1、14.1 RNA14.1 RNA生物合成的概况生物合成的概况转录（转录（DNADNA指导的指导的RNARNA合成）的概念合成）的概念 DNA携带的遗传信息（基因）传递给RNA分子的过程称转录（transcription ）。 DNA RNA转录产物有转录产物有mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA等等 反应体系：以反应体系：以DNADNA模板模板,NTP,NTP为原料为原料,RNA,RNA聚合聚合酶催化。酶催化。模板需要解旋解链，但不需要引物。模板需要解旋解链，但不需要引物。合成连续进行，合成方向：合成连续进行，合成方向： 5 5 3 3 从头合从头合 成，成，5 5 末端的起始
2、核苷酸常为末端的起始核苷酸常为GTPGTP或或ATPATP。不对称转录不对称转录不对称转录不对称转录-DNA-DNA片段转录时，片段转录时， 双链双链DNADNA中只有一条链作为中只有一条链作为 转录的模板，这种转录方式转录的模板，这种转录方式 称作不对称转录。称作不对称转录。模板链模板链(template strand)(template strand)：指导指导RNARNA合成的合成的DNADNA链为模板链，链为模板链，又称反义链。又称反义链。非模板链非模板链( (nentemplatenentemplate strand) strand)： 不作为转录的另一条不作为转录的另一条DNADN
3、A链链为有义链，又称编码链。为有义链，又称编码链。（模板链并非永远在同一条单链上）（模板链并非永远在同一条单链上）不对称转录不对称转录GCAGTACATGTC5533DNACGTCATGTACAG编码链模板链GCAGUACAUGUCmRNA转录14.2 原核生物的转录1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）全酶由全酶由5 5种亚基种亚基2 2 组成组成；因子与其它部分的结合不因子与其它部分的结合不是是 十分紧密，它易于与十分紧密，它易于与2 2分离；分离；没有没有亚基的酶称为亚基的酶称为核心核心酶酶只催化链的延长，对起始只催化链的延长，对起始无作用。无作用。 全酶全
4、酶 ( (holoenzymeholoenzyme) ) 核心酶核心酶 (core enzyme)(core enzyme) 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶各亚基的功能聚合酶各亚基的功能亚基亚基 基因基因 Mr 亚基亚基 功能功能 数目数目 rpoArpoA 40,OOO 2 40,OOO 2 酶的装配，与启动子上游酶的装配，与启动子上游 元件和活化因子结合元件和活化因子结合 rpoBrpoB 155,000 1 155,000 1 结合核苷酸底物，催化磷结合核苷酸底物，催化磷 酸二酯键形成酸二酯键形成rpoCrpoC 160,000 1 2 160,000 1 2个个Zn2+参与催化过程
5、参与催化过程 ，与模板结合与模板结合 rpoDrpoD 32,OOO- 1 32,OOO- 1 识别启动子，促进转录识别启动子，促进转录 92 92，000 000 的起始的起始 9,OOO 1 9,OOO 1 未知未知启动子：启动子：指能被指能被RNARNA聚合酶识别、结合并启动聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段基因转录的一段DNADNA序列。序列。 RNA聚合酶能否与启动子相互作用是起始转录的关键问题。转录起点：转录起点：与新生与新生RNARNA链第一个核甘酸相对应链第一个核甘酸相对应DNADNA链上的碱基。链上的碱基。 转录起点是转录起点是+1+1，上游是，上游是-1-1。不同的不同的
6、 因子可识别不同的启动子因子可识别不同的启动子。因子因子 编码基因编码基因主要功能主要功能7070rpoD参与对数生长期和大多数碳代谢过参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因调控程基因调控5454rpoN参与多数氮源利用基因的调控参与多数氮源利用基因的调控3838rpoH分裂间期特异基因的表达调控分裂间期特异基因的表达调控3232rpoS热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控2828rpoF鞭毛趋化相关基因的表达调控鞭毛趋化相关基因的表达调控2424rpoE过度热休克基因的表达调节过度热休克基因的表达调节大肠杆菌中的各种大肠杆菌中的各种因子比较因子比较 for standard promote
