1、上午5时45分1 D N AD N A 指 导 的指 导 的 R N AR N A 合 成合 成 ， 也 称 为， 也 称 为 转 录转 录(transcription)(transcription)。是生物体内。是生物体内RNARNA的主要合成方的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。式，也是本章介绍的主要内容。 RNARNA指导的指导的RNARNA合成合成(RNA-dependent RNA (RNA-dependent RNA synthesis)synthesis)，也称，也称RNARNA复制复制(RNA replication)(RNA replication)，是逆是逆转录病毒以外
2、的转录病毒以外的RNARNA病毒病毒, ,在宿主细胞以病毒单链在宿主细胞以病毒单链RNARNA为模板合成为模板合成RNARNA的方式。的方式。上午上午5时时45分分2转录转录RNADNA 是指生物体以是指生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程。的过程。意指将意指将DNADNA碱基序列转抄为碱基序列转抄为RNARNA碱基序列碱基序列。不需引物不需引物) )3上午5时45分双链双链DNADNA中只有中只有一股链作为一股链作为模板模板( (不对称转录不对称转录) )；结构基因结构基因(2(22.52.5万个基因万个基因) )双链双链DNADNA的两股链均作为的两股链均作为模板模板
3、( (半保留复制半保留复制) )；全基因全基因(3 X 10(3 X 109 9 bpbp) )NTPsNTPsdNTPsdNTPsA-UA-U、T-AT-A、G-CG-CA-TA-T、G-CG-CRNARNA聚合酶聚合酶( (不需引物不需引物) )，缺乏校读功能缺乏校读功能DNADNA聚合酶聚合酶( (需需RNARNA引物引物) )，有较读功能有较读功能5 5 3 3 5 5 3 3 单链单链RNARNA子代双链子代双链DNADNA上午5时45分4上午5时45分5学习要求：学习要求： 掌握掌握复制与转录的主要区别；转录、不对称转复制与转录的主要区别；转录、不对称转录、模板链、编码链的概念；原
4、核生物录、模板链、编码链的概念；原核生物 RNA 聚合酶聚合酶全酶、核心酶的组成和作用；真核生物全酶、核心酶的组成和作用；真核生物 RNA 聚合酶聚合酶的主要类型和产物，转录因子的概念。的主要类型和产物，转录因子的概念。 人类基因组编码蛋白质的基因约为人类基因组编码蛋白质的基因约为2 22.52.5万万个，个，但但通常通常只有只有2%2%15%15%的基因处于转录活性状态。的基因处于转录活性状态。 是指是指在转录过程中，能在转录过程中，能够够按碱基配对规律指导按碱基配对规律指导RNARNA合成的那股合成的那股DNADNA单链，也称单链，也称为为或或。 是指是指与模板链对应的不被转录的那股与模板
5、链对应的不被转录的那股DNADNA单链，单链，也称作也称作或或。上午5时45分65 5GCA GGCA GT TA CAA CAT T G GT TC C3 33 3cgt cat gta cagcgt cat gta cag5 55 5GCA GGCA GU UA CAA CAU U G GU UC C3 3 mRNA转录转录翻译翻译DNADNA双链双链上午5时45分7 在不同的在不同的DNA 转录区段中，模板链并非总在同转录区段中，模板链并非总在同一股一股DNA链上。链上。 在一个在一个DNA转录区段中，只有模板链被转录，转录区段中，只有模板链被转录，而编码链不转录；而编码链不转录；图图1
6、3-1 RNA 的不对称转录的不对称转录上午5时45分8 (DNA dependent RNA polymerase, RNA pol)pppG pN O H + （ N TP） n D N A 模 板R N A 聚 合 酶 （ 核 心 酶 ）pppG pN （ pN ） n + nPPi上午5时45分9亚基亚基+ 核心酶核心酶 (core enzyme) 全酶全酶 (holoenzyme) 上午5时45分1036,512 与核心酶亚基的正确聚合有关，控制与核心酶亚基的正确聚合有关，控制转录的速率。能与启动子结合。转录的速率。能与启动子结合。150,618 聚合功能聚合功能(催化催化)，被利福
