第七版生化课件-第十一章 RNA的生物合成.ppt

1、目录目录第第11章章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )目录目录n在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：合成有两种方式：一是一是DNA指导的指导的RNA合成，也叫转录，此为生物合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另一种是另一种是RNA指导的指导的RNA合成合成(RNA-dependentRNAsynthesis)，也叫，也叫RNA复制复制(RNAreplication),由由RNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(RNA-dependentRNApolym

2、erase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模为模板合成板合成RNA的方式。的方式。目录目录转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 目录目录转录的知识是理解许多生物学现象和医学问题所转录的知识是理解许多生物学现象和医学问题所必需的。必需的。对于对于RNA生物过程的调节可以导致蛋白质合成速生物过程的调节可以导致蛋白质合成速率的改变，以及由此而引发的一系列代谢变化，率的改变，以及由此而引发的一系列代谢变

3、化，因此，了解因此，了解RNA代谢的基本原理就甚为重要。这代谢的基本原理就甚为重要。这些原理既关系到所有生物是如何适应环境变化的，些原理既关系到所有生物是如何适应环境变化的，也关系到细胞结构和功能的分化机制。也关系到细胞结构和功能的分化机制。复制和转录的区别复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-

4、CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制目录目录n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料: : NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板: : DNA酶酶 : : RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子目录目录原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates & Enzyme

5、s in Prokaryotic Transcription第一节第一节目录目录一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因结构基因(structuralgene)。 转录的这种选择性称为转录的这种选择性称为不对称转录不对称转录(asymmetrictranscription)，它有两方面含义：在，它有两方面含义：在DNA分子分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。目录目录5GCAGTACATGTC

6、33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为的一股单链，称为模板链模板链(templatestrand)，也称，也称作作有意义链有意义链或或Watson链链。相对的另一股单链是。相对的另一股单链是编编码链码链(codingstrand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。目录目录5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录

7、方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录目录目录二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成 DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化学机制与合成的化学机制与DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNA目录目录 DNA聚合酶在启动聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存链延长时需要引物存在，而在，而RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接启动就能直接启动RNA链的延长。链的延长。 R

8、NA聚合酶和聚合酶和DNA的特殊序列的特殊序列启动子启动子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。目录目录（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成 36512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618催化功能催化功能 155613结合结合DNA模板模板 70263辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能目录目录核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme) 转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段目录目录三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上起动转录上起动转录 转录是不

9、连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵操纵子子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上。操纵子包括若干个结构基因及其上游游(upstream)的调控序列。的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol目录目录调控序列中的启动子是调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而起动转的启动子上而起动转录，其中由录，其中由亚基

10、辨认启动子，其他亚基相互配合。亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法聚合酶保护法。目录目录nRNA聚合聚合酶保护法酶保护法目录目录开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 n用用RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区目录目录nRNA聚合酶

11、全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合:目录目录目录目录原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节目录目录 RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。 DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：目录目录nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长2.DNA双链局部解开，形成双链局部解开，形成开放

12、转录复合体开放转录复合体(opentranscriptioncomplex)；1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板结合，形成与模板结合，形成闭闭合转录复合体合转录复合体(closedtranscriptioncomplex)；3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：成转录起始复合物：RNApol( 2)-DNA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物: :5 -pppG-OH+NTP5 -pppGpN-OH3 +ppin转录起始过程：转录起始过程：目录目录第一个磷酸二酯键生成后，第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录

13、起亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于酸，继续结合于DNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNA链前链前移，进入延长阶段。移，进入延长阶段。目录目录二、二、原核生物的转录延长时蛋白质原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行的翻译也同时进行1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP(NMP)n+1 + PPi转录空泡转录空泡(

14、transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNAn转录延长：转录延长：5 3 DNAn原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。这种形状说明：这种形状说明：目录目录依赖依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止三、原核生物转录终止分为依赖三、原核生物转录终止分为依赖(Rho)因因子与非依赖子与非依赖因子两大类因子两大类n依据是否

15、需要蛋白质因子的参与，原核生物依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：转录终止分为：目录目录因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量亚基分子量46kD。因子能结合因子能结合RNA，又以对，又以对polyC的结合力的结合力最强。最强。因子还有因子还有ATP酶活性和解螺旋酶酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。的活性。（一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止n因子：因子：目录目录n因子的作用原理：因子的作用原理：目录目录目录目录目前认为，目前认为，因子终止转录的作用是：与因子终止转录的作用是：与RNA转转录产物结合，结合后录产物结

