RNA的加工学习教程.pptx

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1、一、RNA的加工：将各种前体RNA分子加工成成熟的、有活性的RNA的过程二、场所：主要是在细胞核内进行第一节 概述第1页/共47页三、RNA加工的类型：1、剪切：就是剪去部分序列；2、剪接：是指剪切后又将某些片段连接起来。3、末端添加核苷酸：如 tRNA的3-末端添加-CCA。4、修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。5、RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。第2页/共47页一、原核生物rRNA的加工 第二节 rRNA 的加工16S rRNA23S rRNA5S rRNAtRNAtRNA大肠杆菌最初的转录物（30S）第3页/共47页1、核

2、糖核蛋白复合体（RNP）形成初生转录物形成一些茎环结构，随后与一些蛋白结合形成核糖核蛋白复合体（RNP）茎环结构RNP第4页/共47页原核生物rRNA的加工（RNA酶）第5页/共47页2、甲基化修饰：（通常是A）甲基供体-S-腺苷甲硫氨酸3、剪切：（1）Rnase剪切释放出5S，16S，23S前体分子；（2）随后RNA酶M5,M 16,M 23分别在每一前体分子的5端和3端进行剪切。第6页/共47页二、真核细胞rRNA的加工（一）概述 1、rRNA基因：RNA聚合酶转录转录物需要加工 2、5s rRNA 基因：RNA聚合酶转录-转录物不需加工第7页/共47页Mammals18S rRNA5.8

3、S rRNA28S rRNA47S pre-rRNA(13500nt)100 site 2-O-methlsnoRNPMature rRNAsETS1ITS1ITS2ETS245S pre-rRNA41S pre-rRNA20S+32S pre-rRNA5.8S-28S Base pair（二）真核细胞rRNA前体的加工过程18S rRNA5.8S rRNA28S rRNA第8页/共47页（1）广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及18S中。（2）除掉外部转录间隔区(ETS)1和2，再切去内部转录间隔区（ITS），释放出32S和20S的两个前RNA。（3）随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序

4、剪切下生成18S、5.8S、28S rRNA。真核细胞rRNA前体的加工过程第9页/共47页第三节 tRNA的加工一、原核tRNA的加工1 1、“斩头”，形成55末端；（RNaseP）2 2、“去尾”，切除3多余的核苷酸直至CCA，形成3-OH3-OH末端（RNaseD）；3 3、修饰：甲基化等第10页/共47页二、真核tRNA的加工和原核的区别1、真核tRNA前体中无二聚体和多聚体；2、增加了剪接内含子的过程；3、真核生物CCA多由tRNA核苷酸转移酶添加，而原核多由tRNA基因编码。第11页/共47页第四节 前体mRNA的加工第12页/共47页原核原核真核真核geneOperon intr

5、onmRNAPolycistronic monocistronicPre-mRNAmRNA processing 5-cap,poly(A)tail Longer-livedTransport to cytoplasm 一、原核生物与真核生物基因表达的差异第13页/共47页二、核内不均一RNA（hnRNA）-RNApol的产物 1、hnRNP：hnRNA+蛋白 前mRNA snRNA 2、snRNP：snRNA+蛋白 功能：参与前mRNA的剪接hnRNAhnRNA第14页/共47页三、真核生物前mRNA加工过程第15页/共47页前mRNA加工过程5端加帽（5-capping）3端加尾剪接（sp

6、licing）甲基化修饰（methylation）第16页/共47页（一）5端加帽（5-capping）（P83）第17页/共47页1 1、三种5 5帽结构形式帽0 m7GpppNpN帽1 m7GpppNmpN帽2 m7GpppNmpNm第18页/共47页2、5帽的作用：（1）防止被5外切核酸酶降解（2）翻译时可被起始因子和核糖体识别（3）有助于mRNA越过核膜，进入胞质第19页/共47页3、5-capping:m7G(5-5,mRNA guanyltransferase鸟苷转移酶)Base 1:2-OH 甲基化；A(N6-甲基化)Base 2:2-OH 甲基化第20页/共47页5 pppNp

7、5 GpppNppppG ppi鸟苷酸转移酶5 m7GpppNp甲基转移酶SAM5 ppNp磷酸酶 Pi真核生物mRNA转录后加工-“加帽”第21页/共47页（1）mRNA5末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp-。（2）在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成GpppNp-,连接方式为5-5三磷酸桥。（3）在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基，在鸟嘌呤的N-7上甲基化（4）在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2OH上又进行甲基化，最后形成m7GpppNmp。第22页/共47页（二）3端加尾1、3端:polyA poly(A)聚合酶-Poly(A)polymeras

8、e(PAP);poly(A)：大部分真核mRNA有poly(A)尾巴 poly(A)：无poly(A)尾巴，如组蛋白的mRNA2、作用：（1 1）稳定mRNA （2）有助于mRNA从核到细胞质转运第23页/共47页3、3末端多聚A尾的生成（1 1）识别因子识别AAUAAA（2 2）剪切因子(CF)(CF)在加尾位点AAUAAA下游1111 3030ntnt处剪切RNA；（3 3）poly(A)poly(A)聚合酶合成poly(A)poly(A)尾巴；AAUAAA(20bp)CA5UUGUGUGUUG3Polyadenylation signalCleavage sitepolyA additi