7、平结合抑制，被利福平结合抑制155,613 结合结合DNA 模板，兼有解链功能模板，兼有解链功能11,000 功能尚不清楚功能尚不清楚70,263 辨认起始位点，促进酶与启动子结合辨认起始位点，促进酶与启动子结合表表13-2 大肠杆菌大肠杆菌(EColi)RNA 聚合酶各亚基的功能聚合酶各亚基的功能上午5时45分11PS1S2S3启动子启动子O(Promoter)调控序列调控序列结构基因结构基因 操纵子操纵子 结合结合RNARNA聚合酶聚合酶表达功能蛋白表达功能蛋白?CAP结合位点结合位点原核生物转录的基本单位。原核生物转录的基本单位。上午5时45分12RNA聚合酶保护法聚合酶保护法先把一段基
8、因分离出先把一段基因分离出来后，与提纯的来后，与提纯的RNA聚合酶混合聚合酶混合;加入核酸外切酶作用加入核酸外切酶作用一定时间一定时间;总有一段总有一段4060 bp的的DNA片段由于片段由于RNA聚聚合酶的结合而免于被合酶的结合而免于被降解。降解。对这段受保护的对这段受保护的DNA序列进行分析。序列进行分析。上午5时45分13RNARNA聚合酶聚合酶保护区保护区结构基因结构基因终止点终止点- -10转录开始转录开始 + +1- -35TTGACAAACTGTTATAATATATTA(Pribnow box)RNA pol辨认结合区辨认结合区转录起始区转录起始区共有序列共有序列上午5时45分1
9、4 转录起点的上游约转录起点的上游约-10-10处找到处找到6bp6bp的保守序列的保守序列TATAATTATAAT，称为，称为-10-10序列序列或或PribnowPribnow盒盒(box)(box)；与真核；与真核细胞和古生菌中的细胞和古生菌中的TATA BoxTATA Box功能相似。功能相似。 T A T A T A T A A A T T 80% 95% 45% 60% 50% 96% 80% 95% 45% 60% 50% 96% RNA RNA polpol(RNA (RNA 聚合酶聚合酶) )紧密结合；紧密结合； 形成开放启动复合体；形成开放启动复合体； 使使RNA RNA
10、polpol定向转录定向转录-10-10序列的突变不影响序列的突变不影响RNApolRNApol与启动子的结合与启动子的结合速度，可是会降低双链解开的速度。速度，可是会降低双链解开的速度。上午5时45分15 3232( (相对分子质量相对分子质量32,000)32,000)识别、结合热激蛋识别、结合热激蛋白（白（heat shock proteinheat shock protein，HspHsp）基因转录启动子。）基因转录启动子。 6060( (相对分子质量相对分子质量60,000)60,000)在氮饥饿时开启某在氮饥饿时开启某些可利用其他氮源的基因。些可利用其他氮源的基因。上午5时45分1
11、6P70S1S2S3?P32H1H2H3?P60N1N2N3?1 1 45S 45S rRNArRNA是是5.8S5.8S、 18S18S和和28S rRNA28S rRNA的前体。的前体。2 2 hnRNAhnRNA是是mRNAmRNA的前体。的前体。种类种类胞内定位胞内定位转录产物转录产物对鹅膏蕈碱的敏感性对鹅膏蕈碱的敏感性RNA-pol RNA-pol 核仁核仁45S 45S 1 1耐受耐受、piRNApiRNA4 4、miRNAmiRNA5 5RNA-pol RNA-pol 核质核质、5S 5S 、snRNAsnRNA6 6中度中度RNA-pol RNA-pol 核质核质siRNAsi
12、RNA7 7不详不详RNA-pol mtRNA-pol mt线粒体线粒体线粒体线粒体RNAsRNAs敏感敏感3 37 7 具有重要的基因表达调节作用的非编码具有重要的基因表达调节作用的非编码RNARNA。 鬼笔鹅膏蕈鬼笔鹅膏蕈真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶、亚基的功能亚基的功能 50 kD中亚基中亚基 1 亚基亚基 小亚基小亚基 (10) /(7) /(11) 亚基亚基(识别起始点识别起始点)128 kD大亚基大亚基 2 和和 亚基亚基(催化催化) n=20-60, n=20-60,与种属有关与种属有关, ,称称羧基末端结构域羧基末端结构域(CTD); (CTD); 含带羟基的含
