 應(yīng)速度，反應(yīng)前后酶分子保持不變，這種由應(yīng)速度，反應(yīng)前后酶分子保持

42、不變，這種由 RNA構(gòu)成的酶稱之為核酶。構(gòu)成的酶稱之為核酶。l 核酶首先是美國(guó)核酶首先是美國(guó) Colorado 大學(xué)大學(xué)Cech在研究在研究 四膜蟲四膜蟲rRNA剪接機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。剪接機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 他一方面證明了四膜蟲他一方面證明了四膜蟲rRNA的剪接機(jī)制；的剪接機(jī)制； 另一方面證明了另一方面證明了L-19 分子的催化活性。分子的催化活性。l 繼而在繼而在1983年，耶魯大學(xué)年，耶魯大學(xué)Sidney Altamn 發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)核酶，參與發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)核酶，參與 tRNA 前體加工的前體加工的 RNaseP。1992年，加州大學(xué)的年，加州大學(xué)的Harry Noller 又證明了核糖體大亞基又證明

43、了核糖體大亞基rRNA的催化活性。的催化活性。 四膜蟲四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)含子的二級(jí)結(jié)構(gòu)四膜蟲四膜蟲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核酶研究的意義核酶研究的意義 核酶的發(fā)現(xiàn)，對(duì)中心法則作了重要補(bǔ)充；核酶的發(fā)現(xiàn)，對(duì)中心法則作了重要補(bǔ)充； 核酶的發(fā)現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；核酶的發(fā)現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)； 利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成人工核酶利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成人工核酶 。 人工設(shè)計(jì)的核酶人工設(shè)計(jì)的核酶粗線表示合成的核酸分子粗線表示合成的核酸分子細(xì)線表示天然的核酸分子細(xì)線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頭表示切斷點(diǎn)箭頭表示切斷

44、點(diǎn)tRNA的剪接的剪接 tRNA分子的內(nèi)含子首先由核酸內(nèi)切酶（分子的內(nèi)含子首先由核酸內(nèi)切酶（RNase）剪去。最后由剪去。最后由RNA連接酶完成連接。連接酶完成連接。 mRNA的自我剪接的自我剪接 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。l snRNP與與hnRNA結(jié)合成為結(jié)合成為剪接體剪接體，進(jìn)行剪接；，進(jìn)行剪接；l 參與參與mRNAmRNA剪切的剪切的snRNP包括包括U U1 1、U2 、U4 、U5 、U6 u 內(nèi)含子上有內(nèi)含子上有3個(gè)保守性序列個(gè)保守性序列剪接位點(diǎn)：剪接位點(diǎn)： 5 端起始序列端起始序列GU； 3 端端AG; 距距3 端端1840個(gè)核苷酸處

45、有一個(gè)個(gè)核苷酸處有一個(gè)“分支點(diǎn)分支點(diǎn)” ， 一定含一定含A， 由由A發(fā)動(dòng)第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。發(fā)動(dòng)第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。u 剪接過程是兩次轉(zhuǎn)脂反應(yīng)。與剪接過程是兩次轉(zhuǎn)脂反應(yīng)。與類內(nèi)含子相似。類內(nèi)含子相似。順式和反式剪接順式和反式剪接 l 內(nèi)含子剪接一般都是發(fā)生在同一基因內(nèi)，切內(nèi)含子剪接一般都是發(fā)生在同一基因內(nèi)，切 除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接，這種剪除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接，這種剪 接稱為接稱為順式剪接（順式剪接（cis-splicing）。）。l 反式剪接（反式剪接（trans-splicing）則是指發(fā)生在不則是指發(fā)生在不 同基因之間的外顯子的剪接。同基因之間的外顯子的剪接。l 反式剪接發(fā)現(xiàn)于

46、幾種錐蟲和線蟲中。都是在反式剪接發(fā)現(xiàn)于幾種錐蟲和線蟲中。都是在 mRNA 5 端存在前導(dǎo)序列，稱端存在前導(dǎo)序列，稱剪接前導(dǎo)剪接前導(dǎo)RNA （splicing leader RNA，sl RNA）。）。l sl RNA的反式剪接表現(xiàn)了核內(nèi)剪接系統(tǒng)的進(jìn)化。的反式剪接表現(xiàn)了核內(nèi)剪接系統(tǒng)的進(jìn)化。l 概念：概念：RNA編輯是指在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編輯是指在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA前前 體的編碼區(qū)內(nèi)發(fā)生核苷酸插入、丟失或轉(zhuǎn)體的編碼區(qū)內(nèi)發(fā)生核苷酸插入、丟失或轉(zhuǎn) 換等現(xiàn)象。換等現(xiàn)象。3.5 RNA編輯（編輯（mRNA editing）l 近年發(fā)現(xiàn)某些近年發(fā)現(xiàn)某些mRNA前體的核苷酸序列需加前體的核苷酸序列需加 以改編，才能變成正

47、確的有翻譯活性的模板。以改編，才能變成正確的有翻譯活性的模板。 mRNA的這種編輯作用廣泛存在于原生動(dòng)物及的這種編輯作用廣泛存在于原生動(dòng)物及 植物細(xì)胞的線粒體。植物細(xì)胞的線粒體。人類人類apo B基因基因 mRNA（14500個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸）肝臟肝臟apo B100（分子量為（分子量為500 000）腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞apo B48（分子量為（分子量為240 000）mRNA編輯編輯CUCAAUAA6666位位l 哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物載脂蛋白載脂蛋白-B基因基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物即存的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物即存 在在mRNA編輯作用。編輯作用。u RNA編輯的生物學(xué)意義：編輯的生物學(xué)意義： 校正作用；校正作用； 調(diào)控

48、翻譯；如調(diào)控翻譯；如Apo-B基因在腸道的表達(dá)?；蛟谀c道的表達(dá)。 擴(kuò)充遺傳信息：按照基因信息傳遞的理論，擴(kuò)充遺傳信息：按照基因信息傳遞的理論， 這種這種mRNA的編輯作用無疑是對(duì)傳統(tǒng)分子的編輯作用無疑是對(duì)傳統(tǒng)分子 生物學(xué)原理的挑戰(zhàn)。生物學(xué)原理的挑戰(zhàn)。u RNA編輯的四種類型：編輯的四種類型： 簡(jiǎn)單編輯：?jiǎn)螇A基的轉(zhuǎn)變；簡(jiǎn)單編輯：?jiǎn)螇A基的轉(zhuǎn)變； 插入編輯：插入單個(gè)核苷酸；插入編輯：插入單個(gè)核苷酸； 泛編輯：插入或丟失多個(gè)尿嘧啶核苷酸；泛編輯：插入或丟失多個(gè)尿嘧啶核苷酸； 多聚腺嘌呤編輯：在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物末端加多聚腺嘌呤編輯：在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物末端加 A。 轉(zhuǎn)錄是以轉(zhuǎn)錄是以DNADNA為模板合成為模板合成RNARNA的過程的過程, ,經(jīng)過轉(zhuǎn)錄經(jīng)過轉(zhuǎn)錄DNADNA分子中的貯存信息傳遞到分子中的貯存信息傳遞到RNARNA分子中分子中, ,再由再由mRNAmRNA做為模板合成蛋白質(zhì)分做為模板合成蛋白質(zhì)分子子, ,轉(zhuǎn)錄也是從轉(zhuǎn)錄也是從DNADNA的一個(gè)特定位置開始的的一個(gè)特定位置開始的, ,以以DNADNA分子中的一條鏈為模板分子中的一條鏈為模板, ,在在RN