1、4-1 概述概述4-2 RNA聚合酶聚合酶4-3 启动子启动子4-4 终止子和终止因子终止子和终止因子4-5 RNA合成的调控合成的调控4-6 转录后的加工转录后的加工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位置有羟基，且以尿嘧啶代替胸腺嘧啶；嘧啶； （2 2）大部分）大部分RNARN
2、A分子是单链的，这些分子是单链的，这些RNARNA往返折叠使往返折叠使RNARNA具有比具有比DNADNA更多结构上的多样性，使更多结构上的多样性，使RNARNA具有各种具有各种不同的生物功能。不同的生物功能。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）除了某些病毒）除了某些病毒RNARNA基因组外，所有基因组外，所有RNARNA分子都是以分子都是以DNADNA为模板（模板使用）。为模板（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
3、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。 不同点：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；编码链（即非模板链、正链、有意义链），模板链编码链（即非模板链、正链、有意义链），模板链（即负链、无意义链）（即负链、无意义链） （3 3）转录是由）转录是由RNARNA聚合酶催化，与聚合酶催化，与DNADNA上的特异序列上的特异序列启动子结合并开始转录（复制是由启动子结合并开始转录（复制是由DNADNA聚合酶开始，聚合酶开始，从复制起始点开始）。从复制起始
4、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) (Proof reading) 。 （5 5） 转录时，转录时，DNADNA双螺旋一段短距离范围解螺旋形成转双螺旋一段短距离范围解螺旋形成转录泡录泡(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一、一、RNARNA聚合酶催化反应聚合酶催化反应 RN
5、A RNA聚合酶是转录过程中的关键酶，原核和真核生聚合酶是转录过程中的关键酶，原核和真核生物的物的RNARNA聚合酶虽然都能催化聚合酶虽然都能催化RNARNA的合成，但在其分子组的合成，但在其分子组成、种类和生化特性上各有特色。成、种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为模板时为模板时活性最强！活性最强！ 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
6、 by RNA polymerase二、二、原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶加上加上亚基后则成为聚亚基后则成为聚合酶全酶（合酶全酶（holoenzyme）相对分子量为相对分子量为4.654.65 105 。 E.E.colicoli的的RNARNA聚合酶由五聚合酶由五种亚基组成种亚基组成、 。2亚基组成核心酶；亚基组成核心酶；( (一一) ) 组成：组成：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链及核苷酸底物相结合，催化磷酸二酯键形成。合，催化磷酸二酯键形成。 （ 亚基为碱性蛋白质，亚基为碱性蛋白质，与酸性与酸性DNA之间可借静电引力相结合；之间可借静电引
7、力相结合； 亚基也可借亚基也可借疏水相互作用与疏水相互作用与DNA结合结合,它们在序列上与真核生物它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的两个大亚基有同源性）聚合酶的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，并参与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与与RNARNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。聚合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：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：
8、因子可以极大地提高因子可以极大地提高RNARNA聚合酶对启动区聚合酶对启动区DNADNA序列的亲和力，其作用是负责模板链的选择和转序列的亲和力，其作用是负责模板链的选择和转录的起始。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，时间可达数小时，还可以使酶与模板小时，还可以使酶与模板DNADNA上的非特异性位点的结合上的非特异性位点的结合常数降低常数降低10104 4倍，使酶底物复合无的半衰期小于倍，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.c
9、oliE.coli：细：细胞中约胞中约70007000个个 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。应不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 是与热休克是与热休克启动子所控制的基因转录密切相关，启动子所控制的基因转录密切相关，54 5
10、4 则参与细胞的则参与细胞的N N代谢。代谢。Sigma factor is the subunit of bacterial RNA polymerase needed for initiation; is the major influence on selection of binding sites (promoters).（三）过程：（三）过程：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聚合聚合酶也要复杂。真核生物的酶也要复杂。真核生物的RNARNA聚合酶有三类，相对分聚合酶有三类，相对
11、分子量都在子量都在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 （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）不敏感；转录敏感；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 mol/L mol/L ）所抑制；转录所
12、有编码蛋白质的基因和大多）所抑制；转录所有编码蛋白质的基因和大多数核内小数核内小 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。（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条明显的条带。最大的条明显的条带。最大的3 3个亚基
13、分别相当于细菌个亚基分别相当于细菌RNARNA聚合聚合酶酶、的同源物，化学计量测定它们之间的比例的同源物，化学计量测定它们之间的比例为为2 2：1 1：1 1，它们担负着，它们担负着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因子的对应物，因此必须借助各种转录因子的对应物，因此必须借助各种转录因子才能选择和结合到启动子上。才能选择和结合到启动子上。 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聚合聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要在酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要在启动子上启动子上
14、由转录因子和由转录因子和RNARNA聚合酶装配成活性聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。转录复合物才能起始转录。 （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、延伸和终装配、起始、延伸和终止止4 4个阶段，其间各种因子的作用比细菌的复杂得多。个阶段，其间各种因子的作用比细菌的复杂得多。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合酶识别，结合和开始转录的一段DNADNA序列序列。转录单元（转录单元（transcriotion
15、unittranscriotion unit）：）：是一段从启动子是一段从启动子开始至终止子（开始至终止子（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链链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。Promoter is a region of DNA involved in binding of RNA polymerase to initiate transcription.转录上游（转录上游（upstreamupstream
16、）：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，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，上游方向依次为向依次
17、为-1-1、-2-2、-3-3 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测测序技术相结合。是确定启动子的序列结构的方法。序技术相结合。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起始转录的限起始转录的限制片段分离出来。加制片段分离出来。加RNARNA聚合酶使之结合。聚合酶使之结合。再用再用DNADNA酶部分水解。与酶结合的部位被酶部分水解。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保护而不水解，其
