《生物化学》教学课件：第17章 RNA生物合成part3

1、1,第三节 RNA的加工RNA Processing,2,由RNA聚合酶转录直接产生的新生RNA分子被称为初级RNA转录物，一般需要经过加工才能成为有功能的成熟RNA分子。 真核细胞中，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工 ；原核生物 mRNA初级转录物无需加工就可作为翻译的模板 。 大部分加工发生在真核细胞mRNA，以及真核和原核细胞的tRNA初级转录产物加工成熟过程中。,3,一、真核细胞mRNA由hnRNA经转录后加工成为成熟分子,核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)：真核细胞mRNA的初级转录产物，也称为mRNA前体。 hnRNA通常只包含

2、一个基因的序列，而且这些编码多肽链的序列是不连续的。,4,mRNA前体的加工过程,合成5帽子结构 由核酸内切酶切除3 端的一段序列，代之以由poly A聚合酶催化形成的3 多聚腺苷酸(polyA)尾 通过剪接去除内含子，拼接外显子，形成成熟的mRNA,5,真核生物mRNA的转录后加工修饰,外显子 内含子,初级转录物,6,（一）mRNA的5末端加帽（m7Gppp）结构,5 端形成帽子结构 (m7GpppGp-) 真核mRNA 5 末端与7-甲基鸟 嘌呤核苷以5 ，5三磷酸连接 键相连,7,5 端帽子结构功能,保护mRNA使其不被核酸酶降解 与特异的帽结合蛋白质复合体(cap-binding co

3、mplex of proteins)结合，并参与mRNA与核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成,8,（二）mRNA前体在3端加poly(A)尾,9,3端poly(A)尾,形成过程需要一种包含核酸内切酶、多聚腺苷酸聚合酶(poly(A) polymerase，PAP)和若干多亚基蛋白质组成的多酶复合体，参与起始位点识别、切割和poly(A)长度控制 mRNA前体在3 端含有切割信号序列 多聚腺苷酸化的快速期有一种多聚腺苷酸结合蛋白(poly(A) binding protein ，PAB) 参与,10,（三）mRNA前体通过剪接加工除去内含子,真核生物中的基因是不连续的,11,外显子（exon ）

4、 ：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。 内含子（intron） ：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。 剪接(splicing)：将内含子剪切除去，外显子连接起来，这种mRNA前体的加工过程即为剪接。,12,剪接部位（splice site）,真核生物从酵母至哺乳动物大多数内含子剪接部位具有共同的结构基序：5端从GU开始，3端终止于AG 脊椎动物中内含子5剪接部位的共有序列是AGGUAAGU，3剪接部位的共有序列是10个嘧啶(U或C)的延伸，后面紧接任意碱基，再接C，最后终止于AG,70 60 80 100 100 95 70 80 45 80 90

5、 80 100 80 80 100 100 60,G U A/G A G U C U A/G A C/U,A/C A G,N C A G G,5外显子,5剪接位点,分支点,内含子,3剪接位点,3外显子,嘧啶富含区 （15b),20-50b,内含子-外显子连接部位及内含子的特征序列,出现几率 (%),hnRNA,13,mRNA前体中的内含子是以所谓“套索”(lariat)结构的形式被切除的,14,15,mRNA前体中的内含子是以所谓“套索”(lariat)结构的形式被切除的,16,真核mRNA前体剪接机制,17,(snRNPs)：小分子核糖核蛋白颗粒,18,(snRNPs)：小分子核糖核蛋白颗粒

6、,19,(snRNPs)：小分子核糖核蛋白颗粒,20,真核细胞转录物选择性加工的两种机制,21,大鼠降钙素基因转录物的选择性加工,22,二、rRNA和tRNA加工通过核酸酶催化和修饰完成,原核rRNA前体加工： 原核细胞rRNA有三种：16S、23S和5SrRNA，这三种rRNA是一个转录单位，一起转录的，其前体是30SrRNA，中间还包含有tRNA序列 加工过程包括： 1. 特异核苷酸的甲基化 2. RNase 、RNase P和RNase E使30SrRNA前体分子断裂，产生16S、23S和5S rRNA及tRNA的前体 3. 通过各种特异的核酸酶的作用，产生成熟的RNA,（一）真核rRN

7、A前体加工比原核复杂,23,原核rRNA前体加工,1. 标记的位置是RNase 作用位点 2. 标记的位置是RNase P作用位点 3. 标记的位置是RNase E的作用位点,24,真核rRNA前体加工： 真核细胞有4种rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRNA。 18S、5.8S和28SrRNA的前体是45S，是一个转录单位，由RNA聚合酶I催化合成，而 5SrRNA是单独的一个转录单位，由RNA聚合酶催化合成。 加工过程：45SrRNA前体分子的加工过程与原核生物30SrRNA前体分子的加工过程基本相同，但需要小核仁RNA(small nucleolar RNAs, snoRNAs)

