生物化學(xué)：第11章RNA的生物合成-本科

1、第第1111章章 RNARNA的生物合成的生物合成 RNA Biosynthesis ( Transcription )RNA Biosynthesis ( Transcription ) 中心法則中心法則(the central dogma)(the central dogma) ClickClick，19581958 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA

2、RNA 蛋白質(zhì) 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription) 是是生物體生物體 以以DNA為模板合成為模板合成RNA的過(guò)程的過(guò)程 。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 RNADNA nRNARNA合成的兩種方式：合成的兩種方式： 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄: DNA: DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成合成 RNARNA復(fù)制復(fù)制: : 是是RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的RNARNA合成，常見(jiàn)合成，常見(jiàn) 于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNARNA病毒在病毒在 宿主細(xì)胞以病毒的單鏈宿主細(xì)胞以病毒的單鏈RNARNA為模板合成為模板合成 RNARNA的方式。的方式。 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1 1 原核原核生物轉(zhuǎn)錄的生物轉(zhuǎn)錄的

3、模板和酶模板和酶 2 2 原核原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 3 3 真核真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 4 4 真核真核生物轉(zhuǎn)錄后的生物轉(zhuǎn)錄后的加工修飾加工修飾 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶 Templates 2. 其后還跟隨一段富含其后還跟隨一段富含u的序列的序列; 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCC

4、TGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU. 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 是非依賴是非依賴因子終止的普遍現(xiàn)象。因子終止的普遍現(xiàn)象。 UUUU . 53 1.1.莖環(huán)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變改變RNA RNA polpol的結(jié)構(gòu)，使其的結(jié)構(gòu)，使其失活失活 2.2.莖環(huán)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成使的形成使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄復(fù)合物錄復(fù)合物趨于趨于解體，解體， pol

5、y Upoly U加速這一過(guò)程。加速這一過(guò)程。 n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聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。 5 pppG 5 3 3 5 RNA-pol 特殊結(jié)構(gòu)特殊結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNARNA的的33端有端有一串一串U U殘基，緊殘基，緊 接著是接著是GCGC豐富豐富的的自身互補(bǔ)順序自身互補(bǔ)順序。 終止機(jī)制終止機(jī)制： 1 1）GCGC豐富的莖環(huán)豐富的莖環(huán)RNARNA結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與RNARNA聚合酶相互作用，聚合酶相互作用， 致使致使RNARNA聚合酶停止移動(dòng)。聚合

6、酶停止移動(dòng)。 2 2）轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的雜化短鏈因）轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的雜化短鏈因RNARNA分子要形成自身分子要形成自身 局部雙鏈，局部雙鏈，DNADNA要復(fù)原為雙鏈，而更加不穩(wěn)定。要復(fù)原為雙鏈，而更加不穩(wěn)定。 3 3）新生）新生RNA3RNA3端與端與DNADNA模板之間的模板之間的U UdAdA堿基配堿基配 對(duì)對(duì)是極其不穩(wěn)定的，當(dāng)是極其不穩(wěn)定的，當(dāng)RNARNA聚合酶停止移動(dòng)時(shí)，這聚合酶停止移動(dòng)時(shí)，這 一短的一短的U U-dA-dA雜合區(qū)發(fā)生解鏈，導(dǎo)致雜合區(qū)發(fā)生解鏈，導(dǎo)致RNARNA鏈從轉(zhuǎn)錄鏈從轉(zhuǎn)錄 復(fù)合物中釋放。復(fù)合物中釋放。 1. 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄 2. RNA2. RNA的合成方向是的合成方向

7、是: 5 3: 5 3 3. RNA3. RNA合成的起始合成的起始不需要引物不需要引物 4. RNA4. RNA合成遵循嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成遵循嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 5. 5. 新合成的新合成的RNA5RNA5端具有三磷酸結(jié)構(gòu)端具有三磷酸結(jié)構(gòu)，第一個(gè)常為，第一個(gè)常為 嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸 6 6 沒(méi)有校讀的功能沒(méi)有校讀的功能 轉(zhuǎn)錄的基本特征轉(zhuǎn)錄的基本特征 真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 The Process of Transcription in EukaryoteThe Process of Transcription in Eukaryote 第三節(jié)第三節(jié) 一、一、 真核

