人卫8版-RNA的生物合成.ppt

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1、目录目录生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学目录目录第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis(Transcription)目录目录n n在生物界，在生物界，在生物界，在生物界，RNARNARNARNA合成有两种方式合成有两种方式合成有两种方式合成有两种方式一一是是DNA指指导导的的RNA合合成成，也也叫叫转转录录，此此为为生生物物体体内内的的主要合成方式，也是主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另另一一种种是是RNA指指导导的的RNA合合成成(RNA-dependent RNAsynthesis)，也也叫叫RNA复复制制(RNArepl

2、ication),由由RNA依依赖赖的的RNA聚聚合合酶酶(RNA-dependentRNApolymerase)催催化化，常常见见于于病病毒毒，是是逆逆转转录录病病毒毒以以外外的的RNA病病毒毒在在宿宿主主细细胞胞以以病毒的单链病毒的单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。目录目录转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 转录产物转录产物除除mRNAmRNA、rRNA rRNA 和和tRNAtRNA外，在真核细胞内还外，在真核细胞内还有有snRNAsnRNA、miRNAmiRNA等非编码等非编

3、码RNARNA。目录目录转转录录的的知知识识是是理理解解许许多多生生物物学学现现象象和和医医学学问问题题所所必需的。必需的。对对于于RNA生生物物过过程程的的调调节节可可以以导导致致蛋蛋白白质质合合成成速速率率的的改改变变，以以及及由由此此而而引引发发的的一一系系列列代代谢谢变变化化，因因此此，了了解解RNA代代谢谢的的基基本本原原理理就就甚甚为为重重要要。这这些些原原理理既既关关系系到到所所有有生生物物是是如如何何适适应应环环境境变变化化的的，也关系到细胞结构和功能的分化机制。也关系到细胞结构和功能的分化机制。复制和转录的区别复制和转录的区别目录目录原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和

4、酶Templates&Enzymes in prokaryotic transcription第一节第一节目录目录n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA酶酶 :RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子及其他蛋白质因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3，核苷酸间的连接方式为核苷酸间的连接方式为3，5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。目录目录一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构基基因因(structura

5、lgene)。转转录录的的这这种种选选择择性性称称为为不不对对称称转转录录(asymmetrictranscription)，它它有有两两方方面面含含义义：在在DNA分分子子双双链链上上，一一股股链链用用作作模模板板指指引引转转录录，另另一一股股链链不不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。目录目录5GCAGTACATGTC33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一

6、一股股单单链链，称称为为模模板板链链(templatestrand)，也也称称作作有有意意义义链链或或Watson链链。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编编码链码链(codingstrand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。目录目录5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录目录目录二、二、RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成合成（一）（一）RNA聚合酶能从头启动聚合酶能从头启动RNA链的合成链的合成DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA；RNA合成

7、的化学机制与合成的化学机制与DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA合成相似。合成相似。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPiRNA延长的延长的RNA目录目录DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成的机制合成的机制目录目录DNA聚聚合合酶酶在在启启动动DNA链链延延长长时时需需要要引引物物存存在在，而而RNA聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接启动就能直接启动RNA链的延长。链的延长。RNA聚聚合合酶酶和和双双链链DNA结结合合时时活活性性最最高高，但但是是只只以以双双链链DNA中的一股中的一股DNA链为模板。链为模板。RNA聚聚合合酶酶和和DNA的的特特殊殊

8、序序列列启启动动子子(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNA合成。合成。目录目录（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成目录目录核心酶核心酶(coreenzyme)全酶全酶(holoenzyme)转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段目录目录nRNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合目录目录大大肠肠杆杆菌菌内内有有一一些些不不同同的的RNApol全全酶酶，其其差差异异是是亚亚基基的的不不同同。目目前前已已发发现现多多种种亚亚基基，并并用用其其分分子子量量命命名名区区别别，最最常常见见的的是是70（分分子子量量70kDa）。70

