第三章-生物信息傳遞(上)-從DNA到RNA教學(xué)課件

第三章生物信息傳遞（上）

從DNA到RNA逆轉(zhuǎn)錄7/29/20231

轉(zhuǎn)錄（transcription)以DNA單鏈為模板，NTP為原料，在依賴DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA鏈的過程。

模板鏈（templatestrans）或無意義鏈(antisensestrand)：作為模板，按堿基互補(bǔ)配對原則轉(zhuǎn)錄成RNA的DNA鏈。

編碼鏈（codingstrand）或有意義鏈(sensestrand)

與模板鏈互補(bǔ)的非模板鏈，其編碼區(qū)的堿基序列與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA的序列相同（僅T、U互換）。7/29/20232編碼鏈（codingstrand）模板鏈（templatestrans）7/29/20233相同或相似差異轉(zhuǎn)錄復(fù)制模板DNA模板鏈轉(zhuǎn)錄兩股鏈均可復(fù)制原料核苷三磷酸NTPdNTP堿基配對遵從堿基配對原則A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依賴DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶產(chǎn)物多核苷酸鏈mRNA,tRNA,rRNA等子代雙鏈DNA特點不對稱轉(zhuǎn)錄半保留、半不連續(xù)復(fù)制轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同點7/29/20234第一節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄的起始第四節(jié)原核生物與真核生物mRNA特征的比較第五節(jié)終止與抗終止第六節(jié)內(nèi)含子的剪切、編輯及化學(xué)修釋7/29/20235第一節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的基本過程模板的識別轉(zhuǎn)錄的起始通過啟動子轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的終止7/29/202367/29/202377/29/20238隨機(jī)擴(kuò)散定向取代隨機(jī)行走模板識別：RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。7/29/20239啟動子（promoter)：是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列，是基因表達(dá)調(diào)控的上游順式作用元件之一。在原核生物中，σ因子辨認(rèn)-35區(qū)，全酶與該區(qū)結(jié)合形成疏松復(fù)合物，繼而全酶向-10區(qū)及起始位點移動，到起始位點后全酶與DNA結(jié)合緊密。7/29/202310全酶-啟動子形成閉合二重復(fù)合體；閉合復(fù)合體轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放復(fù)合體；整合進(jìn)最初兩個核苷酸，形成一個磷酸二酯鍵，形成三重復(fù)合體；轉(zhuǎn)錄的起始原核生物轉(zhuǎn)錄的起始7/29/202311通過啟動子在酶不需要移動時，即可加入9個核苷酸，但在加入核苷酸過程中，隨時可能釋放RNA；起始成功后，釋放出σ因子。7/29/202312真核生物轉(zhuǎn)錄的起始

真核生物有三種RNA聚合酶，分別催化不同RNA的合成，每種酶的作用均需一些蛋白輔助因子的參與，將這些因子稱為轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子的命名冠以聚合酶的名稱，如RNA聚合酶II所需的轉(zhuǎn)錄因子稱為轉(zhuǎn)錄因子II（transcriptionfactorII,TFII)。

7/29/202313TFs幫助RNA聚合酶識別啟動子。TFs(轉(zhuǎn)錄因子）必須先與DNA形成復(fù)合物，幫助RNA聚合酶定位到轉(zhuǎn)錄起始的位點。RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子在DNA上的定位形成前起始復(fù)合物，由于轉(zhuǎn)錄因子的作用復(fù)合物由封閉型轉(zhuǎn)換成開放型。7/29/2023147/29/202315正常的延伸中，新的磷酸二酯鍵在特定的活性位點進(jìn)行；(NMP)n+NTP=(NMP)n+1+PPi轉(zhuǎn)錄的延伸7/29/202316出現(xiàn)故障時，RNA聚合酶停止前進(jìn)并回撤；在RNA的3'端切割，形成新的3'-OH末端；重新開始延伸RNA鏈。7/29/202317轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶釋放，RNA鏈釋放，DNA恢復(fù)成雙螺旋狀態(tài)7/29/202318第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分一、RNA聚合酶RNA聚合酶主要以雙鏈DNA為模板；RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程中最關(guān)鍵的酶；每個細(xì)胞中約有7000個RNA聚合酶；任何時候大約2000~2500個核心酶執(zhí)行轉(zhuǎn)錄功能。7/29/202319催化中心ββ′α：參與核心酶組裝及的啟動子識別

