第四章 转录精选文档.ppt

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1、第四章第四章 转录转录本讲稿第一页，共七十三页4-1 概概 述述在由在由DNARNADNARNA蛋白质的信息流中，蛋白质的信息流中，RNARNA是中心环节。是中心环节。RNARNA是已知的兼具遗传信息和催化两种功能的大分子。是已知的兼具遗传信息和催化两种功能的大分子。一、一、DNADNA与与RNARNA分子的异同点分子的异同点（1 1）RNARNA核糖核糖2 2 位置有羟基，且以尿嘧啶代替胸腺嘧啶；位置有羟基，且以尿嘧啶代替胸腺嘧啶；（2 2）大大部部分分RNARNA分分子子是是单单链链的的，这这些些RNARNA往往返返折折叠叠使使RNARNA具具有有比比DNADNA更更多多结结构构上上的的多

2、多样样性性，使使RNARNA具具有有各各种种不不同同的的生生物物功功能。能。本讲稿第二页，共七十三页二、二、DNADNA复制与复制与RNARNA合成的异同点合成的异同点相同点：相同点：（1 1）除除了了某某些些病病毒毒RNARNA基基因因组组外外，所所有有RNARNA分分子子都都是是以以DNADNA为为模板（模板使用）。模板（模板使用）。（2）合成方向也是由合成方向也是由5 5 33 方向（极性）。方向（极性）。（3）合成的化学机制基本相同，根据碱基互补配对。合成的化学机制基本相同，根据碱基互补配对。（4）都有起始、延伸、终止三个阶段。都有起始、延伸、终止三个阶段。本讲稿第三页，共七十三页不同

3、点：不同点：（1 1）转录不需要引物。）转录不需要引物。（2 2）转录一般只涉及一个短的）转录一般只涉及一个短的DNADNA序列片段；序列片段；编编码码链链（即即非非模模板板链链、正正链链、有有意意义义链链），模模板板链链（即负链、无意义链）（即负链、无意义链）（3 3）转转录录是是由由RNARNA聚聚合合酶酶催催化化，与与DNADNA上上的的特特异异序序列列启启动动子子结结合合并并开开始始转转录录（复复制制是是由由DNADNA聚聚合合酶酶开开始始，从从复复制制起起始始点开始）。点开始）。（4 4）RNARNA合成不象合成不象DNADNA有校对机制有校对机制(Proof reading)(Pr

4、oof reading)。（5 5）转转录录时时，DNADNA双双螺螺旋旋一一段段短短距距离离范范围围解解螺螺旋旋形形成成转转录录泡泡(Bubble)(Bubble)，RNARNA在形成后不久被剥离模板。在形成后不久被剥离模板。Coding strand of DNA has the same sequence as mRNA.Transcription is catalyzed by RNA polymerase本讲稿第四页，共七十三页一、一、RNARNA聚合酶催化反应聚合酶催化反应 RNA RNA聚合酶是转录过程中的关键酶，原核和真核生物的聚合酶是转录过程中的关键酶，原核和真核生物的RNA

5、RNA聚合酶虽然都能催化聚合酶虽然都能催化RNARNA的合成，但在其分子组成、种的合成，但在其分子组成、种类和生化特性上各有特色。类和生化特性上各有特色。激活激活RNARNA聚合酶的活性需要聚合酶的活性需要DNADNA，它以双链，它以双链DNADNA为模板时活性最为模板时活性最强！强！4 4种种NTPNTPDNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶聚合酶 DNADNA，MgMg+或或MnMn+RNA RNA+ppippiTranscription is catalyzed by RNA polymerase本讲稿第五页，共七十三页本讲稿第六页，共七十三页二、二、原核生物的原核生物的RNARNA

6、聚合酶聚合酶加上加上亚基后则成为聚合亚基后则成为聚合酶全酶（酶全酶（holoenzyme）相）相对分子量为对分子量为4.654.65 105。E.E.colicoli的的RNARNA聚合酶由五种亚聚合酶由五种亚基组成基组成、。2亚基组成核心酶；亚基组成核心酶；(一一)组成：组成：本讲稿第七页，共七十三页亚基能与模板亚基能与模板DNA、新生、新生RNA链及核苷酸底物相结合，催链及核苷酸底物相结合，催化磷酸二酯键形成。化磷酸二酯键形成。（亚基为碱性蛋白质，与酸性亚基为碱性蛋白质，与酸性DNA之间可借静电引力相结合；之间可借静电引力相结合；亚基也可借疏水相互亚基也可借疏水相互作用与作用与DNA结合结

