现代分子生物学-第三章.ppt

第三讲生物信息的传递 上 从DNA到RNA 1 RNA的转录2 转录机器的主要成分3 启动子与转录起始4 终止和抗终止5 原核生物和真核生物mRNA特征比较6 内含子的剪接 编辑 再编码及化学修饰 FromDNAtoProtein DNA序列是遗传信息的贮存者 它通过自主复制得到永存 并通过转录生成信使RNA 翻译生成蛋白质的过程来控制生命现象 基因表达包括转录 transcription 和翻译 translation 两个阶段 转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同 除了T U之外 的RNA单链的过程 是基因表达的核心步骤 翻译是指以新生的mRNA为模板 把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列 合成多肽链的过程 是基因表达的最终目的 3 1RNA的转录 Transcription 生物体内拥有三类RNA 1 编码特定蛋白质序列的mRNA 2 能特异性解读mRNA中的遗传信息并将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA 3 直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA DNA mRNA theencodedpeptide 编码链 codingstrand 与mRNA序列相同的那条DNA链 或称有意义链 sensestrand 模板链 templatestrand 根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链 或称反义链 antisensestrand DNA模板与分子及多肽链之间存在共线性关系 Transcription thesynthesisofasingle strandedRNAfromadouble strandedDNAtemplate RNA是以5 3 方向合成的 它的序列是与DNA编码链 意义链 相同 RNA的合成是以反义链 模板链 为模板 同在DNA中一样 形成磷酸二脂键 Phosphodiesterbonds 必需的成分 RNApolymerase rNTPs transcriptionfactors promoter terminator template RNA合成的特点 转录的基本过程 1 模板识别 TemplateRecognition 2 转录起始 Initiation 3 转录的延伸 Elongation 4 转录的终止 Termination 1 RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程 模板识别 2 转录起始前 启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对 1 在起始位点合成RNA链 第一个核苷酸键的产生 该位点被称为position 1 转录起始 2 转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段 3 通过启动子的时间代表一个启动子的强弱 转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生 转录的延伸RNA聚合酶离开启动子 沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸 共价地向生长RNA链的3 端添加核糖核苷酸RNA聚合酶是以5 3 方向来延长RNA链RNA聚合酶本身沿着反义链以3 5 方向移动 转录的终止 合成的终止 当RNA链延伸到转录终止位点时 RNApolymerase和RNA链均从DNA模板上释放出来 Terminator 通常含有自我互补区域 self complementaryregions 在RNA产物中可以形成stem loop或hairpin结构 真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区 需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上 RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物 PIC 以保证有效地起始转录 前起始复合物 preinitiationtranscriptioncomplex PIC 3 2转录机器的主要成分RNA聚合酶 RNApolymerase 转录复合物 RNA聚合酶 RNApolymerase RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶 主要以双链DNA为模板 以4种核苷三磷酸作为活性前体 需要Mg2 Mn2 为辅助因子 它不需要任何引物 以5 3 方向合成RNA链 缺乏3 5 外切酶活性 是一个含有多个亚单位 multi subunit 的酶 识别DNA双链上的起始子 2 