9、on siteGC-rich region第24页/共47页第五节 内含子的剪接一、核酶(Ribozyme)是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。1、发现 1981年T.Cech和S.Atman 四膜虫 rRNA2 2、类型：剪切型：相当于内切核酸酶 剪接型：相当于内切核酸酶及连接酶 其他类型：如核苷酸转移，脱磷酸作用第25页/共47页3、核酶与传统酶的区别：（1）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或 带蛋白的RNA；（2）有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应第26页/共47页4、意义：突破了酶的概念；揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了RNARNA的研究

10、 为生命的起源和分子进化提供了新的依据。第27页/共47页二、前mRNA的剪接（splicing）（一）前mRNA的内含子 GU-AG类（主要）AU-AC类（次要）G100U100A62A68G84T63 12Py N C65A100G100A64G73N内含子外显子外显子左位点(5/供体)右位点(3/受体)分支点共同序列 Py80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95第28页/共47页GU-AG类内含子剪接位点的特征：（1）5剪切点（供体位点）为GU（2）3剪切点（受体位点）为AG GT-AG rule(GT-AG 规则规则)：指在：指在核核基因内基因内含子含子开开始始和结和结束束

11、出现的出现的两两个个固定的定的脱脱氧氧核苷酸核苷酸:5端为GT,3端为 AG，与前体RNA内含子剪接有关（3）分支部位：多聚嘧啶序列：Py80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95，第29页/共47页（二）剪接体的形成 1、剪接体（spliceosome）是由几种非特异的小核糖核蛋白(UsnRNP)与mRNA前体结合而成2 2、剪接因子（1 1）UsnRNPs：U1、U2、U5、U4/U6（2）化学组成：U-RNA+proteins U-RNAs(uracil rich RNA)：snRNAs（3）特点：snRNP中的RNA成分与5端和3端剪接点及分支点的多种保守碱基配对第30页/共

12、47页U1U1U2U4/6U5U1U2U4/6U5U1U2OHOHUACUAACGUAGOHUACUAACUGAG3、剪接体的形成第31页/共47页3、剪接体的形成：（1）U1snRNP识别外显子的5末端剪接序列，并与其互补而结合（2）U2snRNP识别并结合于分支部位（3）U5snRNP，识别并结合于内含子3末端剪 接位点（4）U4，U6也参加到剪接体中，起配合作用（5）mRNA与snRNP形成复合体-剪接体第32页/共47页GUAGAU GAGAGUAGA套索结构套索的形成及剪接1212第33页/共47页（三）前mRNA的内含子的剪接1、分支点A的2-OH攻击5端交界处的磷酸二酯键，形成套

13、索（lariat）结构2、切下的外显子1的3-OH攻击内含子3端的交界处磷酸二酯键，同时释放出套索状的内含子。第34页/共47页三、I 型内含子的剪接（一）结构特点 无GT-AG结构 边界序列为5 U.3G;第35页/共47页（二）I 型内含子剪接的机制1、自由鸟苷酸的3-OH作为亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链2、上游外显子的3-OH作为亲核基团攻击内含子3位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开3、上下游外显子通过新的磷酸二酯键相连UpAGpUpGOHUOHGpUpGAUpUrRNApGpGUpAUpU第36页/共47页（三）I 型内含子剪接的特点1、内含子自我催化

14、断裂和连接（ribozymes）2、需要带有3-OH的鸟苷参与3、转酯反应(transesterification)第37页/共47页四、II 型内含子介于GT-AG和 I 型内含子之间的类型（一）结构特点（1）边界序列为5GUGCGYnAG；（2）分支点顺序（branch-point seguence）保守序列 Py Pu Py Py T A Py（3）分子内配对：分支点顺序的中间和两侧各有3-5bp的序列与上游序列互补（A除外）第38页/共47页第39页/共47页（二）II 型内含子剪接机制1、分支点A的2-OH对5端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了套索（lariat）结构2、切下的

15、外显子1其3-OH继续对内含子3端的交界序列进行亲核进攻，同时释放出套索状的内含子。第40页/共47页第六节 RNA的编辑一、RNA的编辑（RNA editing）的概念 是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象二、编辑的生物学意义：1 1、校正作用；2 2、扩充遗传信息 第41页/共47页机制：脱氨基作用的结果（胞苷和腺苷脱氨酶催化）进行编辑的脱氨酶能特异性识别靶位点三、编辑的机制（一）碱基转换CAAUAA肝脏肠哺乳类载脂蛋白apo-B转录物的编辑第42页/共47页（二）碱基插入GGGGAAAGAUAUUGAUGAAAGGAGUGGUGAAUUUAUUGUUUAUAUUGA

16、UUGUAUUAUAGGUUAAAAUUUAUGUUGUCUUUUAACUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUGAAA A G G C UUUAACUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUG编辑前RNA指导RNA指导RNA的作用模式利什曼原虫细胞色素b mRNA的编辑第43页/共47页1、指导RNA的作用模式（1 1）指导RNARNA（guide RNA）：）：提供mRNAmRNA的编辑信息，并作为模板；（2 2）非常规的互补，GUGU配对 2、编辑复合体：含内切核酸酶、末端尿苷转移酶、RNA连接酶各一 3、编辑的反应：切割、插入、连接第44页/共47页第45页/共47页Question名词解释：剪接、剪接体、RNA编辑、指导RNA、GT-AG规则、核酶简答题：1、mRNA 3poly（A）尾链的生成机制2、5帽子、3poly（A）尾链的作用有哪些3、简述原核生物与真核生物mRNA的差异思考题：碱基替换编辑、插入编辑与点突变（碱基替换、碱基增加）有何不同？第46页/共47页谢谢您的观看！第47页/共47页