7、rs; for standard promoters; for heat-shock promoters; for heat-shock promoters; for nitrogen-starvation promoters for nitrogen-starvation promotersStandardHeat-shockNitrogenstarvation不同的不同的因子识别不同启动子因子识别不同启动子RNA聚合酶的作用1)1)与与DNADNA结合并使之解链，另外还具有解旋、重新使结合并使之解链，另外还具有解旋、重新使DNADNA螺旋化作用。螺旋化作用。2)2)催化催化RNARNA聚合
8、反应，负责三种聚合反应，负责三种RNARNA合成。合成。3)3)RNARNA聚合酶核心酶通过与不同的聚合酶核心酶通过与不同的 亚基结合，识别亚基结合，识别不同的启动子。不同的启动子。4)4)识别启动子，主要依赖于识别启动子，主要依赖于 亚基，亚基， 亚基只参与亚基只参与转录的起始，并决定转录的方向。转录的起始，并决定转录的方向。小结14.2.2转录的起始转录的起始（原核生物）原核生物）v转录起始点的确定转录起始点的确定 启动子被启动子被RNARNA聚合酶识别、结合并启动基因转录聚合酶识别、结合并启动基因转录 v确定启动子的方法确定启动子的方法-足迹法足迹法足迹法确定足迹法确定启动子序列启动子序
9、列RNA聚合酶能否与启动子相互作用是起始转录的关键问题。转录起点：转录起点：与新生与新生RNARNA链第一个核甘酸相链第一个核甘酸相对应对应DNADNA链上的碱基。链上的碱基。转录起点是转录起点是+1，上游是，上游是-1。原核生物的启动子结构原核生物的启动子结构-10序列（序列（Pribnow框）框） 在转录起点上游大约在转录起点上游大约-10-10处，有一个处，有一个6bp6bp的保守序列的保守序列TATAATTATAAT，称，称PribnowPribnow框。框。此段序列出现在此段序列出现在-4-4到到-13bp-13bp之间，之间，各碱基出现频率如下：各碱基出现频率如下： T89A89T
10、50A65A65T100 Pribnow框决定转录方向。框决定转录方向。酶在此部位与酶在此部位与DNA结合形成稳定的复结合形成稳定的复合物，合物，Pribnow框中框中DNA序列在序列在转录方向上解开，形成开放型起转录方向上解开，形成开放型起始结构，它是始结构，它是RNA聚合酶牢固的聚合酶牢固的结合位点，是启动子的关键部位。结合位点，是启动子的关键部位。编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点Probnow盒子启动子3510+1转录区53RNA-3535序列序列（SexfamaSexfama box box）（识别区域）识别区域）只含只含-10-10序列
11、的序列的DNADNA不能转不能转录，在录，在-10-10序列上游还有序列上游还有一个保守序列，其中心约一个保守序列，其中心约在在-35-35位置，称为位置，称为-35-35序列，序列，此序列为此序列为RNARNA聚合酶的识聚合酶的识别区域。别区域。各碱基出现频率如下：各碱基出现频率如下：T T8585T T8383G G8181A A6161C C6969A A5252 ，其中其中TTGTTG十分保守。十分保守。编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点Probnow盒子启动子3510+1转录区53RNA大肠杆菌启动子共有序列的功能大肠杆菌启动子共有序列的
12、功能 AGTCTTGACA TAT ATAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10序列序列-35序列序列识别区识别区16-19bp5-9bp起点有助于DNA局部双链解开提供了RNA聚合酶识别的信号起始过程起始过程全酶在全酶在因子参与下接触到因子参与下接触到DNA上；上；RNA聚合酶通过聚合酶通过因子识别因子识别启动子启动子并与之结合，形并与之结合，形成封闭性的起始复合物；成封闭性的起始复合物；酶结合在酶结合在-10区，区，启动子启动子活化；然后解开双链，暴活化；然后解开双链，暴露模板链；露模板链；酶移动到转录起始位点，加上第一个核苷三磷酸酶移动到转录起始位点，加上第一个核苷三磷酸
13、(大大多是多是GTP或或ATP)，形成三元复合物，转录开始。，形成三元复合物，转录开始。-35-10pppG或pppA55553333模板链模板链E 14.2.3 RNA14.2.3 RNA链的延伸链的延伸以以NTPNTP为原料和能量为原料和能量,DNA,DNA模板链为模板，靠核心模板链为模板，靠核心酶的催化，核苷酸间通酶的催化，核苷酸间通过过3 3 ,5,5 - -磷酸二酯键成磷酸二酯键成核糖核酸链核糖核酸链(RNA)(RNA)整个转录过程是由同一整个转录过程是由同一个个RNARNA聚合酶来完成的一聚合酶来完成的一个连续不断的反应，个连续不断的反应，RNARNA生成后，暂时与生成后，暂时与D