7、合,它们在序列上与真核生物它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的聚合酶的两个大亚基有同源性）两个大亚基有同源性）、：由由和和亚基组成了聚合酶的催化中心。亚基组成了聚合酶的催化中心。亚基：亚基：与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与RNARNA聚合聚合酶和部分调节因子的相互作用。酶和部分调节因子的相互作用。亚基：功能还不清楚。亚基：功能还不清楚。(二二)功能：功能：本讲稿第八页，共七十三页它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。亚基：亚基：因子可以极大地提高因子可以极大地提高RNARNA聚合酶对启

8、动区聚合酶对启动区DNADNA序列序列的亲和力，其作用是负责模板链的选择和转录的起始。的亲和力，其作用是负责模板链的选择和转录的起始。因子可使酶与底物结合常数提高因子可使酶与底物结合常数提高10103 3倍倍 ，时间可达数小时，时间可达数小时，还可以使酶与模板还可以使酶与模板DNADNA上的非特异性位点的结合常数降低上的非特异性位点的结合常数降低10104 4倍，倍，使酶底物复合无的半衰期小于使酶底物复合无的半衰期小于1s1s。E.E.colicoli中中RNARNA聚合酶聚合酶50bp/s50bp/s（3737）；每个）；每个E.coliE.coli：细胞中约：细胞中约70007000个个

9、酶分子；酶分子；细菌的细菌的 m RNAm RNA、r RNAr RNA、t RNAt RNA、由同一种、由同一种RNARNA聚合酶所转录。聚合酶所转录。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的因子，以适应不因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。在在E.E.colicoli中最常见的调控因子是中最常见的调控因子是7070，而，而32 32 是与热休克启动子是与热休克启动子所控制的基因转录密切相关，所控制的基因转录密切相关，54 54 则参与细胞的则参与细胞的N N代谢。代谢。Sigma fa

10、ctor is the subunit of bacterial RNA polymerase needed for initiation;is the major influence on selection of binding sites(promoters).本讲稿第九页，共七十三页本讲稿第十页，共七十三页（三）过程：（三）过程：本讲稿第十一页，共七十三页本讲稿第十二页，共七十三页三、三、真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶真核生物的基因组远比原核生物大，它们的真核生物的基因组远比原核生物大，它们的RNARNA聚合酶也要复聚合酶也要复杂。真核生物的杂。真核生物的RNARNA聚合

11、酶有三类，相对分子量都在聚合酶有三类，相对分子量都在5 5 10105 5左右，通常有左右，通常有8-148-14个亚基，并含有个亚基，并含有ZnZn2+2+。Alpha-amanitin(双环八肽双环八肽)isolated from Amanita phalloides 本讲稿第十三页，共七十三页（一）分类：（一）分类：RNARNA聚合酶聚合酶 ：对：对-鹅膏蕈碱（鹅膏蕈碱（-amanitine-amanitine）不敏感；）不敏感；转录转录45s rRNA45s rRNA前体。前体。RNARNA聚合酶聚合酶 ：可被低浓度：可被低浓度-鹅膏蕈碱（鹅膏蕈碱（1010-9-9-10-10-8-8

12、 mol/L mol/L）所抑制；转录所有编码蛋白质的基因和大多数核内小）所抑制；转录所有编码蛋白质的基因和大多数核内小 RNARNA（snRNAsnRNA）。）。RNARNA聚合酶聚合酶：只被高浓度：只被高浓度-鹅膏蕈碱（鹅膏蕈碱（1010-5-5-10-10-4-4 mol/L mol/L）所抑制；转录小的所抑制；转录小的RNARNA基因，基因，tRNAtRNA、5S rRNA 5S rRNA、U6 snRNAU6 snRNA、scRNAscRNA。本讲稿第十四页，共七十三页（二）组成：（二）组成：将提纯的酵母将提纯的酵母RNARNA聚合酶聚合酶进行凝胶电泳可分出进行凝胶电泳可分出1010

13、条明显条明显的条带。最大的的条带。最大的3 3个亚基分别相当于细菌个亚基分别相当于细菌RNARNA聚合酶聚合酶、的同源物，化学计量测定它们之间的比例为的同源物，化学计量测定它们之间的比例为2 2：1 1：1 1，它们担，它们担负着负着RNARNA聚合酶的基本功能聚合酶的基本功能 。*真核生物真核生物RNARNA聚合酶中没有细菌聚合酶中没有细菌因子的对因子的对应物，因此必须借助各种转录因子才能选择和应物，因此必须借助各种转录因子才能选择和结合到启动子上。结合到启动子上。本讲稿第十五页，共七十三页 转录过程与细菌不同的是真核生物转录过程与细菌不同的是真核生物RNARNA聚合酶自身聚合酶自身不能识别