使DNA变性在启动子处解旋成单链 3 通过阅读启动子序列 RNAPol确定它自己的转录方向和模板链 4 最后当它达到终止子时 通过识别停止转录 RNA聚合酶需执行的功能 2alpha subunit 1beta subunit 1betaprime subunit 1omega subunit 1sigma subunit 原核生物 E coli 的RNA聚合酶 Coreenzyme Holoenzyme聚合酶全酶 相对分子量 4 65 105 参与转录延伸 只与转录的起始有关 36 5KD 36 5KD 151KD 155KD 11KD 70KD E coli只有一个DNA directedRNA聚合酶 来合成所有类型的RNA 原核生物 E coli 的RNA聚合酶 是细胞中最大的酶之一 由5种subunits组成聚合酶全酶 holoenzyme 包括2 1 1 1 以及1 subunits 形状象一个圆筒状通道 可以直接与16bpDNA结合 整个聚合酶可结合60bpDNA RNA合成速率 40nt 秒 37oC 表3 1大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析 是核心酶中的两个相同的亚单位由rpoA基因编码与核心酶的组装有关参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用 E coliRNApolymerase subunit T4噬菌体感染大肠杆菌后对 亚基的一个精氨酸残基进行ADP糖基化修饰 造成RNA聚合酶全酶对启动子亲和力降低 和 分别由rpoB和rpoC基因编码 E coliRNApolymerase subunit 由 和 亚基组成了聚合酶的催化中心 它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的两个大亚基有同源性 亚基能与模板DNA 新生RNA链及核苷酸底物相结合 rpoB和rpoC基因的突变会影响转录所有的阶段 负责模板链的选择和转录的起始 E coliRNApolymerase factor 与 因子的结合使RNA聚合酶从核心酶转变为聚合酶全酶 是启动子识别的关键的酶 不仅增加聚合酶对启动子的亲和力 提高103倍 还可降低它对非专一位点的亲和力 降低104倍 使酶底复合物的半衰期小于1s 在细胞中对 因子量的需求少于聚合酶中其它亚单位 大肠杆菌中的 因子能识别并与启动子区的特异性序列相结合 有3类RNA聚合酶 真核生物的RNA聚合酶 结构比大肠杆菌RNA聚合酶复杂 在细胞核中的位置不同 负责转录的基因不同 对 鹅膏蕈碱的敏感性也不同 真核生物RNA聚合酶一般有8 14个亚基所组成 相对分子质量超过5 105 真核细胞中三类RNA聚合酶特性比较 hnRNA heterogeneousnuclearRNA 核内不均一RNA RNA的前体 RNA合成抑制剂主要分两类 1 模板结合抑制剂2 聚合酶抑制剂 在动 植物及昆虫的细胞中 RNAPol 的活性可被低浓度的 鹅膏蕈碱所抑制 但却不抑制pol Pol 对 鹅膏蕈的反应 不同的生物有所差异 在动物细胞中高浓度的 鹅膏蕈可抑制转录 在昆虫中不受抑制 真核生物RNA聚合酶的亚基 注 亚基按照分子量由大到小的顺序排列 真核生物RNA聚合酶一般有8 16个亚基所组成 相对分子质量超过5 105 聚合酶中有两个相对分子质量超过1 105的大亚基 真核生物RNA聚合酶的主要特征 同种生物3类聚合酶有 共享 小亚基的倾向 即有几个小亚基是其中3类或2类聚合酶所共有的 真核生物线粒体和叶绿体中存在不同的RNA聚合酶 线粒体中RNA聚合酶 只有一条多肽链 相对分子量小于7X104 是已知最小的RNA聚合酶之一 与T7噬菌体RNA聚合酶有同源性 叶绿体中RNA聚合酶 比较大 结构上与细菌中的聚合酶相似 由多个亚基组成 部分亚基由叶绿体基因编码 线粒体和叶绿体RNA聚合酶活性不受 鹅膏蕈碱所抑制 模板DNA进入转录复合体的路径 A 俯瞰图 双螺旋DNA用倾斜的圆筒表示 TFII转录因子的结合位点用虚圈表示 B 后视图 DNA从钳子型结构和墙体或平滑结构的中间穿越 TherearevariouschannelsallowingDNA RNAandribonucleotides rNTPs intoandoutoftheenzyme sactivecentercleft RNApolymerase transcriptionandDNApolymerase replication 封闭复合物 closedcomplex 启动子选择阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别 聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物 此时 DNA仍处于双链状态 开放复合物 opencomplex 聚合酶全酶所结合的DNA序列中有一小段双链被解开 封闭复合物转变成开放复合物 对于强启动子来说 从封闭复合物到开放复合物的转变是不可逆的 是快反应 转录复合物 