13、带羟基的Y(Y(酪酪)S()S(丝丝)T()T(苏苏),),可被磷酸化可被磷酸化; ; polpol的磷酸化在从转录起始过渡到延长中起重的磷酸化在从转录起始过渡到延长中起重要作用。要作用。上午5时45分18第二节第二节 原核生物原核生物RNA合成合成过程过程上午5时45分19学习要求：学习要求：熟悉熟悉原核生物原核生物 RNA 聚合酶与模板辨认结合；原聚合酶与模板辨认结合；原核转录起始、延长和两类转录终止过程的特点。核转录起始、延长和两类转录终止过程的特点。了了解解 -35区、区、-10区、上游、下游等概念。区、上游、下游等概念。需需RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 原核生物原核生物RNARN
14、A聚合酶聚合酶可可直接与模板直接与模板DNADNA结结合合启动转录启动转录。仅需核心酶催化仅需核心酶催化终止终止(termination)(termination)： 依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止机制机制；非依赖非依赖因子的转录终止机制。因子的转录终止机制。上午5时45分20转录过程可分为三个阶段转录过程可分为三个阶段：图图13-5 原核生物转录的起始原核生物转录的起始 RNA RNA 聚合酶聚合酶()结合到结合到DNADNA的的启动子上而启动转录。启动子上而启动转录。上午5时45分21启动子复合物启动子复合物promoter complex)promoter complex)闭合启动
15、子复合物闭合启动子复合物(closed promoter complex)(closed promoter complex)开放启动子复合物开放启动子复合物(open promoter complex)(open promoter complex)转录起始复合物转录起始复合物(RNA(RNA聚合酶聚合酶-DNA-DNA-pppGpppG- -pNpN-OH)-OH)向下移动到向下移动到-10-10区区TATATATA盒跨盒跨入转录起始点入转录起始点启动子的启动子的-10-10区局部解链区局部解链RNARNA链链5 5端头两个核苷酸产端头两个核苷酸产生生3 3 ,5,5 - -磷酸二酯键磷酸二酯
16、键因子辨认启动子因子辨认启动子-35-35序列序列RNARNA聚合酶结合到启动聚合酶结合到启动子上子上上午5时45分22pppGpN OH + （NTP）n DNA模板RNA聚合酶（核心酶）pppGpN（pN）n + nPPi 因子从转录起始复合物上的脱落因子从转录起始复合物上的脱落，导致导致RNARNA聚聚合酶构象随之发生改变，使核心酶沿着模板链的合酶构象随之发生改变，使核心酶沿着模板链的3 3 55 方向滑行。方向滑行。 核心酶向下游滑动时，双链核心酶向下游滑动时，双链DNADNA边解旋边解链边解旋边解链；同时同时，核心酶按照碱基配对规律，不断使核心酶按照碱基配对规律，不断使NTPsNTP
17、s在在5 5 - -pppGpN-OHpppGpN-OH的的3 3 端羟基上逐个聚合。端羟基上逐个聚合。上午5时45分23 碱基配对的稳定性是碱基配对的稳定性是G GC CA AT TA AU U； RNA/DNA RNA/DNA杂交杂交结构不及结构不及DNADNADNA DNA 双链稳定。双链稳定。上午5时45分24 转录延长与蛋白质合成同时进行。转录延长与蛋白质合成同时进行。 同一同一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；多聚核糖体多聚核糖体(polysome) 上午5时45分25图图13-713-7电子显微镜下原核生物的羽毛状转录现象电子显微镜下原核生物的羽毛状转
18、录现象上午5时45分261. 1. 识别结合识别结合富含富含C C的的RNARNA区区功能功能3. 3. ATPaseATPase活性活性2. 2. 解螺旋酶活性解螺旋酶活性 1969 1969年年RobertsRoberts在在T4T4噬菌体感染噬菌体感染E Ecolicoli的研究中的研究中首次首次发现了能控制转录终止的蛋白发现了能控制转录终止的蛋白质，命名为质，命名为Rho()Rho()因子因子。六聚体蛋白六聚体蛋白上午5时45分27因子因子53RNA-pol富含富含C53RNA-pol+ATP因子因子因子识别结合因子识别结合RNARNA富含富含C C区使区使RNA RNA polpol
19、变构停顿；变构停顿；ATPaseATPase活性水解活性水解ATPATP释能使产物释能使产物RNARNA释放。释放。解螺旋酶活性使解螺旋酶活性使RNA/DNARNA/DNA杂交双链解离；杂交双链解离；上午5时45分28 DNA DNA模板转录终止区有模板转录终止区有，以及其后出现的，以及其后出现的；上午5时45分29 转录的转录的RNARNA区段会形成区段会形成的的多个连续的多个连续的U U使转录终止。使转录终止。 位于核心酶覆盖区域内位于核心酶覆盖区域内形成形成的的RNARNA茎茎- -环结构可导致环结构可导致核心酶构象变化，阻止转录向下游推进。核心酶构象变化，阻止转录向下游推进。 RNA
