第3章生物信息的傳遞(上)

1、第第3章章 生物信息的傳遞生物信息的傳遞(上上)從從DNA到到RNA教學目的：教學目的： 1. 掌握掌握RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程。轉(zhuǎn)錄的基本過程。 2. 熟悉熟悉RNA聚合酶的催化特點。聚合酶的催化特點。 3. 熟悉原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的異同。熟悉原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的異同。 4. 熟悉原核生物與真核生物熟悉原核生物與真核生物mRNA的特征。的特征。 5. 了解真核生物了解真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工方式與過程。的轉(zhuǎn)錄后加工方式與過程。教學重點：教學重點： RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程和轉(zhuǎn)錄的基本過程和RNA聚合酶的催化特點。聚合酶的催化特點。第第3章章 生物信息的傳遞生物信息的傳遞(上上)從從

2、DNA到到RNA 3.1 RNA的結(jié)構(gòu)、分類和功能的結(jié)構(gòu)、分類和功能 3.2 DNA轉(zhuǎn)錄的基本過程轉(zhuǎn)錄的基本過程 3.3 RNA聚合酶聚合酶 3.4 啟動子與轉(zhuǎn)錄起始啟動子與轉(zhuǎn)錄起始 3.5 原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較 3.6 原核生物與真核生物原核生物與真核生物mRNA的特征比較的特征比較 3.7 真核生物真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 3.8 RNA的編輯、再編碼和化學修飾的編輯、再編碼和化學修飾DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過自主復制序列是遺傳信息的貯存者，它通過自主復制得到永存，并通過轉(zhuǎn)錄生成信使得到永存，并通過轉(zhuǎn)錄生成信使RNA、翻譯生成

3、、翻譯生成蛋白質(zhì)的過程來控制生命現(xiàn)象。蛋白質(zhì)的過程來控制生命現(xiàn)象?；虮磉_包括基因表達包括轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄和和翻譯翻譯兩個階段。兩個階段。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同的鏈序列完全相同的RNA單鏈的過程，是基因表達的核心步驟。單鏈的過程，是基因表達的核心步驟。翻譯翻譯是指以新生的是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)為模板，把核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過程，是基因表達的最終目的。程，是基因表達的最終目的。編碼鏈編碼鏈(有意義鏈有意義鏈)與與mRNA序列相同的序列相同的DNA單鏈。單鏈。模板鏈模板鏈(反義鏈

4、反義鏈)指導指導mRNA合成的合成的DNA單鏈。單鏈。不對稱轉(zhuǎn)錄：不對稱轉(zhuǎn)錄：RNA只轉(zhuǎn)錄只轉(zhuǎn)錄DNA的模板鏈。的模板鏈。DNA模板-mRNA-多肽鏈 之間的共線性關系3.1 RNA的結(jié)構(gòu)、分類和功能的結(jié)構(gòu)、分類和功能RNA主要以單鏈形式存在于細胞中。堿基主要有主要以單鏈形式存在于細胞中。堿基主要有A、G、C、U。RNA鏈可自身折疊形成局部雙螺旋。主要是鏈可自身折疊形成局部雙螺旋。主要是A-U、G-C配對，偶而有配對，偶而有G-U配對。配對。RNA雙螺旋的大小雙螺旋的大小溝差異不大，不適合與蛋白質(zhì)進行序列特異性相溝差異不大，不適合與蛋白質(zhì)進行序列特異性相互作用。互作用。RNA可折疊形成復雜的三

5、級結(jié)構(gòu)?？烧郫B形成復雜的三級結(jié)構(gòu)。RNA主鏈上的主鏈上的未配對區(qū)可自由旋轉(zhuǎn)，以及不規(guī)則的堿基配對。未配對區(qū)可自由旋轉(zhuǎn)，以及不規(guī)則的堿基配對。3.1.1 RNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點3.1.2 RNA的種類和功能的種類和功能mRNA：編碼了一個或多個多肽鏈序列。：編碼了一個或多個多肽鏈序列。tRNA：把：把mRNA上的遺傳信息變?yōu)槎嚯闹械陌被系倪z傳信息變?yōu)槎嚯闹械陌被嵝畔ⅰＫ嵝畔?。rRNA：是核糖體中的主要成分。：是核糖體中的主要成分。hnRNA：由：由DNA轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。snRNA：核小：核小RNA，在前體，在前體mRNA加工中，參與去加工中，參與去除內(nèi)含子

