1、第十四章第十四章 RNARNA的生物合成的生物合成转录转录第一节第一节 概述概述第二节第二节 DNADNA指导下指导下RNARNA的合成的合成第三节第三节 原核生物原核生物RNARNA转录后的加工转录后的加工第三节第三节 真核生物真核生物RNARNA的转录过程的转录过程第四节第四节 催化活性催化活性RNARNA核酶及其功能核酶及其功能第一节第一节 概述概述1、概念概念及及DNA的模板链和编码链的模板链和编码链5、转录的特点转录的特点2、RNARNA聚合酶及催化特点聚合酶及催化特点3、DNADNA模板上的启动子模板上的启动子4 4、终止子和终止因子终止子和终止因子转录的概念和转录的概念和DNA的
2、模板链和编码链的模板链和编码链转录：是在转录：是在DNADNA指导下的指导下的RNARNA聚合酶的催化下，按聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板与模板DNADNA互补的互补的RNARNA的过程。的过程。 RNARNA的转录从的转录从DNADNA模板的特定位点开始，模板的特定位点开始，该部位该部位称为转录起始位点（称为转录起始位点（start pointstart point），而终止于模），而终止于模板上的特殊顺序，称之为终止子（板上的特殊顺序，称之为终止子（terminatorterminator）或）或终止位点（终
3、止位点（termination sitetermination site）。）。启动子启动子: 能够被能够被RNA聚合酶识别并与之结合，从而调聚合酶识别并与之结合，从而调控基因的转录与否及转录强度的一段大小为控基因的转录与否及转录强度的一段大小为20200bp的的DNA序列，称之为启动子（序列，称之为启动子（promoter）。）。 转录单位转录单位：DNADNA中指导转录一条中指导转录一条RNARNA链的全部序列。从链的全部序列。从启动子到终止子之间的全部启动子到终止子之间的全部DNADNA序列称为转录单位。序列称为转录单位。53转录单位转录单位下游下游上游上游启动子启动子终止子终止子结构基
4、因结构基因 基因的本义是指负责编码一条多肽链的基因的本义是指负责编码一条多肽链的DNA片片段。后来发现，有的基因只转录成段。后来发现，有的基因只转录成RNA（如（如tRNA或或rRNA）而不编码多肽链，所以，基因的确切定）而不编码多肽链，所以，基因的确切定义应是：被转录成义应是：被转录成RNA的的DNA片段。将负责编码蛋片段。将负责编码蛋白质多肽链的白质多肽链的DNA片段称为结构基因（片段称为结构基因（structural gene）。）。 一个转录单位可以是单个基因一个转录单位可以是单个基因单顺反子单顺反子（monocistron），也可以是多个基因），也可以是多个基因多顺反多顺反子（子（p
5、olycistron）。）。53肽1肽2肽3肽4原核细胞原核细胞mRNAAUGAC GC UGGUGC AGUAA53帽子尾巴一条肽真核细胞真核细胞mRNA真核细胞mRNA的编码序列只指导一条肽链的合成，称为单顺反子mRNA。原核细胞mRNA的编码序列可指导几条肽链的合成，称为多顺反子mRNA。209页页（启动子）启动子）210页页（终止子（终止子 ）结构基因结构基因模板链模板链:DNA:DNA链中被转录的一条链称模板链或负（链中被转录的一条链称模板链或负（- -）链；非编码链。链；非编码链。编码链编码链: :与模板链互补的与模板链互补的DNADNA链称为非模板链或正链称为非模板链或正（+ +
6、）链。他与从基因上转录的）链。他与从基因上转录的RNARNA在碱基序列上在碱基序列上是一致的，只是是一致的，只是DNADNA中用中用T T代替了代替了U U，故又称编码链。，故又称编码链。533355DNARNA转录方向转录方向模板链模板链编码链编码链 为了叙述的方便，习惯上以编码链为准，将转录为了叙述的方便，习惯上以编码链为准，将转录起始位点的起始位点的5-端称为上游（端称为上游（upstream），），3-端称端称为下游（为下游（downstream）。将转录起始位点标记为）。将转录起始位点标记为+1，那么，上游以负数表示，如，那么，上游以负数表示，如-10、-35等，下游等，下游则以正数
