第十六章rna的生物合成

1、第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )RNARNA的分子組成的分子組成 RNA DNA RNA DNA 單鏈單鏈 雙鏈雙鏈 核糖核糖 脫氧核糖脫氧核糖 尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶RNA RNA 類(lèi)型類(lèi)型參與蛋白質(zhì)合成的參與蛋白質(zhì)合成的RNAs: mRNA, tRNA, rRNA, 7SL RNA or SRP RNA, etc.參與參與RNARNA加工的加工的RNAs : snRNA, snoRNA, gRNA, etc.調(diào)控調(diào)控 RNAs: miRNA, siRNA, piRNA, etc.基因組基因組RNA: RN

2、A 病毒病毒參與逆轉(zhuǎn)錄的參與逆轉(zhuǎn)錄的RNAs: 逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組RNA, RNA, 反轉(zhuǎn)坐反轉(zhuǎn)坐子子, , 端粒酶端粒酶 RNA. RNA. n在生物界，在生物界，RNARNA合成有兩種方式合成有兩種方式 一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，也叫轉(zhuǎn)錄，此為生物體內(nèi)的主要合成方式，也是本章介紹的主要內(nèi)容。 另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成(RNA-dependent RNA synthesis)，也叫RNA復(fù)制(RNA replication), 由RNA依賴的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常見(jiàn)于病毒，是逆轉(zhuǎn)錄病毒以外的RNA病毒在宿主細(xì)胞以

3、病毒的單鏈RNA為模板合成RNA的方式。 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription) 是是生物體以生物體以DNA為為模板合成模板合成RNA的過(guò)程的過(guò)程 。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除除mRNAmRNA、rRNArRNA 和和tRNAtRNA外，在真核外，在真核細(xì)胞內(nèi)還有細(xì)胞內(nèi)還有snRNAsnRNA、miRNAmiRNA等非編碼等非編碼RNARNA。 轉(zhuǎn)錄的知識(shí)是理解許多生物學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)問(wèn)題所必需的。 對(duì)于RNA生物過(guò)程的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速率的改變，以及由此而引發(fā)的一系列代謝變化，因此，了解RNA代謝的基本原理就甚為重要。這些原理既關(guān)系到所有生物是如何適應(yīng)環(huán)境變化的，也關(guān)系到

4、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的分化機(jī)制。 n本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：1. 1. 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶2. 2. 原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程3. 3. 真核生物真核生物RNARNA的生物合成的生物合成4. 4. 真核生物真核生物RNARNA的加工和降解的加工和降解復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的相似之處復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的相似之處 都是酶促的核苷酸聚合過(guò)程都是酶促的核苷酸聚合過(guò)程 都以都以DNADNA為模板為模板 都需要都需要DNADNA依賴的聚合酶依賴的聚合酶 聚合過(guò)程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵聚合過(guò)程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵 按按5 35 3方向延伸聚核苷酸連方向延伸聚核苷酸連 都遵循堿基

5、配對(duì)規(guī)律都遵循堿基配對(duì)規(guī)律復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配對(duì)對(duì)mRNA，tRNA，rRNA子子代代雙雙鏈鏈DNA（半半保保留留復(fù)復(fù)制制）產(chǎn)產(chǎn)物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板鏈鏈轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄（不不對(duì)對(duì)稱稱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄）兩兩股股鏈鏈均均復(fù)復(fù)制制模模板板轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄復(fù)復(fù)制制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配對(duì)對(duì)mRNA，tRNA，rRNA子子代代雙雙鏈鏈DNA（半半保保留留復(fù)復(fù)制制）產(chǎn)產(chǎn)物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板鏈鏈轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄（不不對(duì)對(duì)稱稱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

6、錄錄）兩兩股股鏈鏈均均復(fù)復(fù)制制模模板板轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄復(fù)復(fù)制制引物引物需要需要 不需要不需要 n參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)：原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA酶酶 : : RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子MgMg2+2+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等金屬離子等金屬離子合成方向合成方向5 3 ，核苷酸間的連接方式為核苷酸間的連接方式為 3 ，5 -磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。 原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates & Enzymes in Pro

7、karyotic Transcription第一節(jié)第一節(jié) 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription)有兩方面有兩方面含義：在含義：在DNA分子雙鏈上，一股鏈用作模板指分子雙鏈上，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；其二是模板鏈并非總引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；其二是模板鏈并非總是在同一單鏈上。是在同一單鏈上。一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板5 5 3 3 3 3 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAU

8、GUC 3NAla Val His Val C編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯 DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為的一股單鏈，稱為模板鏈模板鏈(template strand)或或反義反義鏈鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)?。相?duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈編碼鏈(coding strand)或或有意義鏈。有意義鏈。 二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接啟動(dòng)聚合酶能直接啟動(dòng)RNA鏈的合成鏈的合成 DNA依賴的RNA聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化學(xué)機(jī)制與DNA依賴的DNA聚

9、合酶催化DNA合成相似。 ( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA延長(zhǎng)的延長(zhǎng)的RNADNA依賴的依賴的RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成的機(jī)制合成的機(jī)制 DNADNA聚合酶在啟動(dòng)聚合酶在啟動(dòng)DNADNA鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，而而RNARNA聚合酶不需要引物就能直接啟動(dòng)聚合酶不需要引物就能直接啟動(dòng)RNARNA鏈鏈的延長(zhǎng)。的延長(zhǎng)。 RNARNA聚合酶和聚合酶和DNADNA的特殊序列的特殊序列啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)(promoter)結(jié)合后，就能啟動(dòng)結(jié)合后，就能啟動(dòng)RNARNA合成。合成。 J. Hurwitz分離并發(fā)現(xiàn)了分離并發(fā)現(xiàn)了R

10、NA聚合酶聚合酶1. 1. 在在E. coliE. coli提取液中加入提取液中加入DNADNA能能夠顯著促進(jìn)夠顯著促進(jìn)RNARNA合成；合成；2. 2. 從從E. coliE. coli提取液中純化出了提取液中純化出了RNA RNA PolPol，并證明該酶可以在，并證明該酶可以在DNADNA、NTPsNTPs、MgMg2+2+或或MnMn2+2+的存的存在下體外合成在下體外合成RNARNA；3. 3. 說(shuō)明所合成的說(shuō)明所合成的RNARNA與與DNADNA完全完全互補(bǔ)，并預(yù)測(cè)合成的互補(bǔ)，并預(yù)測(cè)合成的RNARNA參與了參與了蛋白合成。蛋白合成。（二）原核生物（二）原核生物RNA聚合酶由多個(gè)亞基

11、組成聚合酶由多個(gè)亞基組成 36512 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618 催化功能催化功能 155613 結(jié)合結(jié)合DNA模板模板 70263 辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)亞亞 基基分分 子子 量量功功 能能核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)階段 + 存在多存在多種種 亞基亞基 全酶的不同是因全酶的不同是因?yàn)闉閬唩喕牟煌牟煌?亞基的功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)亞基的功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn) 不同的不同的 亞基用于不同的基因轉(zhuǎn)錄亞基用于不同的基因轉(zhuǎn)錄 啟動(dòng)子識(shí)別區(qū)啟動(dòng)子識(shí)別區(qū) -35 region -10

12、region70 辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的基因辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的基因 TTGACAT TATAAT 32 辨認(rèn)啟動(dòng)熱休克誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA28 辨認(rèn)啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄 CTAAA CCGATAT -24 region -12 region 54 辨認(rèn)啟動(dòng)氮代謝基因轉(zhuǎn)錄 CTGGNA TTGCA三、三、RNA聚合酶結(jié)合到聚合酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子的啟動(dòng)子上起動(dòng)轉(zhuǎn)錄上起動(dòng)轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄是不連續(xù)、分區(qū)段進(jìn)行的。 每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為每一轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱操縱子子( (operonoperon) )。操縱子包

13、括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上。操縱子包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游游(upstream)(upstream)的調(diào)控序列。的調(diào)控序列。5 3 3 5 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列調(diào)控序列RNA-pol 啟動(dòng)子啟動(dòng)子是是RNARNA聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板DNADNA并起始并起始轉(zhuǎn)錄的部位。原核生物以轉(zhuǎn)錄的部位。原核生物以RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶結(jié)合到結(jié)合到DNADNA的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中的啟動(dòng)子上而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，其中由由 亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合。亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子，其他亞基相互配合。 Pribnow box對(duì)啟動(dòng)子的研究，常采用一種巧妙的方法即。RNA聚合酶保護(hù)法RNA聚合酶保護(hù)法聚合酶保

14、護(hù)法開(kāi)始轉(zhuǎn)錄開(kāi)始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)區(qū)(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 區(qū)區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)辨認(rèn)位點(diǎn)(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保護(hù)區(qū)聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 n用用RNA聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)聚合酶保護(hù)法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程The Process of Transcription in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程可分為轉(zhuǎn)錄起始、原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)