6、。除內(nèi)含子。snoRNA：核仁?。汉巳市NA，主要參與，主要參與rRNA及其它及其它RNA的修飾、加工、成熟等過程。的修飾、加工、成熟等過程。scRNA：細胞質(zhì)?。杭毎|(zhì)小RNA在蛋白質(zhì)合成過程起作用。在蛋白質(zhì)合成過程起作用。3.2 DNA轉(zhuǎn)錄的基本過程轉(zhuǎn)錄的基本過程RNA鏈合成的特點：鏈合成的特點：新鏈合成方向新鏈合成方向5 3 。DNA模板鏈方向模板鏈方向3 5 。以以DNA雙鏈中的反義鏈雙鏈中的反義鏈(模板鏈模板鏈)為模板。為模板。RNA聚合酶以四種核苷三磷酸聚合酶以四種核苷三磷酸(NTP)為底物。為底物。DNA模板鏈與模板鏈與RNA鏈之間的堿基配對規(guī)則：鏈之間的堿基配對規(guī)則：A-U、

7、T-A、G-C、C-G。各核苷酸之間通過各核苷酸之間通過3 , 5 磷酸二酯鍵相連。磷酸二酯鍵相連。RNA聚合酶不需要引物，可從頭合成聚合酶不需要引物，可從頭合成RNA。RNA鏈帶有與鏈帶有與DNA編碼鏈相同的序列編碼鏈相同的序列(UT)。RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程：模板識別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄的基本過程：模板識別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延伸和轉(zhuǎn)錄終止。錄延伸和轉(zhuǎn)錄終止。3.2.1 模板識別模板識別模板識別是指模板識別是指RNA聚合酶與啟動子聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。作用并與之相結(jié)合的過程。啟動子是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段啟動子是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列。序列。真核

8、細胞中模板識別與原核細胞不同。真核細胞中模板識別與原核細胞不同。真核生物真核生物RNA聚合酶不能直接識別基因的啟動子聚合酶不能直接識別基因的啟動子區(qū)，需要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子區(qū)，需要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子(輔助蛋白輔助蛋白)按特定順序結(jié)按特定順序結(jié)合于啟動子上，合于啟動子上，RNA聚合酶才能與之結(jié)合并形成聚合酶才能與之結(jié)合并形成復雜的轉(zhuǎn)錄前啟始復合物。復雜的轉(zhuǎn)錄前啟始復合物。3.2.2 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶結(jié)合到啟動子上后，使啟動子附近的聚合酶結(jié)合到啟動子上后，使啟動子附近的DNA雙鏈解旋并解鏈，形成轉(zhuǎn)錄泡以便底物核苷雙鏈解旋并解鏈，形成轉(zhuǎn)錄泡以便底物核苷酸與模板上的堿基配對。酸與模板上的堿基配對。轉(zhuǎn)錄

9、起始是轉(zhuǎn)錄起始是RNA鏈上第一個磷酸二酯鍵的產(chǎn)生。鏈上第一個磷酸二酯鍵的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)錄起始可分為轉(zhuǎn)錄起始可分為3個階段：個階段：RNA聚合酶全酶與啟動子結(jié)合形成封閉復合物。聚合酶全酶與啟動子結(jié)合形成封閉復合物。DNA構(gòu)象改變，封閉復合物轉(zhuǎn)變成開放復合物。構(gòu)象改變，封閉復合物轉(zhuǎn)變成開放復合物。開放復合物與最初兩個開放復合物與最初兩個NTP結(jié)合形成磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)結(jié)合形成磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)變成變成RNA聚合酶、聚合酶、DNA和新和新RNA三元復合物。三元復合物。3.2.3 轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸當當RNA聚合酶催化新生聚合酶催化新生RNA鏈長達鏈長達910核苷酸時，核苷酸時，因子從全酶上脫落下來。因子從全酶上脫落

10、下來。核心酶沿核心酶沿DNA模板鏈移動使新生模板鏈移動使新生RNA鏈不斷伸長，鏈不斷伸長，這個過程稱為轉(zhuǎn)錄延伸。這個過程稱為轉(zhuǎn)錄延伸。全酶構(gòu)象是與全酶構(gòu)象是與DNA專一結(jié)合所要求的，核心酶就失專一結(jié)合所要求的，核心酶就失去了對去了對DNA特異性序列的識別和結(jié)合能力。特異性序列的識別和結(jié)合能力。在延伸階段，底物在延伸階段，底物NTP不斷被添加到不斷被添加到RNA鏈的鏈的3 -OH端。端。DNA雙鏈不斷解開，雙鏈不斷解開，RNA新鏈繼續(xù)延伸。新鏈繼續(xù)延伸。由核心酶、由核心酶、DNA和新生和新生RNA組成的延伸復合物直組成的延伸復合物直到遇到轉(zhuǎn)錄終止信號時，才停止加入新的核苷酸。到遇到轉(zhuǎn)錄終止信號時

