1、第第3636章章 RNARNA生物合成生物合成和加工和加工 内内 容容 第一节第一节 DNADNA指导下指导下RNARNA的合成的合成第二节第二节 RNARNA转录后的加工转录后的加工第三节第三节 RNARNA指导下的指导下的RNARNA和和DNADNA的合成的合成遗传信息传递的遗传信息传递的 中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA第一节第一节 DNADNA指导下指导下RNARNA的合成的合成 转录转录（transcriptiontranscription）：生物体以）：生物体以DNADNA为模板合为模板合成成RNARNA的过程，转录是通过的过程，
2、转录是通过DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶聚合酶的催化实现的。经转录生成的的催化实现的。经转录生成的RNARNA有多种，主要的是有多种，主要的是rRNArRNA，tRNAtRNA，mRNAmRNA，snRNAsnRNA 和和 scRNAscRNA。 转录从转录从DNADNA模板的特定位点开始，并在一定的位点模板的特定位点开始，并在一定的位点终止终止, ,此转录区域为一个此转录区域为一个转录单位转录单位。 转录的起始是由转录的起始是由DNADNA的的启动子启动子（promoter)promoter)控制的，控制的，控制中止的部位称控制中止的部位称中止子中止子（terminato
3、r)terminator)。1. DNA1. DNA指导的指导的RNARNA聚合酶聚合酶反应式反应式： n1ATP RNA polymerase n2GTP n3CTP DNA, Mg2+(or Mn2 +) n4TTP RNA +(n1+n2+n3+n4)PPi从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录与复制是相同的。但是，也存在三个主要不同点：与复制是相同的。但是，也存在三个主要不同点： A A转录中不需要转录中不需要RNARNA引物、以引物、以4 4种三磷酸核糖核苷（种三磷酸核糖核苷（NTPNTP）为）为 底物底物 ；
4、 B B转录反应一般只用一小段转录反应一般只用一小段DNADNA做模板；做模板； C C在转录区，一般都只有一条在转录区，一般都只有一条DNADNA链可以作为模板。链可以作为模板。 启动子启动子 终止子终止子 模板链（负链，模板链（负链，反意义链反意义链）编码编码链链（正链，（正链，有意义链有意义链）非信息区非信息区5 5 5 5 3 3 3 3 两股两股DNADNA单链中只有一股可转录单链中只有一股可转录, ,可作为模板转录成可作为模板转录成RNARNA的一股称为的一股称为模板链模板链, ,对应的一股互补链称为对应的一股互补链称为编码编码链链。能转录出。能转录出mRNAmRNA然后指导蛋白质
5、合成的部分称为然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的结构基因。其余的DNADNA可能转录可能转录(rRNA,tRNA(rRNA,tRNA),),也可能也可能不转录。不转录。不对称转录不对称转录:DNA:DNA分子上一股可转录分子上一股可转录, ,另一股不转录另一股不转录; ;模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶（456 kD456 kD) ) 核心酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合 识别启动子，促进转录的起始识别启动子，促进转录的起始w -?