14、NADNA模板模板链形成链形成DNADNARNARNA杂交体，杂交体，长度约为长度约为1818个碱基对，个碱基对，形成一个转录泡。形成一个转录泡。拓扑异构酶负责消除正拓扑异构酶负责消除正超螺旋和形成负超螺旋超螺旋和形成负超螺旋14.2.3 RNA14.2.3 RNA链的延伸链的延伸亚基释放亚基释放在合成在合成8 8个核苷酸后，个核苷酸后，亚基释放，离开核心酶，使核心酶亚基释放，离开核心酶，使核心酶的的亚基构象变化，与亚基构象变化，与DNADNA模板亲和力下降，在模板亲和力下降，在DNADNA上移上移动速度加快，使动速度加快，使RNARNA链不断延长。链不断延长。因子被释放的原因因子被释放的原因
15、: :它已不起作用；它已不起作用；因子如仍然存在将会造成因子如仍然存在将会造成RNARNA聚合酶与启动子序列结合过聚合酶与启动子序列结合过紧，以致不能再沿着模板移动。紧，以致不能再沿着模板移动。所以当所以当因子被释放后，新生链因子被释放后，新生链- -酶复合体与酶复合体与DNADNA模板的结合模板的结合很弱，并且酶亦不再要求与特异序列的很弱，并且酶亦不再要求与特异序列的DNADNA结合时，链的延结合时，链的延伸才能达到最佳状态。伸才能达到最佳状态。14.2.4 转录的终止v终止子：终止子：提供转录终子信号的提供转录终子信号的DNA序列称为序列称为终止子，终止子，有两类：有两类：依赖依赖 -因子
16、的终止子和不因子的终止子和不依赖依赖 -因子的终止子。因子的终止子。v 终止因子：终止因子：协助协助RNA聚合酶识别终止信号聚合酶识别终止信号的辅助因子（或蛋白质）。的辅助因子（或蛋白质）。v抗终止因子：抗终止因子：引起抗终止作用的蛋白质称为引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。抗终止因子。nusA蛋白蛋白 是一种分子量为是一种分子量为69kd的酸性蛋白，它能与的酸性蛋白，它能与RNA及及RNA聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放。即聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放。即NusA结合到核心酶上（结合到核心酶上（），由），由NusA识别终止子序列；转录终止后，识别终止子序列；转录终止后，RNA
17、聚合酶脱离模板，聚合酶脱离模板，NusA又被又被所取代，由此所取代，由此形成形成RNA聚合酶起始复合物和终止复合物两种形式聚合酶起始复合物和终止复合物两种形式的循环。的循环。 大肠杆菌两类终止子的回文结构大肠杆菌两类终止子的回文结构A. 不依赖于不依赖于Rho（ ）的终止子的终止子A. 依赖于依赖于Rho（ ）的）的终止子终止子富含富含G-C系列系列U该区域提供信号使RNApol脱离模板不依赖于不依赖于的终止的终止特征特征：v终止子上游存在一个富含终止子上游存在一个富含GCGC碱基的二重对称区，由碱基的二重对称区，由这段这段DNADNA转录产生的转录产生的RNARNA容容易形成发卡式结构；易形
18、成发卡式结构；v在终止点前面有一段由在终止点前面有一段由4-84-8个个A A组成的序列，导致转录组成的序列，导致转录产物的产物的33端为寡聚端为寡聚U U。v这两种结构特征的存在决这两种结构特征的存在决定了转录的终止。定了转录的终止。 （a a）是延伸复合物恰好完是延伸复合物恰好完成富含成富含U U的的RNARNA链；链；（b b）RNA-RNARNA-RNA杂交物（发杂交物（发夹）的形成破坏了一部夹）的形成破坏了一部分分RNA-DNARNA-DNA杂交链，仅留杂交链，仅留下多聚下多聚U U与多聚与多聚A A的一段的一段杂交链；杂交链；（c c）多聚多聚U U与多聚与多聚A A杂交物杂交物解
19、离，转录本即被释放。解离，转录本即被释放。 RNA合成时形成的发夹终止结构此图表示，此图表示，RNA的一段短的双螺的一段短的双螺旋和富含旋和富含U的序列如何导致终止的序列如何导致终止作用和作用和RNA链的释放的。链的释放的。为什么这为什么这两个结构能引起终止两个结构能引起终止呢呢? ?v在新生在新生RNA中出现发卡式结构会导致中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链杂合链5端端的正常结构。的正常结构。v寡聚寡聚U的存在使杂合链的的存在使杂合链的3端部分出现不稳端部分出现不稳定的定的rUdA区域区域。v于是新生于是新生RNARNA链将很快自链将很快自D