11、，才停止加入新的核苷酸。3.2.4 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止當當RNA鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點時，鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點時，RNA聚合酶不聚合酶不再形成磷酸二酯鍵，再形成磷酸二酯鍵，RNA-DNA雜合雙鏈分離，雜合雙鏈分離，DNA恢復雙鏈狀態(tài)，而恢復雙鏈狀態(tài)，而RNA聚合酶和聚合酶和RNA鏈從模鏈從模板上釋放出來，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。板上釋放出來，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。轉(zhuǎn)錄的終止信號存在已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的終止信號存在已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的RNA序列中，提供序列中，提供終止信號的這段終止信號的這段DNA序列稱為終止子。序列稱為終止子。終止子的主要特征：轉(zhuǎn)錄終止點前有一段富含終止子的主要特征：轉(zhuǎn)錄終止點前有一段富含G-C堿基對的回

12、文序列，能形成莖環(huán)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)；其后堿基對的回文序列，能形成莖環(huán)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)；其后有一段有一段48個寡聚個寡聚A序列。序列。轉(zhuǎn)錄終止分為不轉(zhuǎn)錄終止分為不依賴依賴因子和因子和依賴依賴因子兩類。因子兩類。有時轉(zhuǎn)錄遇到終止信號仍繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為抗終止。有時轉(zhuǎn)錄遇到終止信號仍繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為抗終止。原核細胞中的原核細胞中的RNA轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程3.3 RNA聚合酶聚合酶大多數(shù)原核生物大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的。聚合酶的組成是相同的。大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶由聚合酶由2個個亞基、一個亞基、一個亞基、一亞基、一個個 亞基和一個亞基和一個亞基組成，稱為核心酶。加上一亞基組成，稱為核心酶。加上一個個

13、亞基后則成為聚合酶全酶亞基后則成為聚合酶全酶(見見P82表表3-2)。轉(zhuǎn)錄起始需要全酶，延伸過程僅需核心酶。轉(zhuǎn)錄起始需要全酶，延伸過程僅需核心酶。亞基與核心酶的組裝及啟動子識別有關，并參與亞基與核心酶的組裝及啟動子識別有關，并參與RNA聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。由由和和 亞基組成了聚合酶的催化中心。亞基組成了聚合酶的催化中心。因子的作用是負責模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始。因子的作用是負責模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始。3.3.1 原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶3.3.2 真核生物生物真核生物生物RNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物RNA聚合酶有聚合酶有3種種(見見

14、P83表表3-4)。RNA聚合酶聚合酶存在于細胞核的核仁中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在于細胞核的核仁中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是是45S rRNA前體，經(jīng)剪接修飾后生成除前體，經(jīng)剪接修飾后生成除5S rRNA外的各種外的各種rRNA。RNA聚合酶聚合酶存在于細胞核質(zhì)內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為存在于細胞核質(zhì)內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為hnRNA，經(jīng)加工后生成，經(jīng)加工后生成mRNA。RNA聚合酶聚合酶 存在于細胞核質(zhì)內(nèi)，主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在于細胞核質(zhì)內(nèi)，主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為為tRNA、5Sr RNA、snRNA。真核生物真核生物RNA聚合酶一般由聚合酶一般由816個亞基所組成，個亞基所組成，相對分子質(zhì)量超過相對分子質(zhì)量超過5105 。3.4 啟動子與轉(zhuǎn)錄起始啟