15、程可分為轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)和轉(zhuǎn)錄終止三個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)和轉(zhuǎn)錄終止三個(gè)階段。 RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。起始區(qū)域。 DNA雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄雙鏈解開(kāi)，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。的模板。一、轉(zhuǎn)錄起始需要一、轉(zhuǎn)錄起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題：nE.coli的轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始 2.形成形成開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體開(kāi)放轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(open transcription complex)， DNA雙鏈局部解開(kāi)；雙鏈局部解開(kāi)；1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)與模板結(jié)合，形成與模板結(jié)合，

16、形成閉閉合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體合轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(closed transcription complex) ；3. 在在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: :5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppin轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程：轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程：4. 4. 第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后，第一個(gè)磷酸二酯鍵生成后， 亞基即從轉(zhuǎn)錄起亞基即從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷始復(fù)合物上脫落，核心酶連同四磷酸二核苷酸，繼續(xù)結(jié)

17、合于酸，繼續(xù)結(jié)合于DNADNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNADNA鏈前鏈前移，進(jìn)入延長(zhǎng)階段。移，進(jìn)入延長(zhǎng)階段。 二、二、 原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄空泡轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)以下特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)以下特點(diǎn): 核心酶負(fù)責(zé)RNA鏈延長(zhǎng)反應(yīng)； RNA鏈從5-端向3 -端延長(zhǎng)，新的核苷酸都是加到3-OH上；對(duì)DNA模板鏈的閱讀方向是3-端向5-端，合成的RNA鏈與之呈反向互補(bǔ)，即酶是沿著模板鏈的3向5方向或沿著編碼鏈的5向3方向前進(jìn)的； 合成區(qū)域存在著動(dòng)態(tài)變化的8 bp 的RNA-DNA雜合雙鏈； 模板

18、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)隨著核心酶的移動(dòng)發(fā)生解鏈和再?gòu)?fù)合的動(dòng)態(tài)變化。原核生物原核生物RNA 聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑利福平：專一性地結(jié)合細(xì)菌利福平：專一性地結(jié)合細(xì)菌RNARNA聚合酶聚合酶 亞基，阻亞基，阻斷斷RNARNA合成延伸。合成延伸。 5 3 DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象說(shuō)明：原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象說(shuō)明：核糖體核糖體RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。 三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行三、原核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)與蛋白質(zhì)的翻譯同時(shí)進(jìn)行rRNArRNA 基

19、因簇的轉(zhuǎn)錄基因簇的轉(zhuǎn)錄大腸桿菌大腸桿菌mRNA mRNA 的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錄與翻譯相偶聯(lián)錄與翻譯相偶聯(lián)原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)蛋原核生物的轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)蛋白質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行。白質(zhì)的翻譯也同時(shí)進(jìn)行。 依賴依賴Rho 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 非依賴非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴四、原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為依賴(Rho)因因子與非依賴子與非依賴因子兩大類(lèi)因子兩大類(lèi)轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。合物上脫落下來(lái)。 n依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物依

20、據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物轉(zhuǎn)錄終止分為：轉(zhuǎn)錄終止分為： 因子因子是由相同亞基組成是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量子量46kD。 因子因子能結(jié)合能結(jié)合RNA，又以，又以對(duì)對(duì)polyC的結(jié)合力最強(qiáng)。的結(jié)合力最強(qiáng)。 因子因子還有還有ATP酶活性和解酶活性和解螺旋酶螺旋酶(helicase)的活性。的活性。（一）依賴（一）依賴因子因子的轉(zhuǎn)錄終止的轉(zhuǎn)錄終止n因子的作用原理：因子的作用原理： r r因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與因子終止轉(zhuǎn)錄的作用是：與RNARNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，導(dǎo)致RNARNA聚合酶發(fā)生構(gòu)象變化并停頓，聚合酶發(fā)生構(gòu)象變化并停頓，r r因

21、子解因子解螺旋酶的活性使螺旋酶的活性使DNA/RNADNA/RNA雜化雙鏈拆離，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物釋放，雜化雙鏈拆離，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物釋放，RNARNA聚合酶解離，聚合酶解離，轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 。（二）（二） 非依賴非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，后，RNA產(chǎn)物形成特殊產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。的結(jié)構(gòu)來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。 DNA 近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是非依賴是非依賴因子終止的普遍現(xiàn)象。因子終止的普遍現(xiàn)象。 n莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理：莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)

22、錄終止的機(jī)理： 使使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 轉(zhuǎn)錄空泡中的轉(zhuǎn)錄空泡中的DNA/RNA雜化鏈不穩(wěn)定以及雜化鏈不穩(wěn)定以及RNA鏈上的多聚鏈上的多聚U使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol真核生物真核生物RNARNA的生物合成的生物合成The Biosynthesis of Eukaryotic RNA第三節(jié)第三節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程比原核復(fù)雜。二程比原核復(fù)雜。二者的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程者的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄有較大區(qū)別，轉(zhuǎn)錄終止也不相同。終止也不相同。 模板模板DNADNA RNA