14、和结合到启动子上，而需要在启动子上不能识别和结合到启动子上，而需要在启动子上由由转录因子和转录因子和RNARNA聚合酶装配成活性转录复合物才能聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。起始转录。（三）过程：（三）过程：真核生物的转录过程分为真核生物的转录过程分为装配、起始、延伸和终止装配、起始、延伸和终止4 4个个阶段，其间各种因子的作用比细菌的复杂得多。阶段，其间各种因子的作用比细菌的复杂得多。本讲稿第十六页，共七十三页4-3 4-3 启动子（启动子（promoterpromoter）一、启动子的基本结构一、启动子的基本结构启动子：启动子：是指是指RNARNA聚合酶识别，结合和开始转录的一段聚

15、合酶识别，结合和开始转录的一段DNADNA序序列列。转录单元（转录单元（transcriotion unittranscriotion unit）：）：是一段从启动子开始至是一段从启动子开始至终止子（终止子（terminatorterminator）结束的）结束的DNADNA序列。序列。转录起点：转录起点：是指新生是指新生RNARNA链第一个核苷酸相对应的链第一个核苷酸相对应的DNADNA链上的链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。碱基，研究证实通常为一个嘌呤。Promoter is a region of DNA involved in binding of RNA polymerase to

16、 initiate transcription.本讲稿第十七页，共七十三页转录上游（转录上游（upstreamupstream）：常指起点前面）：常指起点前面5 5末端的序列；末端的序列；(用用-1-1，-2-2，-3-3表示表示)转录下游（转录下游（downstreamdownstream）：常指起点后面）：常指起点后面3 3末端的序列；末端的序列；(用用+1+1，+2+2，+3+3表示表示)换句话讲，从转录起点沿换句话讲，从转录起点沿RNARNA聚合酶运动方向称为下游，而反聚合酶运动方向称为下游，而反方向为上游，在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为方向为上游，在描述碱基的位置时，一般

17、用数字表示，起点为+1+1，下游方向依次为，下游方向依次为+2+2、+3+3 ，上游方向依次为，上游方向依次为-1-1、-2-2、-3 3 本讲稿第十八页，共七十三页二、原核生物启动子的结构特点二、原核生物启动子的结构特点足迹分析法足迹分析法(footprint）足迹分析法是足迹分析法是pribnow pribnow 设计的一个实验与设计的一个实验与DNADNA测序技术测序技术相结合。是确定启动子的序列结构的方法。相结合。是确定启动子的序列结构的方法。所谓足迹法既是将所谓足迹法既是将DNADNA起始转录的限制片段起始转录的限制片段分离出来。加分离出来。加RNARNA聚合酶使之结合。再用聚合酶使

18、之结合。再用DNADNA酶部酶部分水解。与酶结合的部位被保护而不水解，分水解。与酶结合的部位被保护而不水解，其余部位水解成长短不同的片段，经凝胶电其余部位水解成长短不同的片段，经凝胶电泳即可测出酶所结合的部位。泳即可测出酶所结合的部位。本讲稿第十九页，共七十三页大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶在转录起始阶段缩短覆盖聚合酶在转录起始阶段缩短覆盖DNA的长度的长度本讲稿第二十页，共七十三页启动子共有序列的功能启动子共有序列的功能本讲稿第二十一页，共七十三页上游区有两个共有序列：上游区有两个共有序列：Pribnow区：区：又称又称-10区（区（TATAAT），有助于），有助于DNA局部双局部双链解开。链

19、解开。3535序列：序列：又称识别区（又称识别区（TTGACATTGACA），提供了），提供了RNARNA聚合酶识别聚合酶识别信号。信号。启动子结构是不对称的，它决定了转录的方向。启动子结构是不对称的，它决定了转录的方向。本讲稿第二十二页，共七十三页三、真核生物启动子三、真核生物启动子（一）分类：（一）分类：1.RNARNA聚合酶聚合酶的的启动子启动子：核心启动子（核心启动子（-45+20）；上游控制元件（）；上游控制元件（UCE，-180-107）真真核核生生物物的的启启动动子子由由转转录录因因子子识识别别，而而不不是是RNARNA聚聚合合酶酶所所识识别别，多多种种转转录录因因子子和和RNA