16、合，结合后因子和因子和RNA聚合酶都可发聚合酶都可发生构象变化，从而使生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放从转录复合物中释放。目录目录（二）（二） 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊的结构来终止转录。的结构来终止转录。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUU

17、UU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNAUUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3近终止区的转录产物形成发夹近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构结构是非依赖是非依赖因子终止的普遍现象。因子终止的普遍现象。n茎环结构使转录终止的机理：茎环结构使转录终止的机理：

18、使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol目录目录目录目录真核生物的转录过程真核生物的转录过程The Process of Transcription in Eukaryote第三节第三节目录目录真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。起始过程有较大区别，转录终止也不相同。目录目录一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖性依赖性RNA聚合酶聚合酶n 真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同

19、的RNA聚合酶聚合酶: RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol） RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）目录目录种类种类对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶目录目录真核生物真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基和十几个小亚基.RNA聚合酶聚合酶由由12个亚基组成，其最大的亚基称个亚基组成，其

20、最大的亚基称为为RBP1。RNA聚合酶聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有序最大亚基的羧基末端有一段共有序列列(consensussequence)为为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为的重复序列片段，称为羧基末端结构域羧基末端结构域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD对于维对于维持细胞的活性是必需的。持细胞的活性是必需的。目录目录二、转录起始需要启动子二、转录起始需要启动子、RNA聚合酶聚合酶和转录因子的参与和转录因子的参与（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列序列 不同物种、不

21、同细胞或不同的基因，转录起始不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都序列，但这些序列都可统称为可统称为顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)。目录目录n一个典型的真核生物基因上游序列一个典型的真核生物基因上游序列:53调控序列调控序列TATA盒盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA目录目录顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstreampromoterelements)或或promoter-proximalelements)等近端调控元件和增强子等近端调控元

22、件和增强子(enhancer)等远隔序列。等远隔序列。起始点上游多数有共同的起始点上游多数有共同的TATA序列，称为序列，称为Hognest盒或盒或TATA盒盒(TATAbox)。通常认为这。通常认为这就是就是启动子的核心序列启动子的核心序列。目录目录许多许多RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子具有保守的共有识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子序列：位于转录起始点附近的起始子(intiator，Inr)。启动子上游元件启动子上游元件是位于是位于TATA盒上游的盒上游的DNA序列，序列，多在转录起始点约多在转录起始点约-40-100nt的位置，比较常见的位置，比较常见的是的是

23、GC盒和盒和CAAT盒。盒。增强子增强子是能够结合特异基因调节蛋白，是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近促进邻近或远隔特定基因表达的或远隔特定基因表达的DNA序列。序列。目录目录转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体目录目录n真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶转录的基因及其转录转录的基因及其转录起始上游序列起始上游序列目录目录（二）（二） 转录因子转录

24、因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的的蛋白质，现已发现数百种，统称为蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因反式作用因子子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶聚合酶的，则称为的，则称为转录因子转录因子(transcriptionalfactors,TF)。参与参与RNA-pol转录的转录的TF蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的

25、桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP*38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP*38TFD功功能能亚基组成，分子

26、量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子目录目录RNA聚合酶聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。通常包括：可诱导因种蛋白质因子的协同作用。通常包括：可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和/或中介子在通用转录因子或中介子在通用转录因子/RNA聚合酶聚合酶II复合物与复合物与可诱导因子、上游因子之间的辅助和中介作用。可诱导因子、上游因子之间的辅助和中介作用。因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制

27、因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录。基因是否转录、何时转录。目录目录型基因中的四类转录因子型基因中的四类转录因子转录因子转录因子具体组分具体组分 结合序列结合序列 功能功能 基本组分基本组分 TBP,TFA,B,E,G,F和和HTBP结合结合TATA盒盒转录起始定位；转录起始定位；转转录起始和延长录起始和延长辅激活因子辅激活因子 TAFs和中介和中介子子在可诱导因子和上游在可诱导因子和上游因子与基本转录因子、因子与基本转录因子、RNA聚合酶结合中聚合酶结合中起联结和中介作用起联结和中介作用上游因子上游因子 SP1、ATF、CTF等等启动子上游启动子上游元件元件协助