23、RNA PolPol 通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子 其它反式作用因子其它反式作用因子一、一、 真核生物有三種真核生物有三種DNA依賴性依賴性RNA聚合酶聚合酶n真核生物具有3種不同的RNA聚合酶: RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol） RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol ）真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶種類(lèi)種類(lèi)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA的前體的前體45S rRNAmRNA前體前體hnRNA, lncRNA, piRNA, miRNAtRNA, 5S rRNA snRNA對(duì)鵝膏蕈堿對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)的反應(yīng)耐受耐受敏感敏感高濃度下敏感高濃度下敏感細(xì)胞內(nèi)定

24、位細(xì)胞內(nèi)定位核仁核仁核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi) - -鵝膏蕈堿：與鵝膏蕈堿：與polpol II II相互作用、降低聚合酶的相互作用、降低聚合酶的轉(zhuǎn)位以及轉(zhuǎn)位以及RNARNA的合成速率。的合成速率。 - -鵝膏蕈堿可用于區(qū)分鵝膏蕈堿可用于區(qū)分 RNA RNA PolPol 的類(lèi)型的類(lèi)型 RNARNA聚合酶聚合酶最大亞基的最大亞基的羧基末端有一段共有序列羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)(consensus sequence)為為T(mén)yr-Tyr-Ser-Pro-Ser-Pro-ThrThr-Ser-Pro-Ser-Ser-Pro-Ser的的重復(fù)序列片段，稱為羧基重復(fù)序列片段，稱

25、為羧基末端結(jié)構(gòu)域末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-(carboxyl-terminal domain, CTD)terminal domain, CTD)。 CTDCTD對(duì)于維持細(xì)胞的活性對(duì)于維持細(xì)胞的活性是必需的。是必需的。RNA polymerase II RNARNA聚合酶聚合酶由由1212個(gè)亞基個(gè)亞基組成，其最大的亞基稱為組成，其最大的亞基稱為RBP1RBP1。 CTDIf any enzyme does the cells heavy lifting, its RNA polymerase IIArthur and Roger Kornberg（一）轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體的形成 不同物種、不同

26、細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)不同物種、不同細(xì)胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游都有不同的特異上游都有不同的特異DNA序列，包括啟動(dòng)子、增序列，包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等，統(tǒng)稱為強(qiáng)子等，統(tǒng)稱為順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)。 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增強(qiáng)子增強(qiáng)子順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)種類(lèi)：種類(lèi)：AATAAA切離加尾切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)修飾點(diǎn)OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體TATA box：典型啟動(dòng)子，一致序列為T(mén)ATAAA，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約-30bp處，是RNA聚合

27、酶的間接結(jié)合位點(diǎn)，決定了轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。CAAT box：是真核生物基因常有的調(diào)節(jié)區(qū)，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約-40-100bp處，控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。 GC box：位于CAAT框鄰側(cè)，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)，有激活轉(zhuǎn)錄的功能。 真核生物轉(zhuǎn)錄起始也需要RNA pol對(duì)起始點(diǎn)上游DNA序列進(jìn)行辨認(rèn)和結(jié)合，生成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體（preinitiation complex, PIC）。 轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，真核生物的RNA pol不直接識(shí)別和結(jié)合模板的起始區(qū)，而是依靠轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別并結(jié)合起始序列，故其起始復(fù)合體的裝配過(guò)程比原核生物復(fù)雜的多。 能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的的

28、蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因反式作用因子子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶聚合酶的 ， 則 稱 為 通 用 轉(zhuǎn) 錄 因 子 （的 ， 則 稱 為 通 用 轉(zhuǎn) 錄 因 子 （ g e n e r a l transcription factor）或基本轉(zhuǎn)錄因子（）或基本轉(zhuǎn)錄因子（basal transcription factor） 真核生物中不同的真核生物中不同的RNA pol需要不同的基本需要不同的基本轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（TF）配合完成轉(zhuǎn)錄的起始和延）配合完成轉(zhuǎn)錄

29、的起始和延長(zhǎng)。相對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)。相對(duì)應(yīng)于RNA pol I、 RNA pol II、RNA pol III，這些，這些TF分別稱為分別稱為T(mén)FI、TFII、TFIII。 參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子功能功能TFDTBP亞基結(jié)合亞基結(jié)合TATA盒盒TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物，結(jié)合復(fù)合物，結(jié)合RNA polTFE解螺旋酶解螺旋酶,結(jié)合結(jié)合TFHTFF促進(jìn)促進(jìn)RNA pol結(jié)合及作為其他因子結(jié)結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁合的橋梁TFH解旋酶、作為蛋白激酶催化解旋酶、作為蛋白激酶催化CTD磷酸化磷酸化真核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程真核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程1.