20、RNA聚聚合合酶酶在在起起点点上上形形成成前前起起始始复复合合物物（preintiation complexpreintiation complex）而促进转录。）而促进转录。本讲稿第二十三页，共七十三页2.RNARNA聚合酶聚合酶的的启动子启动子：5S rRNA 和和tRNA以及胞质小以及胞质小RNA（scRNA）基因的启动子位）基因的启动子位于转录起点下游，即基因内部。于转录起点下游，即基因内部。核内小核内小RNARNA基因启动子在转录起点上游。基因启动子在转录起点上游。本讲稿第二十四页，共七十三页3.RNARNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子class class 启动子涉及众多编码蛋白质

21、的基因表达控制。包括以启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达控制。包括以下几类控制元件：下几类控制元件：ModuleConsnesusDNA boundFactorTATA boxTATAAAA10bpTBPCAAT boxGGCCAATCT22bpCTF/NF1GC boxGGGCGG20bpSP1OctamerATTTGCAT20bpOct-1OctamerATTTGCAT23bpOct-2kBGGGACTTTCC10bpNF kBATFGTGACGT20bpATFTATA boxCAAT boxGC boxOctInrGoldberg-Hegness本讲稿第二十五页，共七十三页Inr:Inr

22、:位于转录起始点的起始子（位于转录起始点的起始子（initiator,Inr），可用同式），可用同式Py2ANPy5表示之。表示之。TATATATA区区:位于转录起始点上游位于转录起始点上游-25-30bp处的共有序列处的共有序列TATAAA，也称为也称为TATA区。区。CAATCAAT区区:起始点上游起始点上游-70-78bp处另一段共有序列处另一段共有序列GGCCAATCT，称为，称为CAAT区。区。GCGC区区:起始点上游起始点上游-80-110bp处含有处含有GCCACACCC或或GGGCGGG 序列，称为序列，称为GC区。区。增强子增强子:起始点上游起始点上游-100bp-100bp

23、以上处含有以上处含有72bp72bp长的重复序列，称长的重复序列，称为增强子（为增强子（enhancerenhancer）。）。本讲稿第二十六页，共七十三页RNARNA聚合酶聚合酶和转录因子在启动子上的装配和转录因子在启动子上的装配本讲稿第二十七页，共七十三页4-4 终止子和终止因子终止子和终止因子一、基本概念一、基本概念终止子（终止子（terminatorterminator）：模板模板DNADNA上存在终止转录的特殊上存在终止转录的特殊信号信号 终止因子（终止因子（termination factortermination factor）：）：协助协助RNARNA聚合酶识别终聚合酶识别终止

24、信号的辅助因子（蛋白质），称为终止因子止信号的辅助因子（蛋白质），称为终止因子。通读（通读（readthroughreadthrough）：）：有些终止子的作用可被特异的因子所阻有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称通读。止，使酶得以越过终止子继续转录，称通读。抗抗终终止止因因子子（antitermination antitermination factorfactor）：这这种种引引起起抗抗终终止止作用的蛋白质称为抗终止因子。作用的蛋白质称为抗终止因子。Terminator is a sequence of DNA,represented at the end

25、of the transcript,that causes RNA polymerase to terminate transcription.本讲稿第二十八页，共七十三页本讲稿第二十九页，共七十三页二、终止子的种类二、终止子的种类所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，其产生的其产生的RNARNA可形成有茎、环构成的发夹结构。可形成有茎、环构成的发夹结构。（一）简单终止子（一）简单终止子（即不依赖于（即不依赖于因子的终止子）因子的终止子）1.1.终止子上游一般存在一个富含终止子上游一般存在一个富含GCGC碱基的二重对称区，由这碱基的

26、二重对称区，由这段段DNADNA转录产生的转录产生的RNARNA容易形成发卡结构；容易形成发卡结构；2.2.在终止位点前面有一段由在终止位点前面有一段由4-84-8个个A A组成的序列，所以转录产组成的序列，所以转录产生的生的3 3 端为寡聚端为寡聚U U，可能提供信号使，可能提供信号使RNARNA聚合酶脱离模板。聚合酶脱离模板。本讲稿第三十页，共七十三页终止子效率与二终止子效率与二重对称序列和寡重对称序列和寡聚聚U U的长短有关，的长短有关，随着发卡结构（至随着发卡结构（至少少6bp6bp）和寡聚）和寡聚U U序序列（至少列（至少4 4个个U U）长度的增加，终止长度的增加，终止效率逐步提高