20、RNA茎茎- -环结构之后多个连续环结构之后多个连续U U所形成的所形成的A AU U配对最配对最不稳定，促使不稳定，促使RNA/DNARNA/DNA解解链脱落链脱落。图图13-9 原核生物非依原核生物非依赖赖因子转录终止模式因子转录终止模式上午5时45分30 Transcription is DNA directed RNA synthesis, Transcription is DNA directed RNA synthesis, catalyzed by enzyme RNA polymerase. The DNA double catalyzed by enzyme RNA poly
21、merase. The DNA double helix must on line to expose its template strand, helix must on line to expose its template strand, so RNA polymerase can add the right ribonucleotide so RNA polymerase can add the right ribonucleotide triphosphate monomer to the growing RNA transcript. triphosphate monomer to
22、 the growing RNA transcript. RNA polymerase read the template strand from 3 RNA polymerase read the template strand from 3 prime to 5 prime end, and the RNA transcript grows prime to 5 prime end, and the RNA transcript grows from its own 5 prime to 3 prime end. The DNA double from its own 5 prime to
23、 3 prime end. The DNA double helix extends rewind. When the RNA polymerase helix extends rewind. When the RNA polymerase reaches the end of the template region, the enzyme reaches the end of the template region, the enzyme and new transcript are released.and new transcript are released.上午5时45分31上午5时
24、45分32学习要求：学习要求：熟悉熟悉真核转录因子，转录前起始复合物和真核真核转录因子，转录前起始复合物和真核转录的三个阶段。转录的三个阶段。 一、一、mRNAmRNA的合成的合成 指存指存在在真真核生物基因转录起始点上游核生物基因转录起始点上游，与转录有与转录有关的关的各种各种序列序列；即；即在同一在同一DNA分子上具有可影响或调分子上具有可影响或调控转录的各种控转录的各种片片段段。图图13-10 真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶识别的启动子区序列识别的启动子区序列*Y表示嘌呤脱氧核苷酸表示嘌呤脱氧核苷酸上午5时45分33RNARNA上午5时45分34 转录因子有很多种类，转录因子有很多种
25、类，相相对对应于应于RNARNA聚合酶聚合酶、和和的的TFTF，分别称为，分别称为TFTF、TFTF和和TF TF 。 TFTF又可分为又可分为TF ATF A、TFBTFB 、TFTF等。等。 大多含有锌指、螺旋大多含有锌指、螺旋- -转角转角- -螺旋等模体螺旋等模体；可与可与RNA-RNA-polpol和和DNADNA组成组成RNA-pol-RNA-pol-蛋白质蛋白质-DNA-DNA复合物复合物启动转录。启动转录。 某些某些TFTF或其亚基或其亚基( (TFTF F F小亚基小亚基) )与原核生物与原核生物因子因子在序列上有不同程度的一致性。在序列上有不同程度的一致性。上午5时45分3
