第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件

第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工

執(zhí)行生命功能、表現(xiàn)生命特征的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)分子。DNA貯存著決定生物特征的遺傳信息，只有通過蛋白質(zhì)才能表達(dá)出它的生命意義，直接決定蛋白質(zhì)合成及蛋白質(zhì)特征的不是RNA而是DNA，因而人們確定DNA是遺傳信息貯存者后就推測DNA是通過RNA去決定蛋白質(zhì)合成的。50年代末RNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)開始證實了這一推測。

執(zhí)行生命功能、表現(xiàn)生命特征的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)分

以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄（transcription）。轉(zhuǎn)錄是生物界RNA合成的主要方式，是遺傳信息即DNA向RNA傳遞過程，也是基因表達(dá)的開始（圖6-1）。轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的酶叫做依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為RNA前體，它們必須經(jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓腞NA，才能表現(xiàn)其生物活性。以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄（tr圖6-1DNA轉(zhuǎn)錄的基本過程圖6-1DNA轉(zhuǎn)錄的基本過程第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件主要內(nèi)容RNA合成的酶學(xué)基礎(chǔ)

RNA合成的基本過程

RNA轉(zhuǎn)錄后的加工與修飾主要內(nèi)容RNA合成的酶學(xué)基礎(chǔ)

真核和原核細(xì)胞內(nèi)都存在有DDRP，迄今發(fā)現(xiàn)的DDRP的有以下特點：①以DNA為模板:在DNA的兩條多苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板鏈，又叫反義鏈。DNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈叫做編碼鏈，又叫有意義鏈，編碼鏈的的序列與轉(zhuǎn)錄本RNA的序列相同，只是在編碼鏈上的T在轉(zhuǎn)錄本RNA為U，由于RNA的轉(zhuǎn)錄合成是以DNA的一條鏈為模板而進(jìn)行的，所以這種轉(zhuǎn)錄方式又叫做不對稱轉(zhuǎn)錄。1、RNA合成的酶學(xué)基礎(chǔ)真核和原核細(xì)胞內(nèi)都存在有DDRP，迄今發(fā)現(xiàn)的DDRP的5′……GCAGT

ACAT

GT

C……3′3′……cgtcatgtacag……5′5′……GCAGUACAU

GUC……3′N……Ala·Val·His·Val……CDNA轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯肽DNA模板、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA

和氨基酸序列之間的關(guān)系編碼鏈模板鏈｝5′……GCAGTACATGTC……35

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向②都以四種三磷酸核苷酸的底物為原料；③都遵循DNA與RNA之間的堿基配對原則，A=U，T=A，C=G，合成與模板DNA序列互補的RNA鏈；④RNA鏈的延長方向是5’→3’的連續(xù)合成；⑤需要Mg2+或Mn2+離子；⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以沒有校正功能。②都以四種三磷酸核苷酸的底物為原料；（1）RNA聚合酶所催化的反應(yīng)（1）RNA聚合酶所催化的反應(yīng)（2）大腸桿菌RNA聚合酶（2）大腸桿菌RNA聚合酶表6-1大腸桿菌RNA聚合酶亞單位

分子量亞單位數(shù)目功能α365122決定哪此基因被轉(zhuǎn)錄

β1506181與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)

β’1556131結(jié)合DNA模板

702631辨認(rèn)起始點表6-1大腸桿菌RNA聚合酶亞單位分子量亞單位數(shù)目核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzymRNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合亞基組成：a2bb'ws=a2bb'w+s

