第六章-生物信息的传递(上)——转录2-分子生物学课件.ppt

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1、 基本概念 RNA聚合酶 RNA转录的基本过程 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 内含子的剪切、编辑、再编码及化学修饰Contents5、内含子的剪切、编辑、再编码及化学修饰RNA中的内含子；中的内含子；mRNA的剪接；的剪接；RNA的编辑、再编码及化学修饰的编辑、再编码及化学修饰 真核生物基因是真核生物基因是断裂基因断裂基因（split gene）真真核核生生物物基基因因的的核核苷苷酸酸顺顺序序不不全全部部反反映映到到蛋蛋白白质质一一级级结结构构上上，有有部部分分顺顺序序不不是是蛋蛋白白质质所所必必须须或或者者说说真真核核生生物物基基因因中中编编码码序序列列被被称称为为内内含含子子序序列

2、列分分割割成成几几段，这样的基因称为断裂基因段，这样的基因称为断裂基因 5.1 RNA中的内含子中的内含子-珠蛋白的珠蛋白的mRNA与基因杂交与基因杂交内含子（内含子（intron），也叫内），也叫内元，相当于前体元，相当于前体mRNA上切上切去部分的去部分的DNA外显子（外显子（exon），），也叫外也叫外元，相当于前体元，相当于前体mRNA保留保留下来的下来的DNA-珠蛋白的珠蛋白的pre-mRNA与基因的杂交与基因的杂交鸡卵清蛋白前体鸡卵清蛋白前体mRNA到成熟到成熟mRNA的过程的过程 断断裂裂基基因因转转录录出出包包含含全全部部顺顺序序的的初初始始转转录录物物，通通过过剪剪接接（sp

3、licing）作作用用,除除去去不不必必要要部部分分(内内含含子子)剩剩下下部部分分(外外显显 子子)连连 接接 成成 为为 只只 有有 编编 码码 区区 的的 成成 熟熟mRNA。5.2 mRNA5.2 mRNA的剪接的剪接5.2.1核酶的发现与内核酶的发现与内含子的含子的剪接剪接p102核酶（核酶（ribozyme）是指一类具有催化功）是指一类具有催化功能的能的RNA分子，通过催化靶位点分子，通过催化靶位点RNA链链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子。分子。“Ribozyme”由由T.Cech命名，是由核命名，是由核糖核酸（糖核酸（ribon

4、ucleicacid）和酶）和酶（enzyme）“重组重组”成的一个新词。成的一个新词。35S的的前前体体rRNA的的剪剪接接四膜虫四膜虫rRNA的自我剪接的自我剪接鸟苷酸鸟苷酸3-OH作作为亲核为亲核供体供体15nt4nt连锁连锁核酶的空间结构核酶的空间结构核酶的催化功能与其空间结构有密切关系，目前已知核酶的催化功能与其空间结构有密切关系，目前已知有多种核酶大多有锤头型结构（有多种核酶大多有锤头型结构（hammerheadstructure）。）。例如：例如：RNaseP的的RNA亚基（亚基（M1RNA）、锤头型、发夹型丁型肝炎）、锤头型、发夹型丁型肝炎病毒病毒RNA、I类内类内含子和含子和

5、II类内含子等。类内含子等。HH为G以外的其他碱基。生物体内内含子的主要类型：类内含子、类内含子（具有自我剪接功具有自我剪接功能能）GU-AG类、AU-AC 类（不具备自我剪接功具备自我剪接功能能）5.2.2剪接方式与内含子分类剪接方式与内含子分类(一)I类内含子的类内含子的剪接1.其边界序列为其边界序列为5U-G3；2.具有具有中部核心结构中部核心结构（Centralcorestrucature）5-P-Q-R-S-33.内内 部部 引引 导导 顺顺 序序（internalguideseguence,IGS）:内内元元中中能能够够与与两两个个拼拼接接点边界序列配对的一段序列。点边界序列配对的

6、一段序列。I类内含子的结构特点：类内含子的结构特点：（二）类内含子的剪接类内含子的剪接类内含子的类内含子的结构特点结构特点1.边界序列边界序列为为2.5GUGCGPYnAU/G；2.有有6个茎环结构个茎环结构；有分支点顺序有分支点顺序（branch-pointsequence）：）：PYPUPYPYTA*PY注注:Py;任何一种嘧啶任何一种嘧啶;Pu:任何一种嘌呤任何一种嘌呤(二二)剪接机制剪接机制无需无需鸟苷酸鸟苷酸的辅助，但需镁离子的存在。的辅助，但需镁离子的存在。分分枝枝点点A的的2-OH对对5端端交交界界处处的的磷磷酸酸二二酯酯 键键 发发 动动 亲亲 核核 进进 攻攻，产产 生生 了