全酶α2ββ′ωσ

核心酶

α2ββ′ωσ亞基識別模板鏈并與啟動子結(jié)合使轉(zhuǎn)錄起始，在轉(zhuǎn)錄延伸階段，σ亞基與核心酶解離，僅由核心酶參與延伸過程。1、原核生物RNA聚合酶與模板DNA、底物NTP及新生RNA鏈結(jié)合7/29/202320

核心酶可以DNA為模板合成RNA，但不能在正確的位點起始。起始必須有σ因子；σ因子能夠提高酶和啟動子識別的特異性，同時也降低酶和非特異位點的親和力。σ因子7/29/202321在某些細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有能識別不同啟動子的σ因子，以適應(yīng)不同生長發(fā)育階段的要求，調(diào)控不同基因轉(zhuǎn)錄的起始。因子基因功能σ70rpoD廣泛σ32rpoH熱休克σ54rpoN氮代謝7/29/202322Tσ32蛋白部分變性rpoH表達(dá)熱激蛋白基因轉(zhuǎn)錄熱激反應(yīng)正常條件下，核心酶與σ70結(jié)合，轉(zhuǎn)錄普通基因；溫度升高后，新的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，激活熱激基因的表達(dá)。σ32可與σ70競爭核心酶，并可迅速降解。7/29/202323σ因子與核心酶的解離-結(jié)合對RNA聚合酶功能的影響核心酶與DNA雙鏈的作用比較松散，結(jié)合半壽期約1h。核心酶不區(qū)分啟動子和其他序列。σ因子加入后，全酶與松散結(jié)合位點的結(jié)合力下降，半壽期<1s；但與啟動子結(jié)合可增強(qiáng)1000倍，半壽期達(dá)幾小時。全酶與啟動子結(jié)合常數(shù)基本反映了啟動子的強(qiáng)度。7/29/202324聚合酶前進(jìn)時，將前端的DNA雙鏈解旋，在后方則重新結(jié)合。聚合酶所保護(hù)的DNA序列約為40bp，而解旋的DNA區(qū)域大約17bp，RNA的3'端大約有20~30個核苷酸與DNA或聚合酶結(jié)合，而其中RNA-DNA雜交區(qū)僅約9bp。7/29/202325細(xì)胞中不同狀態(tài)RNA聚合酶的數(shù)量每個E.coli細(xì)胞中含約7000個RNA聚合酶；核心酶主要以松散的閉合復(fù)合體為主；足量的σ因子使三分之一的聚合酶以全酶形式存在，主要是在非特異位點的松散復(fù)合體和啟動子處的緊密（開放）復(fù)合體；約2500個核心酶正在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。7/29/202326

2、真核生物RNA聚合酶酶細(xì)胞內(nèi)定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對α-鵝膏蕈堿的敏感程度RNA聚合酶I核仁rRNA50％～70％不敏感RNA聚合酶II核質(zhì)hnRNA20％～40％敏感RNA聚合酶III核質(zhì)tRNA約10％存在物種特異性