全酶核心酶

RNA聚合酶的組成

a亞基——

解開前方的DNA雙螺旋、恢復(fù)后面的DNA雙螺旋b亞基——

催化磷酸二酯鍵的形成b'亞基——

與DNA的非模板鏈結(jié)合

亞基組成：a2bb'ws=a2bb'w+s

RNA聚核心酶：解開前方的DNA雙螺旋、RNA鏈的延伸、恢復(fù)后面的DNA雙螺旋s亞基：識別DNA上轉(zhuǎn)錄的起始部位，從而引導(dǎo)全酶結(jié)合上去此外，每個RNA聚合酶還含有2個Zn離子。核心酶：解開前方的DNA雙螺旋、RNA鏈的延伸、恢復(fù)后面的D（3）真核生物RNA聚合酶（3）真核生物RNA聚合酶表6-2真核生物的RNA聚合酶種類分布合成的RNA類型對α-鵝膏蕈堿的敏感性Ⅰ核仁rRNA不敏感Ⅱ核質(zhì)hnRNA低濃度敏感Ⅲ核質(zhì)tRNA，5SRNA高濃度敏感Mt線粒體線粒體RNAs不敏感表6-2真核生物的RNA聚合酶種類分布合成的RN真核生物RNA聚合酶的共同特征3種聚合酶都由2個大亞基，12個以上的小亞基組成；在3種聚合酶之間，最大2個亞基，至少5個小亞基的基因編碼區(qū)具有同源性；4-7種小亞基為各種RNA聚合酶特有；都具有原核RNA聚合酶核心

2’同源的亞基；最大亞基與’相似，次最大亞基與相似；真核生物RNA聚合酶的共同特征3種聚合酶都由2個大亞基，12RNA聚合酶的羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）

RNA聚合酶II最大亞基的羧基端,存在著一種6個氨基酸的重復(fù)序列:Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser,在哺乳類中重復(fù)52次，在酵母中重復(fù)26次，稱為CTD。轉(zhuǎn)錄起始時：Ser、Thr的羥基非磷酸化，易與DNA結(jié)合；轉(zhuǎn)錄延伸時，磷酸化，松弛與DNA的結(jié)合。RNA聚合酶的羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）RNA2、轉(zhuǎn)錄的基本過程（圖6-2）（1）RNA合成的識別

（2）RNA合成的起始與延伸過程

（3）RNA合成的終止階段2、轉(zhuǎn)錄的基本過程（圖6-2）（1）RNA合成的識別圖6-2轉(zhuǎn)錄的主要過程圖6-2轉(zhuǎn)錄的主要過程

原核生物：Pribnow框和Sextama框（圖6-3）真核生物：TATA框和CAAT框（圖6-4）（1）轉(zhuǎn)錄的識別–啟動子原核生物：Pribnow框和Sextama框（圖6-3）圖6-3原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)示意圖圖6-3原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)錄起點是指與新生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。常把起點前面，即5'末端的序列稱為上游(upstream)，而把其后面即3’末端的序列稱為下游(downstream)。在描述堿基的位置時，一般用數(shù)字表示，起點為+1，下游方向依次為+2、+3……，上游方向依次為-1、-2、-3……。轉(zhuǎn)錄起點是指與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基Pribnow框：－10區(qū)，保守序列為TATAAT。Pribnow框是RNA聚合酶的牢固結(jié)合位點，簡稱結(jié)合位點。細(xì)菌中常見兩種啟動子突變：啟動子上升突變，提高轉(zhuǎn)錄活性；啟動子下降突變，降低轉(zhuǎn)錄水平。

σ的存在保證原核生物RNA聚合酶只能與啟動子區(qū)而不是其它區(qū)域形成穩(wěn)定的二元復(fù)合物。Pribnow框：－10區(qū)，保守序列為Sextama框：－35區(qū)，保守序列為TTGACA。Sextama框是RNA聚合酶中σ

的識別位點，也是RNA聚合酶的初始結(jié)合位點。Pribnow框與Sextama框之間的堿基序列并不重要，但兩個序列之間的距離十分重要；天然啟動子這段距離多為15～20bp，距離的大小可能是決定啟動子強(qiáng)度的因素之一。實驗表明：兩個序列之間的距離為17bp時，轉(zhuǎn)錄效率最高。Sextama框：－35區(qū)，保守序列為T圖6-4真核生物的啟動子序列圖6-4真核生物的啟動子序列（2）轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。（2）轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題：4.－10區(qū)DNA雙鏈解開12～17bp，形成開放的二元啟動子復(fù)合物（模板－酶）。

2.RNA聚合酶全酶(

2)與模板－35序列結(jié)合，形成閉合的二元閉合啟動子復(fù)合物。

轉(zhuǎn)錄起始過程1.