6、w -?全酶全酶( (2 2 ) ) w w2 Zn结合核苷酸底物结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成和模板和模板DNA结合结合催化中心催化中心转录泡，转录泡，17bp17bp杂交体，杂交体，8bp8bp酶的移动方向酶的移动方向大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶进行的转录聚合酶进行的转录RNARNA合成过程合成过程起始起始(pppG or pppA)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
7、3 5 3 5 5 3 NusA离开离开识别识别NusA大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA的相互作用的相互作用 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 三种三种RNARNA聚合酶聚合酶,它们专一地转录它们专一地转录不同的基因不同的基因, ,其转录过程和产物各不相同。三其转录过程和产物各不相同。三种种RNARNA聚合酶对聚合酶对鹅膏覃碱鹅膏覃碱的敏感性反应不同的敏感性反应不同。 snRNA U6, scRNAr r 5s-rRNA2.启动子和转录因子启动子和转录因子启动子启动子( promoter)( promoter)是指是指RNARNA聚合酶识别、结合和开聚合酶识
8、别、结合和开始转录的一段始转录的一段DNADNA序列。序列。 RNARNA聚合酶起始转录需要的聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为辅助因子（蛋白质）称为转录因子转录因子(transcriptional (transcriptional factor)factor)。 利用足迹法利用足迹法(footprint)(footprint)和和DNADNA测序法可以确定测序法可以确定启动子的序列结构。启动子的序列结构。 足迹法确定足迹法确定启动子序列启动子序列大肠杆菌启动子共有序列大肠杆菌启动子共有序列 AGTCTTGACA TAT ATAAAT AACTGT TTA Pribnow框框-10-3
9、5识别区识别区16-19bp5-9bp起点频度：频度： T89 A95 T45 A60 A50 T95有助于有助于DNA局部双链解开局部双链解开提供了提供了RNA聚合聚合 酶识别的信号酶识别的信号频度：频度：T82 T84 G78 A65 C54 A45 真核启动子真核启动子v分为类型分为类型I I、IIII、IIIIII，分别由，分别由RNA polRNA pol I I、IIII、IIIIII进行转录。进行转录。v类型类型I I、IIIIII启动子种类有限，分别控制启动子种类有限，分别控制rRNArRNA前前体基因和小分子体基因和小分子RNARNA的转录。的转录。类型类型I(RNA聚合酶聚
10、合酶I)启动子启动子控制控制rRNArRNA前体基因的转录，转录产物经加工后前体基因的转录，转录产物经加工后生成各种成熟的生成各种成熟的rRNArRNA。类型类型I启动子由两部分保守序列组成：启动子由两部分保守序列组成：核心启动子核心启动子位于转录起始点附近（位于转录起始点附近（4520）。）。上游控制元件（上游控制元件（UCE）位于位于180107。两部分都富含两部分都富含GC。 RNA聚合酶聚合酶I的转录还需要两种辅助因子参与的转录还需要两种辅助因子参与: UBF1: 可结合在两部分富含可结合在两部分富含GC区区 SL1：四聚体，含四聚体，含TBP和和3个转录辅助因子个转录辅助因子TAFI
11、, 结合在结合在UBF1上上, SL1 类似于细菌的类似于细菌的 因子。因子。 类型类型II启动子启动子v 类型类型IIII启动子涉及众多蛋白质基因的表达控启动子涉及众多蛋白质基因的表达控制。包括制。包括4 4类控制元件：类控制元件： 基本启动子基本启动子 起始子起始子 上游元件上游元件 应答元件应答元件由相应的转录因子识别。由相应的转录因子识别。v 基本启动子序列中心在基本启动子序列中心在-25-25至至-30-30左右，左右，7bp7bp保保守区。称守区。称TATATATA框（框（TATA boxTATA box）或）或Goldberg-Goldberg-HognessHogness框。框
12、。 A A63 63 A A6060 T T8282A A9797T T93 93 A A8585A A8282 T T37 37 T T3737通用（基本）转录因子通用（基本）转录因子 通用转录因子（通用转录因子（TFIITFII）: :指在启动子部位与指在启动子部位与RNARNA聚合酶聚合酶IIII形成起始复合物（形成起始复合物（作用于基本启动作用于基本启动子子），启动转录的蛋白质因子，含量丰富，种），启动转录的蛋白质因子，含量丰富，种类较少类较少 。为所有类型。为所有类型IIII启动子起始转录所必需启动子起始转录所必需。 转录因子转录因子 亚基数亚基数 分子量分子量 功能功能 TATA