7/29/202327

真核生物RNA聚合酶一般由8~16個亞基所組成。其中RNA聚合酶II的兩個大亞基（RPB1和RPB2）與細(xì)菌核心酶的兩個大（β和β'）；（RPB3和RPB11）與α亞基同源；RPB6與ω亞基同源。真核生物RNA聚合酶共性：聚合酶中有兩個相對分子質(zhì)量超過1x105的大亞基；三類聚合酶有“共享”小亞基的傾向。7/29/202328RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是45SrRNA，經(jīng)剪接修飾后生成除5SrRNA外的各種rRNA。RNA聚合酶II在核內(nèi)轉(zhuǎn)錄生成hnRNA，經(jīng)剪接加工后生成成熟mRNA被運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中作為蛋白質(zhì)合成的模板。核不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）：核內(nèi)未被剪接的有內(nèi)含子的mRNA前體，或是核內(nèi)mRNA的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。7/29/202329RNA聚合酶III的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是tRNA，5SrRNA，snRNA。SnRNA（smallnuclearRNA），即核內(nèi)小RNA，主要存在于核內(nèi)，是核內(nèi)100~300個核苷酸序列的小型RNA，參與RNA的剪接。7/29/202330蟹爪2個鉗子RPB1RPB2RNA聚合酶Ⅱ的結(jié)構(gòu)活性中心由RPB1和RPB2的一些區(qū)域共同構(gòu)成活性中心裂隙位于鉗子基部當(dāng)鉗子形結(jié)構(gòu)處于開放狀態(tài)，啟動子DNA序列才能進(jìn)入，起始基因的轉(zhuǎn)錄。7/29/202331RNA聚合酶II自身不能起始轉(zhuǎn)錄，需要依靠轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助。7/29/2023322、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物全酶-啟動子形成閉合二重復(fù)合體；閉合復(fù)合體轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放復(fù)合體；整合進(jìn)最初兩個核苷酸，形成一個磷酸二酯鍵，形成三重復(fù)合體；在酶不需要移動時，即可加入9個核苷酸，但在加入核苷酸過程中，隨時可能釋放RNA；起始成功后，釋放出σ因子。核心酶、DNA和新生RNA組成轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。7/29/202333RNA聚合酶結(jié)合在DNA上時，其長度會發(fā)生變化起始復(fù)合物（包括σ因子）結(jié)合DNA的長度為75～80bp起始延伸復(fù)合物結(jié)合DNA的長度為55～60bp一般延伸復(fù)合物結(jié)合DNA的長度為30～40bp7/29/202334DNA轉(zhuǎn)錄循環(huán)理論1、NTP填補(bǔ)了開放的底物位點，并在活性位點形成磷脂鍵；2、處于聚合酶中心的核酸發(fā)生位移，其是連接區(qū)α螺旋結(jié)構(gòu)由筆直變?yōu)閺澢倩謴?fù)成為筆直狀態(tài)，為下一輪RNA的合成留出了空的底物位點。Pg747/29/202335

轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor,TF）：真核生物轉(zhuǎn)錄起始過程中，除RNA聚合酶之外的其它輔助因子統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子。7/29/202336小結(jié)一、轉(zhuǎn)錄的基本過程模板的識別轉(zhuǎn)錄的起始通過啟動子轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的終止閉合二重復(fù)合體二、轉(zhuǎn)錄的主要機(jī)器RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄復(fù)合物原核生物真核生物核心酶σ因子開放二重復(fù)合體三重復(fù)合體轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物7/29/202337第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄的起始一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)啟動子（promoter）：是一段位于結(jié)構(gòu)基因5’端上游區(qū)的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準(zhǔn)確地結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。7/29/202338

轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）：是一段從啟動子開始到終止子結(jié)束的DNA序列，RNA聚合酶從轉(zhuǎn)錄起始位點開始沿著模板前進(jìn)，直到終止子為止，轉(zhuǎn)錄出一條RNA鏈。轉(zhuǎn)錄起始位點：是指與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基，研究證實通常為一個嘌呤。7/29/202339轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）起點（startpoint）上游（upstream）下游（downstream）7/29/202340啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)細(xì)菌啟動子特征：7/29/202341啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)細(xì)菌啟動子特征：2、起點上游10bp處，有一約6bp的保守區(qū)域，稱為-10區(qū)（也叫PribnowBox），共有序列為：TATAA；1、起點通常是一個嘌呤；7/29/2023423、起點上游35bp處，有一約6bp的保守區(qū)，稱為-35區(qū)，共有序列為：TTGACA；4、90%的啟動子中，-10與-35區(qū)的距離在16-19bp之間；兩個保守區(qū)之間的序列并不重要，但距離很關(guān)鍵。7/29/2023437/29/202344真核生物基因中啟動子特征：7/29/202345TATAbox：位于RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起點上游約-35~-25bp處的共同序列TATAAA，絕大多數(shù)情況下全部是A-T堿基對，只有少數(shù)含有G-C。真核生物基因中啟動子特征：CAATbox：在起點上游-78~-70bp處還有另一段共有序列CCAAT，稱為CAAT區(qū)。7/29/202346GCbox：在起點上游-110~-80bp處有一段富含GC堿基對的序列（GCCACACCC或GGGCGGG），稱為GC區(qū)。增強(qiáng)子：能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始頻率的DNA序列。7/29/202347二、啟動子區(qū)的識別