8、生物有三種真核生物有三種DNADNA依賴依賴 性性RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物具有真核生物具有3 3種不同的種不同的RNARNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol ） 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 45S-rRNA 45S-rRNA，5S-rRNA5S-rRNA： 核糖體核糖體RNARNA成分。成分。 hnRNAhnRNA： mRNAmRNA的前體。的前體。 snRNAsnRNA： 參與參與mRNAmRNA剪切。剪切。 RNARNA聚合酶聚合酶最大亞基的羧基末端有一段共有序最大亞基的

9、羧基末端有一段共有序 列為列為T(mén)yrTyr- -SerSer-Pro-Pro-ThrThr- -SerSer-Pro-Pro-SerSer的重復(fù)序列片段，的重復(fù)序列片段， 稱之為羧基末端結(jié)構(gòu)域稱之為羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)(CTD)。 RNA RNA聚合酶聚合酶 這一序列在這一序列在RNA RNA 聚合酶聚合酶中是獨(dú)一無(wú)二的中是獨(dú)一無(wú)二的 所有真核生物的所有真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶都具有都具有CTDCTD， 只是共有序列的重復(fù)程度不同只是共有序列的重復(fù)程度不同 去磷酸化的去磷酸化的CTDCTD在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用；在轉(zhuǎn)錄起始中發(fā)揮作用； RNARNA聚合酶聚合酶II II催化的轉(zhuǎn)錄過(guò)

10、程催化的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 起始期：起始期：RNARNA聚合酶聚合酶II II和通用轉(zhuǎn)錄因子形成和通用轉(zhuǎn)錄因子形成 閉合復(fù)合體；閉合復(fù)合體； 延長(zhǎng)期；延長(zhǎng)期； 終止期；終止期； 二、參與轉(zhuǎn)錄起始的因子和元件二、參與轉(zhuǎn)錄起始的因子和元件 真核基因轉(zhuǎn)錄與原核轉(zhuǎn)錄的顯著差別之一真核基因轉(zhuǎn)錄與原核轉(zhuǎn)錄的顯著差別之一 是是RNARNA聚合酶不能單獨(dú)完成轉(zhuǎn)錄的起始，聚合酶不能單獨(dú)完成轉(zhuǎn)錄的起始， 它們?cè)谝幌盗修D(zhuǎn)錄因子的輔助下才能與啟它們?cè)谝幌盗修D(zhuǎn)錄因子的輔助下才能與啟 動(dòng)子結(jié)合，形成穩(wěn)定的起始復(fù)合物，起動(dòng)動(dòng)子結(jié)合，形成穩(wěn)定的起始復(fù)合物，起動(dòng) 轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 順式作用元件順式作用元件( (cis-acting elem

11、ent):cis-acting element):轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游 的不同的的不同的DNADNA序列序列; ; 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)(trans-acting factors)：能直接、間接：能直接、間接 辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNADNA的的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì); ; 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)(transcriptional factors, TF)：反式作用因：反式作用因 子中，直接或間接結(jié)合子中，直接或間接結(jié)合RNARNA聚合酶的聚合酶的; ; 順式作用元件順式作用

12、元件 （1 1）定義：）定義： 能和能和反式作用因子反式作用因子結(jié)合結(jié)合，影響自身基因表達(dá)活性，影響自身基因表達(dá)活性 的的DNADNA序列序列。 （2 2）分類）分類 1 1）啟動(dòng)子啟動(dòng)子元件：是精確的轉(zhuǎn)錄起始及維持基礎(chǔ)元件：是精確的轉(zhuǎn)錄起始及維持基礎(chǔ) 轉(zhuǎn)錄所必需的，包括核心啟動(dòng)子（轉(zhuǎn)錄所必需的，包括核心啟動(dòng)子（TATAboxTATAbox）、）、 啟動(dòng)子上游序列（啟動(dòng)子上游序列（GCboxGCbox、CAATboxCAATbox） 2. 2.）調(diào)節(jié)元件：可以增強(qiáng)或減弱轉(zhuǎn)錄效率。如）調(diào)節(jié)元件：可以增強(qiáng)或減弱轉(zhuǎn)錄效率。如增增 強(qiáng)子強(qiáng)子、沉默子沉默子等。等。 許多許多RNARNA聚合酶聚合酶II

