RNA生物合成和加工实用教案

1、遗传信息传递(chund)的 中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译(fny)转录转录(zhun l)逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA第1页/共83页第一页，共84页。第一节第一节 DNA DNA指导指导(zhdo)(zhdo)下下RNARNA的合成的合成 转录（转录（transcriptiontranscription）：生物体以）：生物体以DNADNA为模板为模板(mbn)(mbn)合成合成RNARNA的过程，转录是通过的过程，转录是通过DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶的催化实现的。经转录生成的聚合酶的催化实现的。经转录生成的RNARNA有多种，主要的是有多种，主要的是rR

2、NArRNA，tRNAtRNA，mRNAmRNA，snRNA snRNA 和和 scRNA scRNA。 转录从转录从DNADNA模板模板(mbn)(mbn)的特定位点开始，并在一定的位点终止的特定位点开始，并在一定的位点终止, ,此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。 转录的起始是有转录的起始是有DNADNA的启动子（的启动子（promoter)promoter)控制的，控制中止的部位称中止子（控制的，控制中止的部位称中止子（terminator)terminator)。第2页/共83页第二页，共84页。1. DNA1. DNA指导指导(zhdo)(zhdo)的的RNARNA聚

3、合酶聚合酶反应式反应式： n1ATP RNA polymerase n2GTP n3CTP DNA, Mg2+(or Mn2 +) n4TTP RNA +(n1+n2+n3+n4)PPi从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录与复制是从聚合反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说，转录与复制是相同的。但是，也存在三个主要不同点：相同的。但是，也存在三个主要不同点： A A转录中不需要转录中不需要RNARNA引物、以引物、以4 4种三磷酸种三磷酸(ln sun)(ln sun)核糖核苷（核糖核苷（NTPNTP）为）为 底物底物 ； B B转录反应一般只用一小段转录反应一般只用

4、一小段DNADNA做模板；做模板； C C在转录区，一般都只有一条在转录区，一般都只有一条DNADNA链可以作为模板。链可以作为模板。 第3页/共83页第三页，共84页。 启动子启动子 终止子终止子 模板模板(mbn)(mbn)链（负链，反链（负链，反意义链）意义链）编码链（正链，有意义编码链（正链，有意义(yy)(yy)链）链）非信息非信息(xnx)(xnx)区区5 5 5 5 3 3 3 3 两股两股DNADNA单链中只有一股可转录单链中只有一股可转录, ,可作为模板转录成可作为模板转录成RNARNA的一股称为模板链的一股称为模板链, ,对应的一股互补链称为编码链。能转录出对应的一股互补链

5、称为编码链。能转录出mRNAmRNA然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的然后指导蛋白质合成的部分称为结构基因。其余的DNADNA可能转录可能转录(rRNA,tRNA),(rRNA,tRNA),也可能不转录。也可能不转录。不对称转录不对称转录:DNA:DNA分子上一股可转录分子上一股可转录, ,另一股不转录另一股不转录; ;模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。第4页/共83页第四页，共84页。大肠杆菌大肠杆菌(d chn n (d chn n jn)RNAjn)RNA聚合酶（聚合酶（456 kD)456 kD) 核心核心(hxn)(hxn)酶酶(2(2) )起始起始(

6、q sh)(q sh)因子因子 酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合酶的装配与启动子上游元件和活化因子结合 识别启动子，促进转录的起始识别启动子，促进转录的起始w -?w -?全酶全酶( (2 2 ) ) w w2 Zn结合核苷酸底物结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成和模板和模板DNA结合结合催化中心催化中心第5页/共83页第五页，共84页。转录转录(zhun l)(zhun l)泡，泡，17bp17bp杂交杂交(zjio)(zjio)体体，8bp8bp酶的移动酶的移动(ydng)(ydng)方向方向大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶进行的转录聚合酶进行的转录第6页/共83页第六页

7、，共84页。RNARNA合成合成(hchng)(hchng)过程过程起始起始(q sh)双链双链DNA局部局部(jb)解解开开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达基解链区到达基因终点因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子（启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 NusA离开离开识别识别NusA第7页/共83页第七页，共84页。真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 三种三种RNARNA聚合酶聚合酶,它们专它们专一一(zhuny)(zhuny)地转录不同的基因地转录不同的基因, ,其其转录过

8、程和产物各不相同。三种转录过程和产物各不相同。三种RNARNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。 snRNA U6, scRNAr r 5s-rRNA第8页/共83页第八页，共84页。2.启动子和转录(zhun l)因子第9页/共83页第九页，共84页。足迹(zj)法确定启动子序列第10页/共83页第十页，共84页。第11页/共83页第十一页，共84页。大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)启动子共有序列启动子共有序列 AGTCTTGACA TAT ATAAAT AACTGT TTA Pribnow框框-10-35识别区识别区16-19bp5-9bp起点(qd