20、NADNA双链中被排除双链中被排除出来。出来。依赖依赖的终止子的终止子依赖依赖的终止子没有不依赖的终止子没有不依赖的终止子特有的的终止子特有的多聚多聚dAdA序列，并且也不是都能形序列，并且也不是都能形成成稳定的发夹稳定的发夹。终止点前无寡聚终止点前无寡聚U U序列，回序列，回文对称区不富含文对称区不富含GCGC。依赖依赖的终止子，必需在的终止子，必需在因子存在时，才发生终止因子存在时，才发生终止作用。作用。 因子（因子（ RhoRho因子因子） 因子（因子（ RhoRho因子因子）：）：是是45KD45KD的的蛋白质（六聚体蛋白）。蛋白质（六聚体蛋白）。有有ATPATP酶和解螺旋酶酶和解螺旋
21、酶两种活性两种活性, ,因此能结合转录产物的因此能结合转录产物的33末末端区并使转录停顿及产物端区并使转录停顿及产物RNARNA脱离脱离DNADNA模板。模板。 因子在因子在RNARNA的存在下能的存在下能水解水解ATPATP，说明它能与新生说明它能与新生RNARNA链链结合，并可能应用结合，并可能应用ATPATP放出的放出的能量将能量将RNARNA链从酶和模板中释链从酶和模板中释出。出。 因子参与的因子参与的RNA合成终止模式合成终止模式RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延
22、长阶段5 3 RNA 启动子（启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开14.3. 14.3. 真核细胞的转录真核细胞的转录真核生物的转录和原核转录的不同点：真核生物的转录和原核转录的不同点： (1) (1) 原核只有一种原核只有一种RNARNA聚合酶，而真核细聚合酶，而真核细 胞有三种聚合酶；胞有三种聚合酶； (2) (2) 启动子的结构特点不同，真核有三种启动子的结构特点不同，真核有三种 不同的启动子和有关的元件；不同的启动子和有关的元件； (3) (3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。真核的转录有很多蛋
23、白质因子的介入。14.3.1 14.3.1 真核细胞真核细胞的的RNARNA聚合酶聚合酶v真核细胞真核细胞RNARNA聚合酶有聚合酶有、三类三类, ,均由均由多亚基构成多亚基构成. .v三种三种RNARNA聚合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感聚合酶对转录抑制剂鹅膏覃碱的敏感性反应不同性反应不同. .酶酶类类分分布布产产物物- -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱对酶的作用对酶的作用分子量分子量反应条件反应条件I I核仁核仁核质核质核质核质5.8SrRNA5.8SrRNA18SrRNA18SrRNAmRNAmRNA，snRNAsnRNAtRNAtRNA 5SrRNA5SrRNAU6snRNAU6snRNAscRNAs
24、cRNA不抑制不抑制低浓度抑制低浓度抑制高浓度抑制高浓度抑制500000500000700000700000700 000700 000_低离子强度低离子强度, ,要要求求MgMg2+2+或或MnMn2+2+高离子强度高离子强度高高MnMn2+2+浓度浓度真核细胞的真核细胞的RNARNA聚合酶聚合酶14.5 14.5 转录过程的选择性抑制转录过程的选择性抑制放线菌素放线菌素D是原核和真核细胞是原核和真核细胞RNA聚合酶的专一抑制剂。聚合酶的专一抑制剂。利福平利福平是原核细胞是原核细胞RNA聚合酶的抑制剂。聚合酶的抑制剂。 特异地抑制细菌特异地抑制细菌RNARNA聚合酶（与聚合酶（与RNARNA
25、聚合酶的聚合酶的亚基结合）的活性。亚基结合）的活性。-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱是真核细胞是真核细胞RNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂。放线菌素放线菌素D D利福平利福平鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱原核原核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制真核真核抑制抑制不抑制不抑制抑制抑制RNARNA聚合酶聚合酶1414RNARNA转录后的加工转录后的加工vRNARNA聚合酶合成的原初转录产物，要经过剪切、聚合酶合成的原初转录产物，要经过剪切、修饰、拼接等过程，才能转变成成熟的修饰、拼接等过程，才能转变成成熟的RNARNA分分子，此过程称子，此过程称RNARNA转录后加工。转录后加工。v不论原核或真核生物的不论原核或真核生物的rRNA