7、表示，如则以正数表示，如+50、+100等。等。 RNA RNA聚合酶（聚合酶（RNApolymeraseRNApolymerase）是在）是在19601960年分别年分别由由L.HurwitzL.Hurwitz和和S.weissS.weiss发现。发现。（1 1）全酶全酶 由多亚基组成由多亚基组成，2 2称为全酶。称为全酶。 识别转录起始点并参与解链。识别转录起始点并参与解链。（2 2）2 2 称为称为核心酶核心酶，负责，负责RNARNA链链的的延长。延长。 因子因子功能功能 识别并结合启动子。识别并结合启动子。 RNARNA聚合酶聚合酶1.1.概念概念大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心
8、酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合与底物结合与底物结合酶的连接、装配酶的连接、装配全酶全酶( ( ) )（1 1）模板：）模板：DNADNA（2 2）活化的底物有四种三磷酸核苷酸）活化的底物有四种三磷酸核苷酸ATPATP、 GTPGTP、UTPUTP、CTPCTP（3 3）二价的金属离子，主要是）二价的金属离子，主要是MgMg+2+2、MnMn+2 +2 RNARNA聚合酶合成的方向聚合酶合成的方向5353，即，即RNARNA聚合酶聚合酶沿模板链沿模板链 3535方向移动。合成一条与被转录方向移动。合成一条与被转录的的DNADNA互补和反平行的互补和
9、反平行的RNARNA链。链。2. RNA2. RNA聚合酶的催化特点聚合酶的催化特点 RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA聚合酶不同，它不要求引物，也聚合酶不同，它不要求引物，也没有核酸外切酶的活性，缺乏校对功能，故没有核酸外切酶的活性，缺乏校对功能，故RNARNA合成合成错误率约为错误率约为10105 5，远低于，远低于DNADNA聚合酶的精确性（聚合酶的精确性（10109 9- -10101010）。所以可以产生非遗传上的错误。）。所以可以产生非遗传上的错误。 RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5 3 5 3 新合成新合成RNA1.1.概念概念能够被能
10、够被RNA聚合酶识别并聚合酶识别并与之结合，从而调控基因与之结合，从而调控基因的转录与否及转录强度的的转录与否及转录强度的一段大小为一段大小为20200bp的的DNA序列，称之为启动子序列，称之为启动子（promoter）。）。 DNADNA模板上的启动子模板上的启动子目前已知的全部原核生物基因及绝大部分目前已知的全部原核生物基因及绝大部分真核生物基因的启动子位于转录起始位点的真核生物基因的启动子位于转录起始位点的上游序列中，只有真核生物上游序列中，只有真核生物RNA聚合酶聚合酶III的的启动子位于转录起始位点的下游序列中。启动子位于转录起始位点的下游序列中。 原核生物不同基因的启动子虽然在结
11、构上存原核生物不同基因的启动子虽然在结构上存在一定的差异，但具有明显的共同特征：在一定的差异，但具有明显的共同特征：在基因的在基因的55端，直接与端，直接与RNARNA聚合酶结合，控制转聚合酶结合，控制转录的起始和方向；录的起始和方向；都含有都含有RNARNA聚合酶的识别位点、结合位点和起始聚合酶的识别位点、结合位点和起始位点；位点；都含有保守序列，而且这些序列的位置是固定的，都含有保守序列，而且这些序列的位置是固定的，如如-35-35序列，序列，-10-10序列等。序列等。2.2.启动子特点启动子特点 对于大多数启动子来说，在上游对于大多数启动子来说，在上游-35bp-35bp附近存在附近存