26、5RNA-pol 核仁核仁45S 45S 1 1第一类第一类TF、piRNApiRNA4 4、miRNAmiRNA5 5第二类第二类TFRNA-pol 核质核质、5S 5S 、snRNAsnRNA6 6第三类第三类TF RNA-pol 核质核质siRNAsiRNA7 7第四类第四类TF RNA-pol mt 线粒体线粒体 线粒体线粒体RNAsRNAs？TF mt ?1 1 45S 45S rRNArRNA是是5.8S5.8S、 18S18S和和28S rRNA28S rRNA的前体。的前体。2 2 hnRNAhnRNA是是mRNAmRNA的前体的前体。3 37 7 具有重要的基因表达调节作用的
27、非编码具有重要的基因表达调节作用的非编码RNARNA。 TFTF D DTBPTBP1 1 38000 38000结合结合TATATATA盒盒TAFTAF2 2辅助辅助TBPTBP与与DNA DNA 结合结合TF ATF A12 00012 000，1900019000，3500035000稳定稳定TBPTBP与与DNA DNA 结合结合TF BTF B3300033000稳定稳定TFTF D-DNA D-DNA复合物，结合复合物，结合RNA-RNA-polpolTF ETF E57000()57000()，34000()34000()解螺旋酶解螺旋酶TF FTF F3000030000，74
28、00074000促进促进RNA-RNA-polpol结合结合, ,介导其他介导其他因子的结合因子的结合TFTF H H6200062000，8900089000蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTDCTD3 3磷酸化磷酸化TF JTF J120000120000促进促进TFDTFD的结合的结合1 TBP1 TBP：TATA binding protein(TATA TATA binding protein(TATA 结合蛋白结合蛋白) )；2 TAF2 TAF：TBP associated factor(TBPTBP associated factor(TBP相关因子相关因子) )；3 CTD
29、3 CTD：Carboxyl Terminal Domain(RNACarboxyl Terminal Domain(RNA聚合酶聚合酶大亚基羧基末端结构域大亚基羧基末端结构域) )。 指能指能直接直接与与RNARNA聚合酶聚合酶相互作用相互作用，RNARNA结合结合的转录因子的转录因子，如如TFDTFD。TFDTFD人类细胞中至少有人类细胞中至少有1212种不同的种不同的TAFTAF。不同不同TAFTAF与与TBPTBP的组合对的组合对不同不同启启动子的亲和力不同动子的亲和力不同；可选择性可选择性活化不同基因启动子活化不同基因启动子。TBPTBP可结合可结合10 10 bpDNAbpDNA区
30、段，刚区段，刚好覆盖好覆盖TATATATA盒盒(TFD(TFD可覆盖可覆盖35 35 bpbp或更长的区域或更长的区域) )。TBPTBP8 81010个个TAFTAF上午5时45分38与原核生物与原核生物RNA聚合酶靠聚合酶靠 因子辨认结合启动因子辨认结合启动子而启动转录不同子而启动转录不同，真核生物真核生物RNA聚合酶需聚合酶需要要依靠依靠众多转录因子的帮助才能与众多转录因子的帮助才能与DNA结合。结合。在起始阶段，在起始阶段，RNA聚合酶聚合酶在一系列在一系列TF的的参与下形成转录前起始复合物参与下形成转录前起始复合物。上午5时45分39TFFTFFTFATFBTFHTFETATACTD
31、-PTBPTAFRNA POL-TAFTAFPOL-TFFTFF上午5时45分41RNA-RNA-polpol大亚基大亚基CTDCTD被被TFHTFH磷酸化才能离开起磷酸化才能离开起动子区域并进入延长阶段。动子区域并进入延长阶段。与原核生物不同的是，没有转录与翻译同步的与原核生物不同的是，没有转录与翻译同步的现象；但转录延长过程中随现象；但转录延长过程中随RNA polRNA pol前移，可以观察前移，可以观察到到核小体移位核小体移位或或解聚解聚现象。现象。 真核生物的转录延长过程与原核生物相似，真核生物的转录延长过程与原核生物相似，RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA模板链模板链3 3