9、in)频度频度(pn d)： T89 A95 T45 A60 A50 T95有助于有助于DNA局部双链解开局部双链解开提供了提供了RNA聚合聚合 酶识别的信号酶识别的信号频度：频度：T82 T84 G78 A65 C54 A45第12页/共83页第十二页，共84页。 真核启动子真核启动子分为类型分为类型I I、IIII、IIIIII，分别由，分别由RNA pol IRNA pol I、IIII、IIIIII进行转录进行转录(zhun l)(zhun l)。类型类型I I、IIIIII启动子种类有限，分别控制启动子种类有限，分别控制rRNArRNA前前体基因和小分子体基因和小分子RNARNA的转

10、录的转录(zhun l)(zhun l)。类型类型(lixng)I(RNA聚合酶聚合酶I)启动子启动子控制控制rRNArRNA前体基因的转录前体基因的转录(zhun l)(zhun l)，转录，转录(zhun l)(zhun l)产物经加工后产物经加工后生成各种成熟的生成各种成熟的rRNArRNA。第13页/共83页第十三页，共84页。类型类型I启动子由两部分保守序列组成：启动子由两部分保守序列组成：核心启动子位于核心启动子位于(wiy)转录起始点附近（转录起始点附近（4520）。）。上游控制元件（上游控制元件（UCE）位于）位于(wiy)180107。两部分都富含两部分都富含GC。 RNA聚

11、合酶聚合酶I的转录还需要两种辅助因子参与的转录还需要两种辅助因子参与: UBF1: 可结合可结合(jih)在两部分富含在两部分富含GC区区 SL1：四聚体，含：四聚体，含TBP和和3个转录辅助因子个转录辅助因子TAFI, 结合结合(jih)在在UBF1上上, SL1 类似于细菌的类似于细菌的r因子。因子。第14页/共83页第十四页，共84页。 类型类型II启动子启动子 类型类型II启动子涉及众多蛋白质基因的表达控制。包括启动子涉及众多蛋白质基因的表达控制。包括4类控制元件：类控制元件： 基本启动子基本启动子 起始子起始子 上游元件上游元件 应答元件应答元件由相应的转录由相应的转录(zhun l

12、)因子识别。因子识别。 基本启动子序列中心在基本启动子序列中心在-25至至-30左右，左右，7bp保守区。称保守区。称TATA框（框（TATA box）或）或Goldberg-Hogness框。框。 A63 A60 T82A97T93 A85A82 A37 T37第15页/共83页第十五页，共84页。通用通用(tngyng)(tngyng)（基本）转录因子（基本）转录因子 通用通用(tngyng)(tngyng)转录因子（转录因子（TFIITFII）: :指在启指在启动子部位与动子部位与RNARNA聚合酶聚合酶IIII形成起始复合物（作用形成起始复合物（作用于基本启动子），启动转录的蛋白质因子

13、，含于基本启动子），启动转录的蛋白质因子，含量丰富，种类较少量丰富，种类较少 。为所有类型。为所有类型IIII启动子起始启动子起始转录所必需。转录所必需。 转录因子转录因子(ynz) (ynz) 亚基数亚基数 分子量分子量 功能功能第16页/共83页第十六页，共84页。 TATA TATA框是框是RNA Pol IIRNA Pol II和通用因子形成起始复合物和通用因子形成起始复合物的主要的主要(zhyo)(zhyo)装配点。转录的起始位点处有一保装配点。转录的起始位点处有一保守序列称起始子（守序列称起始子（initiator, Inr)initiator, Inr)， DNA DNA在此解开

14、在此解开并开始转录，其共有序列为：并开始转录，其共有序列为： P Py y P Py yAN PAN Py y P Py yT TA A+1+1第17页/共83页第十七页，共84页。RNARNA聚合酶聚合酶IIII和转录因子和转录因子(ynz)(ynz)在启动子上的在启动子上的装配装配(TATA binding protein)(TATA binding protein)第18页/共83页第十八页，共84页。CAAT框框 中心在中心在-75处，处，9bp，共有序列，共有序列GGT（G）CAATCT功能：与功能：与RNA聚合酶结合聚合酶结合 GC框框 在在CAAT框上游，序列框上游，序列GGGC

15、GG，与某些，与某些(mu xi)转录因子结合。转录因子结合。 CAAT和和GC框均为上游序列，对转录的起始框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。频率有较大影响。上游上游(shngyu)调控元件调控元件第19页/共83页第十九页，共84页。类别类别IIIIII启动子（为启动子（为RNA pol IIIRNA pol III所识别）所识别） 涉及小分子涉及小分子RNARNA，如：，如：5S5S和和tRNAtRNA，scRNAscRNA的转的转录。它位于转录起始点下游，也就是基因录。它位于转录起始点下游，也就是基因(jyn)(jyn)内部。内部。5SrRNA5SrRNA基因基因(jyn)(j

16、yn)boxA boxA 中间中间(zhngjin)(zhngjin)元件元件 boxB boxBboxA boxBboxA boxB 腺病毒腺病毒VARNAVARNA基因基因 先由先由TFIIIATFIIIA结合到结合到boxA,boxA,然后促使然后促使TFIIICTFIIIC结合，后者结合导致结合，后者结合导致TFIIIBTFIIIB结合到转录起始点附近，并引导结合到转录起始点附近，并引导RNA pol III RNA pol III 结合在起点上。结合在起点上。+55 +80+55 +80第20页/共83页第二十页，共84页。3. 3. 终止终止(zhngzh)(zhngzh)子和终止