RNA聚合酶對啟動子的識別是通過與堿基上的氫鍵供體和受體在一定距離內(nèi)互補(bǔ)，形成氫鍵而實現(xiàn)的。

啟動子的功能既受DNA序列的影響，又受其構(gòu)象的影響。7/29/202348σ70的氨基酸與啟動子-10區(qū)非模板鏈特異堿基的結(jié)合7/29/202349三、RNA聚合酶與啟動子區(qū)的結(jié)合開鏈區(qū)一般在-9~+13，而酶與啟動子結(jié)合的區(qū)域主要在其上游。二元閉合復(fù)合物二元開鏈復(fù)合物7/29/202350四、-10區(qū)和-35區(qū)的最佳距離-10與-35區(qū)的距離在16-19bp之間，否則會降低啟動子的活性。即一旦-10與-35區(qū)間的超螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，RNA聚合酶就難以保持正確的取向。7/29/202351啟動子突變下降突變：降低其結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的啟動子突變，稱為下降突變。上升突變：提高其結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的啟動子突變，稱為上升突變。7/29/202352五、增強(qiáng)子及其功能增強(qiáng)子或強(qiáng)化子(enhancer)：指能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始頻率的DNA序列。增強(qiáng)子的特點：（1）遠(yuǎn)距離作用；（2）無方向性；（3）順式調(diào)節(jié)；（4）無物種和基因的特異性；（5）具有組織特異性；（6）有相位性；（7）有的增強(qiáng)子可對外部產(chǎn)生信號。7/29/202353六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響真核生物啟動子TATA（-35~-25）CAAT（-80~-70）GC（-110~-80）上游啟動子元件（UPE）或上游激活序列（UAS）啟動子的作用TATA：使轉(zhuǎn)錄精確地起始上游啟動子元件：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率7/29/2023547/29/202355七、轉(zhuǎn)錄的抑制抑制劑DNA模板功能抑制劑，如放線菌素DRNA聚合酶的抑制物，如α-鵝膏蕈堿7/29/202356小結(jié)一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)原核生物真核生物7/29/202357第四節(jié)原核生物與真核生物mRNA特征的比較一、原核生物mRNA的特征1、半衰期短基因的連續(xù)性轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上的一致性7/29/2023582、許多原核生物mRNA以多順反子的形式存在操縱子（operon）:一組相鄰或相互重疊的基因,

在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同作用，這樣一組基因稱為操縱子（operon）。多順反子（polycistronicmRNA)：編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順反子mRNA。單順反子(monocistronicmRNA)：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順反子mRNA。7/29/202359β-半乳糖苷酶透過酶乙?；D(zhuǎn)移酶大腸桿菌乳糖操縱子阻遏蛋白7/29/202360mRNAAUG之前的5′端上游非編碼區(qū)編碼區(qū)終止密碼子之后3′端下游非編碼區(qū)

在原核生物中，一條mRNA鏈可編碼多個蛋白；而在真核生物中，一條成熟的mRNA鏈只編碼一種蛋白。7/29/202361

在真核生物中一個基因可以編碼不同的蛋白質(zhì)，但一條成熟mRNA鏈只編碼一個蛋白質(zhì)。7/29/2023623、原核生物mRNA5′端無帽子結(jié)構(gòu)，3′端沒有或只有較短的poly(A)結(jié)構(gòu)，在起始密碼子AUG上游7~12個核苷酸處有6個核苷酸的保守序列，被稱為SD序列。SD序列在與核糖體的結(jié)合過程中起作用。7/29/202363二、真核生物mRNA的特征