30、1. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 PIC PIC的組裝的組裝 TBP 結(jié)合到TATA box, 誘導(dǎo)DNA雙螺旋彎曲； TFIIB-TBP complex 結(jié)合到 RNA pol II-TFIIF complex；TFIIE and TFIIH 參入形成閉合復(fù)合物。2. 2. 在在TFIIHTFIIH作用下作用下, DNA , DNA 解旋形成解旋形成開(kāi)放復(fù)合物開(kāi)放復(fù)合物6. 6. 轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸7. 7. 轉(zhuǎn)錄終止與多聚腺轉(zhuǎn)錄終止與多聚腺苷化相偶聯(lián)苷化相偶聯(lián)4. RNA4. RNA合成至合成至 25-30 25-30 ntnt時(shí)，時(shí)，55端加帽端加帽3. 3. 在在TFIIHTFII

31、H作用下作用下, CTD , CTD 磷酸化引起磷酸化引起PolPol II II構(gòu)象改構(gòu)象改變，轉(zhuǎn)錄起始變，轉(zhuǎn)錄起始5. RNA 5. RNA 合成至合成至60-70nt60-70nt時(shí)，時(shí)， TFIIE TFIIE 和和TFIIH TFIIH 依次釋放依次釋放8. 8. PolPol II II 釋放并去磷酸化，釋放并去磷酸化，參與下一輪轉(zhuǎn)錄。參與下一輪轉(zhuǎn)錄。TBP是 TFIID的亞基，折疊成兩個(gè)非常相似的結(jié)構(gòu)域，可識(shí)別、結(jié)合 TATA box。TBP引起的DNA獨(dú)特彎曲、解旋，可充當(dāng)其它基本轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別結(jié)合的標(biāo)記。Three-dimensional structure of TBP (T

32、ATA-binding protein) bound to DNATFIIH TFIIH 分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)功能域：分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)功能域：core TFIIHcore TFIIH具有解旋酶活性，具有解旋酶活性，XPD XPD 和和 XPB XPB是解旋酶；是解旋酶； CAK(CAK(cyclincyclin-dependent activating -dependent activating kinasekinase) ) 具有激酶活性，能使具有激酶活性，能使RNA-RNA-polpol II II 的的CTDCTD磷酸化。磷酸化。TFIIH structure CTD磷酸化能使開(kāi)放復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改

33、變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)磷酸化能使開(kāi)放復(fù)合體的構(gòu)象發(fā)生改變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。錄。CTD磷酸化在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)期也很重要，而且影響轉(zhuǎn)磷酸化在轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)期也很重要，而且影響轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中轉(zhuǎn)錄復(fù)合體和參與加工的酶之間的相錄后加工過(guò)程中轉(zhuǎn)錄復(fù)合體和參與加工的酶之間的相互作用?；プ饔?。 除了基本轉(zhuǎn)錄因子外，真核基因的轉(zhuǎn)錄起始還有其他除了基本轉(zhuǎn)錄因子外，真核基因的轉(zhuǎn)錄起始還有其他轉(zhuǎn)錄因子的參與，如與啟動(dòng)子上游元件如轉(zhuǎn)錄因子的參與，如與啟動(dòng)子上游元件如GC盒、盒、CAAT盒等順式作用元件結(jié)合的盒等順式作用元件結(jié)合的上游因子（上游因子（upstream factor），與遠(yuǎn)隔調(diào)控序列如增強(qiáng)子等結(jié)合的反式作，與遠(yuǎn)隔調(diào)控序列如增強(qiáng)子等結(jié)合

34、的反式作用因子，以及在某些特殊生理或病理情況下被誘導(dǎo)產(chǎn)用因子，以及在某些特殊生理或病理情況下被誘導(dǎo)產(chǎn)生的生的可誘導(dǎo)因子（可誘導(dǎo)因子（inducible factor）的參與。的參與。 Pol IIIIHIIEIIFIIBTBPTAFIIATATA boxMyoD or HIF1可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子GC or CAAT boxSP1 or CTF中介子中介子輔激活因子輔激活因子通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子上游因子上游因子與與RNA RNA PolPol II II 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄相關(guān)的反式作用因子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄相關(guān)的反式作用因子（二）少數(shù)幾個(gè)反式作用因子的搭配啟動(dòng)特定（二）少數(shù)幾個(gè)反式作用因子的搭配啟動(dòng)特定