26、rRNA和和tRNAtRNA都是以初级都是以初级转录产物形式被合成的，然后再加工成为成熟转录产物形式被合成的，然后再加工成为成熟的的RNARNA分子。分子。v绝大数原核生物的绝大数原核生物的mRNAmRNA却不需加工，仍为初级却不需加工，仍为初级转录产物的形式。转录产物的形式。v真核生物从断裂基因产生的真核生物从断裂基因产生的mRNAmRNA要经过复杂的要经过复杂的加工历程，包括去除内含子的剪接反应加工历程，包括去除内含子的剪接反应(splicing)(splicing)。 . . .rRNArRNA前体的加工前体的加工 在原核生物中，rRNArRNA的基因与某些的基因与某些tRNAtRNA的
27、基因组成混合操纵子的基因组成混合操纵子。其余tRNA基因也成簇存在，成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子。它们在形成多顺反子转录物后，经断链成为rRNA和tRNA的前体，然后进一步加工成熟。（）原核生物（）原核生物rRNArRNA的加工的加工大肠杆菌共有7个rRNA的转录单位，它们分散在基因组的各处。每个转录单位由16S rRNA、 23S rRNA、5SrRNA以及一个或几个tRNA的基因所组成，有时在3-端5S rRNA的基因之后还有1个或几个tRNA的基因。rRNA的基因原初转录物的沉降常数为30S，相对分子质量为2.1106，约含6500个核苷酸，5末端为pppA。由于在原核生物中
28、rRNA的加工往往与转录同时进行，因此不易得到完整的前体。原核生物原核生物rRNArRNA前体的加工过程前体的加工过程甲基化甲基化6500个核苷酸个核苷酸核酸内切酶核酸内切酶RNase、P核酸外切酶核酸外切酶参与原核生物参与原核生物rRNArRNA前体加工的酶类前体加工的酶类v甲基化酶v切割前体的核酸酶切割前体的核酸酶有有、D D、E E、F F、P P、M16M16、M23M23、M5M5等等如：如：大肠杆菌的RNase,RNaseERNase,RNaseE；枯草杆菌RNaseRNase（2)2)真核生物真核生物rRNArRNA前体的加工前体的加工v真核生物有真核生物有4 4种种rRNArR
29、NA，即，即5.8S 5.8S rRNArRNA，18S 18S rRNArRNA，28S 28S rRNArRNA和和5S 5S rRNArRNA。v基因结构特点：基因结构特点：前三者的前三者的基因组成一个转录单位，基因组成一个转录单位，产生产生45S45S的前体的前体RNARNA（不同不同生物的生物的rRNArRNA前体大小不同，前体大小不同，如：有的前体为如：有的前体为38S38S，37S37S）。）。v加工过程：加工过程：甲基化修饰甲基化修饰 切割切割v真核生物真核生物5sRNA5sRNA前体独立于前体独立于其他三种其他三种rRNArRNA的基因转录。的基因转录。哺乳动物哺乳动物45S
30、 rRNA前体的转录后处理前体的转录后处理小核仁小核仁RNA（Small nucleolar RNAs；snoRNAs）vrRNArRNA前体的加工需要一系列核仁小前体的加工需要一系列核仁小RNARNA（snoRNAsnoRNA）的帮助。的帮助。v小核仁小核仁RNARNA是一类小型是一类小型RNARNA分子，可引导分子，可引导核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA）或其他）或其他RNARNA的化学修饰（如的化学修饰（如甲基化甲基化）作用。）作用。v可分为可分为C C（AUGAUGAAUGAUGA）/D(CUCA) box/D(CUCA) box与与H(ANANNA)/H(ANANNA)/A
31、CAboxACAbox两种。两种。vsnoRNAsnoRNA含有含有C/D boxC/D box，可识别，可识别rRNArRNA前体的甲基化位前体的甲基化位点和切割位点；点和切割位点；snoRNAsnoRNA含有含有H/ACA boxH/ACA box，可识别生，可识别生成尿嘧啶核苷酸化的位点。成尿嘧啶核苷酸化的位点。14.6.3 14.6.3 tRNAtRNA前体的加工前体的加工原核生物原核生物tRANtRAN基因的结构特点：基因的结构特点： 原核生物中的tRNA基因往往成簇存在，或与rRNA的基因，或与编码蛋白质的基因组成混合转录单位。 tDNA-转录转录-相同的：相同的： tRNA tR