基因：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。7/29/2023645′5′Gppp+pppApNpNp...↓5′5′GpppApNpNp...+pp+p在磷酸酶的作用下，將5‘-端的磷酸基水解，由腺苷酸轉(zhuǎn)移酶加上鳥苷三磷酸，形成GpppN的結(jié)構(gòu)，再由鳥嘌呤-7-甲基轉(zhuǎn)移酶對G進(jìn)行甲基化。新加的G以反方向與5′連接，這一結(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）結(jié)構(gòu)。1、真核生物mRNA的5'端存在“帽子”結(jié)構(gòu)7/29/202365甲基化只在末端G的7位甲基化的帽子稱為帽子0（cap0），寫作m7GpppX；若第二個核苷酸2'-OH甲基化，則稱為帽子1（cap1），寫作m7GpppXm；若第三個核苷酸2’-OH甲基化，則稱為帽子2（cap2），寫作m7GpppXmpYm。7/29/202366帽子結(jié)構(gòu)的作用:1、提高mRNA的活性及穩(wěn)定性；2、作為蛋白質(zhì)合成起始信號的一部分。7/29/202367PolI和polIII在特定的位點終止合成PolII無特定終止位點？2、真核生物mRNA的3’端存在poly(A)尾巴7/29/202368PolII無特定終止位點，3’-OH末端通過在特定位點切割后加上poly(A)來形成。幾乎所有真核基因的3’轉(zhuǎn)錄終止位點上游15~30bp存在保守序列AAUAAA,該序列作為切割和添加poly(A)位點的信號。7/29/202369特異組分（CutandpolyASpecialfactor,CPSF）識別AAUAAA序列；產(chǎn)生正確的末端結(jié)構(gòu)需要核酸內(nèi)切酶（由CFI和CFII組成）切割RNA；激發(fā)因子CstF，結(jié)合在切割位點下游一富含G-U的序列;poly(A)聚合酶（PAP）合成poly(A)尾部。7/29/202370小結(jié)二、真核生物mRNA的特征5’端存在“帽子”結(jié)構(gòu)3’端存在poly(A)尾巴一、原核生物mRNA的特征半衰期短許多mRNA以多順反子的形式存在無帽子和尾巴結(jié)構(gòu)7/29/202371第五節(jié)終止和抗終止大腸桿菌的終止子不依賴于ρ因子的終止依賴于ρ因子的終止7/29/202372一、不依賴于ρ因子的終止7/29/202373合成RNA尾部的序列特征：1、二重對稱的序列形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)；在發(fā)卡結(jié)構(gòu)的莖基部富含G-C對；發(fā)卡結(jié)構(gòu)可減緩或暫停合成；2、尾部有約4~8個連續(xù)的U；連續(xù)的A-U對使雜交鏈更容易分離。7/29/2023747/29/202375二、依賴于ρ因子的終止

ρ因子是由rho基因編碼，分子量為55KDa的蛋白質(zhì)，其活性形式為六聚體，在離體條件下有兩種活性，一種是解螺旋酶的活性，另一種是NTP酶的活性。ρ因子可結(jié)合于自由RNA鏈，并沿RNA鏈移動。7/29/202376ρ先結(jié)合于終止區(qū)上游；沿RNA鏈移動；RNA聚合酶在終止子處暫停；ρ因子追上聚合酶并使之解離，并拆分RNA-DNA雜交鏈。7/29/202377結(jié)合在正在合成的RNA鏈的5’端，利用水解NTP釋放的能量，從5’端向3’端移動，當(dāng)RNA聚合酶移動到終止子而暫停時，ρ因子達(dá)到RNA的3’-OH端追上并取代了停在終止位點的RNA聚合酶，

ρ因子的解螺旋活性使轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從模板DNA上釋放，使轉(zhuǎn)錄終止。7/29/202378三、抗終止