9、是是辨辨认认典典型型转转录录起起始始点点的的蛋蛋白白质质，大大肠肠杆杆菌菌中中的的绝绝大大多多数数启启动动子子可可被被含含有有70因子的全酶所识别并激活。因子的全酶所识别并激活。但但有有些些基基因因的的启启动动子子，如如热热激激蛋蛋白白（heatshockproteins,Hsp）也也为为另另外外的的亚亚基基（32）识别。识别。目录目录三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上启动转录上启动转录转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。每每一一转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon)。操操纵纵子子包包括括若若干

10、干个个结结构构基基因因及及其其上上游游(upstream)的调控序列。的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol目录目录调调控控序序列列中中的的启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合模模板板DNA的的部部位位，也也是是控控制制转转录录的的关关键键部部位位。原原核核生生物物以以RNA聚聚合合酶酶全全酶酶结结合合到到DNA的的启启动动子子上上而而起起动动转转录，其中由录，其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。对对启启动动子子的的研研究究，常常采采用用一一种种巧巧妙妙的的方方法法即即RNA聚合酶保护法聚合酶保护法。目录目录nRN

11、A聚合聚合酶保护法酶保护法目录目录开始转录开始转录TTGACAAACTGT-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 nRNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区目录目录目录目录原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节目录目录原核生物的转录过程可分为转录起始、原核生物的转录过程可分

12、为转录起始、转录延长和转录终止三个阶段。转录延长和转录终止三个阶段。目录目录RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：2.DNA双双 链链 打打 开开，形形 成成 开开 放放 转转 录录 复复 合合 体体(opentranscriptioncomplex)；DNA分分子子接接近近-10区区域域的的部部分分双双螺螺旋旋解解开开后后转转录录开开始始。DNA双双

13、链链解解开开的的范范围围只只在在17bp左右，这比复制中形成的复制叉小得多。左右，这比复制中形成的复制叉小得多。1.RNA聚聚合合酶酶全全酶酶(2)识识别别并并结结合合启启动动子子，形形成成闭合转录复合体（闭合转录复合体（closedtranscriptioncomple）；3.在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下发发生生第第一一次次聚聚合合反反应应，形形成成第第一一个磷酸二酯键：个磷酸二酯键：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppin转录起始过程：转录起始过程：目录目录n n的转录起始和延长的转录

14、起始和延长的转录起始和延长的转录起始和延长 目录目录第第一一个个磷磷酸酸二二酯酯键键生生成成后后，转转录录复复合合体体的的构构象象发发生生改改变变，亚亚基基即即从从转转录录起起始始复复合合物物上上脱脱落落，核核心心酶酶连连同同四四磷磷酸酸二二核核苷苷酸酸，继继续续结结合合于于DNA模模板板上上，酶酶沿沿DNA链链前前移移，进进入入延延长长阶阶段。段。目录目录二、二、RNApol核心酶独立延长核心酶独立延长RNA链链1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不

15、断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi目录目录大肠杆菌的转录泡局部结构示意大肠杆菌的转录泡局部结构示意转录空泡转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA目录目录转录延长以下特点转录延长以下特点 核心酶负责核心酶负责RNA链延长反应；链延长反应；RNA链链从从5-端端向向3 -端端延延长长，新新的的核核苷苷酸酸都都是是加加到到3-OH上；上；对对DNA模模板板链链的的阅阅读读方方向向是是3-端端向向5-端端，合合成成的的RNA链链与与之之呈呈反反向向互互补补，即即酶酶是是沿沿着着模模板板

16、链链的的3 向向5 方方向向或或沿着编码链的沿着编码链的5 向向3 方向前进的；方向前进的；合成区域存在着动态变化的合成区域存在着动态变化的8 bp 的的RNA-DNA杂合双链；杂合双链；模模板板DNA的的双双螺螺旋旋结结构构随随着着核核心心酶酶的的移移动动发发生生解解链链和和再再复合的动态变化。复合的动态变化。目录目录转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化转录过程中DNA的超螺旋结构变化目录目录三三、原原核核生生物物转转录录延延长长与与蛋蛋白白质质的的翻翻译译同同时进行时进行5 3 DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；