13、II識(shí)別的啟動(dòng)子具有保守的共有識(shí)別的啟動(dòng)子具有保守的共有 序列：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近的序列：位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近的起始子起始子(intiator(intiator， Inr) Inr) 。 啟動(dòng)子上游元件啟動(dòng)子上游元件是位于是位于TATATATA盒上游的盒上游的DNADNA序列；序列； 多在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)約多在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)約-40-40-100nt-100nt的位置，比較常見(jiàn)的位置，比較常見(jiàn) 的是的是GCGC盒和盒和CAATCAAT盒。盒。 增強(qiáng)子增強(qiáng)子是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白，是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白， 促進(jìn)鄰近促進(jìn)鄰近 或遠(yuǎn)隔特定基因表達(dá)的或遠(yuǎn)隔特定基因表達(dá)的DNADNA序列。序列。 n順式作用

14、元件順式作用元件: : 53 調(diào)控序列調(diào)控序列TATA盒盒Inr YYAN YY T A -30+1 TATAAA 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 核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子 啟動(dòng)子上游序列啟動(dòng)子上游序列 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 n反式作用因子反式作用因子定義：定義： 能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合順式作用元件順式作用元件的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì) n轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子定義：定義： 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RN

15、ARNA聚合酶聚合酶 n轉(zhuǎn)錄因子分類轉(zhuǎn)錄因子分類 1 1）通用轉(zhuǎn)錄因子：）通用轉(zhuǎn)錄因子：TFTF 2 2）上游因子：與啟動(dòng)子上游序列結(jié)合）上游因子：與啟動(dòng)子上游序列結(jié)合 3 3）可誘導(dǎo)因子：與應(yīng)答元件結(jié)合，被誘導(dǎo)產(chǎn)生的）可誘導(dǎo)因子：與應(yīng)答元件結(jié)合，被誘導(dǎo)產(chǎn)生的 型基因中的四類轉(zhuǎn)錄因子型基因中的四類轉(zhuǎn)錄因子 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 具體組分具體組分 結(jié)合序列結(jié)合序列 功能功能 基本組分基本組分 TBP,TFA,B, E,G,F和和H TBP結(jié)合結(jié)合 TATA盒盒 轉(zhuǎn)錄起始定位；轉(zhuǎn)錄起始定位； 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄起始和延長(zhǎng)錄起始和延長(zhǎng) 輔激活因子輔激活因子 TAFs和中介和中介 子子 在可誘導(dǎo)因子和上游在可誘導(dǎo)因

16、子和上游 因子與基本轉(zhuǎn)錄因子、因子與基本轉(zhuǎn)錄因子、 RNA聚合酶結(jié)合中聚合酶結(jié)合中 起聯(lián)結(jié)和中介作用起聯(lián)結(jié)和中介作用 上游因子上游因子 SP1、ATF、 CTF等等 啟動(dòng)子上游啟動(dòng)子上游 元件元件 協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子，協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子， 提高轉(zhuǎn)錄效率和專一提高轉(zhuǎn)錄效率和專一 性性 可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子 如如MyoD、 HIF-1等等 增強(qiáng)子等遠(yuǎn)增強(qiáng)子等遠(yuǎn) 隔調(diào)控序列隔調(diào)控序列 時(shí)間和空間（組織）時(shí)間和空間（組織） 特異性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄特異性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄 參與參與RNA-polRNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TFTF 真核生物真核生物RNA-polRNA-pol不與不與DNADNA分子直接結(jié)分子直接結(jié) 合，而

17、需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子，形成合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子，形成轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 起始復(fù)合物起始復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) (pre-initiation complex, PIC) 三、轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物三、轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 (pre-initiation complex, PIC)(pre-initiation complex, PIC) TAF pol TFF TAFTAF TFA TFBTBP 真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助在轉(zhuǎn)錄因子幫助 下，下，形成的轉(zhuǎn)錄形成的轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物起始前復(fù)合物 TATA DNA TFH TFDTFA TFB RNApol/