15、動子與轉(zhuǎn)錄起始啟動子是一段位于結(jié)構(gòu)基因啟動子是一段位于結(jié)構(gòu)基因5 端上游區(qū)的端上游區(qū)的DNA序列，序列，能活化能活化RNA聚合酶，使之與模板聚合酶，使之與模板DNA準確地結(jié)合，準確地結(jié)合，并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。轉(zhuǎn)錄單位是一段從啟動子開始至終止子結(jié)束的轉(zhuǎn)錄單位是一段從啟動子開始至終止子結(jié)束的DNA序列。啟動子區(qū)是序列。啟動子區(qū)是RNA聚合酶的結(jié)合區(qū)，其結(jié)構(gòu)關聚合酶的結(jié)合區(qū)，其結(jié)構(gòu)關系到轉(zhuǎn)錄效率。轉(zhuǎn)錄起始點為嘌呤，多數(shù)為系到轉(zhuǎn)錄效率。轉(zhuǎn)錄起始點為嘌呤，多數(shù)為A。-10區(qū)保守序列區(qū)保守序列TATAAT，RNA聚合酶結(jié)合部位，聚合酶結(jié)合部位，形成開放啟動復合體，使形成開放啟動

16、復合體，使RNA聚合酶定向轉(zhuǎn)錄。聚合酶定向轉(zhuǎn)錄。-35區(qū)保守序列區(qū)保守序列TTGACA，RNA聚合酶識別位點。聚合酶識別位點。 亞基識別亞基識別-35序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板鏈。序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板鏈。3.4.1 啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)原核生物啟動子結(jié)構(gòu)原核生物啟動子結(jié)構(gòu)3.4.2 RNA聚合酶與啟動子區(qū)的識別和結(jié)合聚合酶與啟動子區(qū)的識別和結(jié)合RNA聚合酶并不直接識別啟動子區(qū)的堿基對，而是聚合酶并不直接識別啟動子區(qū)的堿基對，而是通過氫鍵互補的方式加以識別。通過氫鍵互補的方式加以識別。在在RNA聚合酶與啟動子相互作用的過程中，聚合酶聚合酶與啟動子相互作用的過程中，聚合酶首先與啟動子區(qū)雙

17、鏈首先與啟動子區(qū)雙鏈DNA結(jié)合，形成二元閉合復合結(jié)合，形成二元閉合復合物，再經(jīng)解鏈生成二元開鏈復合物。物，再經(jīng)解鏈生成二元開鏈復合物。解鏈區(qū)一般在解鏈區(qū)一般在- -9+13之間，之間，RNA聚合酶與啟動子結(jié)聚合酶與啟動子結(jié)合的主要區(qū)域在其上游。合的主要區(qū)域在其上游。RNA聚合酶既是雙鏈聚合酶既是雙鏈DNA結(jié)合蛋白，又是結(jié)合蛋白，又是DNA單鏈單鏈結(jié)合蛋白。結(jié)合蛋白。-10區(qū)與區(qū)與-35區(qū)之間小于區(qū)之間小于15bp或大于或大于20bp都會降低啟都會降低啟動子的活性。將動子的活性。將TATAAT變成變成AATAAT將會大降低將會大降低轉(zhuǎn)錄水平，將轉(zhuǎn)錄水平，將TATGTT變?yōu)樽優(yōu)門ATATT則提高效

18、率。則提高效率。3.4.3 增強子及其功能增強子及其功能能強化轉(zhuǎn)錄起始的能強化轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列稱為增強子，其特點：序列稱為增強子，其特點：遠距離效應。一般位于上游遠距離效應。一般位于上游-200bp處。處。無方向性?？晌挥诎谢虻纳嫌?、下游或內(nèi)部。無方向性。可位于靶基因的上游、下游或內(nèi)部。順式調(diào)節(jié)。只調(diào)節(jié)位于同一染色體上的靶基因。順式調(diào)節(jié)。只調(diào)節(jié)位于同一染色體上的靶基因。無物種和基因特異性。可接到異源基因上發(fā)揮作用。無物種和基因特異性。可接到異源基因上發(fā)揮作用。有組織特異性。需要特定的蛋白因子參與。有組織特異性。需要特定的蛋白因子參與。有相位性。其作用與有相位性。其作用與DNA的構(gòu)象有關。

19、的構(gòu)象有關。有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應。有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應。3.4.4 真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)包括核心啟動子和上游啟真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)包括核心啟動子和上游啟動子元件。動子元件。核心啟動子核心啟動子 指保證指保證RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄正常起始轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游及轉(zhuǎn)錄起始位點上游-25-35區(qū)區(qū)TATA序列序列(TATA盒盒)。其作用是選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精。其作用是選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精確起始。確起始。上游啟動子元件