13、TATA框是框是RNA PolRNA Pol II II和通用因子形成起始复和通用因子形成起始复合物的主要装配点。转录的起始位点处有一保守合物的主要装配点。转录的起始位点处有一保守序列称起始子（序列称起始子（initiator, Inrinitiator, Inr) )， DNADNA在此解在此解开并开始转录，其共有序列为：开并开始转录，其共有序列为： P Py y P Py yAN PAN Py y P Py yT TA A+1+1RNARNA聚合酶聚合酶IIII和转录因子在启动子上的装配和转录因子在启动子上的装配(TATA binding protein)(TATA binding pro
14、tein)CAAT框框 中心在中心在-75-75处，处，9bp9bp，共有序列，共有序列GGTGGT（G G）CAATCAATCTCT功能：与功能：与RNARNA聚合酶结合聚合酶结合 GC框框 在在CAATCAAT框上游，序列框上游，序列GGGCGGGGGCGG，与某些转录因子结，与某些转录因子结合。合。 CAATCAAT和和GCGC框均为上游序列，对转录的起始频率框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。有较大影响。上游调控元件上游调控元件类别类别IIIIII启动子（为启动子（为RNA polRNA pol III III所识别）所识别） 涉及小分子涉及小分子RNARNA，如：，如：5S5
15、S和和tRNAtRNA，scRNAscRNA的转的转录。它位于转录起始点下游，也就是基因内部。录。它位于转录起始点下游，也就是基因内部。5SrRNA5SrRNA基因基因boxAboxA 中间元件中间元件 boxBboxBboxA boxBboxA boxB 腺病毒腺病毒VARNAVARNA基因基因 先由先由TFIIIATFIIIA结合到结合到boxAboxA, ,然后促使然后促使TFIIICTFIIIC结合，结合，后者结合导致后者结合导致TFIIIBTFIIIB结合到转录起始点附近，并结合到转录起始点附近，并引导引导RNA polRNA pol III III 结合在起点上。结合在起点上。+5
16、5 +80+55 +803. 3. 终止子和终止因子终止子和终止因子提供转录停止信号的提供转录停止信号的DNADNA序列称为终止子序列称为终止子( terminator)( terminator)。协助。协助RNARNA聚合酶识别终止信号的辅聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子助因子（蛋白质）则称为终止因子 (termination (termination factor)factor)。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻。有的终止信号的作用可被特异的因子所阻止，使止，使RNARNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为聚合酶得以越过终止子继续转录，这称为通读通读(readth
17、rough(readthrough) )，这类引起抗终止作用的蛋白质，这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子称为抗终止因子(antitermination(antitermination factor) factor)。 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. A. 不依赖于不依赖于RhoRho（ ）的终止子的终止子B. B. 依赖于依赖于RhoRho（ ）的终止子的终止子富含富含G-CG-C系列系列U U4. RNA4. RNA生物合成的抑制剂生物合成的抑制剂l核苷酸合成抑制剂核苷酸合成抑制剂碱基和核苷酸类似物：碱基和核苷酸类似物： 8-巯基嘌、呤巯基嘌、呤8-8-氮
18、鸟氮鸟嘌呤、嘌呤、5-5-氟脲嘧啶（用于治疗癌、白血病等）氟脲嘧啶（用于治疗癌、白血病等）烷化剂：烷化剂：氮芥、磺酸酯、氮丙啶等氮芥、磺酸酯、氮丙啶等放线菌素：放线菌素放线菌素：放线菌素D D嵌合剂：溴乙锭嵌合剂：溴乙锭l与与DNADNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂 （抗癌、抗病毒药物）（抗癌、抗病毒药物）lRNARNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂抗菌素抗菌素: :如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素肽类化合物：肽类化合物： - -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱第二节第二节 RNARNA转录后的加工转录后的加工细胞内由细胞内由RNARNA聚合酶合成的原初转录产物往往聚合酶合成的原初转录产物往往需要经过一