因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點（-35區(qū)的TTGACA序列）3.RNA聚合酶向－10區(qū)轉(zhuǎn)移，并與之牢固結(jié)合。4.－10區(qū)DNA雙鏈解開12～17bp，形成開放的二2.RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5

-pppG-OH+NTP

5

-pppGpN-OH3

+ppi5.在RNA聚合酶β亞基催化下形成第一個磷酸二酯鍵，形成三元復(fù)合物（模板－酶－RNA）。6.當(dāng)三元復(fù)合物中RNA長6～9個核苷酸時，因子從全酶解離下來，進(jìn)入延長階段。RNA聚合酶有兩個核苷酸結(jié)合位點：一個是起始核苷酸位點；一個是延長核苷酸位點。一般只有嘌呤核苷酸填充了起始位點，才能形成第一個磷酸二酯鍵。RNApol(2)-DNA-pppGpNRNA合成的第一個核苷酸總有GTP或ATP，以GTP常見，此時

因子從全酶解離下來，靠核心酶在DNA鏈上向下游滑動，而脫落的

因子與另一個核心酶結(jié)合成全酶反復(fù)利用。

RNA合成的第一個核苷酸總有GTP或ATP，以

真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，已經(jīng)知道，在所有的細(xì)胞中有一類叫做轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)分子，它們與RNA聚合酶Ⅱ形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始的過程。真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，

真核生物基因中，有專門為蛋白質(zhì)編碼的基因，這些基因由RNA聚合酶Ⅱ負(fù)責(zé)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄起始關(guān)鍵性作用。根據(jù)這些轉(zhuǎn)錄因子的作用特點可大致分為以下二類：真核生物基因中，有專門為蛋白質(zhì)編碼的基因，這些基因由R

第一類為普遍轉(zhuǎn)錄因子：它們與RNA聚合酶Ⅱ共同組成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄才能在正確的位置上開始。普遍轉(zhuǎn)錄因子是由多種蛋白質(zhì)分子組成的，其中包括特異結(jié)合在TATA盒上的蛋白質(zhì)，叫做TATA盒結(jié)合蛋白，還有形成一組復(fù)合物叫做轉(zhuǎn)錄因子ⅡD。TFⅡD再與RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合完成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（圖6-5）。第一類為普遍轉(zhuǎn)錄因子：它們與RNA聚合酶Ⅱ共同組成轉(zhuǎn)圖6-5轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的模式圖圖6-5轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的模式圖

第二類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子或者叫可誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)錄因子：這類TF是在特異的組織細(xì)胞或是受到一些類固醇激素，生長因子或其它刺激后，開始表達(dá)某些特異蛋白質(zhì)分子時才需要的一類轉(zhuǎn)錄因子。

第二類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子或者叫可誘導(dǎo)性RNA鏈的延長靠核心酶的催化，在起始復(fù)合物上第一個GTP的核糖3’-OH上與DNA模板能配對的第二個三磷酸核苷酸起反應(yīng)形成磷酸二酯鍵。聚合進(jìn)去的核苷酸又有核糖3’-OH游離，這樣就可按模板DNA的指引，一個接一個地延長下去。因此RNA鏈的合成方向也是5’-3’。由于DNA鏈與合成的RNA鏈具有反平行關(guān)系，所以RNA聚合酶是沿著DNA鏈3’-5’方向移動。（3）轉(zhuǎn)錄的延伸RNA鏈的延長靠核心酶的催化，在起始復(fù)合物上第