18、TFF TFETFH TFE p278 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磷酸化磷酸化 TFIID-TBP: 結(jié)合結(jié)合TATA序列；序列； TFIID-TAF：與：與TBP結(jié)合，調(diào)節(jié)不同基因，結(jié)合，調(diào)節(jié)不同基因， 在不同時(shí)期的轉(zhuǎn)錄；在不同時(shí)期的轉(zhuǎn)錄； TFII A: 穩(wěn)定與穩(wěn)定與DNA結(jié)合的結(jié)合的TFIIB與與TBP結(jié)結(jié) 合；合； TFIIB： 與與DNA結(jié)合；結(jié)合； TF

19、IIF：與：與RNApol II和和TFIIB； TFII H：解旋酶活性，激酶活性，磷酸化：解旋酶活性，激酶活性，磷酸化 CTD； 四、轉(zhuǎn)錄調(diào)控四、轉(zhuǎn)錄調(diào)控RegulationRegulation ofof transcriptiontranscription 三三 、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有 轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象 真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似， 但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(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)

20、錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位核小體移位和和解聚解聚 現(xiàn)象現(xiàn)象。 n核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)核小體串珠樣的結(jié)構(gòu) 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 原來(lái)繞在組蛋白上原來(lái)繞在組蛋白上 的的DNA解聚及彎曲解聚及彎曲 RNA-Pol 核小體移位核小體移位 試管證據(jù)試管證據(jù) 四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾 同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行 真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾 密切相關(guān)的。密切相關(guān)的。 在讀碼框架的下游，常有一組共同序列在

21、讀碼框架的下游，常有一組共同序列 AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的，再下游還有相當(dāng)多的GU序列。序列。 這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。 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 mRNA 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 真核生物真核生物RNARNA的加工的加工 Post-transcriptional Modification of Eukaryotic Post-transcriptional Modifica

22、tion of Eukaryotic RNARNA 第四節(jié)第四節(jié) n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) 一、一、mRNAmRNA的加工的加工 二、前體二、前體rRNArRNA的加工的加工 三、前體三、前體tRNAtRNA的加工的加工 一、真核生物一、真核生物mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 （一）首、尾的修飾（一）首、尾的

23、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 端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)(poly A tail) ( (二二) mRNA) mRNA剪接剪接 （三）（三）mRNAmRNA編輯編輯 （一）前體（一）前體mRNAmRNA在在5-5-末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNAmRNA的的5-5-末端有末端有7- 7-甲基鳥(niǎo)甲基鳥(niǎo) 嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。 由加帽酶由加帽酶(capping enzyme)(capping enzyme)和甲基轉(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶 (methyltran

24、sferase)(methyltransferase)催化完成。催化完成。 真核生物真核生物mRNA 5-端帽子結(jié)構(gòu)端帽子結(jié)構(gòu) “Cap”m GpppGmp 7 5-5連接連接 5 pppGpN 5 GpppGpN pppG ppi 鳥(niǎo)苷酸鳥(niǎo)苷酸 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 5 m7GpppGpN 甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶 SAM n帽子結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程：帽子結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程： 5 ppGpN 磷酸酶磷酸酶 Pi Error 5 m7GpppGmpN SAM n帽子結(jié)構(gòu)的意義：帽子結(jié)構(gòu)的意義： 可以使可以使mRNAmRNA免遭核酸酶的攻擊；免遭核酸酶的攻擊； 也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap

25、-binding (cap-binding complex of protein)complex of protein)結(jié)合，并參與結(jié)合，并參與mRNAmRNA 和核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合和核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合 成。成。 3 3 端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)(poly A tail) 真核生物真核生物mRNAmRNA中中poly Apoly A的出現(xiàn)是不依賴于的出現(xiàn)是不依賴于 DNADNA模板的。模板的。 加入加入poly Apoly A之前，先由核酸外切酶切去之前，先由核酸外切酶切去33末端末端 一些過(guò)剩的核苷酸，然后加入一些過(guò)剩的核