开放复合物与最初的两个NTP相结合并在这两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括RNA聚合酶 DNA和新生RNA的三元复合物 ternarycomplex RNA合成的起始 核心酶在 因子参与下与模板DNA接触 生成非专一 不稳定的复合物在模板上移动 2 起始识别 全酶与模板的启动子结合 产生封闭的 酶 启动子二元复合物 closedbinarycomplex 3 全酶紧密地结合在启动子的 10序列处 模板DNA局部变性 形成 开放的启动子二元复合体 openbinarycomplex 4 酶移动到转录起始点挂上 第一个rNTP转录开始 因子释放 形成酶 启动子 rNTP三元复合体 DNA的转录循环假说transcriptioncycle translocationmechanism 三磷酸核苷酸 NTP 填补了开放的底物位点并在活性位点形成磷脂键 此时 处于RNA聚合酶II活性位点的核酸发生 移位 其中连接区的 螺旋结构从笔直变为弯折再恢复为笔直状态 为下一轮的RNA合成留出了空的底物位点 真核生物RNA聚合酶II所形成的转录起始复合物 3 3启动子与转录起始大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括 启动子区的识别 酶与启动子的结合 因子的结合与解离 转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基 通常为嘌呤 把起点5 末端的序列称为上游 upstream 把其3 末端的序列称为下游 downstream 转录单元 transcriptionunit 启动子区的基本结构启动子是一段位于结构基因5 端上游区的保守的DNA序列 能活化RNA聚合酶 使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性 1975年 Pribnow和Schaller将RNA聚合酶全酶与模板DNA结合后 用DNaseI降解DNA 得到41 44个核苷酸对的DNA片段 10区 Pribnow区 的发现 序列分析发现 在被保护区内有一个由5个核苷酸组成的保守序列 是聚合酶结合位点 称为Pribnow区 其中央大约位于起点上游10bp处 所以又称为 10区 转录启动子区DNA序列的分离纯化过程图示 原核基因启动子 10序列 Pribnow框盒 其保守序列为TATAAT 位于 10bp左右 其中3 端的 T 十分保守 A T较丰富 易于解链 它和转录起始位点I一般相距5bp 功能 RNAPol紧密结合 形成开放启动复合体 使RNAPol定向转录 如果把Pribnow区从TATAAT变成AATAAT就会使该启动子发生下降突变 downmutation 如果增加Pribnow区的共同序列 将乳糖操纵子的启动子中的TATGTT变成TATATT 就会提高启动子的效率 称为上升突变 upmutation 提纯被保护的片段后却发现 RNA聚合酶并不能重新结合或并不能选择正确的起始点 表明在保护区外可能还存在与RNA聚合酶对启动子的识别有关的序列 科学家又从噬菌体的左 右启动子PL及PR和SV40启动子的 35bp附近找到了另一段共同序列 TTGACA 35区的发现 35序列 Sextama盒 其保守序列为TTGACA 与 10序列相隔16 19bp 功能 1 为RNAPol的识别位点 2 RNAPol的核心酶只能起到和模板结合和催化的功能 并不能识别 35序列 只有 亚基才能识别 35序列 为转录选择模板链 35区 10区 T85T83G81A61C69A52 T89A89T50A65A100 现已证实大部分启动子都存在这两段共同序列 即位于 10bp处的TATA区和 35bp处的TTGACA区 它们是RNA聚合酶与启动子的结合位点 能与 因子相互识别而具有很高的亲和力 100个E coli的不同启动子的序列测定结果 10区和 35区的最佳距离 在原核生物中 10区和 35区的最佳距离大约是16 19bp 过大或过小都会降低转录活性 这可能是因为RNAPol本身的大小和空间结构有关 gene TTGACAAACTGT TATAATPuATATTAPy transcribedinitiationsite 50 40 30 20 10110 5 Recognitionsite BindingsitePribnowbox promoter40 80bp 1 2 3 1 结构典型 都含有识别 R 结合 B 和起始 I 三个位点 2 序列保守 如 35序列 10序列结构都十分保守 3 位置和距离都比较恒定 4 直接和多聚酶相结合 5 常和操纵子相邻 6 都在其控制基因的5 端 7 决定转录的启动和方向 原核生物启动子的共同的特点 启动子区的识别 RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身 而是通过氢键互补的方式加以识别 氢键互补学说较为圆满地解释了启动子功能既受DNA序列影响 又受其构象影响这一事实 真核生物RNA聚合酶II所识别的启动子区 Hogness等发现类似Pribnow区的Hogness区 