整個轉(zhuǎn)錄過程是由同一個RNA聚合酶來完成的一個連續(xù)不斷的反應(yīng)，轉(zhuǎn)錄本RNA生成后，暫時與DNA模板鏈形成DNA·RNA雜交體，長度約為12個堿基對，形成一個轉(zhuǎn)錄泡（圖6-6）。轉(zhuǎn)錄速度大約是每秒鐘30-50個核苷酸，但并不是以恒定速度進(jìn)行的。整個轉(zhuǎn)錄過程是由同一個RNA聚合酶來完成的一個連續(xù)不圖6-6轉(zhuǎn)錄的延伸過程圖6-6轉(zhuǎn)錄的延伸過程1.

亞基脫落，RNA聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。3.堿基配對原則：A-U，T-A，G-C4.延長中的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物也叫轉(zhuǎn)錄泡。隨著RNA

聚合酶前移，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA不斷移出轉(zhuǎn)錄泡，已轉(zhuǎn)錄完畢的DNA雙鏈又重新復(fù)合而不再打開。5.原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)進(jìn)行。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi原核生物RNA轉(zhuǎn)錄的延長過程1.亞基脫落，RNA聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿圖6-7原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象5

3

DNA核糖體RNARNA聚合酶圖6-7原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象53DNA核糖依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（4）轉(zhuǎn)錄的終止和新生RNA鏈的釋放指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。分類依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（4）轉(zhuǎn)錄的終止和新生RNA鏈的釋放指R依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖6-8）1969年，Roberts發(fā)現(xiàn)了能控制轉(zhuǎn)錄終止的蛋白質(zhì)，即ρ因子。它由相同的6個亞基組成六聚體，分子量200kD。ρ因子具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使轉(zhuǎn)錄三元復(fù)合物解離的根本原因。ρ因子的NTP酶活性依賴于單鏈RNA的結(jié)構(gòu)。ρ因子依賴性終止子含有一個反向重復(fù)序列，使RNA末端形成一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延宕，ρ因子得以發(fā)揮作用，終止轉(zhuǎn)錄。依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖6-8）1969年，Roberts圖6-8圖6-8非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖6-9）DNA模板接近轉(zhuǎn)錄終止的區(qū)域內(nèi)，有較密集的A-T配對區(qū)或G-C配對區(qū)，且G-C配對為回文結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的3′-末端有若干個連續(xù)的U。連續(xù)U區(qū)的5′-端前方堿基形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。這種二級結(jié)構(gòu)是阻止轉(zhuǎn)錄繼續(xù)向下游推進(jìn)的關(guān)鍵。非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止（圖6-9）DNA模板接近轉(zhuǎn)錄終止的轉(zhuǎn)錄方向3′3′5′TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTTTTT3′3′5′5′DNA模板鏈編碼鏈AAAAAAUUUUUU5′CGCCCGAGCGGGCU5′TTTTTTDNA模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3′圖6-9不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄方向3′3′5′TCGGGCGCGCCCGAAAAAAA莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；密集A-U配對使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，釋放RNA。5′pppG53

35RNA-pol莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；5′原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

原核生物真核生物RNApol一種高度分工起始轉(zhuǎn)錄因子沒有需要（各不同）延長核小體影響沒有有啟動子以外序列沒有有且復(fù)雜轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多順反子單順反子場所轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)不偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄終止兩種終止子不明確原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似之處：⑴都是酶促的核苷酸聚合過程；⑵都以DNA為模板；⑶都需依賴DNA的聚合酶；⑷聚合過程都是核苷酸之間生成磷酸二酯鍵；⑸都從5′至3′方向延伸成新鏈多聚核苷酸；⑹都遵從堿基配對規(guī)律——