19、系列的变化，包括需要经过一系列的变化，包括链的裂解、链的裂解、 55 、33端的切除和特殊结构的形成、核苷酸的修饰和糖苷端的切除和特殊结构的形成、核苷酸的修饰和糖苷键的变化、以及拼接和编辑等过程键的变化、以及拼接和编辑等过程，才能转变成为，才能转变成为成熟的成熟的RNARNA分子分子, ,这一过程总称之为这一过程总称之为RNARNA的成熟或转录的成熟或转录后加工（后加工（post-transcriptional processing)post-transcriptional processing) 细胞内的细胞内的tRNAtRNA、rRNArRNA相对稳定，半衰期一般相对稳定，半衰期一般为几个
20、小时。所有的为几个小时。所有的tRNAtRNA、rRNArRNA都不是原初转都不是原初转录产物，都要经过一系列的加工才能成为有活录产物，都要经过一系列的加工才能成为有活性的分子。性的分子。v 原初转录产物的原初转录产物的55是三磷酸（是三磷酸（pppGpppG、pppApppA），）， 而成熟的而成熟的tRNAtRNA、rRNArRNA ，55是单磷酸。是单磷酸。v 成熟成熟 tRNAtRNA、rRNArRNA分子都比原初转录物小。分子都比原初转录物小。v 所有的所有的tRNAtRNA分子，都有原初转录物所没有的稀分子，都有原初转录物所没有的稀有碱基（有碱基（A A、G G、C C、U U以外
21、的碱基）。以外的碱基）。v 真核的真核的mRNAmRNA多为单顺反子，含有多内含子。寿多为单顺反子，含有多内含子。寿命比原核命比原核mRNAmRNA的长。在原初转录物中，通过的长。在原初转录物中，通过RNARNA拼接反应而被去除的拼接反应而被去除的RNARNA序列。序列。v原核原核mRNAmRNA为多顺反子，半衰期只有几分钟，一经为多顺反子，半衰期只有几分钟，一经转录即直接进行翻译，一般不需加工。但少数多转录即直接进行翻译，一般不需加工。但少数多顺反子顺反子mRNAmRNA需经过核酸内切酶作用，切成较小的需经过核酸内切酶作用，切成较小的单位后再进行转录，如：单位后再进行转录，如：核糖体大亚基蛋
22、白核糖体大亚基蛋白L10L10和和L7/L12L7/L12与与RNA PolRNA Pol 、 亚基基因组成的混亚基基因组成的混合操纵子。合操纵子。1. 原核生物原核生物RNA的加工的加工 rRNA前体的加工前体的加工 在原核生物中，在原核生物中，rRNArRNA基因与某些基因与某些tRNAtRNA基因组成混基因组成混合操纵子，可提高效率、节省空间（增加有效信合操纵子，可提高效率、节省空间（增加有效信息）。其它的息）。其它的tRNAtRNA基因也成簇存在，并与编码蛋白基因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子，它们在形式多顺反子转录物质的基因组成操纵子，它们在形式多顺反子转录物后，断裂成为
23、后，断裂成为rRNArRNA和和tRNAtRNA的前体，然后进一步加工的前体，然后进一步加工成熟。成熟。 E.coli E.coli共有三种共有三种rRNArRNA 5S rRNA 5S rRNA、16S rRNA16S rRNA、23S rRNA23S rRNA rRNA rRNA原初转录物含原初转录物含63006300个核苷酸，约个核苷酸，约30S30S。 E.coliE.coli有有7 7个个rRNArRNA的转录单位（操纵子），它们的转录单位（操纵子），它们分散在基因组的各处。每个转录单位由分散在基因组的各处。每个转录单位由16SrRNA16SrRNA、23SrRNA23SrRNA、5
24、SrRNSA5SrRNSA以及一个或几个以及一个或几个tRNAtRNA基因所组基因所组成。每个操纵子中成。每个操纵子中tRNAtRNA基因的种类、数量和位置基因的种类、数量和位置都各不相同。都各不相同。甲基化作用甲基化作用专一核酸内切酶专一核酸内切酶30S30S前体前体P16P16pre-tRNApre-tRNAP23P23专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S 16S rRNArRNAtRNAtRNA23S 23S rRNArRNA5S 5S rRNArRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶大肠杆菌大肠杆菌rRNA前体的加工前体的加工P5P5RNaseERNaseE16S 16S rRNArRNAt