12、在一段共有序列（一段共有序列（consensus sequenceconsensus sequence）：）：TTGACATTGACA，RNARNA聚合酶的聚合酶的亚基识别该序列并使核心酶与启动子亚基识别该序列并使核心酶与启动子结合，故又称结合，故又称-35-35序列序列，为，为RNARNA聚合酶的识别位点聚合酶的识别位点； -10-10序列序列又叫又叫PribnowPribnow盒（盒（PribnowPribnow box box），其共），其共有序列为有序列为TATAATTATAAT，是，是RNARNA聚合酶与之牢固结合并将聚合酶与之牢固结合并将DNADNA双链打开的部位，即双链打开的部位
13、，即结合位点结合位点，形成所谓的开放，形成所谓的开放性启动子复合物。性启动子复合物。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功能 AGTCTTGACA AAT TTAAAT AACTGT AAT Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp起点-10-10区区：双螺旋打开形成开放启动复合物的区域。：双螺旋打开形成开放启动复合物的区域。-35-35区区：启动子不仅控制着转录起始的序列，并决：启动子不仅控制着转录起始的序列，并决定着某一基因的表达强度（定着某一基因的表达强度（-35-35区），启动子分为区），启动子分为强启动子和弱启动子。强启动子和弱启动子。DNA
14、DNA聚合酶和启动子亲和力聚合酶和启动子亲和力高，转录效率高，具有强启动子的基因被频繁转高，转录效率高，具有强启动子的基因被频繁转录，而弱启动子的基因很少转录。录，而弱启动子的基因很少转录。1. 1. 依赖于依赖于因子的终止子因子的终止子2. 2. 不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子E.coliE.coli 的转录终止有两种机制：的转录终止有两种机制：1.1.概念概念终终 止止 子和终止因子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。协助协助RNARNA聚合酶识别终止信号的辅助因子聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）则称为终止因子（蛋白质
15、）则称为终止因子 (termination (termination factor)factor)。不依赖于不依赖于因子的终止子的回文结构因子的终止子的回文结构A. 不依赖于不依赖于Rho（ ）的）的终止子终止子富含富含G-C系列系列U合成的合成的RNA尾部的序列特征：尾部的序列特征： 二重对称的序列形成发卡结二重对称的序列形成发卡结构；在发卡结构的茎基部富含构；在发卡结构的茎基部富含G-C对；发卡结构可减缓或暂对；发卡结构可减缓或暂停合成；停合成；尾部有约尾部有约6个连续的（模板个连续的（模板链上是一串链上是一串A）U；当；当RNA转转录物生产后，发卡结构立即形录物生产后，发卡结构立即形成，
16、迫使聚合酶停止作用。成，迫使聚合酶停止作用。 1. 以以DNA为模板酶促合成为模板酶促合成RNA； RNA聚合酶必须以双链聚合酶必须以双链DNA中的一条中的一条链（或单链链（或单链DNA）为模板，按照）为模板，按照A与与U、G与与C配对的原则，将配对的原则，将4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（NTP）以以3,5-磷酸二酯键的方式聚合起来。磷酸二酯键的方式聚合起来。转录的特点转录的特点2. DNA双链中只有一条链被转录成双链中只有一条链被转录成RNA；不对称转录不对称转录 ：以：以DNA一股链为模板转录一股链为模板转录RNA的方式。的方式。在在DNA链上编码链和模板链是相对的，在同一链上编码链和模板
17、链是相对的，在同一DNA分子上的某些部分基因以这条链作模板，而在另一区分子上的某些部分基因以这条链作模板，而在另一区域别的基因中则以该域别的基因中则以该DNA分子另一条链为模板分子另一条链为模板 不对称性转录。不对称性转录。3. 转录的方向为转录的方向为 53。 第二节第二节 DNA指导下指导下RNA的合成的合成 模板的识别模板的识别转录起始转录起始转录延伸转录延伸转录终止转录终止 在在亚基的帮助下，亚基的帮助下，RNARNA聚合酶识别并结合聚合酶识别并结合到启动子上，到启动子上，RNARNA聚合酶以全酶的形式辨认聚合酶以全酶的形式辨认DNADNA启启动子。动子。 注意注意: :核心酶不能识别