但轉(zhuǎn)錄忠實性要低于DNA復(fù)制。⑺轉(zhuǎn)錄與復(fù)制都受到嚴(yán)格的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同點轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的相似之處：轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的異同點轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別引物有無高度進(jìn)行性中途不停止可一段一段進(jìn)行A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）產(chǎn)物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配對mRNA，tRNA，rRNA子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）產(chǎn)物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）兩股鏈均復(fù)制模板轉(zhuǎn)錄復(fù)制轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的區(qū)別引物3、轉(zhuǎn)錄后加工過程及其機(jī)制mRNA的前體加工

rRNA的前體加工

tRNA的前體加工

RNA的剪接和RNA催化活性

RNA編輯3、轉(zhuǎn)錄后加工過程及其機(jī)制mRNA的前體加工⑴真核細(xì)胞每種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是各種RNA的前身，即無活性，亦無功能。⑵真核初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必須在胞核內(nèi)經(jīng)過適當(dāng)加工，使之變成具有活性的成熟RNA后，由胞核運至胞質(zhì)才能執(zhí)行翻譯功能。⑶真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄作用和翻譯作用無論在空間上還是時間上都是彼此分開進(jìn)行的。⑷原核細(xì)胞mRNA不需加工，tRNA和rRNA加工。真核細(xì)胞與原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的區(qū)別：⑴真核細(xì)胞每種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是各種RNA的前身，真核細(xì)胞與原核3.1mRNA的前體加工5

端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNp—)

3

端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)

中部剪接除去內(nèi)含子

鏈內(nèi)部核苷酸的甲基化hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過程包括：3.1mRNA的前體加工5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7Gpp⑴修飾的化學(xué)反應(yīng)：⑵5′-端的修飾在核內(nèi)完成，且先于中段剪切。⑶5′帽子分Cap0、Cap1、Cap2。5′-端加上帽子結(jié)構(gòu)(mGpppNp—）5′pppN…磷酸酶ppi5′pN…pppGpi5′GpppN…甲基化酶+CH3m7GpppN…⑴修飾的化學(xué)反應(yīng)：⑵5′-端的修飾在核內(nèi)完成，且先于中段帽子0結(jié)構(gòu)帽子0結(jié)構(gòu)圖5-9帽子p161圖5-9帽子p161mRNA帽子的生理功能：⑶促進(jìn)某些RNA的合成。⑴帽子結(jié)構(gòu)參與翻譯起始，帽0結(jié)構(gòu)是核糖體識別

mRNA所必需的；核糖體上有帽結(jié)合蛋白。⑵帽子結(jié)構(gòu)增加mRNA的穩(wěn)定性，保護(hù)mRNA防止其受5′核酸外切酶的降解。mRNA帽子的生理功能：⑶促進(jìn)某些RNA的合成。⑴3′-端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)⑴polyA的出現(xiàn)不依賴DNA模板。⑵加尾信號：3′-末端出現(xiàn)AAUAAA及下游的

GU豐富區(qū)。在兩序列之間由特異的核酸內(nèi)切酶切除多余的核苷酸，然后加上polyA。

尾部修飾和轉(zhuǎn)錄終止同時進(jìn)行。⑶3′-端修飾也在核內(nèi)完成，并先于mRNA中段的剪接。⑷polyA的有無及長短是維持mRNA作為翻譯模板的活性，以及增加mRNA本身穩(wěn)定性的因素。3′-端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)⑴polyA的第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件mRNA3′-端的多聚腺苷酸化可被冬蟲夏草素