20、上游啟動子元件 包括包括-70-80區(qū)區(qū)CCAAT序列序列(CAAT盒盒)和和-80-110區(qū)區(qū)GGGCGG序列序列(GC盒盒)。其作用是控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。其作用是控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。3.4.5 轉(zhuǎn)錄的抑制轉(zhuǎn)錄的抑制轉(zhuǎn)錄抑制劑根據(jù)其作用性質(zhì)可以分為兩大類：轉(zhuǎn)錄抑制劑根據(jù)其作用性質(zhì)可以分為兩大類：DNA模板功能抑制劑模板功能抑制劑 與與DNA結(jié)合改變模板的功能。結(jié)合改變模板的功能。RNA聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑 與與RNA聚合酶結(jié)合抑制其活力。聚合酶結(jié)合抑制其活力。抑制劑抑制劑 靶酶靶酶 抑制作用抑制作用利福霉素利福霉素細菌的全酶細菌的全酶與與亞基結(jié)合，阻止起始亞基結(jié)合，阻止起始鏈霉溶菌素鏈霉溶菌

21、素細菌的核心酶細菌的核心酶與與亞基結(jié)合，阻止延長亞基結(jié)合，阻止延長放線菌素放線菌素D真核真核RNA聚合酶聚合酶與與DNA結(jié)合，并阻止延長結(jié)合，并阻止延長-鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿真核真核RNA聚合酶聚合酶與與RNA聚合酶聚合酶結(jié)合結(jié)合除上述抑制劑外，還有一些嘌呤和嘧啶的類似物，除上述抑制劑外，還有一些嘌呤和嘧啶的類似物，如如5-氟尿嘧啶等，可以作為核苷酸代謝拮抗物來抑氟尿嘧啶等，可以作為核苷酸代謝拮抗物來抑制核酸前體的合成。制核酸前體的合成。3.5 原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物只一種原核生物只一種RNA聚合酶參與基因轉(zhuǎn)錄。真核生聚合酶參與基因轉(zhuǎn)錄。真核生物有物有

22、3種種RNA聚合酶負責不同基因轉(zhuǎn)錄，合成不同聚合酶負責不同基因轉(zhuǎn)錄，合成不同類型和不同定位的類型和不同定位的RNA。原核生物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大多是編碼序列。真核生物原核生物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大多是編碼序列。真核生物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物很大，含有內(nèi)含子序列。初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物很大，含有內(nèi)含子序列。原核初級產(chǎn)物不需剪接加工，可直接作為翻譯模板。原核初級產(chǎn)物不需剪接加工，可直接作為翻譯模板。真核初級產(chǎn)物需經(jīng)剪接、修飾等轉(zhuǎn)錄后加工。真核初級產(chǎn)物需經(jīng)剪接、修飾等轉(zhuǎn)錄后加工。原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時同地同步進行，真核生原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時同地同步進行，真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯不同步。物的轉(zhuǎn)錄和翻譯不同步。3.6 mRNA的特征的

23、特征原核生物原核生物mRNA半衰期短。半衰期短。原核生物原核生物mRNA以多順反子的形式存在。以多順反子的形式存在。5 端無端無“帽子帽子”結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，3 端沒有或只有較短的端沒有或只有較短的poly A結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。原核生物起始密碼子原核生物起始密碼子(AUG)上游上游7-12bp核苷酸處核苷酸處有一個稱為有一個稱為SD序列的保守區(qū)，在核糖體序列的保守區(qū)，在核糖體-mRNA的結(jié)合過程中起作用。的結(jié)合過程中起作用。3.6.1 原核生物原核生物mRNA的特征的特征3.6.2 真核生物真核生物mRNA的特征的特征“基因基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能能

24、RNA所必需的全部核甘酸序列。所必需的全部核甘酸序列。真核生物真核生物mRNA的的5 端存在帽子結(jié)構(gòu)。端存在帽子結(jié)構(gòu)。5 端加帽反端加帽反應在轉(zhuǎn)錄早期即已完成。帽子結(jié)構(gòu)可使應在轉(zhuǎn)錄早期即已完成。帽子結(jié)構(gòu)可使mRNA免遭免遭核酸酶的破壞。核酸酶的破壞。真核生物多數(shù)真核生物多數(shù)mRNA3 端具有端具有poly(A)尾巴尾巴(組蛋白組蛋白除外除外)。尾巴是在轉(zhuǎn)錄后在。尾巴是在轉(zhuǎn)錄后在3 端的特定部位由內(nèi)切端的特定部位由內(nèi)切酶切開，然后由酶切開，然后由polyA聚合酶催化多聚腺苷酸反應。聚合酶催化多聚腺苷酸反應。PolyA是是mRNA進入胞質(zhì)必需的形式，增強穩(wěn)定性。進入胞質(zhì)必需的形式，增強穩(wěn)定性。真核