26、苷酸，然后加入polyApolyA。 P Poly Aoly A的有無(wú)與長(zhǎng)短，是維持的有無(wú)與長(zhǎng)短，是維持mRNAmRNA作為翻譯作為翻譯 模板的活性，以及增加模板的活性，以及增加mRNAmRNA本身的穩(wěn)定性。本身的穩(wěn)定性。 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 mRNA Polyadenylation 加 poly（A） 33端修飾示意圖端修飾示意圖 AAUAAAG/U53 Poly(A)信號(hào)信號(hào)Poly(A)位點(diǎn)位點(diǎn) mR

27、NA CPSF G/U53CPSF CFI,CFII,CStF CPSF CStF CFI CFII PAP CPSF CStF CFI CFII PAP ATP G/UP PPi CFII CFI CSt F 慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化 PAB CPSFAAAAAAAAAAOHPAP ATP PPi PAB快速快速 多腺苷酸化多腺苷酸化 CPS F AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA HOAAAAAAAAAA PAP CPSFAAAAAAAAAAOHPAP （二）前體（二）前體mRNAmRNA的剪接的剪接 1. hnRNAmRNA1. hnRNAmRNA的前體的前體 核內(nèi)的初級(jí)核內(nèi)

28、的初級(jí)mRNAmRNA稱為雜化核稱為雜化核RNA (hetero-RNA (hetero- nuclear RNA, hnRNA)nuclear RNA, hnRNA) 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非 編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非 編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成 的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因 斷裂基因斷裂基因(splite gene)(splite gene) CABD 編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D 非編碼區(qū)非編

29、碼區(qū) 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：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上外顯子：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上 出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNARNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò) 程中被除去的核酸序列程中被除去的核酸序列. . 5GU-AG3 5GU-AG3 剪接接口剪接接口 雞卵清蛋白雞卵清蛋白 基因基因 hnRNA 首、尾修飾首、尾修飾 hnRNA剪接剪接 成熟的成熟的mRNA 雞雞 卵卵 清清 蛋蛋 白白 基基 因因 及及 其其 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄、錄

30、、 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 后后 修修 飾飾 3. 內(nèi)含子的分類內(nèi)含子的分類 根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把 內(nèi)含子分為內(nèi)含子分為4 4類：類： I I ：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物 的的 rRNA基因；基因； II II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA IIIIII：是常見(jiàn)的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)：是常見(jiàn)的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA 基因有此類內(nèi)含子；基因有此類內(nèi)含子； IVIV：是：是tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

31、中的內(nèi)含子，剪 接過(guò)程需酶及接過(guò)程需酶及ATP。 4 4. mRNA. mRNA的剪接過(guò)程的剪接過(guò)程 剪接就是把剪接就是把hnRNAhnRNA中的內(nèi)含子除去，把外中的內(nèi)含子除去，把外 顯子連接起來(lái)，即內(nèi)含子彎成套索狀，稱顯子連接起來(lái)，即內(nèi)含子彎成套索狀，稱 套索套索RNARNA，外顯子互相靠近并連接。，外顯子互相靠近并連接。 （1 1）剪接識(shí)別位點(diǎn)）剪接識(shí)別位點(diǎn) hnRNAhnRNA中存在三個(gè)結(jié)構(gòu)保守的剪接識(shí)別位點(diǎn)：中存在三個(gè)結(jié)構(gòu)保守的剪接識(shí)別位點(diǎn)： （1 1） “ “55剪接點(diǎn)剪接點(diǎn)” ” -GU-GU 內(nèi)含子的內(nèi)含子的55末端與上游外顯子交界處末端與上游外顯子交界處 （2 2） “ “33

32、剪接點(diǎn)剪接點(diǎn)”-AG-AG 內(nèi)含子內(nèi)含子33末端與下游外顯子交界處末端與下游外顯子交界處 （3 3）分支點(diǎn)序列）分支點(diǎn)序列 內(nèi)含子內(nèi)部位于內(nèi)含子內(nèi)部位于3 3 剪接點(diǎn)上游剪接點(diǎn)上游20205050核苷酸范圍內(nèi)保核苷酸范圍內(nèi)保 守序列為守序列為UACUAUACUAA AC C，倒數(shù)第二個(gè)，倒數(shù)第二個(gè)A A為分支點(diǎn)為分支點(diǎn)A A。 hnRNAhnRNA剪接點(diǎn)序列剪接點(diǎn)序列 G U AG A （2 2）snRNA (small nuclear RNA)snRNA (small nuclear RNA) snRNAsnRNA是核內(nèi)小是核內(nèi)小RNARNA，長(zhǎng)度在，長(zhǎng)度在100100300Nt300Nt，