17、模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。目录目录目录目录依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止四、原核生物转录终止分为依赖四、原核生物转录终止分为依赖 因子与因子与非依赖非依赖 因子两大类因子两大类转转转转录录录录终终终终止止止止指指指指RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶在在在在DNADNA模模模模板板板板上上上上停停停停顿顿顿顿下下下下来来来来不不不不再再再再前前前前进进进进，转转转转录录录录产产产产物物物物RNARNA链链链链从从从从转转转转录录录录复复复复合物上脱落下来。合物上脱落下来。合物上脱落下

18、来。合物上脱落下来。n依依据据是是否否需需要要蛋蛋白白质质因因子子的的参参与与，原原核核生生物物转录终止分为：转录终止分为：目录目录 因因子子是是由由相相同同亚亚基基组组成成的的六六聚聚体体蛋蛋白白质质，亚亚基分子量基分子量46kD。因因子子能能结结合合RNA，又又以以对对polyC的的结结合合力力最最强强，但但对对polydC/dG组组成成的的DNA的的结结合合能能力力就就低得多。低得多。因因子子还还有有ATP酶酶活活性性和和解解螺螺旋旋酶酶(helicase)的的活性。活性。（一）依赖（一）依赖 因子的转录终止因子的转录终止n 因子：因子：目录目录n 因子的作用原理：因子的作用原理：目录目

19、录目录目录（二）（二）非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的结构来产物形成特殊的结构来终止转录。终止转录。n茎环结构使转录终止的机制茎环结构使转录终止的机制使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；局部局部RNA/DNA杂化短链的碱基配对是最不稳定的。杂化短链的碱基配对是最不稳定的。RNA链上的多聚链上的多聚U也是促使也是促使RNA链从模板上脱落的重链从模板上脱落的重要因素。要因素。目录目录目录目录真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成TheBio

20、synthesisofEukaryoteRNA第三节第三节目录目录真真核核生生物物的的转转录录过过程程比比原原核核复复杂杂。二二者者的的转转录录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。起始过程有较大区别，转录终止也不相同。目录目录一、一、真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶n真核生物具有真核生物具有3种不同的种不同的RNA聚合酶聚合酶:RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）RNA聚合酶聚合酶（RNAPol）目录目录真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的前体的前体45SrRNAmRNA前体前体hnRNA,l

21、ncRNA,piRNA,miRNAtRNA,5SrRNAsnRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内目录目录真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶的的结结构构比比原原核核生生物物复复杂杂，所所有有真真核核生生物物的的RNA聚聚合合酶酶都都有有两两个个不不同同的的大大亚亚基基和和十十几几个个小小亚亚基基.RNApol在在核核内内转转录录生生成成核核不不均均一一RNA（hnRNA），然然后后加加工工成成mRNA并并输输送送给给胞胞质质的的蛋蛋白白质质合合成成体体系系。mRNA是是各各种种RNA中中寿寿命命最最短短、最最不

22、不稳稳定定的的，需需经经常常重重新新合合成成。RNApol还还催催化化合合成成一一些些具具有有重重要要的的基基因因表表达达调调 节节 作作 用用 的的 非非 编编 码码 RNA，如如 长长 链链 非非 编编 码码RNA（lncRNA）、微微RNA（miRNA）和和piRNA（与与Piwi蛋白相作用的蛋白相作用的RNA）的合成。）的合成。目录目录RNA聚合酶聚合酶由由12个亚基组成，其最大的亚基称为个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。RNA聚聚合合酶酶最最大大亚亚基基的的羧羧基基末末端端有有一一段段共共有有序序列列(consensus sequence)为为Tyr-Ser-Pro-Thr-Se