25、生物真核生物mRNA以單順反子的形式存在。以單順反子的形式存在。真核生物起始密碼子僅為真核生物起始密碼子僅為AUG。原核生物與真核生物原核生物與真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較結(jié)構(gòu)的比較3.7 真核生物真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工真核基因大多是斷裂的，一個基因由多個內(nèi)含子真核基因大多是斷裂的，一個基因由多個內(nèi)含子和外顯子間隔排列而成。和外顯子間隔排列而成。內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高。內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高。真核基因的表達都伴隨著真核基因的表達都伴隨著RNA的剪接。的剪接。從從hnRNA中切除內(nèi)含子的非編碼區(qū)，將外顯子的中切除內(nèi)含子的非編碼區(qū)，將外顯子的編碼區(qū)拼接形成成熟編碼

26、區(qū)拼接形成成熟mRNA(見見P99圖圖3-33)。3.7.1 真核生物真核生物RNA中的內(nèi)含子中的內(nèi)含子3.7.2 真核生物真核生物tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物真核生物tRNA基因有內(nèi)含子，前體需剪接?；蛴袃?nèi)含子，前體需剪接。tRNA基因內(nèi)含子的特點：長度和序列沒有共同性，基因內(nèi)含子的特點：長度和序列沒有共同性，位于反密碼子后，內(nèi)含子和外顯子間的邊界沒有保位于反密碼子后，內(nèi)含子和外顯子間的邊界沒有保守序列。守序列。tRNA的加工包括的加工包括3個方面：個方面：內(nèi)含子的剪接內(nèi)含子的剪接 tRNA核酸內(nèi)切酶切除前體中的內(nèi)含核酸內(nèi)切酶切除前體中的內(nèi)含子，子，RNA連接酶將外顯子

27、連接在一起。連接酶將外顯子連接在一起。3 端添加端添加CCA 在在tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化下從核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化下從3 端端添加添加-CCA-OH。核苷酸修飾核苷酸修飾 tRNA中稀有堿基較多，修飾很平繁。中稀有堿基較多，修飾很平繁。3.7.3 真核生物真核生物rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工大多數(shù)真核生物大多數(shù)真核生物rRNA基因無內(nèi)含子?；驘o內(nèi)含子。新生新生rRNA前體與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成巨大的核糖核前體與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成巨大的核糖核蛋白前體顆粒。蛋白前體顆粒。rRNA前體的剪切過程包括如下前體的剪切過程包括如下4個步驟：個步驟：在在rRNA前體前體5 端切除非編碼的序列，生成端切除

28、非編碼的序列，生成41S中間物。中間物。41S RNA被切割成兩段，被切割成兩段，32S RNA和和20S RNA。32S RNA切割產(chǎn)生成熟切割產(chǎn)生成熟28S rRNA和和5.8S rRNA。20S RNA切割產(chǎn)生成熟切割產(chǎn)生成熟18S rRNA。3.7.4 真核生物真核生物mRNA的剪接的剪接由由DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物hnRNA，經(jīng)過，經(jīng)過5 端加帽、端加帽、3 端酶切加多聚腺苷酸；再經(jīng)端酶切加多聚腺苷酸；再經(jīng)RNA的剪的剪接，將編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分連接成一個連續(xù)接，將編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分連接成一個連續(xù)的可讀框，形成成熟的的可讀框，形成成熟的mRNA；通過核

29、孔進入細；通過核孔進入細胞質(zhì)基質(zhì)，作為指導蛋白質(zhì)合成的模板。胞質(zhì)基質(zhì)，作為指導蛋白質(zhì)合成的模板。每個真核基因平均有每個真核基因平均有810個內(nèi)含子，前體分子一個內(nèi)含子，前體分子一般比成熟般比成熟mRNA大大410倍。倍。不同生物內(nèi)含子的邊界處存在相似的核苷酸序列，不同生物內(nèi)含子的邊界處存在相似的核苷酸序列，內(nèi)含子剪接過程在進化上是保守的。內(nèi)含子剪接過程在進化上是保守的。人類的許多疾病是內(nèi)含子剪接異常引起的。人類的許多疾病是內(nèi)含子剪接異常引起的。1)RNA序列決定了剪接的發(fā)生位點序列決定了剪接的發(fā)生位點在在mRNA前體中內(nèi)含子的兩端邊界存在共同的序前體中內(nèi)含子的兩端邊界存在共同的序列，列，5 邊