18、启动子。核心酶不能识别启动子。 亚基的主要作用亚基的主要作用: :促进促进RNARNA聚合酶识别启动聚合酶识别启动子顺序子顺序, , 还参与促使还参与促使DNADNA双螺旋打开并以其中的双螺旋打开并以其中的一条链作为模板进行转录。一条链作为模板进行转录。模板的识别模板的识别 亚基识别亚基识别-35-35序列并与核心酶一起结合在启序列并与核心酶一起结合在启动子上。动子上。RNARNA聚合酶与聚合酶与-10-10序列牢固结合并将序列牢固结合并将DNADNA双链打开，形成开放性启动子复合物，双链打开，形成开放性启动子复合物，RNARNA的转的转录开始。录开始。 当形成新当形成新RNARNA的第一个磷
19、酸二酯键后，的第一个磷酸二酯键后，亚基亚基即由全酶中解离出来即由全酶中解离出来，由核心酶继续进行转录。，由核心酶继续进行转录。 转录的起始转录的起始全酶的作用：选择起始部位并启动转录全酶的作用：选择起始部位并启动转录核心酶的作用：核心酶的作用：延长延长RNARNA链链 绝大多数新合成的绝大多数新合成的RNARNA链的链的5-5-末端是末端是pppApppA或或pppGpppG，说明转录的起始核苷酸是三磷，说明转录的起始核苷酸是三磷酸腺苷或三磷酸鸟苷。酸腺苷或三磷酸鸟苷。1. 1. 当第一个磷酸二酯键生成后，释出当第一个磷酸二酯键生成后，释出亚基。亚基。2. 2. 核心酶即沿核心酶即沿DNADN
20、A模板移动，并按碱基互补配对模板移动，并按碱基互补配对原则，以与第一个磷酸二酯键生成的相同反应方原则，以与第一个磷酸二酯键生成的相同反应方式，依次连接上核苷酸，使式，依次连接上核苷酸，使RNARNA链延伸。链延伸。3. RNA3. RNA链的延长方向是链的延长方向是5 53 3 。核心酶沿。核心酶沿DNADNA模板移动的方向则为模板移动的方向则为3 35 5 ，因为模板链与，因为模板链与新生成的新生成的RNARNA链是反平行的。链是反平行的。RNARNA链的延伸链的延伸4.4. RNARNA链的延伸是在链的延伸是在转录鼓泡转录鼓泡上进行的。上进行的。在转录泡里，新合成的在转录泡里，新合成的RN
21、ARNA与模板与模板DNADNA形成杂形成杂交双链，长约交双链，长约12bp12bp，核心酶始终与，核心酶始终与DNADNA的编码链的编码链结合，使双链结合，使双链DNADNA约有约有17bp17bp被解开。被解开。 在整个延伸过程中，转录泡的大小始终保持在整个延伸过程中，转录泡的大小始终保持不变，不变，即在核心酶向前移动时，前面的双股螺旋即在核心酶向前移动时，前面的双股螺旋逐渐打开，转录过后的区域则又重新形成双螺旋，逐渐打开，转录过后的区域则又重新形成双螺旋，二者的速度相同，直至转录完成。二者的速度相同，直至转录完成。RNA链的延伸图解链的延伸图解3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶
22、的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位RNA聚合酶（全酶）启动子DNA终止子5533RNARNA聚合酶（核心酶）再与RNA聚合酶结合起始终止延长（过程）（过程） 1. 1. 停止停止RNARNA链延长；链延长； 2. 2. 新生新生RNARNA链释放；链释放； 3. RNA3. RNA聚合酶从聚合酶从DNADNA上释放。上释放。 当当RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA模板移动到基因模板移动到基因3-3-端的终端的终止子序列止子序列（即发夹结构）（即发夹结构）时，转录就停止了。时，转录就停止了。转录的终止转录的终