17、子和终止(zhngzh)(zhngzh)因子因子第21页/共83页第二十一页，共84页。大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)两类两类终止子的回文结构终止子的回文结构A. A. 不依赖于不依赖于RhoRho（ ）的）的终止子终止子B. B. 依赖于依赖于RhoRho（ ）的）的终止子终止子富含富含G-CG-C系列系列(xli(xli)U)U第22页/共83页第二十二页，共84页。第23页/共83页第二十三页，共84页。4. RNA4. RNA生物生物(shngw)(shngw)合成的合成的抑制剂抑制剂l核苷酸合成核苷酸合成(hchng)(hchng)抑制剂抑制剂碱基和核苷酸类似物：碱基和核苷

18、酸类似物：8-8-氮鸟嘌呤、氮鸟嘌呤、5-5-氟脲嘧啶氟脲嘧啶烷化剂：氮芥、磺酸烷化剂：氮芥、磺酸(hun sun)(hun sun)酯、氮丙啶等酯、氮丙啶等放线菌素：放线菌素放线菌素：放线菌素D D嵌合剂：溴乙锭嵌合剂：溴乙锭l与与DNADNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂lRNARNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂抗菌素抗菌素: :如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素肽类化合物：肽类化合物： - -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱第24页/共83页第二十四页，共84页。第二节第二节 RNA RNA转录转录(zhun (zhun l)l)后的加工后的加工第25页/共83页第二十五页，共84页。 细胞内的细胞

19、内的tRNAtRNA、rRNArRNA相对稳定，半衰期一般为几个小时。所有的相对稳定，半衰期一般为几个小时。所有的tRNAtRNA、rRNArRNA都不是原初转录产物，都要经过一系列的加工才能都不是原初转录产物，都要经过一系列的加工才能(cinng)(cinng)成为有活性的分子。成为有活性的分子。原初转录产物的原初转录产物的55是三磷酸（是三磷酸（pppGpppG、pppApppA），）， 而成熟的而成熟的tRNAtRNA、rRNA rRNA ，55是单磷酸。是单磷酸。成熟成熟 tRNA tRNA、rRNArRNA分子都比原初转录物小。分子都比原初转录物小。所有的所有的tRNAtRNA分子，

20、都有原初转录物所没有的稀有碱基（分子，都有原初转录物所没有的稀有碱基（A A、G G、C C、U U以外的碱基）。以外的碱基）。第26页/共83页第二十六页，共84页。v 真核的真核的mRNAmRNA多为单顺反子，含有多内含子。寿命比原核多为单顺反子，含有多内含子。寿命比原核mRNAmRNA的长。在原初转录物中，通过的长。在原初转录物中，通过RNARNA拼接反应而被去除的拼接反应而被去除的RNARNA序列。序列。v原核原核mRNAmRNA为多顺反子，半衰期只有几分钟，一经转录即直接进行翻译，一般不需加工为多顺反子，半衰期只有几分钟，一经转录即直接进行翻译，一般不需加工(ji gng)(ji g

21、ng)。但少数多顺反子。但少数多顺反子mRNAmRNA需经过核酸内切酶作用，切成较小的单位后再进行转录，如：核糖体大亚基蛋白需经过核酸内切酶作用，切成较小的单位后再进行转录，如：核糖体大亚基蛋白L10L10和和L7/L12L7/L12与与RNA Pol bRNA Pol b，bb亚基基因组成的混合操纵子。亚基基因组成的混合操纵子。第27页/共83页第二十七页，共84页。1. 原核生物原核生物RNA的加工的加工 rRNA前体的加工前体的加工 在原核生物中，在原核生物中，rRNA基因与某些基因与某些tRNA基因组成基因组成混合操纵子，可提高效率、节省空间（增加有效信混合操纵子，可提高效率、节省空间

22、（增加有效信息）。其它的息）。其它的tRNA基因也成簇存在，并与编码蛋基因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子，它们在形式多顺反子转录白质的基因组成操纵子，它们在形式多顺反子转录物后，断裂成为物后，断裂成为rRNA和和tRNA的前体，然后的前体，然后(rnhu)进一步加工成熟。进一步加工成熟。 第28页/共83页第二十八页，共84页。 共有三种共有三种rRNArRNA 5S rRNA 5S rRNA、16S rRNA16S rRNA、23S rRNA 23S rRNA rRNA rRNA原初转录物含原初转录物含63006300个核苷酸，约个核苷酸，约30S30S。 有有7 7个个rRNA

23、rRNA的转录单位（操纵子），它们分散在基因组的各处。每个转录单位由的转录单位（操纵子），它们分散在基因组的各处。每个转录单位由16SrRNA16SrRNA、23SrRNA23SrRNA、5SrRNSA5SrRNSA以及一个或几个以及一个或几个tRNAtRNA基因所组成。每个操纵子中基因所组成。每个操纵子中tRNAtRNA基因的种类基因的种类(zhngli)(zhngli)、数量和位置都各不相同。、数量和位置都各不相同。第29页/共83页第二十九页，共84页。甲基化作用甲基化作用(zuyng)(zuyng)专一核酸内切酶专一核酸内切酶30S30S前体前体P16P16pre-tRNApre-tR