28、基本转录因子，协助基本转录因子，提高转录效率和专一提高转录效率和专一性性可诱导因子可诱导因子 如如MyoD、HIF-1等等增强子等远增强子等远隔调控序列隔调控序列时间和空间（组织）时间和空间（组织）特异性地调控转录特异性地调控转录目录目录（三）（三） 转录起始前复合物转录起始前复合物真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物转录起始复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。目录目录nPIC的形成的形成目录目录目录目录（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定（四）少数几个反式作

29、用因子的搭配启动特定基因的转录基因的转录为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录因子。因子。拼板理论拼板理论(piecingtheory) ：少数几个反式作用少数几个反式作用因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互相作用，再与基本转录因子、相作用，再与基本转录因子、RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、子与基本转录因子、RNA聚合酶结合，但有聚合酶结合，但

30、有时也可直接与基本转录因子、时也可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结聚合酶结合。合。目录目录三三、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移

31、位位转录方向转录方向目录目录四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。关的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(polyA)尾巴结构，尾巴结构，是转录后才加进去的。是转录后才加进去的。转录不是在转录不是在polyA的位置上终止，而是超出数的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的再下游还有相当多的GT序列。

32、这些序列称为序列。这些序列称为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。目录目录n真核生物的转录终止及加尾修饰真核生物的转录终止及加尾修饰目录目录真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA第四节第四节目录目录真核生物转录生成的真核生物转录生成的RNA分子是初级分子是初级RNA转转录物录物(primaryRNAtranscript)，几乎所有的初，几乎所有的初级级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。

33、目录目录n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)目录目录一、真核生物一、真核生物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修饰和剪接首、尾修饰和剪接（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构大多数真核大多数真核mRNA的的5-末端有末端有7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤的帽结构。的帽结构。这个真核这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种加工过程的起始步骤由两种酶，酶，加帽酶加帽酶(cappingenzyme)和和甲基转移酶甲基转移酶(methy

34、ltransferase)催化完成。催化完成。 目录目录n帽子结构：帽子结构：目录目录5 pppGp5 GpppGppppGppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAMn帽子结构的生成过程：帽子结构的生成过程：5 ppGp磷酸酶磷酸酶Pi目录目录目录目录n帽子结构的意义：帽子结构的意义：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；也能与帽结合蛋白质复合体也能与帽结合蛋白质复合体(cap-bindingcomplexofprotein)结合，并参与结合，并参与mRNA和核和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。目录目录（

35、二）前体（二）前体mRNA在在3端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾1. hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA) snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体, , splicesome）snRNA目录目录尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。polyA的有无与长短，是维持的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模作为翻译模板的活性，以及增加板的活性，以及增加mR

36、NA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其，其polyA长度为长度为100至至200个核苷酸之间，也有少数例外。个核苷酸之间，也有少数例外。前体前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。步骤过程。AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAA

37、OHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP目录目录真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splitegene)CABD编码区编码区A、B、C、D非编码区非编码区目录目录2.外显子外显

38、子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰目录目录鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA目录目录3.内含子的分类内含子的分类根据基因

39、的类型和剪接的方式，通常把根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为内含子分为4 4类：类： I I ：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的的 rRNA基因；基因； II II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； IIIIII：是常见的形成套索结构后剪接，大多数是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子； IVIV：是是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及接过程需酶及ATP。目录目录4.mRNA的剪接的剪接 除去除

40、去hnRNAhnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为并接体结合成为并接体目录目录UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应(twicetransesterification) 目录目录 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是

41、可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。5.mRNA的编辑的编辑(mRNAediting)人类人类apoB基因基因mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apoB100（分子量为（分子量为500000）肠道细胞肠道细胞apoB48（分子量为（分子量为240000）mRNA编辑编辑目录目录二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反

42、应如：如：UDHU（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目录目录三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S目录目录四、核四、核酶酶具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)目录目录四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5 -

43、端核苷酸序列端核苷酸序列目录目录最简单的核酶二级结构最简单的核酶二级结构槌头状结构槌头状结构(hammerheadstructure)底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同一分子上包括有催化同一分子上包括有催化部份和底物部份部份和底物部份催化部份和底物部份组催化部份和底物部份组成锤头结构成锤头结构除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。 目录目录核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。 目录目录人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线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头表示切断点箭头表示切断点