在转录起始点上游 25 30bp处 保守序列为TATAAA 也称TATA区 在起始位点上游 70 78bp处还有另一段共同序列CCAAT 称为CAAT区 CAATbox 真核生物启动子的结构特点 1 核心元件TATAbox 25 30bp区启始子 initiator Inr 转录起始位点附近 2 上游启动子元件 UPE CAATbox 70 80区CCAAT序列GCbox 80 110含有GCCACACCC或GGGCGGG序列 上游启动子元件 upstreampromoterelement UPE 将TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件或称上游激活序列 upstreamactivatingsequence UAS TATA区 使转录精确地起始 如果除去TATA区或进行碱基突变 转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区突变后明显 但发现所获得的RNA产物起始点不固定 真核生物启动子对转录的影响 CAAT区和GC区主要控制转录起始频率 基本不参与起始位点的确定 研究SV40晚期基因启动子发现 上游激活区的存在与否 对该启动子的生物活性有着根本性的影响 若将该基因5 上游 21 47核苷酸序列切除 基因完全不表达 SV40基因启动子上TATAAA及邻近区域对基因转录活性的影响 增强子 enhancer 1981年由Benerji Rusconi小组和Chambom等发现的 又称远上游序列 farupstreamsequence 已在SV40的转录单元上发现其转录起始位点上游约200bp处有两段72bp长的重复序列 它们不是启动子的一部分 但能增强或促进转录的起始 因此 称这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子 enhancer 远端调控区 增强子特点 具有远距离效应 无方向性 顺式调节 无物种和基因的特异性 具有组织的特异性 有相位性 有的增强子可以对外部信号产生反应 真核生物的启动子特点 1 有多种元件 TATA框 GC框 CATT框 OCT等 2 结构不恒定 3 它们的位置 序列 距离和方向都不完全相同 4 有的有远距离的调控元件存在 如增强子 5 这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用 6 不直接和RNAPol结合 转录时先和其它转录激活因子相结合 再和聚合酶结合 原核和真核生物基因转录起始位点上游区的结构比较 不依赖于 因子的终止 依赖于 因子的终止 3 4终止和抗终止 大肠杆菌中的两种终止子 Rho非依赖型终止子的序列 由两个序列原件组成 一段短的反向重复序列 大约20个核苷酸 其后是一段大约8个A T碱基对的序列 由它转录出mRNA可形成茎环结构 可阻止RNApol的前进 不依赖于 因子的终止子 固有终止子 茎的区域富内含G C 使茎环不易解开 强终止子3 端上有4 6个U 由于它和模板形成的连续U A配对较易打开 从而便于释放出RNA Ecoli大约一半的基因含有内部终止子 终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关 随着发卡式结构和寡聚U序列长度的增加 终止效率逐步提高 依赖于 因子的终止 只含有自我互补区域 可形成茎环结构 但在茎中的G C含量少 茎环易打开 其终止需要 因子的参与 因子与ssRNA的特定位点结合 C丰富 G缺乏 通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离 因子 因子是一个相对分子质量为2 0 105的六聚体蛋白 其功能是作为RNApol的一种辅助因子 当其浓度为RNApol浓度的10 时在体外可发挥最高的活性 结合到RNA链终止子上游的某一点 因子结合以后延着RNA向3 端移动 跟踪聚合酶 追上在终止位点暂停的RNA聚合酶 终止 三元复合物解体 因子参与的RNA合成终止模式 穷追 hotpursuit 模型 抗终止 破坏终止位点RNA的茎 环结构依赖于蛋白质因子的转录抗终止 破坏终止位点RNA的茎 环结构 一些控制氨基酸合成的操纵子结构基因前有一段前导序列 带有终止信号并有串联的编码某一氨基酸的密码子 当介质中该氨基酸浓度较高时 与此相对应的氨酰基tRNA含量也高 核糖体能顺利通过串联密码子 mRNA能形成包括末端茎 环结构的正常二级结构 RNA聚合酶终止转录 当介质中该氨基酸浓度较高时 与此相对应的氨酰基tRNA含量高 核糖体顺利通过串联密码子 mRNA能形成包括末端茎 环结构的正常二级结构 RNA聚合酶终止转录 当该氨基酸浓度低时 相应氨酰基tRNA缺乏 核糖体滞留在串联密码子上 mRNA不能形成特定的二级结构 末端茎 环结构被破坏 出现转录抗终止现象 依赖于蛋白质因子的转录抗终止 3 5原核与真核生物mRNA特征比较 原核生物中 mRNA的转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里 而且这两个过程几乎是同步进行的 