27、。效率逐步提高。本讲稿第三十一页，共七十三页（二）依赖于（二）依赖于因子的终止子因子的终止子 依赖于依赖于因子的终止子必需在因子的终止子必需在因子存在时才发生终止作用。因子存在时才发生终止作用。1.1.依赖于依赖于因子的终止子其回文结构中不富含因子的终止子其回文结构中不富含GCGC区；区；2.2.回文结构之后也无寡聚回文结构之后也无寡聚U U序列序列 .依赖于依赖于因子的终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中因子的终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。广泛存在。本讲稿第三十二页，共七十三页本讲稿第三十三页，共七十三页三、终止因子三、终止因子 1 1因子：因子：它通过催化它通过催化NT

28、PNTP的水解使新的水解使新生生RNARNA链从三元转录复合物链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。中解离出来，从而终止转录。本讲稿第三十四页，共七十三页2.NusA2.NusA蛋白蛋白 NusANusA蛋白是一种可以与蛋白是一种可以与RNARNA聚合酶结合的识别终止子的特殊辅聚合酶结合的识别终止子的特殊辅助因子。（助因子。（nusnus位点包括位点包括NusA NusB NusGNusA NusB NusG等等 ）NusANusA因因子子可可以以提提高高终终止止效效率率，可可能能是是由由于于它它能能促促进进RNARNA聚合酶在终止位置上的停顿。聚合酶在终止位置上的停顿。NusANusA

29、蛋蛋 白白 可可 以以 与与 RNARNA聚聚 合合 酶酶 的的 核核 心心 酶酶 结结 合合，形形 成成2 2 NusANusA复合物。复合物。转录终止后，转录终止后，RNARNA聚合酶脱离模板，聚合酶脱离模板，NusANusA又被又被因子所取代。因子所取代。本讲稿第三十五页，共七十三页本讲稿第三十六页，共七十三页四、抗终止四、抗终止抗终止作用主要见于某些噬菌体的时序控制。抗终止作用主要见于某些噬菌体的时序控制。前早期基因前早期基因N N 蛋白蛋白晚早期基因晚早期基因表达抗终止表达Q Q 蛋白蛋白抗终止晚期基因表达晚期基因表达由于不同生理要求，在转录过程中有时即使遇到终止信号，仍由于不同生理

30、要求，在转录过程中有时即使遇到终止信号，仍然需要继续转录，即为抗终止作用然需要继续转录，即为抗终止作用。（一）抗终止过程（通读）（一）抗终止过程（通读）本讲稿第三十七页，共七十三页（二）抗终止作用主要有两种方式：（二）抗终止作用主要有两种方式：1.1.破坏终止位点破坏终止位点RNARNA的茎环结构的茎环结构 例如某些控制氨基酸的操纵子基因的转录受氨基酸浓例如某些控制氨基酸的操纵子基因的转录受氨基酸浓度的高低控制。当浓度低时，破坏终止位点度的高低控制。当浓度低时，破坏终止位点RNARNA的茎环结构，的茎环结构，抗终止；当浓度正常时，抗终止；当浓度正常时，mRNAmRNA形成正常的二级结构，其中包

31、括形成正常的二级结构，其中包括末端的茎环结构，末端的茎环结构，RNARNA正常转录。正常转录。2.2.依赖于蛋白质因子的抗终止作用依赖于蛋白质因子的抗终止作用例如例如噬菌体噬菌体中由中由N N基因编码产生的基因编码产生的N N蛋白具有抗转录终止的蛋白具有抗转录终止的作用。其功能的发挥依赖于寄主所产生的作用。其功能的发挥依赖于寄主所产生的NusA NusA、NusBNusB、S10S10等几种蛋白质。等几种蛋白质。NusANusA因子由因子由N N蛋白的研究而得名，其为酸性多肽，可以与蛋白的研究而得名，其为酸性多肽，可以与N N蛋白结蛋白结合，也可与合，也可与RNARNA聚合酶结合，改变其构象，

32、使之对终止子不敏聚合酶结合，改变其构象，使之对终止子不敏感。感。本讲稿第三十八页，共七十三页可见可见NusANusA对对RNARNA聚聚合酶的转录速度合酶的转录速度和终止都有肯定和终止都有肯定的作用，说明它的作用，说明它在调解因子之间在调解因子之间起中介作用。起中介作用。本讲稿第三十九页，共七十三页五、真核生物的转录终止信号五、真核生物的转录终止信号 RNA RNA聚合酶聚合酶的的转录产物是在转录产物是在3 3末端切断，然后腺苷酸化，末端切断，然后腺苷酸化，并无明显的终止作用。并无明显的终止作用。RNARNA聚合酶聚合酶、，转录末端有一段连续的，转录末端有一段连续的U U，但不，但不足以成为终