1、破壞終止位點RNA的莖環(huán)結(jié)構(gòu)

在原核生物中，轉(zhuǎn)錄和翻譯相偶聯(lián)。當(dāng)介質(zhì)中氨基酸減少時，相對應(yīng)的攜帶這種氨基酸的tRNA也減少，使得核糖體不能順利通過串聯(lián)密碼子，而破壞了mRNA的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)錄不能終止。7/29/202379

2、依賴于蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄抗終止

λ噬菌體中的N蛋白具有抗轉(zhuǎn)錄終止的作用。DNA序列A區(qū)（CGCTCTTA）二重對稱序列結(jié)合N蛋白結(jié)合NusARNA聚合酶結(jié)合隨后NusG，S10，NusB都結(jié)合在Nut位點，形成復(fù)合物，使RNA聚合酶構(gòu)象改變，對終止信號不敏感，使RNA鏈的合成繼續(xù)。7/29/202380問題轉(zhuǎn)錄的基本過程？終止子的類型，它們各自的作用機(jī)理？細(xì)菌及真核生物啟動子的特征？原核生物及真核生物mRNA特征?什么是多順反子？什么是單順反子？7/29/202381第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編輯及化學(xué)修釋一、RNA中的內(nèi)含子不連續(xù)基因（interruptedgene，splitgene，斷裂基因）：真核生物基因除了與mRNA相對應(yīng)的編碼序列外，還含有一些不編碼序列，這樣的基因稱為不連續(xù)基因或斷裂基因。不編碼序列插在編碼序列之間，這些不編碼序列在加工為成熟的mRNA時被去除。7/29/202382外顯子（exon）：基因中與mRNA一致的序列。一個基因總是以外顯子為起點和終點。內(nèi)含子（intron）：基因中編碼序列之間的介入序列，在原初轉(zhuǎn)錄物加工為mRNA時被去除。7/29/202383

內(nèi)含子兩端沒有長的同源或互補(bǔ)序列，但有極短的保守的共有序列，左端（上游）為GU，右端（下游）為AG。這一現(xiàn)象稱為GU-AG規(guī)則。左端的位點也叫供體位點（donorsite）或者5'，右端也叫受體位點（acceptorsite）或者3'。7/29/202384內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特點GU-AG法則3'端附近有一段10~20個嘧啶核苷酸的區(qū)域5'端有保守序列5'-GUPuAGU-3'3‘端上游18~50個核苷酸處有保守序列Py80NPy87Pu75APy95（分支位點）3'A/CAGGUPuAGU

A

Pyrich

AGG5'5'剪接位點分支點3'剪接位點內(nèi)含子外顯子外顯子7/29/202385剪接體的組裝和剪接過程內(nèi)含子釋放進(jìn)一步與U4、U5、U6三聚體結(jié)合，形成60S剪接體U1釋放，U5從內(nèi)含子區(qū)移到外顯子區(qū)，U6結(jié)合在5’剪切位點U1結(jié)合在5’剪切位點，U2AF結(jié)合在多嘧啶區(qū)U2結(jié)合在分支點，形成剪接前體U4釋放，U6/U2催化5’剪切，U5結(jié)合在3’剪切位點U2/U5/U6催化3’剪切二、mRNA的剪接7/29/202386內(nèi)含子的剪接方式有：組成性剪接：在高等真核生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成性地從mRNA前體中被剪接，這種剪接方式稱為組成性剪接。變位剪接：又叫選擇性剪接，指在剪接過程中可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接位點進(jìn)行變位剪接，產(chǎn)生出不同mRNA，這種剪接方式稱為變位剪接。7/29/202387內(nèi)含子類型細(xì)胞內(nèi)定位GU-AG細(xì)胞核，前mRNA（真核）AU-AC細(xì)胞核，前mRNA（真核）I類內(nèi)含子細(xì)胞核，前rRNA（真核）,細(xì)胞器RNA，少數(shù)細(xì)菌RNAII類內(nèi)含子細(xì)胞器RNA，部分細(xì)菌RNAIII類內(nèi)含子細(xì)胞器RNA雙內(nèi)含子細(xì)胞器RNAtRNA前體中的內(nèi)含子細(xì)胞核，tRNA前體（真核）內(nèi)含子的類型7/29/202388I類內(nèi)含子（GroupI）