23、止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mRNAmRNA的加工的加工rRNArRNA的加工的加工tRNAtRNA的加工的加工第三节第三节 原核生物原核生物RNARNA转录后的加工转录后的加工 许多转录生成的许多转录生成的RNA需经加工后才能成为有功能需经加工后才能成为有功能的的RNA分子。分子。（一）（一）mRNAmRNA的加
24、工的加工 原核生物转录生成的原核生物转录生成的mRNAmRNA基本上不经基本上不经加工即可进行蛋白质的生物合成。许多原加工即可进行蛋白质的生物合成。许多原核生物的核生物的mRNAmRNA是在转录尚未完成之前就已是在转录尚未完成之前就已开始翻译了。也就是说，转录与翻译是偶开始翻译了。也就是说，转录与翻译是偶联在一起的。联在一起的。 rRNArRNA前体合成后与蛋白质结合，形成新生核前体合成后与蛋白质结合，形成新生核糖体颗粒，再经过一系列的加工过程，生成有功糖体颗粒，再经过一系列的加工过程，生成有功能的核糖体。能的核糖体。 在原核生物中，成熟在原核生物中，成熟rRNArRNA包括三种，即包括三种，
25、即16S16S，23S23S和和5SrRNA5SrRNA。 在大肠杆菌中，这三种在大肠杆菌中，这三种rRNArRNA的基因形成一个的基因形成一个转录单位，其中还包含一个或多个转录单位，其中还包含一个或多个tRNAtRNA基因，它基因，它们之间由间隔区分开。们之间由间隔区分开。（二）（二）rRNArRNA的加工的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶 tRNAtRNA的种类比的种类比rRNArRNA多，在原核生物中有多，在原核生物中有30-
26、4030-40种，在真核生物中有种，在真核生物中有50-6050-60种。种。 原核生物中的原核生物中的tRNAtRNA基因是与基因是与rRNArRNA基因串联在基因串联在一起排列的。有的在一起排列的。有的在rRNArRNA基因的间隔区中，有的基因的间隔区中，有的在该转录单位的末端。在该转录单位的末端。 （三）（三）tRNAtRNA的加工的加工 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 。RNAa
27、sePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC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 早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工酵母酪氨酸酵母酪氨酸tRNA前体的加工前体的加工1. 1. 初始转录物自身就有初始转录物自身就有-CCA-CCA，它们位于成熟，它们位于成熟tRNAtRNA序序列与列与33端附加序列之间，经转录后加工切除掉附加端附加序列之间，经转录后加工切除掉附加序列，序列，-CCA-CCA便暴露出来；便暴露出来；2. 2.
28、 其自身并无其自身并无-CCA-CCA序列，是在切除序列，是在切除33端附加序列后，端附加序列后，由由tRNAtRNA核苷酰转移酶（核苷酰转移酶（nucleotidyltransferasenucleotidyltransferase）催）催化，并由化，并由CTPCTP与与ATPATP供给胞苷酰基与腺苷酰基聚合而成供给胞苷酰基与腺苷酰基聚合而成的。的。3. tRNA3. tRNA中含有大量修饰成分，还要通过各种不同的中含有大量修饰成分，还要通过各种不同的修饰酶进行修饰，才能成为成熟的修饰酶进行修饰，才能成为成熟的tRNAtRNA分子。分子。关于关于tRNA3-tRNA3-末端末端-CCA-CC