32、NA- tRNA- 不同的：不同的： tRNA1- tRNA2- tRNA3- 和和rRNA一起：一起： rRNA- tRNA- rRNA-举例：大肠杆菌有60个tRNA基因，大都以基因簇存在； T4噬菌体中有转运7个不同tRNA基因组成一簇。 E.coliE.coli共有三种共有三种rRNArRNA，5S 5S rRNArRNA、16S 16S rRNArRNA和和23S 23S rRNArRNA。3 3种种rRNArRNA基因和基因和1 14 4个个tRNAtRNA基因组成一个操纵子（基因组成一个操纵子（rrnrrn operonoperon），大肠杆菌中共有），大肠杆菌中共有7 7个这样
33、的操纵子。个这样的操纵子。举例举例-rrn operon E.coli中已找到两个tRNA基因簇，二者均除tRNA基因外尚含有其他基因。这两个基因簇均含有tRNATyr的基因，故命名：tyrU簇，包括4个tRNA基因，tRNAThr，tRNAGly，和tRNATyr；EF-Tu蛋白基因tyrT簇，则仅包含两个相同的基因，编码tRNATyr。举例举例- TyrU operon 在每个tRNA基因簇中，唯一的启动子常位于第一个tRNA基因之前。 在最后一个tRNA基因的后面还有编码蛋白质的基因。 在tyrU簇中是基因tutB(编码延长因子EF-Tu的两个基因之一)。 而在tyrT簇中是编码蛋白质P
34、的基因(蛋白质P是一种类似鱼精蛋白的多肽)。 E.coli中参与tRNA加工的酶有： RNaseP：它是一种内切核酸酶，负责切割所有tRNA分子的5端。 RNaseP是一种不tRNA基因组成一簇寻常的酶。它由蛋白质和RNA二者组成，分子中RNA有375个碱基长(约130KD)；而蛋白质组分要小得多，大约只有20KD。 RNaseD：它能从RNA的3端一个一个地切去碱基，以产生tRNA的真正的3端(5端由RNaseP产生)。 RNase：有外切核酸酶的活性，它能够将tRNA完全分解完。以前认为它也与tRNA加工有关，但目前认为它可能仅和RNA的分解代谢有关。在细菌中有两种tRNA前体，其区别在于
35、其3端的序列。tRNAtRNA前体的加工过程前体的加工过程由核酸内切酶将由核酸内切酶将tRNAtRNA 前体分子切断前体分子切断剪切和修剪剪切和修剪 RNaseRNase p p切除切除5 5 端多余的核苷酸；端多余的核苷酸； RnaseRnase D D切除切除33端多余的核苷酸；端多余的核苷酸；v经过剪切后的经过剪切后的tRNAtRNA分子还要在拼接酶分子还要在拼接酶作用下，将成熟作用下，将成熟tRNAtRNA分子所需的片段分子所需的片段拼起来。拼起来。 3 3末端加上末端加上CCACCA（有的不用另外加因有的不用另外加因为自身带有该序列）为自身带有该序列） 在核苷酰转移酶作用下，在核苷酰
36、转移酶作用下，3-3-末端末端除去个别碱基后，换上除去个别碱基后，换上tRNAtRNA分子统一分子统一的的CCA-OHCCA-OH末端，完成末端，完成tRNAtRNA分子中的氨分子中的氨基酸臂结构。基酸臂结构。核苷酸的修饰和异构化核苷酸的修饰和异构化 型分子有CCA三联体在其3端。但某些噬菌体编码的型分子则没有CCA序列，当其他碱基被一个一个从前体分子上除去后，另由称为tRNA核苷酸转移酶的将CCA加到3端上去。 真核生物中可能所有的tRNA前体都属于型，在成熟时都需要通过酶的作用，在其3端加上CCA序列。 关于关于3 3 端端CCACCA三联体三联体核苷酸的修饰和异构化核苷酸的修饰和异构化成
37、熟的成熟的tRNAtRNA分子中有许多的稀有碱基：分子中有许多的稀有碱基：v某些嘌呤生成甲基嘌呤如某些嘌呤生成甲基嘌呤如AmA,GmGAmA,GmGv有些尿嘧啶还原为双氢尿嘧啶。有些尿嘧啶还原为双氢尿嘧啶。v某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸（）。）。v尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷。尿嘧啶核苷转变为假尿嘧啶核苷。不被转录的序列不被转录的序列tRNA基因基因转录转录加工加工切去多余的序列切去多余的序列加上加上CCACCA、修饰、修饰、切除内含子切除内含子真核生物的真核生物的tRNAtRNA前体加工前体加工核酸内切酶核酸内切酶环磷酸二环磷酸二酯酶酯酶激酶激酶连