33、止信号。很可能是与足以成为终止信号。很可能是与U U前后的富含前后的富含G G、C C序列及序列及polyTpolyT是真核生物是真核生物RNARNA聚合酶聚合酶的转录终止信号。的转录终止信号。本讲稿第四十页，共七十三页4-5 转录后的加工转录后的加工一、原核生物中一、原核生物中RNA转录后的加工转录后的加工（post-transcriptional processing）在原核生物中，在原核生物中，rRNArRNA、tRNAtRNA（部分）组成（部分）组成混合操纵子，某些混合操纵子，某些tRNAtRNA簇与编码蛋白质的簇与编码蛋白质的基因组成操纵子它们形成的多顺反子转基因组成操纵子它们形成的

34、多顺反子转录物，经断裂形成录物，经断裂形成rRNArRNA和和tRNAtRNA的前体，然的前体，然后进一步加工成熟。后进一步加工成熟。本讲稿第四十一页，共七十三页（一）原核生物中（一）原核生物中rRNA转录后的加工转录后的加工RNase IIIRNase IIIRNaseERNaseE本讲稿第四十二页，共七十三页RNase IIIRNase III是一种负责是一种负责RNARNA加工的核酸内切酶，它的识别加工的核酸内切酶，它的识别部位部位RNARNA为特定的为特定的RNARNA双螺旋区，切割产生双螺旋区，切割产生16S rRNA16S rRNA、23S rRNA23S rRNA前体。前体。5S

35、 rRNA5S rRNA在在RNaseERNaseE作用下产生作用下产生原核生物原核生物rRNArRNA含有多个含有多个甲基修饰甲基修饰成分，包括甲基碱基成分，包括甲基碱基和甲基核糖和甲基核糖 两端的多余附加序列需要进一步由两端的多余附加序列需要进一步由核苷酸酶切除核苷酸酶切除。本讲稿第四十三页，共七十三页（二）原核生物中（二）原核生物中tRNA转录后的加工转录后的加工本讲稿第四十四页，共七十三页 1.由由核酸内切酶核酸内切酶在在tRNA两端切断：两端切断：RNase P切切5端端，RNase F切切3端端。（二）原核生物中（二）原核生物中tRNA转录后的加工转录后的加工2.由由核酸外切酶核酸

36、外切酶进一步进行修剪，从前体进一步进行修剪，从前体3端逐个切附加序列，端逐个切附加序列，直到直到tRNA 3 端。端。3.在在tRNA 3 端加上端加上CCA-OH，此反应是由，此反应是由tRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶催化进行，由催化进行，由CTP和和ATP提供胞苷酸和腺苷酸。提供胞苷酸和腺苷酸。4.核苷酸的核苷酸的修饰及异构化修饰及异构化，包括甲基化和假尿嘧啶核苷。，包括甲基化和假尿嘧啶核苷。本讲稿第四十五页，共七十三页tRNA tRNA+S-S-腺腺苷苷蛋蛋氨氨酸酸（SAMSAM）甲甲基基-tRNA tRNA+S-S-腺腺苷苷高高半光氨酸半光氨酸 RNase PRNase P是一种很特殊

37、的酶，含有蛋白质和是一种很特殊的酶，含有蛋白质和RNARNA两部分，在某两部分，在某些条件下，些条件下，RNase PRNase P中的中的RNARNA（M M1 1RNARNA）单独也能切断）单独也能切断tRNAtRNA前前体的体的55端序列。端序列。本讲稿第四十六页，共七十三页二二 真核生物中真核生物中RNARNA转录后的加工转录后的加工hnRNAhnRNA链长约是链长约是mRNAmRNA的的4 45 5倍。倍。)含有内含子序列的最初转录物，即含有内含子序列的最初转录物，即mRNAmRNA前体，在核内前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间物，被称为核内不均一加工过程中形成分子大小不等

38、的中间物，被称为核内不均一RNARNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNAheterogeneous nuclear RNA,hnRNA）(一一)hnRNA)hnRNA的加工的加工1.hnRNA1.hnRNA对哺乳动物来说大约有对哺乳动物来说大约有25%25%的的hnRNAhnRNA经加工转变成经加工转变成mRNA mRNA。本讲稿第四十七页，共七十三页.hnRNA.hnRNA的加工过程的加工过程（1 1）5 5端形成特殊的帽子结构（端形成特殊的帽子结构（m m7 7G G5 5pppNmpNp_pppNmpNp_）（2 2）3 3端的产生和多聚腺苷酸化端的产生和多