23、r-Pro-Ser的的重重复复序序列列片片段段，称称为为羧羧基基末末端端结结构构域域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD对于维持细胞的活性是必需的。对于维持细胞的活性是必需的。RNApol是是真真核核生生物物中中最最活活跃跃、最最重重要要的的酶酶，故故本本章章叙叙述述的的真真核核生生物物的的转转录录主主要要以以RNApol所所催催化化的的转转录录反反应应为例。为例。目录目录二、转录因子在真核生物转录起始中具二、转录因子在真核生物转录起始中具有重要作用有重要作用 真真核核生生物物的的基基因因转转录录过过程程，同同样样可可以以分分为为3个个阶阶段段：起起始始阶阶段段（

24、RNApol和和通通用用转转录录因因子子形形成成转转录录起起始始复复合合体体）、延长阶段和转录终止。延长阶段和转录终止。与与原原核核生生物物的的显显著著不不同同是是，起起始始和和延延长长过过程程都都需需要要众众多多相相关关的的蛋蛋白白质质因因子子参参与与，这这些些因因子子被被称称为为转转录录因因子子（transcriptionalfactors,TF）或或反反式式作作用用因因子子（trans-actingfactors）。）。目录目录（一）转录前起始复合体的形成（一）转录前起始复合体的形成不不同同物物种种、不不同同细细胞胞或或不不同同的的基基因因，转转录录起起始始点点上上游游都都有有不不同同的

25、的特特异异DNA序序列列，包包括括启启动动子子、增增强强子子等等，统统称称为为顺顺式式作作用用元元件件(cis-actingelement)。目录目录转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)AATAAA切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体目录目录真真核核生生物物转转录录起起始始也也需需要要RNApol对对起起始始点点上上游游DNA序序列列进进行行辨辨认认和和结结合合，生生成成转转录录前前起起始始复合体

26、复合体（preinitiationcomplex,PIC）。）。转转录录起起始始时时，真真核核生生物物的的RNApol不不直直接接识识别别和和结结合合模模板板的的起起始始区区，而而是是依依靠靠转转录录因因子子识识别别并并结结合合起起始始序序列列，故故其其起起始始复复合合体体的的装装配配过过程程比原核生物复杂的多。比原核生物复杂的多。目录目录能能直直接接、间间接接辨辨认认和和结结合合转转录录上上游游区区段段DNA的的蛋蛋白白质质，现现已已发发现现数数百百种种，统统称称为为反反式式作作用用因因子子(trans-actingfactors)。反反式式作作用用因因子子中中，直直接接或或间间接接结结合合

27、RNA聚聚合合酶酶的的，则则 称称 为为 通通 用用 转转 录录 因因 子子（generaltranscription factor）或或基基本本转转录录因因子子（basaltranscriptionfactor）目录目录真真核核生生物物中中不不同同的的RNApol需需要要不不同同的的基基本本转转录录因因子子（TF）配配合合完完成成转转录录的的起起始始和和延延长长。相相对对应应于于RNA pol I、RNA pol II、RNApolIII，这这些些TF分分别别称称为为TFI、TFII、TFIII。参与参与RNA-pol转录的转录的TF的作用的作用转录因子转录因子功能功能TFDTBP亚基结合亚

28、基结合TATA盒盒TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TFB稳定稳定TFD-DNA复合物，结合复合物，结合RNApolTFE解螺旋酶解螺旋酶,结合结合TFHTFF促进促进RNApol结合及作为其他因子结结合及作为其他因子结合的桥梁合的桥梁TFH解旋酶、作为蛋白激酶催化解旋酶、作为蛋白激酶催化CTD磷酸化磷酸化目录目录真核真核RNA聚合酶聚合酶与通用转录因子的作用过程与通用转录因子的作用过程 目录目录闭合转录复合体的形成步骤闭合转录复合体的形成步骤 由由TFIID中中的的TBP识识别别TATA盒盒，并并在在TAFs的的协协助助下下结结合合到到启启动动子子区区，然然后后TFIIB与与TBP结结合合