24、NAP23P23专一专一(zhuny)(zhuny)核酸外切酶核酸外切酶16S 16S rRNArRNAtRNAtRNA23S 23S rRNArRNA5S 5S rRNArRNA专一核酸专一核酸(h (h sun)sun)外切酶外切酶大肠杆菌大肠杆菌rRNA前体的加工前体的加工P5P5RNaseERNaseE16S 16S rRNArRNAtRNAtRNA23S 23S rRNArRNA5S 5S rRNArRNA甲基化甲基化E EIII IIII IIIIIIIIIIIII第30页/共83页第三十页，共84页。原核原核tRNA前体的加工前体的加工(ji gng) 染色体基因组有染色体基因组

25、有60个个tRNA基因，即某种基因，即某种a.a.的的tRNA基因不止一个拷贝。基因不止一个拷贝。tRNA基因大多成簇存基因大多成簇存在，在，或与或与rRNA基因，或与蛋白质基因组成混合转录单基因，或与蛋白质基因组成混合转录单位。位。tRNA前体加工前体加工(ji gng)步骤：步骤：核酸内切酶核酸内切酶(RNaseP、RNaseF)在在tRNA两端切断。两端切断。核酸外切酶核酸外切酶(RNaseD)从从3端逐个切去附加序列。端逐个切去附加序列。在在tRNA3端加上端加上-CCA-OH。核苷的修饰（修饰酶核苷的修饰（修饰酶):甲基化酶甲基化酶/S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。

26、），假尿苷合成酶。第31页/共83页第三十一页，共84页。tRNAtRNA前体分子前体分子(fnz)(fnz)的加工的加工a a、切除、切除(qich)tRNA(qich)tRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列： 5 5端切除端切除(qich)(qich)几到几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加、末端添加(tin ji)：3-端添加端添加(tin ji)CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有碱基如有碱基如DH2 。RNasePRNaseFRNasePRNaseFRNaseDRNaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转

27、移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 53第32页/共83页第三十二页，共84页。tRNA+CTP tRNA-C+PPitRNA+CTP tRNA-C+PPitRNA-C+CTP tRNA-CC+PpitRNA-C+CTP tRNA-CC+PpitRNA-CC+ATP tRNA-CCA+PPitRNA-CC+ATP tRNA-CCA+PPi tRNAtRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶tRNA+SAM tRNA+SAM 甲基甲基-tRNA+S-tRNA+S-腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸tRNAtRNA甲基化酶甲基化酶tRNAtRNA假尿苷合成酶

28、催化假尿苷合成酶催化(cu hu)(cu hu)尿苷的糖苷键发生位移尿苷的糖苷键发生位移反应，由尿苷的反应，由尿苷的N1N1变为变为C5C5。第33页/共83页第三十三页，共84页。2. 2. 真核生物真核生物(shngw)RNA(shngw)RNA的加工的加工 真核真核rRNArRNA、tRNAtRNA前体的加工过程与原核的很相似，但前体的加工过程与原核的很相似，但mRNAmRNA的加工过程与原核的有很大不同的加工过程与原核的有很大不同(b tn)(b tn)。真核真核rRNArRNA前体的加工前体的加工 真核生物核糖体真核生物核糖体小亚基含：小亚基含：16-18S rRNA16-18S r

29、RNA大亚基含：大亚基含：26-28S rRNA26-28S rRNA、5S rRNA5S rRNA、 5.8S rRNA 5.8S rRNA（特有）。（特有）。第34页/共83页第三十四页，共84页。真核真核rRNArRNA基因拷贝数较多，几十至几千个之间，基因拷贝数较多，几十至几千个之间，rRNArRNA基因也成簇排列在一起。基因也成簇排列在一起。18S18S、28S rRNA28S rRNA基因组成一个转录单位，彼此被间隔基因组成一个转录单位，彼此被间隔(jin g)(jin g)区分开，由区分开，由RNARNA聚合酶聚合酶I I转录生成一个长的转录生成一个长的rRNArRNA前体。前体

30、。5SrRNA5SrRNA基因也成簇排列，间隔基因也成簇排列，间隔(jin g)(jin g)区不被转录，由区不被转录，由RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII转录后经适当加工。转录后经适当加工。哺乳动物：哺乳动物：45SrRNA45SrRNA前体前体 含含18S18S、 28SrRNA 28SrRNA果蝇：果蝇：38SrRNA38SrRNA前体前体 含含18S18S、28S rRNA28S rRNA酵母：酵母：37SrRNA 37SrRNA 前体，前体，17S17S、26S rRNA26S rRNA第35页/共83页第三十五页，共84页。v rRNA rRNA在成熟在成熟(chngsh)(ch