30、界序列為邊界序列為GU，3 邊界序列為邊界序列為AG。這些。這些序列結(jié)構(gòu)是序列結(jié)構(gòu)是mRNA前體產(chǎn)生剪接的信號。前體產(chǎn)生剪接的信號。內(nèi)含子與外顯子交界外的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部內(nèi)含子與外顯子交界外的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序列也可能參與內(nèi)含子的剪接。分序列也可能參與內(nèi)含子的剪接。在在3 端端AG附近有一段富含嘧啶附近有一段富含嘧啶(1020)的區(qū)域。的區(qū)域。在在5 端有一保守序列端有一保守序列(5 -GUPuAGU-3 )。在分叉剪接保守序列中的在分叉剪接保守序列中的A具有具有2 -OH(分支點分支點)。內(nèi)含子中的保守序列是內(nèi)含子中的保守序列是mRNA前體剪接過程中各前體剪接過程中各種核糖核蛋白剪

31、接調(diào)節(jié)蛋白因子的結(jié)合位點。種核糖核蛋白剪接調(diào)節(jié)蛋白因子的結(jié)合位點。2)RNA剪接中的兩步轉(zhuǎn)酯反應剪接中的兩步轉(zhuǎn)酯反應RNA剪接是由兩步轉(zhuǎn)酯反應完成，使前體剪接是由兩步轉(zhuǎn)酯反應完成，使前體RNA中中原有磷酸二酯鍵斷開，并形成新的磷酸二酯鍵。原有磷酸二酯鍵斷開，并形成新的磷酸二酯鍵。第一步轉(zhuǎn)酯反應由位于分支點第一步轉(zhuǎn)酯反應由位于分支點A上的上的2 -OH引發(fā)。引發(fā)。2 -OH作為親核基團攻擊作為親核基團攻擊5 剪接位點保守剪接位點保守G的磷酸的磷酸基團，造成外顯子基團，造成外顯子3 端的核糖與內(nèi)含子端的核糖與內(nèi)含子5 端磷酸端磷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。之間的磷酸二酯鍵斷開。內(nèi)含子游離出來的內(nèi)含子游

32、離出來的5 端磷酸與分支點端磷酸與分支點A上的上的2 -OH連接，形成磷酸二酯鍵，產(chǎn)生一個三叉交匯。連接，形成磷酸二酯鍵，產(chǎn)生一個三叉交匯。第二步轉(zhuǎn)酯反應中，第二步轉(zhuǎn)酯反應中，5 外顯子作為親核基團攻擊外顯子作為親核基團攻擊3 剪接位點的磷酸基團。導致二個結(jié)果。剪接位點的磷酸基團。導致二個結(jié)果。一是將一是將5 和和3 外顯子連接越來，二是把內(nèi)含子作外顯子連接越來，二是把內(nèi)含子作為游離基團釋放出去。為游離基團釋放出去。釋放出來的內(nèi)含子的釋放出來的內(nèi)含子的5 端在第一次轉(zhuǎn)酯中與分支端在第一次轉(zhuǎn)酯中與分支點點A相連，形狀像一個套索。相連，形狀像一個套索。3)RNA剪接大多發(fā)生在剪接體上剪接大多發(fā)生在

33、剪接體上RNA剪接的轉(zhuǎn)酯反應是由大型剪接體介導的。剪接的轉(zhuǎn)酯反應是由大型剪接體介導的。這個大型復合物包含約這個大型復合物包含約150種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和5種種RNA。5種核小種核小RNA(snRNA)為：為：U1, U2, U4, U5, U6。與與snRNA相結(jié)合的蛋白質(zhì)稱為核小核蛋白相結(jié)合的蛋白質(zhì)稱為核小核蛋白(snRNPs)。 snRNA與與snRNPs形成的復合物稱為核小核糖核蛋形成的復合物稱為核小核糖核蛋白白(snRNP)。剪接體就是由這些剪接體就是由這些snRNP形成的巨型復合物。形成的巨型復合物。不同的不同的snRNP執(zhí)行不同的任務，不同剪接反應的復執(zhí)行不同的任務，不同剪接反應的