38、接酶连接酶14.6.4 14.6.4 真核细胞真核细胞mRNAmRNA前体的加工前体的加工真核生物细胞质中的真核生物细胞质中的mRNAmRNA有三个有三个特点：特点：v真核细胞真核细胞mRNAmRNA一般是以单顺反子的形式存在一般是以单顺反子的形式存在v 5 5 端存在端存在“帽子帽子”结构结构v多数多数mRNA 3 mRNA 3 端具有端具有polypoly（A A ）尾巴（组蛋白除外）尾巴（组蛋白除外）真核生物真核生物mRNAmRNA前体称为前体称为hnRNAhnRNA mRNAmRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不
39、等的中间产物，它们被称为核内不均中形成分子大小不等的中间产物，它们被称为核内不均一一RNARNA（hnRNAhnRNA）。其中，约有）。其中，约有25%25%可转变成成熟的可转变成成熟的mRNAmRNA。hnRNAhnRNA半寿期很短，比细胞质中的半寿期很短，比细胞质中的mRNAmRNA更不稳定，一般在更不稳定，一般在几分钟至几分钟至1 1小时。而细胞质小时。而细胞质mRNAmRNA的半寿期为的半寿期为1-101-10小时，神小时，神经细胞经细胞mRNAmRNA最长可达数年。最长可达数年。真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron
40、) m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 55端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”, ,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子( (intronintron) )，拼接外显子，拼接外显子( (extronextron) )（1）帽子结构的生成）帽子结构的生成vmRNAmRNA在真核生物中的初级产物称为在真核生物中的初级产物称为hnRNAhnRNA。v在在mRNA的的5-端加上端加上7-7-甲基鸟苷三磷酸（甲基鸟苷三磷酸（m7Gpppm7Gppp）的结构。此过
41、程发生在细胞核内，即的结构。此过程发生在细胞核内，即hnRNA即可即可进行加帽。进行加帽。v加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5-端的磷端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对的结构，再对G进行甲基化。进行甲基化。 5端帽结构的生成反应中所需要的酶：反应中所需要的酶：RNARNA三磷酸酶三磷酸酶mRNAmRNA鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶mRNAmRNA（鸟嘌呤鸟嘌呤-7-7-）甲基转移酶）甲基转移酶mRNAmRNA（核苷（核苷-2-2-）甲基转移酶。）甲基转移酶。5端帽结构的生成过程5端帽结构pi5pp
42、pG磷酸酶ppi5pGpppG5GpppG甲基化酶CH3mGpppGOHOH帽1帽0帽2NNNNOH2NCH3+OHHCH2HOP OPO P OPPPN1N2N3OOHOOHOOHOCH3OCH32OH79H甲基鸟苷5，5-三磷酸真核真核mRNA的的5 -末端末端7-甲基鸟嘌呤核苷帽状结构甲基鸟嘌呤核苷帽状结构由于甲基化的程度不同，有三种类型的帽子：由于甲基化的程度不同，有三种类型的帽子：v在在55末端鸟苷的第末端鸟苷的第7 7位上存位上存在单个甲基化位点的称在单个甲基化位点的称O O型帽型帽子子（capOcapO）；）；v在在55次末端核苷酸的核糖上次末端核苷酸的核糖上的的2-02-0位点
43、上还有一个甲基位点上还有一个甲基位点的称位点的称1 1型帽子型帽子(cap I)(cap I)；v此外，在第三个核苷酸的核此外，在第三个核苷酸的核糖上（糖上（2-02-0）有甲基化位点）有甲基化位点的称的称2 2型帽子型帽子（capIIcapII）。）。帽子结构功能：能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5末端，以保护mRNA免受5核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。（2） 3端多聚多聚A A （polypolyA A) )尾巴尾巴的生成v大多数的真核大多数的真核mRNA mRNA 都有都有33端的多聚腺苷酸的端的多聚腺苷酸的尾巴（尾巴（po
44、lypolyA A) )，多聚（多聚（A)A)尾巴大约为尾巴大约为20-150bp20-150bp。vhnRNAhnRNA链由链由RNAaseRNAase切断，由多聚腺苷酸聚合酶切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上催化，加上polyApolyA，ATPATP为供体。为供体。参与加尾反应的蛋白质或酶v切割和聚腺苷化特异因子切割和聚腺苷化特异因子（CPSFCPSF）v剪切刺激因子（剪切刺激因子（CstFCstF）v剪切因子剪切因子和和（CF,CF CF,CF ）v polyApolyA聚合酶聚合酶(PAP)(PAP)v polyApolyA结合蛋白（结合蛋白（PABPPABP）加尾信号下游加尾信号下