29、A的来源的来源 真核生物真核生物RNARNA聚合酶的结构比较复杂，都是多亚聚合酶的结构比较复杂，都是多亚基的，通常有基的，通常有6-106-10个亚基组成，亚基有个亚基组成，亚基有4-64-6种。种。 真核细胞中有真核细胞中有3 3种种RNARNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶I I：转录：转录rRNArRNA； RNARNA聚合酶聚合酶IIII：转录：转录mRNAmRNA； RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII：转录：转录tRNAtRNA。第四节第四节 真核生物真核生物RNARNA的转录过程的转录过程一、真核生物一、真核生物RNARNA聚合酶聚合酶 二、二、 真核启动子真核启动子 了
30、解三、真核生物三、真核生物RNARNA的转录过程的转录过程 了解 四、四、mRNAmRNA的结构特点的结构特点 1977年发现大多数真核生物编码蛋白质的年发现大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基因（断裂基因），即一个完整的基因是不连续基因（断裂基因），即一个完整的基因被一个或多个插入的片段所间隔，这些插入基因被一个或多个插入的片段所间隔，这些插入不编码的序列称为不编码的序列称为内含子内含子，被间隔的编码蛋白质，被间隔的编码蛋白质的基因部分称为的基因部分称为外显子外显子。外显子被内含子隔列成。外显子被内含子隔列成若干片段，称为断裂基因或隔裂基因。即若干片段，称为断裂基因或隔裂基因。即核不均核
31、不均RNA（ hnRNA）。）。 hnRNAhnRNA经转录后加工才能转变为成熟的经转录后加工才能转变为成熟的mRNA mRNA ，即加尾带帽。大多数真核成熟的即加尾带帽。大多数真核成熟的mRNAmRNA分子特点：分子特点： A .A .具有典型的具有典型的5- 5- 端的端的7-7-甲基鸟苷三磷酸甲基鸟苷三磷酸（m m7 7GTPGTP）帽子结构帽子结构。 B. 3-B. 3-端的多聚腺苷酸端的多聚腺苷酸(polyA(polyA) )尾巴结构尾巴结构。五五. .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 ) m7G-5 ppp-N
32、-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 3 3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(intron(intron) )，拼接外显子拼接外显子(extron(extron) ) 即在即在mRNA 5mRNA 5端上加一个端上加一个甲基化的鸟甲基化的鸟嘌呤（嘌呤（m m7 7G G）核苷酸，）核苷酸，同时在原始转录产物同时在原始转录产物的的第一、二个核苷酸第一、二个核苷酸残基的残基的22羟基羟基上也进上也进行甲基化帽子的结构简式：行甲基化帽
33、子的结构简式： m m7 7G GPPPPPPx x 为帽子为帽子0 0； m m7 7G GPPPPPPx x m m为帽子为帽子1 1； m m7 7G GPPPPPPx x m mY Ym m为帽子为帽子2 2帽式结构帽式结构 X X、Y Y代表任意碱基，所有的帽子都含有代表任意碱基，所有的帽子都含有m m7 7G G（7 7 甲基鸟苷），在帽子结构中，甲基鸟苷），在帽子结构中，m m7 7与与mRNAmRNA链链形成形成55，5 5 磷酸二酯键的反式连接，使磷酸二酯键的反式连接，使mRNAmRNA的的5 5 末端没有游离的磷酸基。末端没有游离的磷酸基。戴帽意义：戴帽意义：也许可防止也许
34、可防止5-5-端不被核酸酶降解，端不被核酸酶降解，具有保护作用；还可协助核糖体与具有保护作用；还可协助核糖体与mRNAmRNA结合。结合。 33末端有一段长度为末端有一段长度为30-20030-200个多聚腺苷酸个多聚腺苷酸（多聚（多聚A A或或Poly A)Poly A)阶段，常称阶段，常称“尾巴尾巴”，这是转，这是转录后添加上去的。录后添加上去的。 意义意义：保护：保护33末端不会被核酸酶降解，并末端不会被核酸酶降解，并有助于有助于mRNAmRNA从细胞核向胞浆转移。从细胞核向胞浆转移。加加 尾尾真核生物真核生物mRNA 3-mRNA 3-端的端的polyApolyA结结构构卵清蛋白基因转