31、ngsh)过程中可被甲基化，位点主要在核糖过程中可被甲基化，位点主要在核糖2-OH2-OH上。真核上。真核rRNArRNA甲基化程度比原核的高，约甲基化程度比原核的高，约1-2%1-2%的核苷酸被甲基化。的核苷酸被甲基化。v 真核生物的核仁是真核生物的核仁是rRNArRNA合成、加工和装配成核糖体的场所，大、小亚基分别组装后，通过核孔转移到胞质中参与核糖体循环。合成、加工和装配成核糖体的场所，大、小亚基分别组装后，通过核孔转移到胞质中参与核糖体循环。第36页/共83页第三十六页，共84页。 真核真核tRNA前体的加工前体的加工真核真核tRNA基因的数目比原核基因的数目比原核tRNA的要多的多。

32、的要多的多。例如，有例如，有60个个tRNA基因，啤酒酵母基因，啤酒酵母250个，果个，果蝇蝇850个，爪蟾个，爪蟾1150个，人个，人1300个。个。真核真核tRNA基因也成簇排列，被间隔区分基因也成簇排列，被间隔区分(qfn)开，开，tRNA基因由基因由RNA聚合酶聚合酶转录。转录。真核真核tRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似。前体的剪切、修饰过程与原核相似。第37页/共83页第三十七页，共84页。真核生物真核生物mRNA前体的加工前体的加工 mRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，内加工过程中形成分子大小不等的

33、中间产物，它们被称为核内不均一它们被称为核内不均一RNA（hn RNA）。其）。其中，约有中，约有25%可转变成成熟的可转变成成熟的mRNA。 hnRNA半寿期很短，比细胞质中的半寿期很短，比细胞质中的mRNA更不更不稳定，一般在几分钟至稳定，一般在几分钟至1小时。而细胞质小时。而细胞质mRNA的半衰期为的半衰期为1-10小时，神经细胞小时，神经细胞mRNA最长可达数年。最长可达数年。 hnRNA转变成转变成mRNA的加工过程主要包括：的加工过程主要包括：5末端形成帽子结构末端形成帽子结构3末端切断并加上末端切断并加上polyA剪接除去剪接除去(ch q)内含子对应的序列内含子对应的序列甲基化

34、甲基化第38页/共83页第三十八页，共84页。5 “帽子帽子(mo zi)”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G5 ppp5 N1 pN2pAAAAAAA-OHmRNA的加工的加工(ji gng)加帽子加帽子(mo zi)(mo zi)第39页/共83页第三十九页，共84页。第40页/共83页第四十页，共84页。由于甲基化的程度不同，有三种类型由于甲基化的程度不同，有三种类型(lixng)(lixng)的帽子：的帽子：CAP OCAP O型：型：m7Gpppm7Gppp CAP I CAP I型：型：N1N1核苷酸核苷酸2-OH2-OH甲基化甲基化 CAP II CAP I

35、I型：型：N2N2核苷酸核苷酸2-OH2-OH也被甲基化也被甲基化 55帽子也出现于帽子也出现于hnRNAhnRNA，说明加帽过程可能在转录的早期阶段或转录终止前就已完成。，说明加帽过程可能在转录的早期阶段或转录终止前就已完成。55帽子的功能帽子的功能在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与mRNAmRNA结合，使翻译从结合，使翻译从AUGAUG开始。开始。保护保护mRNAmRNA，避免，避免55端受核酸外切酶的降解。端受核酸外切酶的降解。第41页/共83页第四十一页，共84页。 3 3端加端加polyA polyA hnRNA hnRNA链由链由RNa

36、seRNase切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyApolyA，ATPATP为供体。为供体。 高等真核生物和病毒的高等真核生物和病毒的mRNAmRNA在靠近在靠近33端区都有一段非常保守的序列端区都有一段非常保守的序列AAUAAAAAUAAA，这一序列离多聚腺苷酸加入位点的距离在，这一序列离多聚腺苷酸加入位点的距离在11-30nt11-30nt范围之内。范围之内。 核内核内hnRNAhnRNA的的33端也有多聚腺苷酸，表明端也有多聚腺苷酸，表明(biomng)(biomng)加尾过程早在核内已经完成。加尾过程早在核内已经完成。hnRNAhnRNA中的中的

37、polypoly（A A）比）比mRNAmRNA略长，平均略长，平均150-200nt150-200nt。第42页/共83页第四十二页，共84页。polyApolyA的功能的功能: : 防止核酸外切酶对防止核酸外切酶对mRNAmRNA信息序列的降解信息序列的降解(jin ji)(jin ji)，起缓冲作用。，起缓冲作用。 与与mRNAmRNA从细胞核转移到细胞质有关。从细胞核转移到细胞质有关。mRNAmRNA甲基化甲基化 某些真核某些真核mRNAmRNA内部有甲基化的位点，主要是在内部有甲基化的位点，主要是在N6-N6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m6Am6A）。）。第43页/共83页第四十三页，

38、共84页。3. RNA3. RNA的拼接、编辑的拼接、编辑(binj)(binj)和和再编码再编码 大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过拼接，去除插入部分通过拼接，去除插入部分(b fen)(b fen)（即内含子，（即内含子，intronintron），使编码区），使编码区（即外含子，（即外含子，ExonExon）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。RNARNA编码序列的改变称为编辑（编码序列的改变称为编辑（ editing editing），）， RNA RNA