25、RNAtRNA23S 23S rRNArRNA5S 5S rRNArRNA甲基化甲基化E EIII IIII I IIIIIIIIIIII原核原核tRNA前体的加工前体的加工 E.coliE.coli染色体基因组有染色体基因组有6060个个tRNAtRNA基因，即某种基因，即某种a.a.a.a.的的tRNAtRNA基因不只一个拷贝。基因不只一个拷贝。tRNAtRNA基因大多成簇存在，基因大多成簇存在，或与或与rRNArRNA基因，或与蛋白质基因组成混合转录单位。基因，或与蛋白质基因组成混合转录单位。tRNAtRNA前体加工步骤：前体加工步骤：v 核酸内切酶核酸内切酶(RNaseP(RNaseP
26、、RNaseF)RNaseF)在在tRNAtRNA两端切断。两端切断。v 核酸外切酶核酸外切酶(RNaseD(RNaseD) )从从33端逐个切去附加序列。端逐个切去附加序列。v 在在tRNA3tRNA3端加上端加上-CCA-OH-CCA-OH。v 核苷的修饰（修饰酶核苷的修饰（修饰酶):):甲基化酶甲基化酶/S-/S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（SAMSAM），假尿苷合成酶。），假尿苷合成酶。tRNAtRNA前体分子的加工前体分子的加工a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列： 55端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加
27、端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNasePRNaseFRNasePRNaseFRNaseDRNaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 53tRNA+CTP tRNA-C+PPitRNA+CTP tRNA-C+PPitRNA-C+CTP tRNA-CC+PpitRNA-C+CTP tRNA-CC+PpitRNA-CC+ATP tRNA-CCA+PPitRNA-CC+ATP tRNA-CCA+PPi tRNA
28、tRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶tRNA+SAMtRNA+SAM 甲基甲基-tRNA+S-tRNA+S- -腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸tRNAtRNA甲基化酶甲基化酶tRNAtRNA假尿苷合成酶催化尿苷的糖苷键发生位移假尿苷合成酶催化尿苷的糖苷键发生位移反应，反应，由尿苷的由尿苷的N N1 1变为变为C C5 5。2. 2. 真核生物真核生物RNARNA的加工的加工 真核真核rRNArRNA、tRNAtRNA前体的加工过程与原核的很前体的加工过程与原核的很相似，但相似，但mRNAmRNA的加工过程与原核的有很大不同。的加工过程与原核的有很大不同。真核真核rRNArRNA前体的加工前体的加工
29、真核生物核糖体真核生物核糖体小亚基含：小亚基含：16-18S rRNA16-18S rRNA大亚基含：大亚基含：26-28S rRNA26-28S rRNA、5S rRNA5S rRNA、 5.8S rRNA5.8S rRNA（特有）（特有）。真核真核rRNArRNA基因拷贝数较多，几十至几千个之间，基因拷贝数较多，几十至几千个之间，rRNArRNA基因也成簇排列在一起。基因也成簇排列在一起。v18S18S、5.8S5.8S、28S rRNA28S rRNA基因组成一个转录单位，基因组成一个转录单位，彼此被间隔区分开，由彼此被间隔区分开，由RNARNA聚合酶聚合酶I I转录生成一个长转录生成一
30、个长的的rRNArRNA前体。前体。v5SrRNA5SrRNA基因也成簇排列，间隔区不被转录，由基因也成簇排列，间隔区不被转录，由RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII转录后经适当加工。转录后经适当加工。v哺乳动物：哺乳动物：45SrRNA45SrRNA前体前体 含含18S18S、5.8S5.8S、 28SrRNA28SrRNAv果蝇：果蝇：38SrRNA38SrRNA前体前体 含含18S18S、5.8S5.8S、28S rRNA28S rRNAv酵母：酵母：37SrRNA 37SrRNA 前体，前体，17S17S、5.8S5.8S、26S rRNA26S rRNAv rRNA rRNA在成熟过
31、程中可被甲基化，位点主要在成熟过程中可被甲基化，位点主要在核糖在核糖2-OH2-OH上。真核上。真核rRNArRNA甲基化程度比原核甲基化程度比原核的高，约的高，约1-2%1-2%的核苷酸被甲基化。的核苷酸被甲基化。v 真核生物的核仁是真核生物的核仁是rRNArRNA合成、加工和装配合成、加工和装配成核糖体的场所，大、小亚基分别组装后，通成核糖体的场所，大、小亚基分别组装后，通过核孔转移到胞质中参与核糖体循环。过核孔转移到胞质中参与核糖体循环。 真核真核tRNAtRNA前体的加工前体的加工v真核真核tRNAtRNA基因的数目比原核基因的数目比原核tRNAtRNA的要多的多。例的要多的多。例如，