35、基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄 為了保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，不同基因需不同轉(zhuǎn)錄因子。 拼板理論(piecing theory) ：少數(shù)幾個(gè)反式作用因子（主要是可誘導(dǎo)因子和上游因子）之間互相作用，再與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。可誘導(dǎo)因子和上游因子常常通過(guò)輔激活因子或中介子與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶結(jié)合，但有時(shí)也可直接與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶結(jié)合。三三 、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。但

36、因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 真核生物轉(zhuǎn)錄抑制劑真核生物轉(zhuǎn)錄抑制劑Actinomycin D放線菌素放線菌素D D：參入到：參入到dsDNAdsDNA中連續(xù)的中連續(xù)的GCGC堿基對(duì)中、使堿基對(duì)中、使DNADNA變構(gòu)阻止變構(gòu)阻止RNARNA聚合酶沿模板鏈的移動(dòng)，從而抑制聚合酶沿模板鏈的移動(dòng)，從而抑制原核和真核原核和真核RNARNA鏈的延伸。鏈的延伸。四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾四、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行真核生

37、物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)的。關(guān)的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(poly A)尾巴結(jié)構(gòu)，尾巴結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。轉(zhuǎn)錄不是在轉(zhuǎn)錄不是在poly A的位置上終止，而是超出數(shù)的位置上終止，而是超出數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。在讀碼框架百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。在讀碼框架的下游，常有一組共同序列的下游，常有一組共同序列AATAAA，再下游，再下游還有相當(dāng)多的還有相當(dāng)多的GT序列。這些序列稱為序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)止的修飾點(diǎn)。5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUG

38、UGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。真核生物真核生物RNARNA的加工和降解的加工和降解The processing and Degradation of Eukaryotic RNA第四節(jié)第四節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄生成的真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNARNA分子是初級(jí)分子是初級(jí)RNARNA轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物(primary RNA transcript)(primary RNA transcript)，幾，幾乎所有的初級(jí)乎所有的初級(jí)RNARNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過(guò)加工

39、，轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過(guò)加工，才能成為具有功能的成熟的才能成為具有功能的成熟的RNARNA。 加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。n幾種主要的修飾方式：幾種主要的修飾方式：1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修飾修飾(modification)4. 添加添加(addition)5. RNA RNA編輯編輯(RNA editing)一、核不均一一、核不均一RNA經(jīng)首、尾修飾經(jīng)首、尾修飾和剪接后成為和剪接后成為mRNA 真核生物真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后，需要進(jìn)行5 -端和端和3 -端端（首、尾部）的修飾（首、尾部）的修飾以及對(duì)以及對(duì)hnRNA

40、進(jìn)行進(jìn)行剪接剪接（splicing），才能成為成熟的），才能成為成熟的mRNA，被轉(zhuǎn)運(yùn)，被轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯。到核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯。 （一）前體（一）前體mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 大 多 數(shù) 真 核大 多 數(shù) 真 核mRNA的的5-末端末端有有7-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤的帽結(jié)構(gòu)，的帽結(jié)構(gòu)，7-甲甲基鳥(niǎo)嘌呤與相鄰基鳥(niǎo)嘌呤與相鄰核苷酸之間通過(guò)核苷酸之間通過(guò)5-5-三磷酸四酯三磷酸四酯鍵相連。鍵相連。 真核真核mRNA加工過(guò)加工過(guò)程的起始步驟由兩程的起始步驟由兩種 酶 ，種 酶 ， 加 帽 酶加 帽 酶(capping enzyme)和和甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(me

41、thyltransferase)，催化完成。加帽酶催化完成。加帽酶包括磷酸酶和鳥(niǎo)苷包括磷酸酶和鳥(niǎo)苷轉(zhuǎn)移酶活性。轉(zhuǎn)移酶活性。甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程帽結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程:n帽子結(jié)構(gòu)的意義（功能）：帽子結(jié)構(gòu)的意義（功能）： 可以可以使使mRNAmRNA免遭核酸酶的攻擊免遭核酸酶的攻擊； 也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-binding (cap-binding complex of protein)complex of protein)結(jié)合，并參與結(jié)合，并參與mRNAmRNA和核糖和核糖體的結(jié)合，體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。 參與參與m

42、RNAmRNA的穿核運(yùn)輸?shù)拇┖诉\(yùn)輸。 （二）前體（二）前體mRNA在在3端特異位點(diǎn)斷裂并加上端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾 1. 1. 尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。尾部修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。2. 2. 一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的一般真核生物在胞漿內(nèi)出現(xiàn)的mRNAmRNA，其，其poly Apoly A長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為100100至至200200個(gè)核苷酸之間，也有少數(shù)例外。個(gè)核苷酸之間，也有少數(shù)例外。3. poly A3. poly A是維持是維持mRNAmRNA作為翻譯模板的活性，以及增加作為翻譯模板的活性，以及增加mRNAmRNA本身穩(wěn)定性的因素。本身穩(wěn)定性的因素