39、编码和读码方式的编码和读码方式的改变称为再编码（改变称为再编码（recodingrecoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。码，一个基因可以产生多种蛋白质。第44页/共83页第四十四页，共84页。 RNA的拼接和催化作用（内含子的切除）的拼接和催化作用（内含子的切除） 多数真核基因是断裂基因，其转录产物通多数真核基因是断裂基因，其转录产物通过拼接，去除内含子，使编码区（外显子）过拼接，去除内含子，使编码区（外显子）成为连续序列。成为连续序列。 有些内含子可以有些内含子可以(ky)催化自身的拼接催化自身的拼接（self-

40、splicing）,有些内含子需要在有关酶有些内含子需要在有关酶的作用下才能拼接。的作用下才能拼接。RNARNA的拼接的拼接(pn ji)(pn ji)有有4 4种方式：种方式：类型类型I I自我拼接自我拼接(pn ji)(pn ji)：如：四膜虫：如：四膜虫rRNArRNA前体的拼接前体的拼接(pn ji)(pn ji)类型类型IIII自我拼接自我拼接(pn ji)(pn ji)：如：植物叶绿体基因的拼接：如：植物叶绿体基因的拼接(pn ji)(pn ji)hnRNAhnRNA的拼接的拼接(pn ji)(pn ji)核内核内tRNAtRNA前体的酶促拼接前体的酶促拼接(pn ji)(pn j

41、i)第45页/共83页第四十五页，共84页。RNARNA的拼接(pn ji)(pn ji)方式 类型类型I I自自我我(zw)(zw)拼接拼接 类型类型IIII自我自我(zw)(zw)拼拼接接 核核mRNAmRNA的拼的拼接体的拼接接体的拼接 核核tRNAtRNA的酶的酶促拼接促拼接GT AGU第46页/共83页第四十六页，共84页。 类内含子的剪接类内含子的剪接(jinji)机制机制p 3 HO-GpMg 2+或Mn 2+GMP,GDP,GTP53外显子外显子I外显子外显子II3 pP-GOH5p外显子外显子 内含子或居间序列内含子或居间序列（Intervening sequence,IVS

42、) P-G3HO15PO+G OH第47页/共83页第四十七页，共84页。类内含子的剪接类内含子的剪接(jinji)机制机制Mg 2+ p-A p3OH套环的形成套环的形成pP-AHO 3外显子连接外显子连接p 2HO-Ap53第48页/共83页第四十八页，共84页。vhnRNAhnRNA剪接反应是在剪接体（剪接反应是在剪接体（splicesome)splicesome)上进行的上进行的v剪接体由剪接体由5 5种种U U系列系列snRNAsnRNA和和5050多蛋白质组成（多蛋白质组成（U1U1、U2U2、U4U4、U5U5、U6U6）v与与IIII型内含子剪接相似，只是由剪接体完成型内含子剪

43、接相似，只是由剪接体完成v真核生物真核生物(shngw)(shngw)所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为GTGT，右端均为，右端均为AGAG。此规律称。此规律称GT-AGGT-AG规律，对于规律，对于mRNAmRNA就是就是GU-AGGU-AGv此规律不适合于线粒体、叶绿体的内含子，也不适合于此规律不适合于线粒体、叶绿体的内含子，也不适合于tRNAtRNA和某些和某些rRNArRNA的核结构基因的核结构基因hnRNAhnRNA的拼接的拼接(pn ji)(pn ji)第49页/共83页第四十九页，共84页。 真核细胞内存在许多种类的小分子

44、真核细胞内存在许多种类的小分子RNARNA，大小在，大小在100-300nt100-300nt，有些由聚合酶，有些由聚合酶IIIIII转录，有些由聚合酶转录，有些由聚合酶IIII转录。转录。 核内小核内小RNARNA（snRNAsnRNA）主要存在于核内，细胞质小）主要存在于核内，细胞质小RNARNA（scRNAscRNA）主要存在于细胞质。）主要存在于细胞质。 重要的重要的snRNAsnRNA有有U U系列系列snRNAsnRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。，因其尿嘧啶含量高而得名。U U系列系列snRNAsnRNA通常都与多肽或蛋白质结合形成核糖核蛋白颗粒（通常都与多肽或蛋白质结合形成核糖核

45、蛋白颗粒（RNPRNP）。）。 U-snRNA U-snRNA参与参与(cny)hnRNA(cny)hnRNA的拼接过程。的拼接过程。U3-snRNAU3-snRNA与与rRNArRNA前体的加工有关，前体的加工有关，U1U1、U2U2、U4U4、U5U5、U6U6都与都与hnRNAhnRNA的加工有关。的加工有关。第50页/共83页第五十页，共84页。第51页/共83页第五十一页，共84页。tRNAtRNA前体的拼接前体的拼接 酵母酵母tRNAtRNA前体的拼接研究的最前体的拼接研究的最清楚。清楚。 酵母酵母tRNAtRNA约有约有400400个基因，个基因，有内含子的基因约占有内含子的基因