32、如，E.coliE.coli有有6060个个tRNAtRNA基因，啤酒酵母基因，啤酒酵母250250个，个，果蝇果蝇850850个，爪蟾个，爪蟾11501150个，人个，人13001300个。个。v真核真核tRNAtRNA基因也成簇排列，被间隔区分开，基因也成簇排列，被间隔区分开，tRNAtRNA基因由基因由RNARNA聚合酶聚合酶转录。转录。v真核真核tRNAtRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似。前体的剪切、修饰过程与原核相似。真核生物真核生物mRNA前体的加工前体的加工v mRNAmRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核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等的中
33、间产物，内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，它们被称为核内不均一它们被称为核内不均一RNARNA（hnhn RNA RNA）。其中，）。其中，约有约有25%25%可转变成成熟的可转变成成熟的mRNAmRNA。v hnRNAhnRNA半寿期很短，比细胞质中的半寿期很短，比细胞质中的mRNAmRNA更不稳更不稳定，一般在几分钟至定，一般在几分钟至1 1小时。而细胞质小时。而细胞质mRNAmRNA的半的半衰期为衰期为1-101-10小时，神经细胞小时，神经细胞mRNAmRNA最长可达数年。最长可达数年。 hnRNAhnRNA转变成转变成mRNAmRNA的加工过程主要包括：的加工过程主要包括：55
34、末端形成帽子结构末端形成帽子结构33末端切断并加上末端切断并加上polyApolyA剪接除去内含子对应的序列剪接除去内含子对应的序列甲基化甲基化5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G5 ppp5 N1 pN2pAAAAAAA-OHmRNA的加工的加工加帽子加帽子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：CAP OCAP O型：型：m7Gppp CAP ICAP I型：型：N N1 1核苷酸核苷酸2-OH2-OH甲基化甲基化 CAP IICAP II型：型：N N2 2核苷酸核苷酸2-OH2-OH也被甲基化也被甲基化 55帽
35、子也出现于帽子也出现于hnRNAhnRNA，说明加帽过程可能在转，说明加帽过程可能在转录的早期阶段或转录终止前就已完成。录的早期阶段或转录终止前就已完成。55帽子的功能帽子的功能在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与mRNAmRNA结合，使翻译从结合，使翻译从AUGAUG开始。开始。保护保护mRNAmRNA，避免，避免55端受核酸外切酶的降解。端受核酸外切酶的降解。 3 3端加端加polyApolyA hnRNA hnRNA链由链由RNaseRNase切断，由多聚腺苷酸聚合酶催切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上化，加上polyApolyA，ATPATP
36、为供体。为供体。 高等真核生物和病毒的高等真核生物和病毒的mRNAmRNA在靠近在靠近33端区都有端区都有一段非常保守的序列一段非常保守的序列AAUAAAAAUAAA，这一序列离多聚腺，这一序列离多聚腺苷酸加入位点的距离在苷酸加入位点的距离在11-30nt11-30nt范围之内。范围之内。 核内核内hnRNAhnRNA的的33端也有多聚腺苷酸，表明加尾端也有多聚腺苷酸，表明加尾过程早在核内已经完成。过程早在核内已经完成。hnRNAhnRNA中的中的polypoly（A A）比）比mRNAmRNA略长，平均略长，平均150-200nt150-200nt。polyApolyA的功能的功能: : 防
37、止核酸外切酶对防止核酸外切酶对mRNAmRNA信息序列的降解，起缓信息序列的降解，起缓 冲作用。冲作用。 与与mRNAmRNA从细胞核转移到细胞质有关。从细胞核转移到细胞质有关。mRNA甲基化甲基化 某些真核某些真核mRNAmRNA内部有甲基化的位点，主要是在内部有甲基化的位点，主要是在N N6 6- -甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m m6 6A A）。）。3. RNA3. RNA的拼接、编辑和再编码的拼接、编辑和再编码 大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含录产物产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含子，子