35、录与转录后加工修饰卵清蛋白基因转录与转录后加工修饰切除内含子切除内含子 在原生动物在原生动物四膜虫（四膜虫（tetrahymena）中，中，26S rRNA分子是有一分子是有一个个6.4kb的前体经切除的前体经切除1个个414nt的内含子后形成的，的内含子后形成的， 1982年，年，Thomas Cech及其同事对此进行了研究。他们惊异的发现，一个仅及其同事对此进行了研究。他们惊异的发现，一个仅含有纯化的含有纯化的6.4kb前体、前体、ATP及及GTP，而显然没有酶蛋白的对照样品，而显然没有酶蛋白的对照样品中居然也发生了剪接作用。实验证实，此中居然也发生了剪接作用。实验证实，此RNA发生了发生
36、了自我剪接自我剪接（self-splicing），），即在核苷酸存在的条件下，将即在核苷酸存在的条件下，将414nt的内含子剪的内含子剪接掉了。这一卓越的实验不仅表明一个接掉了。这一卓越的实验不仅表明一个RNA分子能够具有高度特异分子能够具有高度特异的催化活性，并能自我剪接，而且直接导致了的催化活性，并能自我剪接，而且直接导致了核酶（核酶（ribozyme）的的发现。发现。第五节第五节 催化活性催化活性RNARNA核酶及其功能核酶及其功能一、一、 核酶的发现核酶的发现 核酶核酶（ribozymeribozyme）：通指具有催化活性的）：通指具有催化活性的RNARNA。 19821982年，第一
37、次发现某些年，第一次发现某些RNARNA转录产物具有自身剪接能转录产物具有自身剪接能力，它不借助任何蛋白性酶可以切除自身的内含子。由于力，它不借助任何蛋白性酶可以切除自身的内含子。由于这些这些RNARNA具有催化活性，我们将它称之核酶。具有催化活性，我们将它称之核酶。 核酶的出现革新了催化剂的概念。核酶的存在也表明核酶的出现革新了催化剂的概念。核酶的存在也表明RNARNA出现可能是原始生命出现的基础，最后才进化到出现可能是原始生命出现的基础，最后才进化到DNADNA和和蛋白质。蛋白质。CechCech等，等，19811981发现核酶发现核酶( Ribozyme( Ribozyme) )，获，获
38、19891989年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。 核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的认识。以核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的认识。以前一般认为，由于前一般认为，由于DNA和蛋白质是生命的基础物质，因而和蛋白质是生命的基础物质，因而生命的最初形式必定是生命的最初形式必定是DNA或者蛋白质。然而或者蛋白质。然而DNA的复制的复制需要蛋白质（酶）的催化，而特定蛋白质分子的合成又必需要蛋白质（酶）的催化，而特定蛋白质分子的合成又必须以须以DNA为模板，因而二者究竟是哪一种首先出现，实在为模板，因而二者究竟是哪一种首先出现，实在难以推断。难以推断。核酶的发现使人们普遍认为：生命的最初形式核酶的发现使人
39、们普遍认为：生命的最初形式大概是大概是RNA，最初的生命界可能是个，最初的生命界可能是个RNA王国。王国。 二、二、 核酶发现的生物学意义核酶发现的生物学意义1. 在物质代谢中，丙酮酸是一个重要的中间产物（物质代谢在物质代谢中，丙酮酸是一个重要的中间产物（物质代谢交汇点），请写出以丙酮酸为底物的四个不同的酶反应与有交汇点），请写出以丙酮酸为底物的四个不同的酶反应与有关代谢途径的联系（亦可用文字形式表示）。关代谢途径的联系（亦可用文字形式表示）。 2按下列已知按下列已知DNA片断为模板，写出：片断为模板，写出： （1）DNA复制时新的一条复制时新的一条DNA链的序列链的序列 （2）转录成的）转录成的mRNA的序列的序列 （3）合成多肽氨基酸的序列）合成多肽氨基酸的序列 己知DNA模板链： 5CATGTCCAAGCTTGCATAGCA 3 已知密码子：UUG（Leu）UCG(Ser) UAU(Tyr) UGC(Cys) CGA(Arg) AGC(Ser) AUG(Met) GCA(Ala) GAC(Asp)