29、，同同时时TFIIB也也能能与与DNA结结合合，TFIIA可可以以稳稳定定与与DNA结结合合的的TFIIB-TBP复复合体；合体；TFIIB-TBP复复合合体体与与RNApolII-TFIIF复复合合体体结结合合，此此举举可可降降低低RNApolII与与DNA的的非非特特异异部部位位的的结结合合，协协助助RNApolII靶向结合启动子；靶向结合启动子；TFIIE和和TFIIH加入，形成闭合复合体，装配完成。加入，形成闭合复合体，装配完成。目录目录目录目录TFIIH具有解旋酶（具有解旋酶（helicase）活性，能使转录起点附）活性，能使转录起点附近的近的DNA双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开

30、放转双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开放转录复合体，启动转录。录复合体，启动转录。TFIIH还具有激酶活性，它的一个亚基能使还具有激酶活性，它的一个亚基能使RNApolII的的CTD磷酸化。磷酸化。CTD磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转录。录。CTD磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相互作用。互作用。当合成一段含有当合成一段含有6070个核苷酸的个核苷酸的RNA时，时，TFIIE和和TFIIH释放，释放，RNAp

31、olII进入转录延长期。此后，大进入转录延长期。此后，大多数的多数的TF就会脱离转录前起始复合物。就会脱离转录前起始复合物。目录目录除除了了基基本本转转录录因因子子外外，真真核核基基因因的的转转录录起起始始还还有有其其他他转转录录因因子子的的参参与与，如如与与启启动动子子上上游游元元件件如如GC盒盒、CAAT盒盒等等顺顺式式作作用用元元件件结结合合的的上上游游因因子子（upstreamfactor），与与远远隔隔调调控控序序列列如如增增强强子子等等结结合合的的反反式式作作用用因因子子，以以及及在在某某些些特特殊殊生生理理或或病病理理情情况况下下被被诱诱导导产产生的生的可诱导因子可诱导因子（in

32、duciblefactor）的参与。）的参与。目录目录（二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定（二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录基因的转录为为了了保保证证转转录录的的准准确确性性，不不同同基基因因需需不不同同转转录录因子。因子。拼拼板板理理论论(piecingtheory)：少少数数几几个个反反式式作作用用因因子子（主主要要是是可可诱诱导导因因子子和和上上游游因因子子）之之间间互互相相作作用用，再再与与基基本本转转录录因因子子、RNA聚聚合合酶酶搭搭配配而而有有针针对对性性地地结结合合、转转录录相相应应的的基基因因。可可诱诱导导因因子子和和上上游游因因子子常常常常通通过过辅辅激

33、激活活因因子子或或中中介介子子与与基基本本转转录录因因子子、RNA聚聚合合酶酶结结合合，但但有有时时也也可直接与基本转录因子、可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结合。聚合酶结合。目录目录三三、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真真核核生生物物转转录录延延长长过过程程与与原原核核生生物物大大致致相相似似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转转录录延延长长过过程程中中可可以以观观察察到到核核小小体体移移位位和和解解聚聚现象。现象。R

34、NA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向目录目录四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真真核核生生物物的的转转录录终终止止，是是和和转转录录后后修修饰饰密密切切相相关的。关的。真真核核生生物物mRNA有有聚聚腺腺苷苷酸酸(polyA)尾尾巴巴结结构构，是转录后才加进去的。是转录后才加进去的。转转录录不不是是在在polyA的的位位置置上上终终止止，而而是是超超出出数数百百个个乃乃至至上上千千个个核核苷苷酸酸后后才才停停顿顿。已已发发现现，在在读读码码框框架架的的下下游游，常常有有一一

35、组组共共同同序序列列AATAAA，再再下下游游还还有有相相当当多多的的GT序序列列。这这些些序序列列称称为为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。目录目录5-AAUAAA-5-AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA3 mRNA转录终止转录终止 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。目录目录n真核生物的转录终止及加尾修饰真核生物的转录终止及加尾修饰目录目录真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解 The Processing and Degradation of Eu

