转录后加工(2).ppt

第十三章转录后加工 转录后的加工 posttranscriptionalmodification 1 减少部分片段 如切除5 端前导序列 3 端拖尾序列和中部的内含子 2 增加部分片段 5 加帽 3 加poly A 归巢和通过编辑加入一些碱基 3 修饰 对某些碱基进行甲基化等 第一节tRNA和rRNA的加工 一 原核的tRNA和rRNA的加工参与蛋白质合成的tRNA和rRNA都不是最初的转录产物 1 它们的5 端都是单磷酸 而原始的转录产物5 应是三磷酸 2 分子比初始转录物小 3 tRNA含有特殊的碱基 这些碱基只有通过一些化学修饰才可以得到 一 tRNA的加工 tRNA的加工分成3个阶段 1 斩头 形成5 末端 2 去尾 形成3 OH末端 3 修饰 通过甲基化酶 硫醇酶 假尿嘧啶核苷化酶等进行修饰 如氨基酸臂的4 硫尿苷 4tu D臂的2甲基鸟苷 2mG T C臂的假尿苷 和反密码子环上的2异戊腺苷 2ipA 二 rRNA的加工 二真核的tRNA和rRNA的加工 真核tRNA的基因和原核不同 1 真核的前体分子tRNA是单顺反子 但成簇排列 基因间有间隔区 2 真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多得多 如酵母约有400个tRNA基因 3 5 端单磷酸核苷酸 表明已被加工过 4 tRNA的前体分子中含有内含子 酵母tRNA的加工主要分成两个步骤 切除内含子连接外显子 真核tRNA内含子切除的特点 1 没有交界序列 也没有内部引导序列 2 剪切反应的信号是二级结构 而不是一级结构 3 是依赖于蛋白质性的RNase 而不是核糖拟酶或snRNP 4 反应的本质不是转酯反应 1 切除5 端的前导序列 2 从41S的中间产物中先切下18S的片段 Hela细胞的切点在18S和5 8S之间的ITS 内部转录间隔序列 L细胞的切点在18S序列和ITS的交界处 称为先成熟 3 部分退火 形成发夹结构 4 最后修正 真核细胞中rRNA的加工途径 第二节前体mRNA的加工 mRNA前体分子的加工主要是真核mRNA 原核的mRNA一般不经过加工 一原核生物mRNA的加工 二真核mRNA前体的加工 一 核内不均一RNA heterogenousnuclearRNA hnRNA 平均分子长度为8 10Kb左右 比mRNA的平均长度 1 8 2Kb 要大4 5倍 hnRNA仅有总量的1 2转移到细胞质内 其余的都在核内被降解掉 hnRNA是mRNA的前体 证据是 1 hnRNA和mRNA有相同的序列 2 hnRNA在体外能作为模板翻译蛋白 3 两者5 端都有帽子结构 4 二者为相同的聚合酶所合成 5 两者的3 端都有多聚腺苷尾巴 hnRNA的结构的特点 1 5 端有帽结构 2 3 端有poly A 尾巴 3 帽结构后有3个寡聚U区 每个长约30nt 4 有重复序列 位于寡聚U区后面 5 有茎环结构 可能分布于编码区 非重复序列 的两侧 6 非重复序列中有内含子区 真核mRNA的前体的加工一般要经过五个阶段 1 5 加帽 2 3 加尾 3 切除内含子 4 修饰 对某些碱基进行甲基化 5 某些前体分子还要进行编辑 1 加帽 帽子的类型 在末端鸟苷的第7位上存在单个甲基化位点的称0型帽子 cap0 在次末端核苷酸的核糖上的2 O位点上还有一个甲基位点的称1型帽子 cap1 此外 在第三个核苷酸的核糖上 2 O 有甲基化位点的称2型帽子 cap2 这三种帽子都有特殊面对面核苷酸结构 confrontdenucleotidestructure 帽子结构的功能 1 有助于mRNA越过核膜 进入胞质 2 保护5 不被酶降解 3 翻译时供IF 起始因子 和核糖体识别 2加尾 1 特殊组分 CPSF 识别AAUAAA并指导其它的活性 2 剪切因子 CF 在加尾位点AAUAAA下游11 30nt处剪切RNA 3 末端腺苷转移酶 poly A 聚合酶 合成poly A 尾巴 4 PBP与poly A 结合 反应停止 加Poly A 的反应 第一步加一个短的寡聚A序列 10nt 此反应依赖于AAUAAA序列 反应由poly A 聚合酶在特殊因子指导下完成的 第二步是寡聚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 3 甲基化 在真核生物和病毒的mRNA分子上某些位点的腺嘌呤是经过甲基化的 具体的甲基化的位点还不太清楚 第三节内含子的剪接 一 核酶 Ribozyme 1981年T Cech和S Atman等在研究四膜虫rRNA时发现的 T Cech由核糖核酸 ribonucleicacid 和酶 enzyme 这两个词 重组 成一个新的词 Ribozyme 是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质 和传统酶的区别 1 一般的酶是纯的蛋白质 而核酶是RNA或带有蛋白的RNA 2 核酶既是催化剂又是底物 而酶仅催化反应 核酶发现的意义 1 突破了酶的概念 是一种自体催化 2 揭示了内含子自我剪接的奥秘 