33、 分子中堿基以尿嘧啶最豐富，以分子中堿基以尿嘧啶最豐富，以U U作為分類作為分類 命名，有命名，有U1U1,U2, U4, U5, ,U2, U4, U5, U6U6五種；五種； snRNAsnRNA和核內(nèi)蛋白質(zhì)組成小分子核糖核蛋和核內(nèi)蛋白質(zhì)組成小分子核糖核蛋 白體（白體（ snRNPsnRNP），作為），作為RNARNA剪接的場(chǎng)所。剪接的場(chǎng)所。 從酵母到人類，從酵母到人類，snRNPsnRNP中的中的RNARNA和蛋白質(zhì)都和蛋白質(zhì)都 高度保守的。高度保守的。 U U系列系列snRNAsnRNA的作用特點(diǎn)的作用特點(diǎn) （1 1）U1U1 snRNAsnRNA：和：和hnRNAhnRNA的的55剪

34、切位點(diǎn)相互作用，剪切位點(diǎn)相互作用， 形成形成8 8個(gè)互補(bǔ)堿基；個(gè)互補(bǔ)堿基； （2 2）U2U2 snRNAsnRNA：與分枝點(diǎn)序列除分枝點(diǎn)：與分枝點(diǎn)序列除分枝點(diǎn)A A外的序列外的序列 互補(bǔ)，使分枝點(diǎn)互補(bǔ)，使分枝點(diǎn)A A向外凸出；向外凸出； （3 3）U5U5 snRNAsnRNA：和：和hnRNAhnRNA的的33剪切位點(diǎn)的識(shí)別有關(guān)；剪切位點(diǎn)的識(shí)別有關(guān)； （4 4）U4U4 和和U6 snRNAU6 snRNA之間有較長(zhǎng)的堿基互補(bǔ)關(guān)系，可之間有較長(zhǎng)的堿基互補(bǔ)關(guān)系，可 以結(jié)合形成復(fù)合物。以結(jié)合形成復(fù)合物。 * * U3U3存在于核仁，和存在于核仁，和rRNArRNA前體加工有關(guān)。前體加工有關(guān)。

35、（3 3）剪接體（）剪接體（splicesome)splicesome) 剪接體由剪接體由snRNPsnRNP和和hnRNA hnRNA 結(jié)合使內(nèi)含結(jié)合使內(nèi)含 子彎曲成套索，并拉近上、下游外顯子彎曲成套索，并拉近上、下游外顯 子距離的復(fù)合物。子距離的復(fù)合物。 剪接體是剪接體是hnRNAhnRNA剪接的場(chǎng)所剪接的場(chǎng)所 （4 4） 剪接過(guò)程（二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)）剪接過(guò)程（二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)） 剪接體的形成剪接體的形成 U1U1和和U2U2辨認(rèn)及結(jié)合內(nèi)含子（辨認(rèn)及結(jié)合內(nèi)含子（I I）的）的5GU5GU和近和近33 端分支點(diǎn)周圍序列；端分支點(diǎn)周圍序列；U4U4、U5U5、U6U6加入，通過(guò)分子內(nèi)加入，通過(guò)分子內(nèi)

36、部重排形成剪接體。部重排形成剪接體。 第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)：第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)： 內(nèi)含子分支點(diǎn)中內(nèi)含子分支點(diǎn)中A A的的2-OH2-OH基對(duì)基對(duì)E1E1I I之間的磷酸之間的磷酸 二酯鍵作親電子攻擊，使二酯鍵作親電子攻擊，使E1E1I I之間的共價(jià)鍵斷開(kāi)，內(nèi)之間的共價(jià)鍵斷開(kāi)，內(nèi) 含子含子55端的端的G G與分支點(diǎn)與分支點(diǎn)A A的的2-OH2-OH形成形成22，5 5 磷酸磷酸 二酯鍵，二酯鍵， E1E1的的3 -OH3 -OH游離出。游離出。 第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)：第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)： 由由E1E1的的3-OH3-OH對(duì)對(duì)I/E2I/E2之間的磷酸二酯鍵作親電子之間的磷酸二酯鍵作親電子 攻擊，使攻擊，使I I與與