46、约占1/101/10，长，长度度14-46bp14-46bp，没有保守性。，没有保守性。 切除内含子的酶识别的是切除内含子的酶识别的是tRNAtRNA的二级结构，而不是的二级结构，而不是(b (b shi)shi)保守序列。保守序列。拼接过程：拼接过程：第一步切除内含子第一步切除内含子第二步第二步RNARNA连接酶将两个连接酶将两个tRNAtRNA半半分子连接分子连接第52页/共83页第五十二页，共84页。 酵母酵母(jiom)tRNAPhe(jiom)tRNAPhe及其前体的结构及其前体的结构第53页/共83页第五十三页，共84页。酵母和植物酵母和植物(zhw)tRNA前体的拼接过程前体的拼

47、接过程第54页/共83页第五十四页，共84页。反式拼接反式拼接 内含子的拼接一般内含子的拼接一般(ybn)(ybn)都都是发生在同一个基因内，切除内是发生在同一个基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接，含子，相邻的外显子彼此连接，称为顺式拼接（称为顺式拼接（cis-splicingcis-splicing），但也有另一种情况，即不同基，但也有另一种情况，即不同基因的外显子剪接后相互连接，此因的外显子剪接后相互连接，此称为反式拼接（称为反式拼接（trans-splicingtrans-splicing）。）。 反式拼接的情况较为稀少，较反式拼接的情况较为稀少，较典型的例子是锥虫表面糖蛋白基典型

48、的例子是锥虫表面糖蛋白基因因VSG(variable surface VSG(variable surface glycoprotein)glycoprotein)，线虫的肌动蛋，线虫的肌动蛋白基因（白基因（actin genesactin genes），和衣），和衣藻（藻（ChlamydomonasChlamydomonas）叶绿体）叶绿体DNADNA中含有的中含有的psapsa基因。基因。第55页/共83页第五十五页，共84页。选择性拼接选择性拼接(pn ji)(pn ji)（alternative splicing )alternative splicing )一个基因的转录产物通过不同

49、一个基因的转录产物通过不同(b tn)(b tn)的拼接方式，得到不同的拼接方式，得到不同(b tn)(b tn)的的mRNAmRNA和翻译和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多个蛋白质即为同原体（产物，称为选择性拼接。所产生的多个蛋白质即为同原体（isoform).isoform).第56页/共83页第五十六页，共84页。（降钙素类）（降钙素类）（降钙素类相关（降钙素类相关(xinggun)(xinggun)蛋白）蛋白）（甲状腺）（甲状腺）第57页/共83页第五十七页，共84页。RNARNA拼接的生物学意义拼接的生物学意义是生物有机体在进化历史中形成的，是进化的结果。是生物有机体在进化历史中

50、形成的，是进化的结果。增加了基因产物。增加了基因产物。是基因表达调控的重要环节，是真核生物遗传信息精确调节和控制的一种方式。是基因表达调控的重要环节，是真核生物遗传信息精确调节和控制的一种方式。第58页/共83页第五十八页，共84页。RNARNA编辑的不同(b tn)(b tn)类型和分布 编辑类型编辑类型(lixng) (lixng) 机制机制 存在存在U U的插入与删除的插入与删除 gRNA gRNA的转酯反应的转酯反应 锥虫线粒体锥虫线粒体mRNAmRNAC C、A A或或U U的插入的插入 多头绒孢菌线粒体的多头绒孢菌线粒体的 mRNA mRNA和和tRNAtRNAG G的插入的插入

51、RNA RNA聚合酶重复聚合酶重复(chngf)(chngf)转录转录 副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因C C转变为转变为U U 酶促脱氢酶促脱氢 哺乳类肠的哺乳类肠的Apo mRNAApo mRNAC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C 脱氢或氨基化脱氢或氨基化 植物线粒体植物线粒体mRNAmRNA和和tRNAtRNA 牛心线粒体牛心线粒体tRNAtRNAA A转变为转变为I I 脱氨脱氨 脑谷氨酸受体亚基脑谷氨酸受体亚基mRNAmRNARNARNA的编辑的编辑DNADNA的正链序列的正链序列 GA G A AGA G A A mRNA mRNA的序列的序列 GAU UGU

52、AUAGAU UGU AUA蛋白质序列蛋白质序列 Asp Csy IleAsp Csy Ile 锥虫线粒体锥虫线粒体细胞色素氧细胞色素氧化酶亚基化酶亚基II第59页/共83页第五十九页，共84页。RNARNA的再编码的再编码 在正常情况下，在正常情况下，mRNAmRNA的三联体的三联体密码子可以被的反密码子识别，密码子可以被的反密码子识别， mRNAmRNA携带的遗传信息得以正确表携带的遗传信息得以正确表达，但是，基因的错义、无义和达，但是，基因的错义、无义和移码突变，改变了编码信息，使移码突变，改变了编码信息，使得蛋白质的活性降低或丧失。得蛋白质的活性降低或丧失。 校正校正tRNAtRNA通