真核细胞的mRNA往往以较大分子量前体RNA出现在核内 只有成熟的 相对分子质量明显变小并经化学修饰的mRNA才能进入细胞质 参与蛋白质的合成 所以 真核细胞mRNA的合成和功能表达发生在不同的空间和时间范畴内 原核生物mRNA的特征 半衰期短 许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在 原核生物mRNA的5 端无帽子结构 3 端没有或只有较短的多聚 A 结构 半衰期短 原核生物中 mRNA的转录和翻译是在同一个细胞空间里同步进行的 蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发了 大多数细菌mRNA在转录开始1分钟后就开始降解 mRNA降解的速度大概只有转录或翻译速度的一半 2 许多以多顺反子的形式存在 原核细胞的mRNA 包括病毒 有时可以同时编码几个多肽 单顺反子mRNA monocistronicmRNA 只编码一个蛋白质的mRNA 多顺反子mRNA polycistronicmRNA 编码多个蛋白质的mRNA ProkaryoticmRNA polycistrionic EukaryoticmRNA monocistrionic mRNA的组成 编码区 codingregion 从起始密码子AUG开始经一连串编码氨基酸的密码子直至终止密码子 5 端上游非编码区 5 UTR 位于AUG之前不翻译的区域 3 端下游非编码区 3 UTR 位于终止密码子之后不翻译的区域 原核生物多顺反子基因中后续编码区翻译起始受顺反子之间距离的影响 3 原核生物mRNA的5 端无帽子结构 3 端没有或只有较短的多聚 A 结构 原核生物起始密码子AUG上游7 12个核苷酸处有一被称为RibosomeBindingSite RBS 或SD序列 Shine Dalgarnosequence 的保守区 因为该序列与16S rRNA3 端反向互补 所以被认为在核糖体 mRNA的结合过程中起作用 单顺反子形式存在 5 端存在 帽子 结构 绝大多数具有多聚 A 尾巴 真核生物mRNA的特征 真核生物mRNA的结构模式 真核生物mRNA的5 端存在 帽子 结构 真核生物基因转录一般从嘌呤起始 其5 端大都经过修饰 5 Capping 通过5 5 磷酸二酯键在原初mRNA的5 端倒扣一个 G 在新生mRNA链达到50个核苷酸前 也可能在RNAPolII离开转录起始位点之前 帽子结构就已加到mRNA的第一个核苷酸上了 5 Capping 5 末端加上鸟苷是由鸟苷转移酶催化的 帽子结构是GTP和原5 三磷酸腺苷 或鸟苷 缩合反应的产物 mRNA的帽子结构常常被甲基化 真核生物mRNA的 帽子 结构 mRNA的帽子结构常常被甲基化零类帽子 cap0 第一个甲基出现在所有真核细胞的mRNA中 单细胞真核生物mRNA主要是这个结构 由鸟苷酸 7甲基转移酶催化 称为零类帽子 1类帽子 cap1 在第二个核苷酸 原mRNA5 第一位 的2 OH位上加另一个甲基 这步反应由2 O 甲基转移酶完成 把有这两个甲基的结构称为1类帽子 真核生物中以这类帽子结构为主 2类帽子 cap2 某些细胞内 mRNA链上的第三个核苷酸的2 OH位也可能被甲基化 因为这个反应只以带有1类帽子的mRNA为底物 所以被称为2类帽子 只占有帽mRNA总量的10 15 以下 帽子结构的功能 1 有助于mRNA越过核膜 进入胞质 2 保护5 不被核酶降解 3 翻译时供IF 起始因子 和核糖体识别 是翻译所必需的 2 绝大多数真核生物mRNA具有多聚 A 尾巴 除组蛋白基因外 真核生物mRNA的3 末端都有多聚 A 序列 其长度因mRNA种类不同而变化 一般为40 200个左右 它是在转录后加上的 mRNA的共同特点是在高等生物中 酵母中无此特点 在poly A 上游11 30nt处有一特殊序列AAUAAA 这一序列是高度保守的 对于初级转录产物的准确切割及加多聚 A 是必需的 真核生物mRNA中的加多聚A反应 真核基因的3 末端转录终止位点上游15 30bp处的保守序列AAUAAA对于初级转录产物的准确切割及加多聚 A 是必需的 CPSF cleavageandpolyadenylationspecificityfactor CstF cleavagestimulationfactor 多聚腺苷化 polyadenylation 反应要经过2个阶段 1 首先将一个短的寡聚A序列 10nt 加到3 端 此反应绝对依赖于AAUAAA序列 这是由poly A 聚合酶在特殊因子指导下完成的 2 寡聚A尾巴延伸到240nt的长度 此反应并不需要AAUAAA序列 但需要一个识别寡聚A并指导poly A 聚合酶延伸的刺激因子 是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 多聚 A 的功能 它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性 mRNA刚从细胞核进入细胞质时 其多聚 A 尾巴一般比较长 随着mRNA在细胞质内逗留时间延长 多聚 A 