37、E2E2斷開(kāi)，而由斷開(kāi)，而由E1E1取代了取代了I I，這樣，這樣，2 2個(gè)外顯個(gè)外顯 子就相連起來(lái)而內(nèi)含子則被切除掉。子就相連起來(lái)而內(nèi)含子則被切除掉。 hnRNAhnRNA剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) （5 5）選擇性剪接）選擇性剪接 大多數(shù)真核生物大多數(shù)真核生物mRNAmRNA前體分子經(jīng)過(guò)加工只前體分子經(jīng)過(guò)加工只 能產(chǎn)生一種成熟的能產(chǎn)生一種成熟的mRNAmRNA，翻譯成相應(yīng)的一，翻譯成相應(yīng)的一 種多肽。種多肽。 有些真核生物有些真核生物mRNAmRNA前體能被加工成不同的前體能被加工成不同的 mRNAmRNA，這種真核生物，這種真核生物mRNAmRNA前體分子具有前體分子具

38、有 一個(gè)以上的、加多聚腺苷酸的斷裂和聚腺苷一個(gè)以上的、加多聚腺苷酸的斷裂和聚腺苷 酸化的位點(diǎn)或酸化的位點(diǎn)或/ /和選擇性剪接和選擇性剪接(alternative (alternative splicing)splicing)模式，這是一種真核生物模式，這是一種真核生物mRNAmRNA前體前體 分子產(chǎn)生一種以上分子產(chǎn)生一種以上mRNAmRNA的選擇性加工機(jī)制的選擇性加工機(jī)制 的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物交替加工 降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素基因相關(guān)肽 （三）（三） mRNAmRNA的編輯的編輯(mRNA editing)(mRNA editing) 是在是在RNARNA分子上出現(xiàn)的一

39、種修飾現(xiàn)象。分子上出現(xiàn)的一種修飾現(xiàn)象。 mRNAmRNA在轉(zhuǎn)錄后出現(xiàn)核苷酸的替換，插入或在轉(zhuǎn)錄后出現(xiàn)核苷酸的替換，插入或 缺失，改變了缺失，改變了DNADNA模板來(lái)源的遺傳信息，模板來(lái)源的遺傳信息， 翻譯出氨基酸序列不同的多種蛋白質(zhì)。翻譯出氨基酸序列不同的多種蛋白質(zhì)。 導(dǎo)致有些基因的氨基酸序列和基因初級(jí)轉(zhuǎn)導(dǎo)致有些基因的氨基酸序列和基因初級(jí)轉(zhuǎn) 錄的預(yù)測(cè)序列不完全對(duì)應(yīng)。錄的預(yù)測(cè)序列不完全對(duì)應(yīng)。 RNA RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng) 過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的， 因此也稱為分化加工因此也稱為分化加工(differentia

40、l RNA (differential RNA processing)processing)。 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500 000500 000） 腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞 apo B48apo B48 （分子量為（分子量為240 000240 000） mRNAmRNA編輯編輯 CAA-UAACAA-UAA 二、二、rRNArRNA的前體加工的前體加工 真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的rRNArRNA基因（基因（rDNArDNA）屬于）屬于豐豐 富基因富基因族的族的DNADNA序列，即染色體上一些序列，即染色體上一些 相似或完全一樣的縱列串聯(lián)基因單位的相似或完全一樣的縱列串聯(lián)基因單位的 重復(fù)。重復(fù)。 45S45S的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是rRNArRNA的前體。經(jīng)剪切，的前體。經(jīng)剪切， 成成28S28S，18S18S，5.8S5.8S的的rRNArRNA。 rRNArRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 45S - rRNA 剪接剪接 18S - rRNA 5.8S和和28S-rRNA rDNA 內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S 三、三、tRNAt