32、55 方向方向移动，并按模板移动，并按模板DNADNA链碱基序列催化链碱基序列催化RNARNA链的延长。链的延长。上午5时45分42RNA -pol 前移遇到核小体前移遇到核小体原来绕在组蛋白上的原来绕在组蛋白上的DNA解聚及弯曲解聚及弯曲一个区段转录完毕，核小体发生了移位一个区段转录完毕，核小体发生了移位上午5时45分435 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶、解旋酶核酸酶、解旋酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA。上午5时45分44剪切信号序列剪切信号序列学习要求：学
33、习要求：掌握掌握真核基因的断裂基因、内含子、外显子和剪接体概真核基因的断裂基因、内含子、外显子和剪接体概念，念， mRNA 的首、尾修饰，的首、尾修饰，tRNA 和和 rRNA 转录后加工修饰转录后加工修饰特点；特点；熟悉熟悉内含子剪接机制，核酶锤头结构的作用特点和研内含子剪接机制，核酶锤头结构的作用特点和研究意义。究意义。了解了解内含子的分类和内含子的分类和mRNA编辑，编辑，tRNA和和rRNA转转录后加工过程，基因概念的定义与延伸；录后加工过程，基因概念的定义与延伸；siRNA、microRNA和长链非编码和长链非编码RNA（lncRNA）的定义及应用。）的定义及应用。上午5时45分45
34、 真核生物中几乎所有的初级转录产物真核生物中几乎所有的初级转录产物(primary transcript)(primary transcript)，都需，都需经经一定程度的一定程度的加工加工(processing)(processing)才具有生物学功能。才具有生物学功能。 原核生物转录的原核生物转录的mRNAmRNA不需加工即能作为不需加工即能作为翻译的模板翻译的模板，但但rRNArRNA和和tRNAtRNA初级转录产物也初级转录产物也需加工成熟。需加工成熟。上午5时45分46 核苷酸的部分水解、剪接，链末端的核苷酸的部分水解、剪接，链末端的“加帽加帽”和和“加尾加尾”，核苷酸的修饰等。，核
35、苷酸的修饰等。 真核生物成熟真核生物成熟mRNAmRNA的前体的前体hnRNAhnRNA，需在需在细胞核内进行细胞核内进行加工修饰加工修饰，才才成为成为具有生物学具有生物学功能功能的的成熟成熟mRNAmRNA。 切除内含子和连接外显子的剪接切除内含子和连接外显子的剪接； 5 5 端加帽和端加帽和3 3 端加尾的首尾修饰端加尾的首尾修饰； 核苷酸的甲基化等。核苷酸的甲基化等。上午5时45分47 （一）（一）hnRNAhnRNA 真核生物真核生物结构基因结构基因由由若干个若干个编码区编码区和和非编码区非编码区相间镶嵌连接而成。相间镶嵌连接而成。 真核基因真核基因中的编码序列称为中的编码序列称为，非
36、，非编码序列称为编码序列称为在内含子和在内含子和外显子外显子的交界处的交界处/ /分支点分支点有两个相当短的保守序列有两个相当短的保守序列，5 5 端端为为GT/GUGT/GU，3 3 端为端为 AG AG，此称为，此称为。* * Roberts Roberts和和Sharp20Sharp20世纪世纪7070年代年代提出提出，获，获19931993诺贝尔生理诺贝尔生理/ /医学奖。医学奖。上午5时45分48 是指核内未被剪接、含有内含子的是指核内未被剪接、含有内含子的mRNAmRNA前体，前体，称为称为或或。核酸分子杂交研究核酸分子杂交研究鸡鸡卵清蛋白断裂基因及其初级转录产物的加工卵清蛋白断裂
37、基因及其初级转录产物的加工卵清蛋白基因卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰剪接过程中套剪接过程中套索索RNA的形成的形成mRNA 形成形成脊椎动物编码蛋白质的基因只有为数不多的基因脊椎动物编码蛋白质的基因只有为数不多的基因 没有内含子，如没有内含子，如组蛋白基因组蛋白基因。某些低等真核生物编码蛋白质的基因也缺乏内含某些低等真核生物编码蛋白质的基因也缺乏内含 子，如子，如酿酒酵母酿酒酵母的许多基因。的许多基因。有些原核生物的基因也有内含子，如一些有些原核生物的基因也有内含子，如一些真细菌真细菌 (eubacteria)和和古细菌古细菌(archaebacteria)的基因。的基因。抗肌萎缩