45、游1030 nt处有一处有一5-CA-3二联体。二联体。二联体的后面有一段富含二联体的后面有一段富含GU的序列。的序列。加尾信号下游加尾信号下游1030 nt处有一处有一5-CA-3二联体。二联体。二联体的后面有一段富含二联体的后面有一段富含GU的序列。的序列。加尾信号：加尾信号：AATAAAAATAAA（或（或UUAUUUUUAUUU）、）、YGTGTGYYYGTGTGYY（Y Y为嘧啶）。为嘧啶）。v在大多数真核基因的在大多数真核基因的33一一端有一个端有一个AATAAAATAA序列，这个序列，这个序列是序列是mRNA3-mRNA3-端加端加polyApolyA尾的信号。尾的信号。v靠核酸
46、酶在此信号下游靠核酸酶在此信号下游10-10-3030碱基外切断磷酸二酯键，碱基外切断磷酸二酯键，在在polyApolyA聚合酶催化下，在聚合酶催化下，在3-OH3-OH上逐一引入上逐一引入100-200100-200个个A A碱基。碱基。 加尾反应过程33末端多聚末端多聚A尾结构的作用：尾结构的作用：v与与mRNA mRNA 由核内向胞质的转位有关由核内向胞质的转位有关v增加增加mRNAmRNA的稳定性的稳定性v参与翻译起始的调控参与翻译起始的调控（3 3）m mRNA前体的剪接v剪接剪接（splicing) : :在细胞核内在细胞核内, , hnRNAhnRNA剪切掉内剪切掉内含子含子,
47、,将多个外显子连接为成熟将多个外显子连接为成熟mRNAmRNA的过程为剪的过程为剪接，接，通过剪接除去由内含子转录的序列。通过剪接除去由内含子转录的序列。v剪接的本质：剪接的本质：磷酸酯键的转移磷酸酯键的转移v剪接部位的结构剪接部位的结构 ：剪接部位的结构为内含子剪接部位的结构为内含子末端的特定序列，分布在内含子的三个部位，末端的特定序列，分布在内含子的三个部位， 55端拼接点为端拼接点为GU;GU;33端拼接点为端拼接点为AGAG；靠近；靠近33端的一段嘧啶核苷酸组成的序列；存在于端的一段嘧啶核苷酸组成的序列；存在于内含子内的分支点序列。内含子内的分支点序列。 3端端5端端参与RNA剪接的物
48、质- snRNAsnRNA snRNAsnRNA：是核内小分子是核内小分子RNA RNA vsnRNA分别被命名为分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和和U6RNAv在真核生物的细胞核中，含有大量的小分子在真核生物的细胞核中，含有大量的小分子RNARNA，在天然状态下，它们以核糖核蛋白颗粒形式存在，在天然状态下，它们以核糖核蛋白颗粒形式存在，称为称为snRNPsnRNP（与（与snRNAsnRNA结合的核蛋白）结合的核蛋白）v由由snRNPsnRNP参与剪接的内含子存在于绝大多数真核细参与剪接的内含子存在于绝大多数真核细胞的蛋白质基因中。胞的蛋白质基因中。snRNPsnRNP在在RNAR
49、NA剪接中的作用剪接中的作用vU1-snRNAU1-snRNA与内含子与内含子55端端剪接部位相互作用剪接部位相互作用vU2 U2 snRNAsnRNA识别分支点识别分支点vU3-U3-snRNAsnRNA与与rRNArRNA前体的加前体的加工有关工有关vU4-snRNAU4-snRNA与与 U6 -U6 -snRNAsnRNA可可能结合在一起形成复合物能结合在一起形成复合物vU5-snRNAU5-snRNA与识别与识别33端剪端剪接点有关接点有关mRNA前体的剪接机制vU1snRNP结合于内含子的结合于内含子的5端；端；vU2snRNP结合到内含子的结合到内含子的分支点上；分支点上；vU5s
50、nRNP结合到内含子的结合到内含子的3端，端，U4/U6snRNP结合于结合于U5；vU1和和U2结合，形成套索结合，形成套索RNA结构；结构；vU4释放，内含子左侧切断，释放，内含子左侧切断，5外显子作为独立片段释放；外显子作为独立片段释放；v内含子的内含子的3剪接点切断，形剪接点切断，形成套索内含子，游离出来；成套索内含子，游离出来；v5外显子和外显子和3外显子连接形外显子连接形成成熟成成熟mRNA。套索结构套索结构外显子外显子外显子外显子内含子内含子内含子内含子55端断端断开开前一个外显子的前一个外显子的33末端末端攻击下后个外显子的攻击下后个外显子的5 5末末端端前后外显子的连接前后外