8、参与，5SrRNA是单独的一个转录单位， 以类似于tRNA的方式进行加工。,25,真核rRNA前体加工,26,真核rRNA前体加工,27,（二）原核生物与真核生物tRNA前体加工基本相同,5端的16个核苷酸序列由RNase P切除 3 端的两个尿嘧啶核苷酸由RNaseD切除，再由核苷酸转移酶(nucleotidyltransferases)加上CCA 柄-环结构的一些核苷酸的碱基经化学修饰为稀有碱基 剪接切除14个核苷酸的内含子(一般位于tRNA前体分子的反密码子环 ),28,29,三、一些内含子RNA具有自我剪接和催 化功能,由RNA分子催化自身 内含子剪接的反应称 为自我剪接(self-s

9、plicing) 自身剪接内含子的RNA具有催化功能，是一种核酶(ribozyme),四膜虫rRNA的剪接 采用自我剪接方式,30,组内含子(group intron): 一类自身剪接的内含子，以鸟嘌呤核苷或鸟嘌呤核苷酸作为辅因子，辅因子是游离的，并不是组内含子RNA链的组成部分，而且也不是能量分子。 组内含子(group intron): 另一类自身剪接的内含子，与前面介绍的mRNA前体内含子剪接相同，但是没有剪接体参与。,31,32,33,四、通过转录后编辑一些基因可产生多种产物,有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因初级转录物的序列并不完全对应, mRNA上的一些序列是经过编辑(edit

10、ing)过程发生改变的。 RNA编辑最初是在某些原生细胞线粒体细胞色素氧化酶的亚基基因的转录后加工中发现，通过RNA编辑在该基因的初级转录物中插入了4个尿嘧啶核苷酸，从而使原来的读码框架发生移动。,34,原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基基因的转录后编辑,(a)原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基基因的转录后编辑 (b)指导RNA 在RNA的编辑中的作用 (模板作用),35,apo-B基因（载脂蛋白B基因）的组织特异性表达受到RNA编辑的调节,第四节RNA依赖的RNA合成RNA Dependent RNA Synthesis,36,37,以RNA作为基因组的病毒称为RNA病毒，这类病毒除反转录病毒外

11、，在宿主细胞都是以病毒的单链RNA为模板合成RNA，这种RNA依赖的RNA合成又称为RNA复制(RNA replication)。,转录,RNA复制酶,一、病毒RNA基因组通过RNA依赖的RNA聚合酶进行复制,二、复制酶只特异识别和复制病毒RNA但缺乏校正功能,催化RNA复制的酶是RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RDRP)，也称为RNA复制酶(RNA replicase),由病毒的RNA编码。 RNA复制酶只能复制病毒RNA，不能以DNA为模板合成RNA。 RNA噬菌体就是以这种方式进行RNA复制。,38,RNA复制酶的组成,大多数RNA噬菌

12、体的RNA复制酶由4个亚基组成 1个亚基(MW 65,000) 噬菌体RNA复制酶基因编码，是复制酶的活性部位 另外3个亚基延长因子Tu、延长因子Ts和S1蛋白，都由宿主细胞自身的基因编码，参与宿主细胞蛋白质合成。可能在协助复制酶定位和结合病毒RNA的3端的过程中起作用,39,RNA依赖的RNA合成机制和特点,RNA依赖的RNA合成的化学反应过程、机制与DNA依赖的RNA合成是相同的，合成的方向也是从5到3 RNA复制酶不具有校正功能,40,第五节 基因组RNA复制主要特点The Characteristics of Genome RNA Replication,41,一、大多数RNA病毒的基

13、因组是单链RNA分子,单倍体细胞或病毒中的全套染色体称为一个基因组(Genome) 绝大多数生物的基因组是DNA，只有少数病毒基 因组是RNA 大多数RNA病毒的基因组是单链RNA分子，如单 链RNA噬菌体、脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)、 鼻病毒(Rhinovirus) 少数病毒的基因组是双链RNA分子，如呼肠孤病 毒 (Reovirus）,42,单链RNA基因组分类,根据单链RNA基因组与其mRNA序列之间的异同 正链RNA (positive-strand RNA) (即与mRNA序列一致的RNA) 负链 RNA (negative-strand RNA) (即与mRNA序列互补

14、的RNA),43,RNA病毒基因组的构成,多数RNA病毒的基因组由连续的核糖核酸链组成 有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组成如流感病毒，呼肠孤病毒 有的病毒自带专门用于病毒复制的核酸酶，有的则无 有的病毒核酸并不仅有一个分子，如流感病毒有8条RNA，呼肠孤病毒有1112条双链RNA,44,二、病毒基因组RNA复制需要利用宿主的翻译系统合成有关酶和蛋白质,定义： 病毒基因组RNA复制是病毒在真核细胞中以自身全长的RNA分子为模板，从头至尾合成一套新的基因组RNA。 必要条件： 1. 要有能够特异识别并复制病毒RNA的RNA聚合酶。 2. 能利用仅能识别单顺反子信息的细胞机制，从多顺反子基因组（或是这些基因组的转录本）合成自己的蛋白。,45,策略： 1.合成多聚蛋白，然后再剪切成单个蛋白。如小型RNA 病毒。 2.合成多个亚基因组RNA，然后分别翻译成单个蛋白。 3.将基因组分成