34、復合物中含有不同的合物中含有不同的snRNP。snRNP在剪接中的功能：識別在剪接中的功能：識別5 剪接位點和分支點，剪接位點和分支點，按需要將這兩個位點集合到一起，催化或協(xié)助催化按需要將這兩個位點集合到一起，催化或協(xié)助催化RNA的剪接和連接反應。的剪接和連接反應。(過程見過程見P104圖圖3-28)4)RNA的可變剪接的可變剪接在高等生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成型地從在高等生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成型地從mRNA前體中被剪接。前體中被剪接。在個體發(fā)育和細胞分化時可選擇性地越過某些外在個體發(fā)育和細胞分化時可選擇性地越過某些外顯子或某個剪接點進行變位剪接，以產(chǎn)生組織或顯子或某個剪接點進行變

35、位剪接，以產(chǎn)生組織或發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性mRNA，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)含子的，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)含子的可變剪接或變位剪接。見可變剪接或變位剪接。見P104圖圖3-29。果蠅中與性別分化相關基因產(chǎn)物的特異性剪接過果蠅中與性別分化相關基因產(chǎn)物的特異性剪接過程見程見P105圖圖3-30。脊椎動物中約有脊椎動物中約有5%的基因以這種方式剪接。的基因以這種方式剪接?？勺兗艚幽鼙ＷC同源蛋白質(zhì)之間既有大致相同的可變剪接能保證同源蛋白質(zhì)之間既有大致相同的結(jié)構(gòu)，又有特定的性質(zhì)差異。結(jié)構(gòu)，又有特定的性質(zhì)差異。5)類和類和類自剪接內(nèi)含子類自剪接內(nèi)含子類和類和類內(nèi)含子本身具有催化活性，能進行內(nèi)類內(nèi)含子本身具有催化活性，

36、能進行內(nèi)含子的自我剪接。內(nèi)含子的類型見含子的自我剪接。內(nèi)含子的類型見P106表表3-11。類自我剪接內(nèi)含子類自我剪接內(nèi)含子 剪接過程主要是轉(zhuǎn)酯反應，剪接過程主要是轉(zhuǎn)酯反應，首先由游離鳥苷酸的首先由游離鳥苷酸的3 -OH攻擊內(nèi)含子的攻擊內(nèi)含子的5 剪接剪接點，上游切開點，上游切開RNA鏈；左外顯子的鏈；左外顯子的3 -OH 攻擊攻擊3 剪接點，上下游兩個外顯子相連，同時釋放線狀剪接點，上下游兩個外顯子相連，同時釋放線狀的內(nèi)含子的內(nèi)含子(見見P107圖圖3-31)。類自我剪接內(nèi)含子類自我剪接內(nèi)含子 主要存在于線粒體和葉綠體主要存在于線粒體和葉綠體rRNA基因中。剪接過程也是轉(zhuǎn)酯反應，釋放出基因中。

37、剪接過程也是轉(zhuǎn)酯反應，釋放出套索狀內(nèi)含子套索狀內(nèi)含子(見見P107圖圖3-32) 。3.8 RNA的編輯、再編碼和化學修飾的編輯、再編碼和化學修飾RNA編輯編輯 某些某些RNA，特別是，特別是mRNA的一種加工方的一種加工方式，將導致式，將導致DNA所編碼的遺傳信息的改變，因為所編碼的遺傳信息的改變，因為經(jīng)過編輯的經(jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板序列發(fā)生了不同于模板DNA的的變化。變化。介導介導RNA編輯的機制：單個堿基的替換，堿基的編輯的機制：單個堿基的替換，堿基的添加或缺失。添加或缺失。RNA編輯的生物學意義：編輯的生物學意義：校正作用校正作用 恢復基因突變丟失的遺傳信息?；謴突蛲?/p>

38、變丟失的遺傳信息。調(diào)控翻譯調(diào)控翻譯 構(gòu)建或除去起始密碼子和終止密碼子。構(gòu)建或除去起始密碼子和終止密碼子。擴充遺傳信息擴充遺傳信息 使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能。使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能。3.8.1 RNA的編輯的編輯3.8.2 RNA的再編碼的再編碼mRNA在某些情況下改變原來的編碼信息，以不同在某些情況下改變原來的編碼信息，以不同的方式進行翻譯，將這種把的方式進行翻譯，將這種把RNA編碼和讀碼方式的編碼和讀碼方式的改變稱為改變稱為RNA的再編碼。的再編碼。核糖體程序性位移核糖體程序性位移 進行蛋白質(zhì)翻譯時，進行蛋白質(zhì)翻譯時，mRNA的的讀碼信號在讀碼信號在tRNA、rRNA和其他蛋白質(zhì)因子作用下和其他