出現(xiàn)于低等真核生物四膜蟲pre-RNA。在真菌線粒體中很普遍。也存在于噬菌體T4和細(xì)菌中。這類內(nèi)含子具有自我剪接（self-splicing/autosplicing）的能力。7/29/202389

GNP的3’-OH攻擊內(nèi)含子5’端，形成G-內(nèi)含子，和外顯子部分；分離的外顯子3’-OH攻擊下一個外顯子的5’端；釋放的內(nèi)含子3’-OH攻擊自身5’端15堿基處。Ⅰ類內(nèi)含子的剪接主要是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)7/29/202390

具有9個配對區(qū)（雙螺旋區(qū)），其中P4、P7比較保守；P3、P4、P6、P7形成內(nèi)含子的“核心”，是可進(jìn)行具催化反應(yīng)的最小區(qū)域；P1包括一段外顯子，稱為IGS（internalguidesequence）。I類內(nèi)含子的一般二級結(jié)構(gòu)7/29/202391Ⅱ類內(nèi)含子主要存在于真核生物的線粒體和葉綠體rRNA基因中。

兩步反應(yīng)都通過酯基轉(zhuǎn)（transesterification）進(jìn)行。

分支位點A殘基2‘-OH攻擊5’位點。

上游外顯子3‘-OH攻擊3’位點。7/29/202392剪接的第一步，分支位點A殘基2’–OH攻擊內(nèi)含子5’位點，使內(nèi)含子5’端與上游外顯子之間斷裂；5’端與內(nèi)含子中靠近3’端的一A殘基2’-OH形成一索套形中間產(chǎn)物;A所在位點稱為分支位點（branchsite）;第二步，上游外顯子3’–OH攻擊3’位點，在3’位點切割，釋放出內(nèi)含子，連接兩個外顯子。II類（groupII）內(nèi)含子的剪接7/29/202393翻譯轉(zhuǎn)錄末端修飾剪接

RNA剪接、加工均發(fā)生于核內(nèi)。

翻譯發(fā)生于細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上。7/29/202394三、RNA的編輯、再編碼及化學(xué)修飾1、RNA的編輯指某些RNA，特別是在mRNA中插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，導(dǎo)致DNA所編碼遺傳信息的改變，從而翻譯出多種氨基酸序列不同的蛋白質(zhì)。結(jié)果使成熟mRNA的核苷酸序列不同于前體，也不同于DNA模板，使遺傳信息在mRNA水平上發(fā)生改變。7/29/202395介導(dǎo)RNA編輯的機(jī)制有兩種：a、脫氨基作用b、引導(dǎo)RNA指導(dǎo)的尿嘧啶插入或刪除7/29/202396(1)、單堿基突變(脫氨基作用）載脂蛋白基因在動物肝臟和小腸中的表達(dá)。CU轉(zhuǎn)變通過脫氨反應(yīng)進(jìn)行，由脫氨酶催化。載脂蛋白mRNA的編輯7/29/202397

細(xì)胞色素氧化酶II蛋白的序列與其基因相比，發(fā)生了移碼（frameshift）。移碼是通過在移碼位點附近插入4個U形成。(2)、尿苷酸的缺失和添加7/29/202398

指導(dǎo)RNA（guideRNA）：指導(dǎo)RNA編輯的小分子RNA，又稱向?qū)NA。長度大約是60~80個核苷酸，中間有一段與被編輯mRNA相當(dāng)程度互補(bǔ)的序列。7/29/202399利什曼原蟲（Leishmania）的細(xì)胞色素b基因表達(dá)時的RNA編輯

指導(dǎo)RNA上存在一些未能配對的腺嘌呤，形成缺口，為插入尿嘧啶提供了模板。7/29/2023100RNA編輯的生物學(xué)