39、聚腺苷酸化（3 3）mRNAmRNA的内部甲基化的内部甲基化（4 4）通过拼接出去内含子转录序列）通过拼接出去内含子转录序列本讲稿第四十八页，共七十三页（1 1）5 5端形成特殊的帽子结构（端形成特殊的帽子结构（m m7 7G G5 5pppNmpNp_pppNmpNp_）pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA RNARNA三磷酸酶三磷酸酶ppN1pN2pppN1pN2pRNA RNA+pi+pi ppN1pN2pppN1pN2pRNA RNA mRNAmRNA鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶 +ppi+ppi G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA+GTP+GTP

40、 G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA+SAM+SAM m m7 7G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA mRNAmRNA甲基转移酶甲基转移酶 +S-+S-腺苷高半光氨酸腺苷高半光氨酸 m m7 7G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA+SAM+SAM 甲基转移酶甲基转移酶 m m7 7G G5 5pppNmpN2p-RNA pppNmpN2p-RNA+S-+S-腺苷高半光氨酸腺苷高半光氨酸 本讲稿第四十九页，共七十三页（2 2）3 3端的产生和多聚腺苷酸化端的产生和多聚腺苷酸化高等真核生物细胞和病毒高等真核生物细胞和

41、病毒mRNAmRNA在靠近在靠近3 3端都有一段保守序列端都有一段保守序列AAUAAAAAUAAA，这一段序列为链的切断和多聚腺苷酸化提供了某，这一段序列为链的切断和多聚腺苷酸化提供了某种信号。种信号。PolyAPolyA由多聚腺苷酸聚合酶所催化。由多聚腺苷酸聚合酶所催化。RNARNA为受体，为受体，ATPATP为供体，需要为供体，需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+及蛋白质参与作用。及蛋白质参与作用。PolyAPolyA尾巴可能起到缓冲作用，防止核酸外切酶对尾巴可能起到缓冲作用，防止核酸外切酶对hnRNAhnRNA信息信息序列的降解作用。序列的降解作用。本讲稿第五十页，共七十三页（3 3

42、）mRNAmRNA的内部甲基化的内部甲基化主要主要m m6 6A A（N N6 6-甲基腺嘌呤），它可能对甲基腺嘌呤），它可能对mRNAmRNA前体的加工起前体的加工起识别作用。识别作用。（4 4）通过拼接出去内含子转录序列）通过拼接出去内含子转录序列大多数真核基因为断裂基因，其转录产物需要拼接，大多数真核基因为断裂基因，其转录产物需要拼接，去内含子序列，使编码区成为连续序列。去内含子序列，使编码区成为连续序列。本讲稿第五十一页，共七十三页三、三、RNARNA的拼接（的拼接（splicingsplicing）（一）（一）RNARNA拼接的拼接的4 4种方式（分子内）种方式（分子内）类型类型I

43、I的自我拼接（的自我拼接（group I self-splicinggroup I self-splicing）类型类型IIII的自我拼接（的自我拼接（group II self-splicinggroup II self-splicing）hnRNAhnRNA的拼接的拼接tRNAtRNA的拼接的拼接本讲稿第五十二页，共七十三页本讲稿第五十三页，共七十三页1.1.类型类型I I的自我拼接（的自我拼接（group I self-splicinggroup I self-splicing）19811981年，年，CechCech在研究四膜虫在研究四膜虫rRNArRNA前体拼接过程中发现的。它前体拼

44、接过程中发现的。它可以自我催化完成。可以自我催化完成。此此拼拼接接只只需需1 1+、2 2+阳阳离离子子以以及及鸟鸟苷苷酸酸（或或鸟鸟苷苷）存存在在即即可可自自发发进进行行，无无需需能能量量及及蛋蛋白白酶酶的的催催化化，实实际际是是磷磷酸酸酯酯的的转移反应转移反应。类类型型I I的的自自我我拼拼接接的的内内含含子子分分布布广广泛泛，出出现现在在线线粒粒体体、叶叶绿绿体体编编码码的的rRNArRNA、tRNAtRNA、mRNAmRNA的的基基因因中中；低低等等真真核核生生物物的的rRNArRNA基因。基因。本讲稿第五十四页，共七十三页本讲稿第五十五页，共七十三页.类型类型IIII的自我拼接（的自