38、蛋白抗肌萎缩蛋白(distrophin)(distrophin)基因基因是人类最庞大的是人类最庞大的 基因，全长数百万基因，全长数百万(10(106 6) bp) bp，含，含5050多个外显子和多个外显子和 50 50多个内含子多个内含子；成熟的成熟的mRNAmRNA仅有约仅有约1 1万万bp bp 。上午5时45分50上午5时45分51具有具有可移动和可移动和转座功能转座功能，很可能参与，很可能参与RNARNA介导的介导的 细胞调节功能细胞调节功能；可调节可调节 mRNAmRNA的的选择性剪接选择性剪接，还，还可产生有功能活性可产生有功能活性 的的RNARNA；可形成可形成发夹状发夹状mi
39、RNAmiRNA，利用，利用RNAiRNAi机制机制调节其它基因调节其它基因 的表达；的表达；某些某些遗传性疾病的基因变异遗传性疾病的基因变异发生在内含子。发生在内含子。上午5时45分52种类种类长度长度(nt)来源来源主要功能主要功能持持家家非非编编码码RNAtRNAtRNA前体氨基酸转运rRNArRNA前体核糖体构成snRNAsnRNA前体mRNA剪接snoRNA基因组印记区中最大的非编码RNA家族基因rRNA、snRNA、mRNA等的修饰,基因组印记调调节节非非编编码码RNAmiRNA2125含发卡结构的pri-miRNARNA干扰，基因沉默siRNA2125外源基因导入；转座子转录的d
40、sRNARNA干扰，基因沉默piRNA2431piRNA基因簇转录产生的长单链RBA前体生殖细胞内转座子的沉默lncRNA200多种途径转录、转录后和翻译调控，表观遗传调控，基因印迹及端粒系统调控非编码非编码RNA：不被翻译成蛋白质的功能性：不被翻译成蛋白质的功能性RNA的统称。的统称。上午5时45分54基因基因(gene) 概念的延伸：概念的延伸：是指在染色体上占有一定位置的遗传基本单是指在染色体上占有一定位置的遗传基本单位，位，含有一种多肽或含有一种多肽或RNA的编码信息的编码信息。是分布在染色体上的遗传基本单位，是负载是分布在染色体上的遗传基本单位，是负载着特定遗传信息的着特定遗传信息的
41、DNA片段，由多片段，由多肽或肽或RNA编码编码序列序列、内含子序列内含子序列和和调节序列组成调节序列组成，可编码一个可编码一个或多个具有生物学功能的多肽或或多个具有生物学功能的多肽或RNA。是分布在染色体上的遗传基本单位，是负载是分布在染色体上的遗传基本单位，是负载有特定遗传信息的有特定遗传信息的DNA片段，由片段，由多肽编码序列、多肽编码序列、内含子序列内含子序列和和调节序列调节序列组成。组成。 是指去除初级转录产物是指去除初级转录产物hnRNA的内含子，把外的内含子，把外显子连接为成熟显子连接为成熟mRNAmRNA的过程。的过程。剪接体剪接体( (* *小核小核RNARNA富含富含U U
42、，简称简称U U，有，有U1U1、U2U2、U4U4、U5U5和和U6U6等类别。等类别。核内蛋白质核内蛋白质小核小核RNARNA* * snRNA)snRNA)小核核小核核蛋白体蛋白体(snRNP)(snRNP)hnRNAhnRNA真核生物真核生物hnRNAhnRNA剪接的场所剪接的场所真核生物真核生物mRNAmRNA剪接的基本过程：剪接的基本过程：1 1小核核蛋白体小核核蛋白体( (snRNP)snRNP)中的中的U1U1和和U2 U2 snRNAsnRNA与与内含子内含子 边界序列边界序列(5(5 端为端为GUGU，3 3 端为端为 AG) AG)结合；结合；2 2U4U4、U6U6和和
43、U5 U5 snRNAsnRNA加入，加入，形成完整但无活性剪接形成完整但无活性剪接 体，内含子形成套索；体，内含子形成套索；3 3调整结构，构建活性中心，形成活性剪接体；调整结构，构建活性中心，形成活性剪接体；4 4催化二次催化二次转酯反应转酯反应，完成，完成切除内含子和连接外显切除内含子和连接外显 子的子的剪接过程。剪接过程。上午5时45分56图图13-17 13-17 剪接体的装配和剪接过程剪接体的装配和剪接过程1snRNA 与内含子边界序列结合；与内含子边界序列结合；2形成完整但无活性剪接体，内含子形成完整但无活性剪接体，内含子形成套索；形成套索；3形成活性剪接体；形成活性剪接体；4完
44、成剪接过程完成剪接过程上午5时45分57图图13-18 13-18 剪接过程的两次转酯反应机制剪接过程的两次转酯反应机制上午5时45分58 通过通过m mRNARNA编辑，可使一个基因产生多种氨基酸编辑，可使一个基因产生多种氨基酸序列不同、功能不同的蛋白质，结果不仅扩大了遗序列不同、功能不同的蛋白质，结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物能更好地适应生存环境。传信息，而且使生物能更好地适应生存环境。上午5时45分59 如人类基因组上只有一个如人类基因组上只有一个载脂蛋白载脂蛋白B B（apoBapoB）基）基因因，转录后加工成熟的，转录后加工成熟的mRNA mRNA 含含14,50014,500个