7、了 套套 索索（lariat）结构（图）结构（图13-31）；）；切切下下的的外外显显子子1其其3-OH继继续续对对内内含含子子3端端的的交交界界序序列列进进行行亲亲核核进进攻攻，同同时时释释放放出套索状的内含子。出套索状的内含子。（三）（三）GU-AG类内含子类内含子真核内真核内mRNA的剪接的剪接GU-AG类内含子类内含子的的结构特点：结构特点：1.边边界界顺顺序序:符符合合GU-AG法法则则(Breathnach-Chambon规则规则)。2.分分枝枝点点顺顺序序：为为Py80NPy87TPu75A*Py95其其中中A为百分之百的保守，且具有为百分之百的保守，且具有2-OH。3.内内 含

8、含 子子 5端端 有有 一一 保保 守守 序序 列列 可可 以以 和和 U1snRNA的的5端的保守顺序互补端的保守顺序互补snRNA参与的参与的mRNA前体的剪接前体的剪接 这这种种内内含含子子剪剪接接方方式式在在某某些些tRNA中中发发现现，剪剪接接需需多多种种酶酶（内内切切核核酸酸酶酶，环环化化核核苷苷酸酸二二酯酯酶酶，激激酶酶，连连接接酶酶和和磷磷酸酸酯酶），同时剪接需要酯酶），同时剪接需要ATP。IV类内含子剪接方式类内含子剪接方式酵母中内含子剪接酵母中内含子剪接(GroupIV型型)环化核苷环化核苷酸二酯酶酸二酯酶内切核酸酶内切核酸酶连接酶连接酶激酶激酶磷酸酯酶磷酸酯酶GroupI

9、内含子剪接内含子剪接GroupII内含子剪接内含子剪接 RNA的的剪剪接接是是某某些些RNA，特特别别是是mRNA前前体体的的一一种种加加工工方方式式，如如插插入入、删删除除或或取取代代一一些些核核苷苷酸酸残残基基。介导介导RNA编辑的机制有两种：编辑的机制有两种：6.4RNA编辑（编辑（RNAediting）二编辑的机制二编辑的机制一一、特异性脱氨基作用特异性脱氨基作用例如：哺乳动物的载脂蛋白例如：哺乳动物的载脂蛋白mRNA的编辑的编辑其蛋白其蛋白编码区的编码区的DNA序列在所有组织中都一样；在肝脏序列在所有组织中都一样；在肝脏中该基因转录为完整的蛋白质，而在肠中合成的中该基因转录为完整的蛋

10、白质，而在肠中合成的Pr长度只有其一半（只是全长载脂蛋白的长度只有其一半（只是全长载脂蛋白的N端），端），是由于是由于2153位上的密码子从位上的密码子从CAA突变为突变为UAA（使（使编码谷氨酰胺的密码子变为终止密码子）。编码谷氨酰胺的密码子变为终止密码子）。又如：又如：大鼠脑中的谷氨酸受体蛋白大鼠脑中的谷氨酸受体蛋白mRNA经编辑经编辑后，分子中有多个编码谷氨酸的密码子变成了在后，分子中有多个编码谷氨酸的密码子变成了在控制通过神经递质的离子流过程中又主要作用的控制通过神经递质的离子流过程中又主要作用的精氨酸，表明精氨酸，表明RNA的编辑可能是充分发挥生理功的编辑可能是充分发挥生理功能必需的

11、。能必需的。指导指导RNA与被编辑区及周围部分核酸序列与被编辑区及周围部分核酸序列虽然有相当程度的互补性，但该虽然有相当程度的互补性，但该RNA上存上存在一些未能配对的腺嘌呤，形成缺口为插在一些未能配对的腺嘌呤，形成缺口为插入尿嘧啶提供了模板。入尿嘧啶提供了模板。1990年年L.Simpsom等发现的。等发现的。特异性插入特异性插入这些残基的信息来自因为它含有与编辑后这些残基的信息来自因为它含有与编辑后mRNA互补的核苷酸序列，互补的核苷酸序列，二、二、引导引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除指导的尿嘧啶插入或删除RNA的编辑的编辑(RNAediting)编辑的生物学意义编辑的生物学意义(1)校正

12、作用；校正作用；(2)调控翻译；调控翻译；(3)扩充遗传信息。扩充遗传信息。RNA的再编码RNA的再编码：的再编码：mRNA在某些情况下不是在某些情况下不是以固定的方式翻译，而可以改变原来的编以固定的方式翻译，而可以改变原来的编码信息，以不同的方式进行编码码信息，以不同的方式进行编码包括：包括：+1/-1移位；核糖体跳跃移位；核糖体跳跃RNA的化学修饰RNA中，特别是中，特别是rRNA和和tRNA还可能有特异性化还可能有特异性化学修饰，常见的学修饰，常见的6大类化学修饰包括：大类化学修饰包括：甲基化；甲基化；去氨基化；去氨基化；硫代（硫代（S代替碱基的代替碱基的O分子）；分子）；碱基的同分异构化（尿嘧啶变构生成假尿嘧啶）；碱基的同分异构化（尿嘧啶变构生成假尿嘧啶）；二价键的饱和化；二价键的饱和化；核苷酸的替代（稀有核苷酸替换常见的核苷酸）。核苷酸的替代（稀有核苷酸替换常见的核苷酸）。