43、。4. 4. 前體前體mRNAmRNA分子的斷裂和加多聚腺苷酸尾是多步驟過(guò)程。分子的斷裂和加多聚腺苷酸尾是多步驟過(guò)程。5. 5. 前體前體mRNAmRNA斷裂點(diǎn)上游斷裂點(diǎn)上游1030nt1030nt有有AAUAAAAAUAAA信號(hào)序列，斷裂信號(hào)序列，斷裂點(diǎn)下游點(diǎn)下游2040nt2040nt有富含有富含G/UG/U的序列。的序列。poly(A) 尾的功能尾的功能:1.保護(hù)保護(hù) mRNA免受核酸酶的降解；免受核酸酶的降解；2.輔助轉(zhuǎn)錄終止輔助轉(zhuǎn)錄終止;3.輔助輔助mRNA出核運(yùn)輸至胞質(zhì)出核運(yùn)輸至胞質(zhì);4.調(diào)控翻譯速率。調(diào)控翻譯速率。（三）前體（三）前體mRNA的剪接主要是去除內(nèi)含子的剪接主要是去除

44、內(nèi)含子雞卵清蛋白成熟雞卵清蛋白成熟mRNAmRNA與與DNADNA雜交電鏡圖雜交電鏡圖 hnRNA 和和 斷裂基因斷裂基因 核內(nèi)的初級(jí)核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為稱為雜化核雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因斷裂基因（split gene)split gene)。CABD編碼區(qū)編

45、碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)非編碼區(qū)去除初級(jí)轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連去除初級(jí)轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成熟接為成熟RNA的過(guò)程稱為的過(guò)程稱為mRNA剪接（剪接（mRNA splicing）。 外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。 1. 內(nèi)含子形成套索內(nèi)含子形成套索RNA被剪除被剪除 剪接首先涉及套索剪接首先涉及

46、套索RNA（lariat RNA）的形成，即內(nèi)含子）的形成，即內(nèi)含子區(qū)段彎曲，使相鄰的兩個(gè)外顯子互相靠近而利于剪接。區(qū)段彎曲，使相鄰的兩個(gè)外顯子互相靠近而利于剪接。 2. 內(nèi)含子在剪接接口處剪除內(nèi)含子在剪接接口處剪除 大多數(shù)內(nèi)含子都以大多數(shù)內(nèi)含子都以GU為為5 端的起始，而其末端則為端的起始，而其末端則為AG-OH-3 。 5 GUAG-OH-3 稱為剪接接口（稱為剪接接口（splicing junction）或）或邊界序列。邊界序列。3. 剪接過(guò)程需兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過(guò)程需兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 4. 剪接體是內(nèi)含子剪接場(chǎng)所剪接體是內(nèi)含子剪接場(chǎng)所hnRNA剪接的場(chǎng)所發(fā)生在剪接的場(chǎng)所發(fā)生在剪接體（剪接體（

47、splicesomesplicesome) )剪接體剪接體: 由小分子核糖核蛋白snRNP和mRNA前體組成，可將前體mRNA的內(nèi)含子去除。snRNP(small nuclear ribonucleoprotein): 由一系列的snRNA和蛋白組成的復(fù)合物。包括: U1 snRNP, U2 snRNP, U4 snRNP, U5 snRNP, U6 snRNP snRNA: 5 types, U1, U2, U4, U5, U6 100300ntU-richpre-mRNA + snRNP (50 proteins + 5 snRNA) = spliceosome5. 前體前體mRNA分子有

48、剪切和剪接兩種模式分子有剪切和剪接兩種模式 前體前體mRNA分子的加工除上述剪接外，還有一分子的加工除上述剪接外，還有一種剪切（種剪切（cleavage）模式。）模式。 剪切剪切指的是剪去某些內(nèi)含子后，在上游的外顯指的是剪去某些內(nèi)含子后，在上游的外顯子子3 -端直接進(jìn)行多聚腺苷酸化，不進(jìn)行相鄰?fù)舛酥苯舆M(jìn)行多聚腺苷酸化，不進(jìn)行相鄰?fù)怙@子之間的連接反應(yīng)。顯子之間的連接反應(yīng)。 剪接剪接是指剪切后又將相鄰的外顯子片段連接起是指剪切后又將相鄰的外顯子片段連接起來(lái)，然后進(jìn)行多聚腺苷酸化。來(lái)，然后進(jìn)行多聚腺苷酸化。 例如：免疫球蛋白重例如：免疫球蛋白重鏈基因前體鏈基因前體mRNAmRNA有多有多個(gè)多聚腺苷酸