45、核苷酸。个核苷酸。 在肝脏细胞内该在肝脏细胞内该mRNAmRNA表达表达513kD513kD的的apoapo B100 B100； 在小肠黏膜细胞在小肠黏膜细胞内内则表达则表达250kD250kD的的apoapo B48 B48。图图13-19 13-19 载脂蛋白载脂蛋白B mRNAB mRNA的编辑加工的编辑加工上午5时45分60 hnRNA的的“加帽加帽”是在转录生成的是在转录生成的hnRNA长长度为度为2530个核苷酸时形成的。个核苷酸时形成的。 hnRNA poly A尾的添加是在转录终止时进行尾的添加是在转录终止时进行的；先由核酸内切酶在的；先由核酸内切酶在AAUAAA信号下游信号
46、下游1030个核苷酸处切断，再由多聚腺苷酸聚合酶个核苷酸处切断，再由多聚腺苷酸聚合酶(poly A polymerase)催化逐个加入腺苷酸。催化逐个加入腺苷酸。上午5时45分61mRNAmRNA的的“帽子帽子”结构有结构有3 3种类型：种类型：0 0型帽：型帽：5 5 -m-m7 7GpppN-GpppN-型帽：型帽：5 5 -m-m7 7GpppmN-GpppmN-；M7M7和第一位核苷酸的和第一位核苷酸的2 2 - -OHOH也甲基化。也甲基化。型帽：型帽：5 5 -m-m7 7GpppNmNm-GpppNmNm-；M7M7和第一、第二位核苷酸和第一、第二位核苷酸的的2 2 -OH-OH
47、均甲基化。均甲基化。上午5时45分62图图13-20 mRNA5 端端“0型帽型帽”结构的形成（右）结构的形成（右）及其及其5 ，5 -三磷酸双鸟苷结构（左）三磷酸双鸟苷结构（左）HH上午5时45分635 5 端端“帽子帽子”与与帽结合蛋白帽结合蛋白(CBP) (CBP) 结合结合，可增加可增加 mRNA mRNA的稳定性，并的稳定性，并对对mRNAmRNA从细胞核向细胞质的转从细胞核向细胞质的转 运有重要作用运有重要作用。poly Apoly A是维持是维持mRNAmRNA稳定性和翻译模板活性稳定性和翻译模板活性的重要的重要 因素。因素。poly Apoly A与与相结合相结合的形式的形式存
48、存 在在，可与，可与5 5 端端“帽子帽子”协调协调mRNAmRNA从核内向胞质的从核内向胞质的 转位、维系转位、维系mRNAmRNA的稳定的稳定、调控翻译调控翻译的的起始。起始。5 5 端端“帽子帽子”为核糖体对为核糖体对mRNAmRNA识别的信号，协助识别的信号，协助 核糖体和核糖体和翻译起始因子翻译起始因子与与mRNAmRNA结合。结合。上午5时45分64RNaseRNase P P切除切除5 5 端端1616个核苷酸的前导序列；个核苷酸的前导序列；RNaseRNase D D切除切除3 3 端的两个端的两个UUUU，由，由tRNAtRNA核苷酸转移核苷酸转移酶催化添加酶催化添加CCA-
49、OHCCA-OH；稀有碱基的形成稀有碱基的形成嘌呤甲基化嘌呤甲基化：AAm mA A，GGm m G G；DHUDHU环上的环上的U U被还原为被还原为DHUDHU；T T 环上的环上的U U转变为转变为 ；反密码上的反密码上的A A脱氨转变脱氨转变I I。上午5时45分65通过剪接反应切除中部通过剪接反应切除中部1414个核苷酸个核苷酸的的插入序列；插入序列；tRNA的初级产物的初级产物成熟成熟 tRNA剪接反应剪接反应转移酶转移酶上午5时45分66RNaseRNase P PRnaseRnase D D碱基修饰碱基修饰如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U
50、 （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）A mn6A、2mn6A （1）甲基化）甲基化G m7GU m5U(T) C m5C、 hm5C上午5时45分67 真核生物真核生物18S18S、28S 28S 和和5.8S rRNA 5.8S rRNA 基因基因( (rDNArDNA) )处处于一个转录单位上，前体是编码约含于一个转录单位上，前体是编码约含14,00014,000个核苷酸个核苷酸的的45S rRNA45S rRNA。 45S rRNA 45S rRNA经剪切，先产生经剪切，先产生18S rRNA18S rRNA，余下的部分，余下的部分再剪切产生