（3′-脫氧胸苷）所阻止；

即冬蟲夏草素是多聚腺苷酸化的特異抑制劑。

mRNA的甲基化

真核生物mRNA分子中有許多甲基化的堿基，主要是：N6-甲基腺嘌呤（m6A）。mRNA3′-端的多聚腺苷酸化可被冬蟲夏草素mRNA的甲基化3.2rRNA前體的加工原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的rRNA前體都需加工：大腸桿菌共有7個轉(zhuǎn)錄單位，每個轉(zhuǎn)錄單位由16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA及一個或幾個tRNA基因組成。3.2rRNA前體的加工原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的rRNA前體都圖5-10p163大腸桿菌rRNA前體加工過程圖5-10p163大腸桿菌rRNA前體加工過程真核細(xì)胞rRNA基因為串聯(lián)重復(fù)序列：由18SrRNA、28SrRNA、5.8SrRNA基因組成一個轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開。每個重復(fù)單位之間的間隔DNA序列不轉(zhuǎn)錄，稱為非轉(zhuǎn)錄間隔序列。真核生物5SrRNA基因也是成簇排列的，中間隔以不被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，它由RNApolⅢ轉(zhuǎn)錄，加工成熟后構(gòu)成核糖體大亞基。不同生物的rRNA前體大小不同：哺乳動物為45S；果蠅38S；酵母37S；四膜蟲35S真核細(xì)胞rRNA基因為串聯(lián)重復(fù)序列：每個重復(fù)單位之間的間18S5.8S28S18S-rRNA5.8S和28S-rRNA內(nèi)含子45S轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物剪接終產(chǎn)物rDNA基因間隔哺乳動物細(xì)胞rRNA前體加工過程18S5.8S28S18S-rRNA5.8S和28S-rRNtRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA3.3tRNA前體的加工原核與真核tRNA基因大多成簇存在tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTtRNA前體的加工包括：⑴剪切內(nèi)含子⑵核酸外切酶修剪3′末端，逐個切去附加序列；⑶加上CCA-OH的3′末端，完成柄部結(jié)構(gòu)。⑷堿基修飾tRNA的加工酶系包括：tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、RNaseP、RNaseD、RNaseⅢ等。tRNA前體的加工包括：tRNA的加工酶系包括：Ⅰ型：有－CCA序列基因，原核生物絕大部分；Ⅱ型：沒有－CCA序列基因，為真核生物。tRNA基因有兩種：原核生物與真核生物都有tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶，負(fù)責(zé)給Ⅱ型tRNA加上－CCA3′-OH末端，或修復(fù)發(fā)生損傷的Ⅰ型tRNA3′-OH末端。Ⅰ型：有－CCA序列基因，原核生物絕大部分；tRNA基RNaseP、

RNaseDRNaseⅢ連接酶剪切內(nèi)含子：屬于酶促反應(yīng)，需要酶及ATPATPADPRNaseP、RNaseDRNaseⅢ連接酶剪切內(nèi)含子：tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上CCA-OH的3′末端，完成柄部結(jié)構(gòu)。tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上CCA-OH的3′末端，堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU

（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：A

I

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核苷內(nèi)的3.4RNA的剪接真核不連續(xù)基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，外顯子與內(nèi)含子交替出現(xiàn)；轉(zhuǎn)錄后把內(nèi)含子切除而把外顯子連接起來產(chǎn)生成熟RNA分子的過程，叫RNA剪接

（RNAsplicing）。內(nèi)含子5′端與3′端都存在保守序列，分別稱為5′剪接點（GU）和3′剪接點（AG）。3.4RNA的剪接真核不連續(xù)基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，外顯子rRNA的自我剪接

四膜蟲rRNA剪接由鳥苷酸發(fā)動第一次親核攻擊，經(jīng)過兩次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，將兩個外顯子連接起來，釋放出線形內(nèi)含子序列。

釋放出的線形內(nèi)含子序列再經(jīng)過兩次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，釋放出15核苷酸和4核苷酸的兩個小片段，最終形成穩(wěn)定的線形產(chǎn)物L(fēng)-19。（linearminus19interveningsequence）L-19是四膜蟲35SrRNA剪接的最終產(chǎn)物，仍具有酶的活性和特征。rRNA的自我剪接四膜蟲rRpG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)pG-OHU-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件RNA的催化功能L-19具有酶的主要特征：專一性強(qiáng)，加快反應(yīng)速度，反應(yīng)前后酶分子保持不變，這種由

