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文档简介

1、RNA转录后的加工与修饰Document serial number UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108 第二节RNA转录后的加工与修饰不论原核或真核ThrRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被 合成RNA分子。然而绝大多数原核Th物转录 和翻译是mRNADNA上合成,核蛋白体即附着在 mRNA上并以mRNA并无特殊 的转录后加工过程,相反,真核Th物转录和翻译在时间和空间上是分天 的,刚转录出来的mRNA是分子很大的前体,即核内不均一 RNA。hnRNA 10%的mRNA,其余部分将在转录后的 加工过程中被降解掉。(一)mRNA的加工修饰原核Th物中转录ThmR

2、NA为多顺反子,即儿个结构基因,利用共 同的启动子和共同终止信号经转录ThmRNA,mRNA分子编码 儿种不Z、YA基因,转录Th成的 mRNA可翻译Th成三种酶,即半乳糖昔酶,透过酶和乙酰基转移酶。原核 Th物中没有核模,所以转录与翻译是连续进行的,往往转录还未完成, 翻译已经开始了, 因此原核Th物中转录ThmRNA没有特殊的转录后加 工修饰过程。真核Th物转录ThmRNAmRNA分子只为一种 蛋白质分子编码。真核ThmRNA53端的修饰以及 对中间部分进行剪接。5端加帽成熟的真核ThmRNA,5m7G-PPNmN结构, 该结构17-95 -5焦磷 酸键与初级57位碳原子被甲基化形成 m7

3、G-PPNmN时,此0”m7G-PPNmN外, 这个核糖的第“2”m7G-PPNm,1” ,5N1N2中的两m7G-PPNmPNm2,称为“帽 2”。从真核Th物帽子结构形成的复杂可以看出,Th物进化程度越 高, 其帽子结构越复杂。EndpApApApApApAjA-OHPolv A tail图 17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7methy1guanosine cap and poly-A tail.真核ThmRNA 5mRNa做为翻译起 始的必mRNA的识别提供了信号,这种帽子结构还 可能增加mRNAmRNa

4、52.3端加尾mRNA3端的多聚尾巴(A),多聚(A)尾巴大约 为200bpo多聚(A)DNA编码的,而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化,该酶能识别,mRNa3 -0H200 残基。多核昔酸+nATP 必成“以多核甘酸A)n+oPPi3 AATAA序列,这个 序mRNa 3 polyA10-15碱 基外polyA3 -0H逐一引入 100-200ApolyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探 索,但还不完全polyAmRNA从细胞核转送到细胞 质有关,但是相当polyAmRNAmRNA,也照 样通过核膜进入细胞mRNA的翻译效率具 有某种作用,并能稳定mRNA结构,保持一定的Th

5、物半衰期。前体(hnRNA)的拼接原核Th物的结构基因是连续编码序列,而真核Th物基因往往是断裂 基因,即编码一个蛋白质分子的核昔酸丿宇列被多个插入片断所隔开,一 个真核Th物结构基因中内含子的数量,往往与这个基因的大小有关,例 如胰岛素是一个很小的蛋白质,它结构基因只有两个内含子,而有些很 大的蛋白质, 它的结构基因中可以有儿十个内含子。经过复杂的过程 后,切去内元,将有编码意义的核昔酸片段(Extron17-10)。IniivnsPrimiry transcript .八“于 cap | EDU I Exon f I EjtonJ A)nSplicingmRNA5Fp Exon Exxm

6、Exon lAAAAAA(A)nTnuslation |Protein图 17-10 Primary polymerase lltranscript of a eukaryote showing (a)introns after capping and addition of polyAtail, (b)Excision of introns to form the mature mRNA is called splicing真核Th物的结构的基因中具有可表达活性的外显子,也含有无表达活性的内含子,但内含子序列下是无意义的,越來越多的实验证明有许多基因中的内含子参与基因表达调控,在转录时,外显

7、子及内含子均转 录到hnRNAhnRNA进行剪接作用,首先在核酸内切酶作 用下剪切mRNA,hnRNAa- 17-11以卵清蛋白基因为例,介绍一 个典型的转录及加工过程。b- 即清蛋白棊因人 70越屣对b!Lf1234SABUCE IF内含子 外显子1234fCT 飞 HI剪按中间体剪接去除 2 个内含子I9. 717-11卵清蛋白基因转录及加工过程1、2、3、4A、B、C、DmRNA的拼接,需要在拼接部位有供拼接识别的保守性强的一致顺100分碱基顺序有一定的规律(17-4) o基因区域23基因区域23B1B2ExonIntronExonIg1SV40T抗原UAAGGUGAACAGGUUGUC

8、AGGUACUCAGUCUGGCAGGUUGUCAGGCUGCAGGGUGAACAGUCUCUCAGGUCAGCAGGGGCUAAGGUAAUUAGAUUCGTAT后,拼接反应即受到影响。mRNA前体拼机制-珠蛋白的拼接p U2S354 睡p U2Syi nRNP intfon sequftrtt3spke 5iieU5tU4/U6gASSEMBLY SPLICEOSOMESTEP 1 LARIAT RJRMATTON AND y SPUCE SITE CLEAVAGEA nwlecuteU4U 怦T SPLICE SITECLEAVAGE ANEXON SEQUENCELIGATIONauh