49、化位點(diǎn)，個(gè)多聚腺苷酸化位點(diǎn)，通過(guò)多聚腺苷酸位點(diǎn)通過(guò)多聚腺苷酸位點(diǎn)選擇機(jī)制產(chǎn)生免疫球選擇機(jī)制產(chǎn)生免疫球蛋白重鏈的多樣性。蛋白重鏈的多樣性。6.前體前體mRNA分子可發(fā)生可變剪接分子可發(fā)生可變剪接許多前體許多前體mRNA分子經(jīng)過(guò)加工只產(chǎn)生一種分子經(jīng)過(guò)加工只產(chǎn)生一種成熟的成熟的mRNA，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些則可剪切或（和）剪接加工成結(jié)構(gòu)有所不同的則可剪切或（和）剪接加工成結(jié)構(gòu)有所不同的mRNA，這一現(xiàn)象稱為，這一現(xiàn)象稱為可變剪接（可變剪接（alternative splicing），又稱，又稱選擇性剪接選擇性剪接。當(dāng)存在多個(gè)當(dāng)存在多個(gè)33剪剪接位點(diǎn)時(shí)，可選擇接位點(diǎn)時(shí)

50、，可選擇使用之一進(jìn)行選擇使用之一進(jìn)行選擇性剪接。例如：果性剪接。例如：果蠅的肌球蛋白重鏈蠅的肌球蛋白重鏈前體前體mRNAmRNA通過(guò)選通過(guò)選擇性剪接在發(fā)育過(guò)擇性剪接在發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生程中產(chǎn)生3 3種不同種不同的肌球蛋白重鏈。的肌球蛋白重鏈。大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄子的選擇性加工大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄子的選擇性加工降鈣素降鈣素降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素基因相關(guān)肽同一前體同一前體mRNAmRNA分子分子通過(guò)選擇性通過(guò)選擇性剪切和剪接：剪切和剪接：在大鼠甲狀在大鼠甲狀腺中產(chǎn)生降腺中產(chǎn)生降鈣素，在大鈣素，在大鼠腦中產(chǎn)生鼠腦中產(chǎn)生降鈣素降鈣素- -基因基因相關(guān)肽。相關(guān)肽。（四）（四）mRNAmRNA編輯是對(duì)基因的編碼序

51、列編輯是對(duì)基因的編碼序列進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工 有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物序列并不完全對(duì)應(yīng)，mRNA上的一些序列在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生了改變，稱為RNA編輯（RNA editing）。 RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。人類(lèi)人類(lèi)apo B基因基因 mRNA（14500個(gè)核苷酸）個(gè)核苷酸）肝臟肝臟apo B100（分子量為（分子量為500 000）腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞apo B48（分子量為（分子量為240 000）mRNA編輯編輯CAA UAA胞嘧啶核苷脫氨酶APO

52、B基因的基因的mRNA在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈 雞卵清蛋白雞卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞雞卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修飾飾二、真二、真rRNA核核rRNA前體經(jīng)過(guò)剪接形成不同類(lèi)別的前體經(jīng)過(guò)剪接形成不同類(lèi)別的rRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S45S 45S rRNArRNA 前體經(jīng)過(guò)甲基化修飾和一系列酶切反前體經(jīng)過(guò)甲基化修飾和一系列酶切反應(yīng)最終形成應(yīng)最終形成18S18S、

53、5.8S5.8S和和28S RNA28S RNA。tRNA前體前體RNA pol DNA三、真核生物前體三、真核生物前體tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的堿基修飾苷酸的堿基修飾1. 51. 5端端1616個(gè)核苷酸的前導(dǎo)序列由個(gè)核苷酸的前導(dǎo)序列由RNaseP切除；切除；2. 32. 3端兩個(gè)核苷酸由端兩個(gè)核苷酸由 RNase D切除，再由核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上切除，再由核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上 CCA；3. 3. 莖環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀有堿基；莖環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀有堿基；4. 4. 剪接去除內(nèi)含子。剪接去除內(nèi)含子。堿基修飾堿基修飾（2）還原反應(yīng)）還原反應(yīng) 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：U （4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）四、四、RNA催化一些真核和原核基因內(nèi)催化一些真核和原核基因內(nèi)含子的自剪接含子的自剪接 1982年美國(guó)科學(xué)家年美國(guó)科學(xué)家T. Cech和他的同事發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)和他的同事發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)（tetrahymena thermophilic）編碼）編碼rR