53、常是一些变异的通常是一些变异的tRNAtRNA，它们或是反密码子环碱基，它们或是反密码子环碱基发生改变，或是决定特异性即个发生改变，或是决定特异性即个别碱基发生变化，从而改变了译别碱基发生变化，从而改变了译码规则，故而使错误的编码信息码规则，故而使错误的编码信息受到校正。受到校正。 这是这是mRNAmRNA再编码的一种重再编码的一种重要要(zhngyo)(zhngyo)方式。方式。第60页/共83页第六十页，共84页。 此外，核糖体在此外，核糖体在mRNAmRNA上移动时，在某些上移动时，在某些mRNAmRNA的一定位点上发生打嗝，由此改变阅读框，此过程称核糖体移码的一定位点上发生打嗝，由此改

54、变阅读框，此过程称核糖体移码(ribosomal frame shifting),(ribosomal frame shifting),或叫程序性阅读框架移位（或叫程序性阅读框架移位（programmed reading frame shift),programmed reading frame shift),简称翻译移码（简称翻译移码（translational frameshifting).translational frameshifting).这一机制可以从一个这一机制可以从一个mRNAmRNA产生产生(chnshng)(chnshng)两个或更多不同的蛋白质。两个或更多不同的蛋白质。

55、第61页/共83页第六十一页，共84页。RNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移消除移 码突变等基因突变的危害码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式第62页/共83页第六十二页，共84页。4. RNA4. RNA生物生物(shngw)(shngw)功能的多样功能的多样性性 RNA RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用。在遗传信息的翻译中起着决定作用。 RNA RNA具有重要的催化功能和其它持家功能。具有重要的催化功能和其它持家功能。 RNA RNA转录后加工和修饰转

56、录后加工和修饰(xish)(xish)依赖于各类小依赖于各类小RNARNA和其它蛋和其它蛋 白质复合物。白质复合物。 RNA RNA对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。 RNA RNA在生物进化中起重要作用。在生物进化中起重要作用。第63页/共83页第六十三页，共84页。的降解的降解(jin ji)(jin ji) RNA RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节。降解是涉及到基因表达的一个重要环节。 rRNA rRNA和和tRNAtRNA是稳定的是稳定的RNA RNA ，其更新率低；，其更新率低； mRNA mRNA是不稳定的是不稳定的RNARNA，其

57、更新率非常高。因为，其更新率非常高。因为mRNAmRNA与其编码基因的表达活性直接有关，不同的与其编码基因的表达活性直接有关，不同的RNARNA需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞需要以不同的速度进行降解。脊椎动物细胞mRNAmRNA的平均半衰期约为的平均半衰期约为3 h, 3 h, 细胞每一世代细胞每一世代(shdi)(shdi)中各类中各类mRNAmRNA约周转约周转1010次。细菌次。细菌mRNAmRNA的半衰期大约只有，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。的半衰期大约只有，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。 所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解所有细胞中都存在各种核

58、糖核酸酶，可以降解RNARNA。真核生物。真核生物mRNAmRNA降解的主要途径首先是降解的主要途径首先是poly(A)poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5 5端帽子结构，然后由端帽子结构，然后由5 533方向和方向和3 355 方向降解方向降解mRNAmRNA。第64页/共83页第六十四页，共84页。第三节第三节 RNA RNA指导下的指导下的RNARNA和和DNADNA的合成的合成 以以RNARNA为模板合成为模板合成RNA RNA ，是病毒，是病毒RNARNA的的特殊繁殖特殊繁殖(fnzh)(fnzh)方式。有实验指出，方式。有实验指出，当病毒

59、当病毒RNARNA侵入寄主细胞后，这些病毒侵入寄主细胞后，这些病毒在在RNARNA复制酶催化下即可自行复制产生复制酶催化下即可自行复制产生新的病毒新的病毒RNARNA。 RNA RNA复制酶需要专一性的复制酶需要专一性的RNARNA模板，例模板，例如如QQ噬菌体的噬菌体的RNARNA复制酶只能用复制酶只能用QQ病病毒毒RNARNA为模板，它不用寄主的为模板，它不用寄主的RNARNA为模板。为模板。一一.RNA.RNA的复制的复制(fzh)(fzh)第65页/共83页第六十五页，共84页。1. 1. 噬菌体噬菌体QRNAQRNA的复制的复制 噬菌体噬菌体QQ：直径：直径20nm20nm的正十二面

60、体，的正十二面体，含含30% RNA30% RNA，其余为蛋白质，单链，其余为蛋白质，单链RNARNA，45004500个核苷酸，编码个核苷酸，编码3-43-4个蛋白质。个蛋白质。结构：结构：55端端成熟蛋白（成熟蛋白（A A或或A2A2蛋蛋白）白）外壳蛋白外壳蛋白 （或（或A1A1蛋白）蛋白）复制酶复制酶亚基亚基33端端QQ复制酶：复制酶：四个亚基，只有四个亚基，只有是自己编码，其余三个亚基来自寄主是自己编码，其余三个亚基来自寄主细胞细胞(xbo)(xbo)。 进入细胞进入细胞(xbo)(xbo)后，其后，其RNARNA即为即为mRNAmRNA，可以直接合成与病毒繁殖有关，可以直接合成与病毒