36、karyotic RNA第四节第四节目录目录真真核核生生物物转转录录生生成成的的RNA分分子子是是初初级级RNA转转录录物物(primaryRNAtranscript)，几几乎乎所所有有的的初初级级RNA转转录录物物都都要要经经过过加加工工，才才能能成成为为具具有有功功能的成熟的能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。目录目录n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3.修饰修饰(modification)4.添加添加(addition)5.RNA RNA编辑编辑(RNAediting)目录目录一、核不均

37、一一、核不均一RNA经首、尾修饰经首、尾修饰和剪接后成为和剪接后成为mRNA 真真核核生生物物mRNA转转录录后后，需需要要进进行行5-端端和和3-端端（首首、尾尾部部）的的修修饰饰以以及及对对hnRNA进进行行剪剪接接（splicing），才才能能成成为为成成熟熟的的mRNA，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。目录目录（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构大大多多数数真真核核mRNA的的5-末末端端有有7-甲甲基基鸟鸟嘌嘌呤呤的帽结构。的帽结构。这这个个真真核核mRNA加加工工过过程程的的起起始始步步骤骤由由两两种种酶酶，加加 帽

38、帽 酶酶(capping enzyme)和和 甲甲 基基 转转 移移 酶酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。目录目录n n帽结构帽结构帽结构帽结构目录目录n帽结构的生成过程帽结构的生成过程目录目录目录目录n n帽结构的意义：帽结构的意义：帽结构的意义：帽结构的意义：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；也也 能能 与与 帽帽 结结 合合 蛋蛋 白白 质质 复复 合合 体体(cap-bindingcomplexofprotein)结结合合，并并参参与与mRNA和和核核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。目录目录（二）前体（

39、二）前体mRNA在在3-端特异位点断裂并加端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾上多聚腺苷酸尾尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。polyA的的有有无无与与长长短短，是是维维持持mRNA作作为为翻翻译译模模板的活性，以及增加板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。一一般般真真核核生生物物在在胞胞浆浆内内出出现现的的mRNA，其其polyA长度为长度为100至至200个核苷酸之间，也有少数例外。个核苷酸之间，也有少数例外。前前体体mRNA分分子子的的断断裂裂和和加加多多聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾是是多多步步骤过程。骤过程。AAUAAAG/U53Pol

40、y(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP目录目录（二）前体（二）前体mRNA在在3-端特异位点断裂并加端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾上多聚腺苷酸尾1.hnRNA 和和 snRNA核内的初级核

41、内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体,splicesome）snRNA目录目录（三）前体（三）前体mRNA的剪接主要是去除内含子的剪接主要是去除内含子在在细细胞胞核核内内出出现现的的初初级级转转录录物物的的分分子子量量往往往往比比在在胞胞质质内内出出现现的的成成熟熟mRNA大大几几倍倍，甚甚至至数数十十倍倍。核核酸酸序序列列分分析析证证明明，mRNA来来自自hnRNA，而而hnRNA和和DNA模模板链可以完全配对板链

42、可以完全配对去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟RNA的过程称为的过程称为mRNA剪接（剪接（mRNAsplicing）。目录目录真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splitegene)CABD编码区编码区A、B、C、D非编码区非编码区目录目录外显子外显子(e

43、xon)和内含子和内含子(intron)外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。目录目录鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰目录目录1.内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪

44、除 剪剪接接首首先先涉涉及及套套索索RNA（lariatRNA）的的形形成成，即即内内含含子子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。此此后后，还还发发现现内内含含子子近近3端端的的嘌嘌呤呤甲甲基基化化，例例如如3mG是是形形成套索所必需的。成套索所必需的。1.内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口处剪除大大多多数数内内含含子子都都以以GU为为5 端端的的起起始始，而而其其末末端端则则为为AG-OH-3。5 GUAG-OH-3 称称为为剪剪接接接接口口（splicingjunction）或边界序列。或边界序列。剪接后，剪接后，GU或或AG