逐渐变短消失 mRNA进入降解过程 它可促进核糖体的有效循环 Poly A 尽管大部分真核mRNA有poly A 尾巴 细胞中仍有多大1 3没有poly A 的mRNA 将其称为Poly A 约1 3的Poly A mRNA编码了不同形式的组蛋白 3 6内含子的剪接 编辑及化学修饰 Intron non codingsequences Pre mRNA exon codingsequences Primarytranscript RNA中的内含子真核基因表达往往伴随着RNA的剪接过程 splicing 从mRNA前体分子中切除被称为内含子 intron 的非编码区 并使基因中被称为外显子 exon 的编码区拼接形成成熟mRNA 部分人类基因中内含子序列所占的比重分析 5 加 帽 和3 酶切加多聚腺苷酸 mRNA的前体 RNA的剪接 连续的可译框 ORF openreadingframe 蛋白质合成的模板 真核基因平均含有8 10个内含子 前体分子一般比成熟mRNA大4 10倍 不同生物细胞内含子的边界存在相似的核苷酸序列 内含子的 功能 及其在生物进化中的地位是一个引人注目的问题 生物体内的各种内含子 GU AG或AU AC分别代表了不同内含子的5 和3 边界序列 Chambon等分析比较了大量结构基因的内含子切割位点 发现有2个特点 1 内含子的两个末端并不存在同源或互补 2 连接点具有很短的保守序列 也称为边界序列 100种内含子的5 端都是GU 3 端都是AG 因此称为GU AG法则 GU AGrule 又称为Chambon法则 脊椎动物前体mRNA中常见内含子剪接所必需的保守序列 A 两个剪接位点的序列是不同的 左边的剪接位点称供体 donor 位点 右边的剪接位点称受体 acceptor 位点 GU AG法则 GU AGrule 不适用于线粒体 叶绿体的内含子 也不适用于酵母的tRNA基因 除了边界序列之外 外显子与内含子交界处的序列 内含子内部的部分序列都有可能参与内含子的剪接 核mRNA结构特点 核mRNA的剪接 转录产生的核内mRNA前体分子与蛋白质结合 形成RNA和蛋白质组成的snRNP复合物 ribonucleo proteinparticle 随着RNA链的延伸 每个内含子5 和3 两端的复合物成对联结 产生60S的颗粒 剪接体 spliceosome 进行RNA前体分子的剪接 Spliceosome 剪接体 Catalyzespre mRNAsplicinginnucleus ComposedoffivesnRNPs U1 U2 U4 U5andU6 othersplicingfactors andthepre mRNAbeingassembled 由U1snRNA以碱基互补的方式识别mRNA前体5 剪接点 由结合在3 剪接点上游富嘧啶区的U2AF U2auxiliaryfactor 识别3 剪接点并引导U2snRNP与分支点相结合 形成剪接前体 pre spliceosome 剪接前体进一步与U4 U5 U6snRNP三聚体相结合 形成剪接体 真核生物mRNA前体中内含子剪接过程示意图 哺乳动物细胞中mRNA前体上的snRNP是从5 向下游 扫描 选择在分支点富嘧啶区3 下游的第一个AG作为剪接的3 受点 AG前一位核苷酸可以影响剪接效率 一般说来 CAG UAG AAG GAG 如果mRNA前体上同时存在几个AG 可能发生剪接竞争 在高等真核生物个体发育或细胞分化过程中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接 产生出组织或发育阶段特异性mRNA 称为内含子的变位剪接 脊椎动物中大约有5 的基因能以这种方式进行剪接 保证各同源蛋白质之间既具有大致相同的结构或功能域 又具有特定的性质差异 进而拓展了基因所携带的遗传信息 与mRNA前体中主要 GU AG类 和次要 AU AC类 内含子的剪接方式不同的是I II类内含子 因为带有这些内含子的RNA本身具有催化活性 能进行内含子的自我剪接 I类内含子的结构特点 1 其边界序列为5 U G3 2 内含子中具有中部核心结构 Centralcorestructure I类内含子常分布于低等真核生物的细胞器中 如四膜虫 绒泡菌 Physarumpolycephalum 的rRNA 大部分真菌如酶母的mtDNA 植物叶绿体基因的内含子 酵母细胞色素B基因 ScCOB 原核生物 T4噬菌体的3个基因中也存在1类内含子 自由鸟苷酸的3 OH作为亲核基团攻击内含子5 端的磷酸二酯键 从上游切开RNA链 上游外显子的自由3 OH作为亲核基团攻击内含子3 位核苷酸上的磷酸二酯键 使内含子被完全切开 I类内含子的自我剪接过程 上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连 分枝点腺苷酸的2 OH作为亲核基团攻击内含子5 端的磷酸二酯键 内含子5 的边界序列上的G以5 磷酸和分枝点A的2 OH形成磷酸二酯键 从而产生了套索 lariat 结构 上游外显子的3 OH作为亲核基团攻击内含子3 位核苷酸上的磷酸二酯键 使套索结构完全解离 II类内含子的自我剪接