38、，intronintron），使编码区（即外含子，），使编码区（即外含子，ExonExon）成为）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。连续序列，这是基因表达的一个重要环节。RNARNA编码编码序列的改变称为序列的改变称为编辑编辑（ editingediting），）， RNARNA编码和读编码和读码方式的改变称为码方式的改变称为再编码再编码（recodingrecoding）。）。由于存在由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。多种蛋白质。DNAmRNA RNA的拼接和催化作用（内含子的切除）的拼接和催化作用（内含子的切
39、除） 多数真核基因是断裂基因，其转录产物通过拼多数真核基因是断裂基因，其转录产物通过拼接，去除内含子，使编码区（外显子）成为连续接，去除内含子，使编码区（外显子）成为连续序列。序列。 有些内含子可以催化自身的拼接（有些内含子可以催化自身的拼接（self-self-splicingsplicing）, ,有些内含子需要在有关酶的作用下才有些内含子需要在有关酶的作用下才能拼接。能拼接。RNARNA的拼接有的拼接有4 4种方式：种方式：类型类型I I自我拼接：自我拼接：如：四膜虫如：四膜虫rRNArRNA前体的拼接前体的拼接类型类型IIII自我拼接自我拼接：如：植物叶绿体基因的拼接：如：植物叶绿体基
40、因的拼接hnRNAhnRNA的拼接的拼接核内核内tRNAtRNA前体的酶促拼接前体的酶促拼接RNARNA的拼接方式的拼接方式 类型类型I I自我拼接自我拼接 类型类型IIII自我拼接自我拼接 核核mRNAmRNA的拼的拼接体的拼接接体的拼接 核内核内tRNAtRNA的酶促拼接的酶促拼接GT AGU 类内含子的剪接机制类内含子的剪接机制p 3 HO-GpMg 2+或Mn 2+GMP,GDP,GTP53外显子外显子I外显子外显子II3 pP-GOH5p外显子外显子 P-G3HO15413 ntPOG-OH399 nt15 nt类内含子的剪接机制类内含子的剪接机制Mg 2+ p-A p3OH套环的形
41、成套环的形成pP-AHO 3外显子连接外显子连接p 2HO-Ap53vhnRNAhnRNA剪接反应是在剪接体（剪接反应是在剪接体（splicesomesplicesome) )上进行的上进行的v剪接体由剪接体由5 5种种U U系列系列snRNAsnRNA和和5050多蛋白质组成（多蛋白质组成（U1U1、U2U2、U4U4、U5U5、U6U6）v与与IIII型内含子剪接相似，只是由剪接体完成型内含子剪接相似，只是由剪接体完成v真核生物所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子真核生物所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为的左端均为GTGT，右端均为，右端均为AGAG。此规律称。此规律称GT-A
42、GGT-AG规律，规律，对于对于mRNAmRNA就是就是GU-AGGU-AGv此规律不适合于线粒体、叶绿体的内含子，也不适此规律不适合于线粒体、叶绿体的内含子，也不适合于合于tRNAtRNA和某些和某些rRNArRNA的核结构基因的核结构基因hnRNAhnRNA的拼接的拼接 真核细胞内存在许多种类的小分子真核细胞内存在许多种类的小分子RNARNA，大小在，大小在100-300nt100-300nt，有些由聚合酶，有些由聚合酶IIIIII转录，有些由聚合酶转录，有些由聚合酶IIII转录。转录。 核内小核内小RNARNA（snRNAsnRNA）主要存在于核内，细胞质小）主要存在于核内，细胞质小RN
43、ARNA（scRNAscRNA）主要存在于细胞质。）主要存在于细胞质。 重要的重要的snRNAsnRNA有有U U系列系列snRNAsnRNA，因其尿嘧啶含量高，因其尿嘧啶含量高而得名。而得名。U U系列系列snRNAsnRNA通常都与多肽或蛋白质结合形通常都与多肽或蛋白质结合形成核糖核蛋白颗粒（成核糖核蛋白颗粒（RNPRNP）。）。 U-snRNAU-snRNA参与参与hnRNAhnRNA的拼接过程。的拼接过程。U3-snRNAU3-snRNA与与rRNArRNA前体的加工有关前体的加工有关，U1U1、U2U2、U4U4、U5U5、U6U6都与都与hnRNAhnRNA的加工有关。的加工有关。