9、d intronsequrm? uithe F a f& derided mOH洌曲U5masurv mRNA toted cwn sequenos)图 17-12 The RNA splicing splicing is catalyzed by a spliceosome formed from the assembly of Ul, U2, U5, and RNPs(shown as green circles )plus other components (notshown)After assembly of the spliceosome , the reaction occures

10、in two speps:in step Ithe branch-point A nucleotide in intron sequence, which is located colse to the 3splicesite ,attacks the 5splice site and cleaves it;the cut 5end the intron sequence thereby becomes covalently linked to this A nucleotide, forming the branched nucleotide shown in Figurestep 2 th

11、e 3 一 OH end of the first exon sequence, which was created in the firs t st ep, adds to the beginning of the exon sequence, cleqving the RNA molecule at the 3splice site:the two exon sequences are thereby joined to each other and the intron sequence is released ad a splicing reactions occur im the n

12、ucleus and gengerate mRNa molecules from RNA transcripts (mRNA precursor molecules)mRNARNA参与它们与蛋白质形成的复合 物称为小核糖核蛋白颗粒,SnRNAUl, U2, U3, U4, U5,和 U6RNAo U2RNAUACUAA顺序高度 互补,形成一个环状17-12所示。1Exon1pGUA二Pnniafy RNA transcriptOHAGp Exon 2-寸mRNAExcisedintror图 17-13 Mechanim of mRNa that,for clarity, the process

13、 is shown in two stages:energy is not required for the process since transesterification reactions are involved.真核ThmRNA前体在剪接过程中,还可以形成套索样的结构,在内 含子序2 -0H511,3 , 5 -磷酸二酯键相连的两个相邻的核昔酸残基,加上此 3 , 5 -磷酸二酯键连接后, 13 -0H323 , 5 -磷 酸二酯键,键断裂后,内含子以套索的形式被节12可以连接起来(17-13) o不论拼接过程如何,拼接必须极为精确,否则会导致遗传信息传递 障碍, B-地 中海贫血

14、的高B-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所 引起的一种血红蛋白B -1mRNA虽能翻译,但产物不是正常B-珠蛋白,结果引起血红蛋白级 结构和功能的改变。(二)rRNA转录后加工原核ThrRNA转录后加工,包括以下儿方面:rRNA前体被大肠杆 菌RNaselH, RNaseErRNA分子;rRNA在修饰酶催 化下进行碱基修饰;rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基(见 图 17-14).RNA 的体号 f 一卜匚=1-LL二( - 1Cl-5s RNA tRNA 235 RNA 5$ RNA IRKARNase JU核醪剋血RNAIKNA23s RhAtRNA17-14rRNA前体的加工真核

15、ThrRNA前体比原核Th物大,哺乳动物的初级转录产物为45s,低等真核ThrRNA38s,真核Th5sRNArRNA的基因转录(17-15)。4s rRNA 前休甲遇化4 水解5s rflNArr匕M rRNAI I 匚厂 M 种蹑片腕OCD40s 亚產$亚基17-15真核ThrRNA前体的加匸真核ThrRNA前体中含有插入顺序,rRNA前体要形成成熟的rRNA,rRNA前体的拼接是一种无酶 催化的白动拼接过程。四膜虫基因组内,26srRNA413bp 的插入顺序。rRNASDS 煮沸和用蛋白酶外理Mg2+和鸟瞟吟核甘酸是必32P-GTPGTP5端发Th亲GMP5RNA断开。第二53 -OH

16、 35 -P被切除部分最后515核昔酸卒片。剩余39919L-19,它具有催化活性,上面的剪接作用,是由内含子本身的催化性质决定的(17-16) o內含子Siy外显子 I 外显子 21 2G-OHOHX. 】5d亠O414W+ G开环5Ty r + $ L19RNA开环17-16rRNA前体的白我剪接rRNARNA分子也有酶的催 化活性。这向酶的化学本质是蛋白质这一传统概念提出了挑战。这种有 酶催化活性的RNARibozymeoRNA具有催化 作用,他们的发现对于了解Th命进行过程有重要意义。很可能在原始Th 命中,RNA反应是最早出现的催化过程。为此,他们 共同获得了 1989Nobel化学

17、 奖。Ribozymw的结构中发现一些特征,例如:锤头状结构的 RNA13个保守的核昔酸序列,如果它们中的碱基改变会使这种催 化活性失去作用。根据这种特片,科学家们在体外没计并人工合成这种RNA分子,用于抗肿瘤及抗病毒的实验中(17-17) o17-17锤头结构模式图(三)tRNA转录后的加工修饰原核Th物和真核Th物刚转录ThtRNA前体一般无Th进行剪切和拼接碱基修饰3 -0H连接-ACC结构(17-18) o30H317-18 tRNA前体的加工tRNAtRNAtRNA分子。 大RNase PtRNA5旁顺序,因此,该酶被称 为tRNA5成熟酶。除了 RNaseP外,tRNA3 -核 酸内tRNA3端的一

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