RNA構(gòu)成的酶稱之為核酶。

核酶首先是美國Colorado大學(xué)Cech在研究四膜蟲rRNA剪接機(jī)制時發(fā)現(xiàn)的。他一方面證明了四膜蟲rRNA的剪接機(jī)制；另一方面證明了L-19分子的催化活性。

繼而在1983年，耶魯大學(xué)SidneyAltamn

發(fā)現(xiàn)了第二個核酶，參與tRNA前體加工的

RNaseP。1992年，加州大學(xué)的HarryNoller

又證明了核糖體大亞基rRNA的催化活性。RNA的催化功能L-19具有酶的主要特征四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪接方式5′-端核苷酸序列四膜蟲rRNA內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪核酶研究的意義核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補充；核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶。核酶研究的意義核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補充；人工設(shè)計的核酶粗線表示合成的核酸分子細(xì)線表示天然的核酸分子X表示一致性序列箭頭表示切斷點人工設(shè)計的核酶粗線表示合成的核酸分子tRNA的剪接tRNA分子的內(nèi)含子首先由核酸內(nèi)切酶（RNaseⅢ）剪去。最后由RNA連接酶完成連接。tRNA的剪接tRNA分子的內(nèi)含子首mRNA的自我剪接——除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連接。snRNP與hnRNA結(jié)合成為剪接體，進(jìn)行剪接；參與mRNA剪切的snRNP包括U1、U2

、U4

、U5

、U6

內(nèi)含子上有3個保守性序列——剪接位點：

①

5′端起始序列GU；

②

3′端AG;③距3′端18～40個核苷酸處有一個“分支點”，一定含A﹡，由A﹡發(fā)動第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。剪接過程是兩次轉(zhuǎn)脂反應(yīng)。與Ⅱ類內(nèi)含子相似。mRNA的自我剪接——除去hnRNA中的內(nèi)含子，將外顯子連第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件第六講RNA的生物合成與轉(zhuǎn)錄后加工課件順式和反式剪接

內(nèi)含子剪接一般都是發(fā)生在同一基因內(nèi)，切除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接，這種剪接稱為順式剪接（cis-splicing）。

反式剪接（trans-splicing）則是指發(fā)生在不同基因之間的外顯子的剪接。

反式剪接發(fā)現(xiàn)于幾種錐蟲和線蟲中。都是在

mRNA5′端存在前導(dǎo)序列，稱剪接前導(dǎo)RNA

（splicingleaderRNA，slRNA）。

slRNA的反式剪接表現(xiàn)了核內(nèi)剪接系統(tǒng)的進(jìn)化。順式和反式剪接內(nèi)含子剪接一

概念：RNA編輯是指在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA前體的編碼區(qū)內(nèi)發(fā)生核苷酸插入、丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。3.5RNA編輯（mRNAediting）

近年發(fā)現(xiàn)某些mRNA前體的核苷酸序列需加以改編，才能變成正確的有翻譯活性的模板。

mRNA的這種編輯作用廣泛存在于原生動物及植物細(xì)胞的線粒體。概念：RNA編輯是指在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA前3.5RNA編人類apoB基因mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯C→UCAA→UAA6666位

哺乳動物載脂蛋白-B基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物即存在mRNA編輯作用。人類apoB基因mRNA（14500個核苷酸）肝臟腸道細(xì)RNA編輯的生物學(xué)意義：

校正作用；調(diào)控翻譯；如Apo-B基因在腸道的表達(dá)。擴(kuò)充遺傳信息：按照基因信息傳遞的理論，這種mRNA的編輯作用無疑是對傳統(tǒng)分子生物學(xué)原理的挑戰(zhàn)。RNA編輯的四種類型：①簡單編輯：單堿基的轉(zhuǎn)變；②插入編輯：插入單個核苷酸；③