促进了RNA的研究 3 为生命的起源和分子进化提供了新的依据 二 交界顺序 Chambon等发现内含子切割位点有2个特点 1 内含子的两个末端并不存在同源或互补 这就排除了存在二级结构的可能 2 连接点具有很短的保守序列 称为边界顺序 其规律称为GT AG法则 GT AGrule 或Chambon法则 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 三 I类内含子的剪接 Cech等1981年用四膜虫分离得到了35S的前体rRNA 它含有一个长413bp的内含子 此35SrRNA要加入一价或二价阳离子及GTP就可以在体外释放出413b的线性的内含子 若继续保温 那么线形内含子又可形成环状的RNA 这就意味着35SRNA在GTP的作用下可以自我剪接 内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式 通常把内含子分为四类 I类 线粒体 叶绿体及低等真核生物细胞核的rRNA基因 II类 线粒体 叶绿体的mRNA基因 III类 大多数核mRNA的基因 IV类 tRNA基因 一 I类内含子的结构特点是 1 其边界序列为5 U G3 2 具有中部核心结构 Centralcorestrucature 3 内部引导顺序 internalguideseguenceIGS 二 I类内含子的剪切机制 转酯反应 transesterification 酯键从一个位置转移到另一个位置 四 类内含子的剪接 一 结构特点 1 边界序列为5 GUGCG YnAG 2 有6个茎环结构 有分支点顺序 branch pointseguence 一 第 类和第 类内含子的自我剪接特征 5 剪接点UGU3 剪接点GAU近3 保守序列 PyPuPyPyTA Py5 P Q R S序列有无能量输入 第一次亲核攻击鸟苷酸保守A 2 OH 类内含子 类内含子 二 剪接机制 无需鸟苷的辅助 但需镁离子的存在 分枝点A的2 OH对5 端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻 产生了套索 lariat 结构 图13 31 切下的外显子1其3 OH继续对内含子3 端的交界序列进行亲核进攻 同时释放出套索状的内含子 五 核mRNA的剪接 一 结构特点 1 边界顺序 符合GU AG法则 2 分枝点顺序 为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守 且具有2 OH 3 内含子5 端有一保守序列可以和U1snRNA的5 端的保守顺序互补 二 剪接机制 剪接因子snRNPsU1 U2 U5和U4 U6 第四节编辑 编辑的发现编辑 editing 是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入 丢失或转换等现象 1986 R Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸 1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象 编辑的生物学意义 1 校正作用 2 调控翻译 3 扩充遗传信息 RNA编辑的生物学意义 校正作用 调控翻译 如Apo B基因在肠道的表达 扩充遗传信息 按照基因信息传递的理论 这种mRNA的编辑作用无疑是对传统分子生物学原理的挑战 编辑的调控作用 线虫coxII基因的编辑 二 编辑的机制 1990年L Simpsom等发现指导RNA guidegRNA 五 RNA生物合成抑制剂 概念 能阻断 抑制或者干扰核酸的代谢过程 最终抑制转录的一类化合物 称RNA生物合成抑制剂 分三类 1 嘌呤和嘧啶类似物 2 DNA模板功能抑制物 3 RNA聚合酶抑制剂 1 嘌呤和嘧啶类似物 抑制核酸前体的合成 作用方式代谢拮抗物 抑制核苷酸的生物合成掺入到核酸分子中 形成异常RNA或DNA 从而影响核酸的功能并导致突变 DNA模板功能抑制物 通过与DNA结合而改变模板的功能 具体有分成 烷化剂放线菌素类嵌入染料 RNA聚合酶抑制剂 与RNA聚合酶结合而影响其活力 具体有包括 利福平与利福霉素利链菌素放线菌素D 鹅膏蕈碱 一 利福霉素及利福平 作用 抗结核药物 特异地抑制细菌RNA聚合酶的活性 因而抑制细菌RNA的合成 机制 利福霉素可与RNA聚合酶的 亚基结合 并阻止起始位点的填充 抑制二核苷酸RNA的形成 利福平则阻止RNA聚合酶的移动 抑制头三个核苷酸的形成 因此 利福霉素和利福平都是RNA链合成起始过程的抑制剂 二 利迪链菌素 作用 与细菌的RNA聚合酶 亚基结合 抑制转录过程中RNA链的延长反应 6 6RNA的降解 6 6 1酶促降解是主要方式 又包括 核酸酶核酶 剪切型核酶 剪接型核酶 6 6 2其它方式RNA干扰 干涉 反义RNA 翻译 蛋白质的生物合成 遗传密码有3个终止密码 没有对应的氨基酸 所以 在64个遗传密码中 能决定氨基酸的遗传密码子只有61个 2 遗传密码 mRNA上决定一个氨基酸的三个