45、我拼接（group II self-splicinggroup II self-splicing）类型类型IIII内含子本身也具有催化功能，能够自我完成拼接。内含子本身也具有催化功能，能够自我完成拼接。经过两次转酯，经过两次转酯，内含子成为套索（内含子成为套索（lariatlariat）结构被切除）结构被切除，两个，两个外显子可以连接在一起。外显子可以连接在一起。转酯反应转酯反应无需游离的鸟苷酸发动，而是无需游离的鸟苷酸发动，而是由内含子靠由内含子靠3 3末端的末端的腺苷酸腺苷酸2 2-OH-OH攻击攻击5 5端磷酸基引发的。端磷酸基引发的。类型类型IIII内含子只见于某些真菌线粒体和植物叶绿

46、体中内含子只见于某些真菌线粒体和植物叶绿体中。本讲稿第五十六页，共七十三页本讲稿第五十七页，共七十三页核核mRNAmRNA的（的（hnRNAhnRNA）拼接体的拼接）拼接体的拼接（nuclear mRNA spliceosomalnuclear mRNA spliceosomal）真核生物的真核生物的mRNAmRNA初始转录物中发现的第三类内含子也是最大的一类初始转录物中发现的第三类内含子也是最大的一类的内含子。通过同样的的内含子。通过同样的套索机制进行剪接套索机制进行剪接，剪接，剪接需要特殊的需要特殊的RNA-RNA-蛋白质复合物蛋白质复合物的作用。的作用。GT-AGGT-AG规则规则 ：这

47、类内含子的左端（这类内含子的左端（5 5端）均为端）均为GTGT，右端（，右端（3 3端）端）均为均为AGAG（对应于（对应于RNARNA为为GU-AGGU-AG）拼接体（拼接体（spliceosomespliceosome）：）：在被拼接的在被拼接的RNARNA上，由上述上，由上述5 5种种U U系列系列snRNA snRNA（U U1 1、U U2 2、U U4 4、U U5 5、U U6 6）和约）和约5050种蛋白质所组成的复合物种蛋白质所组成的复合物（505060S60S），呈有突起的椭球体。），呈有突起的椭球体。本讲稿第五十八页，共七十三页本讲稿第五十九页，共七十三页核内核内tRN

48、AtRNA前体的酶促拼接前体的酶促拼接 酵母酵母tRNAtRNA前体的拼接需要前体的拼接需要ATPATP和和一个内切核酸酶。一个内切核酸酶。反应分为两步进行：反应分为两步进行：（1 1）由由一一个个特特殊殊的的核核酸酸内内切切酶酶断断裂裂磷磷酸酸二二酯酯键键，切切除除插插入序列，反应不需要入序列，反应不需要ATPATP。（2 2）由由RNARNA连连接接酶酶催催化化使使切切开开的的tRNAtRNA两两部部分分共共价价连连接接。反反应需要应需要ATPATP（植物、酵母类）。（植物、酵母类）。本讲稿第六十页，共七十三页本讲稿第六十一页，共七十三页生物体存在分子间的拼接，即反式拼接。生物体存在分子间

49、的拼接，即反式拼接。（二）反式拼接与选择拼接（二）反式拼接与选择拼接（trans-splicing and alternative-splicingtrans-splicing and alternative-splicing）1.1.反式拼接（反式拼接（trans-splicingtrans-splicing）如果一个分子具有如果一个分子具有5拼接点，另一个分子具有拼接点，另一个分子具有3拼接点，它们拼接点，它们又靠得很近，就可以发生反式拼接（如锥虫的众多又靠得很近，就可以发生反式拼接（如锥虫的众多mRNA）。）。本讲稿第六十二页，共七十三页本讲稿第六十三页，共七十三页 一个基因的转录物在不

50、同的发育阶段，分化细胞和生理状态一个基因的转录物在不同的发育阶段，分化细胞和生理状态下，通过不同的拼接方式，可以得到不同的下，通过不同的拼接方式，可以得到不同的mRNA和翻译产和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多种蛋白质即为物，称为选择性拼接。所产生的多种蛋白质即为同源体同源体（isoform）。）。2.选择拼接（选择拼接（alternative splicing）现以降钙素的现以降钙素的mRNAmRNA前体为例，说明选择拼接的机制。前体为例，说明选择拼接的机制。本讲稿第六十四页，共七十三页本讲稿第六十五页，共七十三页（三）（三）RNARNA拼接的生物学意义拼接的生物学意义1.RNA1.RN