45、不一定被剪除。不一定被剪除。目录目录3.剪接过程需两次转酯反应剪接过程需两次转酯反应 目录目录4.剪接体是内含子剪接场所剪接体是内含子剪接场所目录目录5.前体前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式前前体体mRNA分分子子的的加加工工除除上上述述剪剪接接外外，还还有有一一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。剪剪切切指指的的是是剪剪去去某某些些内内含含子子后后，在在上上游游的的外外显显子子3-端端直直接接进进行行多多聚聚腺腺苷苷酸酸化化，不不进进行行相相邻邻外外显子之间的连接反应。显子之间的连接反应。剪剪接接是是指指剪剪切切后后又又将将相相邻邻的的外外显显子子片片

46、段段连连接接起起来，然后进行多聚腺苷酸化。来，然后进行多聚腺苷酸化。目录目录6.前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子可发生可变剪接 许许多多前前体体mRNA分分子子经经过过加加工工只只产产生生一一种种成成熟熟的的mRNA，翻翻译译成成相相应应的的一一种种多多肽肽；有有些些则则可可剪剪切切或或（和和）剪剪接接加加工工成成结结构构有有所所不不同同的的mRNA，这这一一现现象象称称为为可可变变剪剪接接（alternativesplicing），又称又称选择性剪接选择性剪接。目录目录真核细胞基因的前体真核细胞基因的前体mRNA交替加工的两种机制交替加工的两种机制目录目录大鼠降钙素基因转录本的可变剪接

47、大鼠降钙素基因转录本的可变剪接 目录目录有有些些基基因因的的蛋蛋白白质质产产物物的的氨氨基基酸酸序序列列与与基基因因的的初初级级转转录录物物序序列列并并不不完完全全对对应应，mRNA上上的的一一些些序序列列在在转转录录后后发发生生了了改改变变，称称为为RNA编编辑辑（RNAediting）。）。RNA编编辑辑作作用用说说明明，基基因因的的编编码码序序列列经经过过转转录录后后加加工工，是是可可有有多多用用途途分分化化的的，因因此此也也称称为为分分化加工化加工(differentialRNAprocessing)。（四）（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行编辑是对基因的编码序列进行转录后加工转

48、录后加工目录目录APOB基因的基因的mRNA在肝和肠黏膜编码不同多肽链在肝和肠黏膜编码不同多肽链目录目录二、真核二、真核rRNA前体经过剪接形成不同前体经过剪接形成不同类别的类别的rRNA转录转录45S-rRNA剪切剪切18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S目录目录真核前体真核前体rRNA转录后的剪切转录后的剪切目录目录三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的碱基修饰苷酸的碱基修饰tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移

49、酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应如：如：UDHU（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目录目录四、四、RNA催化一些真核和原核基因内催化一些真核和原核基因内含子的自剪接含子的自剪接 1982年年美美国国科科学学家家T.Cech和和他他的的同同事事发发现现四四膜膜虫虫（tetrahymenathermophilic）编编码码rRNA前前体体的的DNA序序列列含含有有间间隔隔内内含含子子序序列列，并并且且在在没没有有任

50、任何何来来自自四四膜膜虫虫的的蛋蛋白白质质情情况况下下，rRNA前前体体能能准准确确地地剪剪接接去去除除内内含含子子。这这种种由由RNA分分子子催催化化自自身身内内含含子子剪剪接接的的反反应应称称为为自自剪剪接接（self-splicing）。目录目录一一些些噬噬菌菌体体的的mRNA前前体体及及细细菌菌tRNA前前体体也也发发现现有有这这类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，并并被被称称之之为为I型型内内含含子子（group Iintron）。I型型内内含含子子以以游游离离的的鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷或或鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸作作为为辅辅因因子子完完成成剪剪接接。鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷或或鸟鸟嘌嘌