44、tRNAtRNA前体的拼接前体的拼接 酵母酵母tRNAtRNA前体的拼接研究的最清楚。前体的拼接研究的最清楚。 酵母酵母tRNAtRNA约有约有400400个基因，有内含子的基因约占个基因，有内含子的基因约占1/101/10，长度，长度14-46bp14-46bp，没有保守性。，没有保守性。 切除内含子的酶识别的是切除内含子的酶识别的是tRNAtRNA的二级结构，而不的二级结构，而不是保守序列。是保守序列。拼接过程：拼接过程：第一步切除内含子第一步切除内含子第二步第二步RNARNA连接酶将两个连接酶将两个tRNAtRNA半分子连接半分子连接 酵母酵母tRNAtRNAPhePhe及其前体的结构及
45、其前体的结构酵母和植物酵母和植物tRNA前体的拼接过程前体的拼接过程反式拼接反式拼接 内含子的拼接一般都是发生在同一个基因内，切内含子的拼接一般都是发生在同一个基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接，称为顺式拼接除内含子，相邻的外显子彼此连接，称为顺式拼接（ciscis-splicing-splicing），但也有另一种情况，即不同基），但也有另一种情况，即不同基因的外显子剪接后相互连接，此称为反式拼接（因的外显子剪接后相互连接，此称为反式拼接（trans-splicingtrans-splicing）。）。 反式拼接的情况较为稀少，较典型的例子是锥虫表反式拼接的情况较为稀少，较典型的例子是
46、锥虫表面糖蛋白基因面糖蛋白基因VSG(variable surface VSG(variable surface glycoprotein)glycoprotein)，线虫的肌动蛋白基因（，线虫的肌动蛋白基因（actinactin genesgenes），和衣藻（），和衣藻（ChlamydomonasChlamydomonas）叶绿体）叶绿体DNADNA中含中含有的有的psapsa基因。基因。选择性拼接（选择性拼接（alternative splicing )alternative splicing )一个基因的转录产物通过不同的拼接方式，得到不同的一个基因的转录产物通过不同的拼接方式，得到不
47、同的mRNAmRNA和翻译和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多个蛋白质即为同原体（产物，称为选择性拼接。所产生的多个蛋白质即为同原体（isoformisoform).).（降钙素类）（降钙素类）（降钙素类相关蛋白（降钙素类相关蛋白）（甲状腺）（甲状腺）RNARNA拼接的生物学意拼接的生物学意义义是生物有机体在进化历史中形成的，是进是生物有机体在进化历史中形成的，是进化的结果。化的结果。增加了基因产物。增加了基因产物。是基因表达调控的重要环节，是真核生物是基因表达调控的重要环节，是真核生物遗传信息精确调节和控制的一种方式。遗传信息精确调节和控制的一种方式。RNARNA编辑的不同类型和分布编辑的
48、不同类型和分布 编辑类型编辑类型 机制机制 存在存在U U的插入与删除的插入与删除 gRNA gRNA的转酯反应的转酯反应 锥虫线粒体锥虫线粒体mRNAmRNAC C、A A或或U U的插入的插入 多头绒孢菌线粒体的多头绒孢菌线粒体的 mRNAmRNA和和tRNAtRNAG G的插入的插入 RNA RNA聚合酶重复转录聚合酶重复转录 副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因C C转变为转变为U U 酶促脱氢酶促脱氢 哺乳类肠的哺乳类肠的Apo mRNAApo mRNAC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C 脱氢或氨基化脱氢或氨基化 植物线粒体植物线粒体mRNAmRNA和和tRNAtRN
49、A 牛心线粒体牛心线粒体tRNAtRNAA A转变为转变为I I 脱氨脱氨 脑谷氨酸受体亚基脑谷氨酸受体亚基mRNAmRNARNARNA的编辑的编辑DNADNA的正链序列的正链序列 GA G A AGA G A A mRNA mRNA的序列的序列 GAU UGU AUAGAU UGU AUA蛋白质序列蛋白质序列 Asp CsyAsp Csy Ile Ile 锥虫线粒体锥虫线粒体细胞色素氧细胞色素氧化酶亚基化酶亚基IIRNARNA的再编码的再编码 在正常情况下，在正常情况下，mRNAmRNA的三联体密码子可以被的三联体密码子可以被的反密码子识别，的反密码子识别， mRNAmRNA携带的遗传信息得
50、以正携带的遗传信息得以正确表达，但是，基因的错义、无义和移码突变，确表达，但是，基因的错义、无义和移码突变，改变了编码信息，使得蛋白质的活性降低或丧改变了编码信息，使得蛋白质的活性降低或丧失。失。 校正校正tRNAtRNA通常是一些变异的通常是一些变异的tRNAtRNA，它们或是，它们或是反密码子环碱基发生改变，或是决定特异性即反密码子环碱基发生改变，或是决定特异性即个别碱基发生变化，从而改变了译码规则，故个别碱基发生变化，从而改变了译码规则，故而使错误的编码信息受到校正。而使错误的编码信息受到校正。 这是这是mRNAmRNA再编码的一种重要方式。再编码的一种重要方式。 此外，核糖体在此外，核