18、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的片段，经凝胶电泳即可测出酶所结合的部位。部位。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的长度的长度启动子共有序列的功能启动子共有序列的功能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局局部双链解开。部双链解开。3535序列：序列：又称识别区（又称识别区（TTGACATTGACA），提供了），提供了RNARNA聚合酶聚合酶识别信号。识别信号。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
19、录的方向。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 ）真核生物的启动子由转录因子识别，而不是真核生物的启动子由转录因子识别，而不是RNARNA聚合酶聚合酶所识别，多种转录因子和所识别，多种转录因子和RNARNA聚合酶在起点上形成前起聚合酶在起点上形成前起始复合物（始复合物（preintiation complexpreintiation complex）而促进转录。）而促进转录。2. RNARNA聚合酶聚合酶的的启动子启动子： 5
20、S rRNA 和和tRNA以及胞质小以及胞质小RNA（scRNA）基因的启）基因的启动子位于转录起点下游，即基因内部。动子位于转录起点下游，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。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的基因表达控制。包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：括以下几类控制元件：ModuleConsnesusDNA boundFactorTATA boxTATAAAA10bpTBPCAAT boxGGCCAATCT22bpCTF/NF1GC boxGGG
21、CGG20bpSP1OctamerATTTGCAT20bpOct-1OctamerATTTGCAT23bpOct-2kBGGGACTTTCC10bpNF kBATFGTGACGT20bpATFTATA boxCAAT boxGC boxOctInrGoldberg-HegnessInr:Inr: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），可用同式式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: :
22、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以上处含有以上处含有72bp72bp长的重复序长的重复序列，称为增强子（列，称为增强子（enhancerenhancer）。）。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
23、（terminatorterminator） ：模板模板DNADNA上存在终止转录的上存在终止转录的特殊信号特殊信号 终止因子（终止因子（termination factortermination factor）：）：协助协助RNARNA聚合酶识聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质），称为终止因子别终止信号的辅助因子（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。因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称通读。 抗终止因子（抗终止因子（antiterm
24、ination factorantitermination factor）：）：这种引起抗这种引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。终止作用的蛋白质称为抗终止因子。Terminator is a sequence of DNA, represented at the end of the transcript, that causes RNA polymerase to terminate transcription.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
25、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，碱基的二重对称区，由这段由这段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，所以组成的序列，所以转录产生的转录产生的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聚合酶聚合酶脱离模板。脱离模板。 终止子效率与终止子效率与二重对称序列二
26、重对称序列和寡聚和寡聚U U的长短的长短有关，有关，随着发卡结构随着发卡结构（至少（至少6bp6bp）和）和寡聚寡聚U U序列（至序列（至少少4 4个个U U）长度的）长度的增加，终止效率增加，终止效率逐步提高。逐步提高。（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因子存在时才发生终止作用。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，而在噬因子
27、的终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。菌体中广泛存在。 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NTPNTP的水解的水解使新生使新生RNARNA链从三元转链从三元转录复合物中解离出来，录复合物中解离出来，从而终止转录。从而终止转录。 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聚合酶结合的识别终止子的特殊辅助因子。（特殊辅助因子。（nusnus位点包括位点包括NusA NusB NusGNusA NusB NusG等等 ） NusANusA因子可以提高终止效率，可能是由于它能促进因子
28、可以提高终止效率，可能是由于它能促进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蛋白可以与蛋白可以与RNARNA聚合酶的核心酶结合，形成聚合酶的核心酶结合，形成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又被又被因子因子所取代。所取代。 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
29、中有时即使遇到终止信由于不同生理要求，在转录过程中有时即使遇到终止信号，仍然需要继续转录，即为抗终止作用号，仍然需要继续转录，即为抗终止作用。（一）抗终止过程（通读）（一）抗终止过程（通读）（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，破坏终止位点浓度的高低控制。当浓度低时，破坏终止位点RNARNA的茎的茎环结构，抗终止；当浓度正常时，环结构，抗终止；当浓度正常时，mRNAmRNA形成正常的二级形
30、成正常的二级结构，其中包括末端的茎环结构，结构，其中包括末端的茎环结构，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止的作用。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，可以蛋白的研究而得名，其为酸性多肽，可以与与N N蛋白结合，也可与蛋白结合，也可与RNARNA聚合酶结
31、合，改变其构象，使聚合酶结合，改变其构象，使之对终止子不敏感。之对终止子不敏感。可见可见NusANusA对对RNARNA聚合酶的转录聚合酶的转录速度和终止都速度和终止都有肯定的作用，有肯定的作用，说明它在调解说明它在调解因子之间起中因子之间起中介作用。介作用。 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，然后腺末端切断，然后腺苷酸化，并无明显的终止作用。苷酸化，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，但不足以成为终止信号。很可能是与但不足以成为终止信号。
32、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的转录终止信号。号。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（部分）组成混合操纵子，某些成混合操纵子，某些tRNAtRNA簇与编码蛋白簇与编码蛋白质的基因组成操纵子它们形成的多顺质的基因组成操纵子它们形成的多顺反子转录物，经断裂形成反子转录物，经断裂形成rRNArRNA和
33、和tRNAtRNA的的前体，然后进一步加工成熟。前体，然后进一步加工成熟。 （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 IIIRNaseERNaseERNase IIIRNase III是一种负责是一种负责RNARNA加工的核酸内切酶，它加工的核酸内切酶，它的识别部位的识别部位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 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
34、含有多个甲基修饰甲基修饰成分，包括甲基成分，包括甲基碱基和甲基核糖碱基和甲基核糖 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。 （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 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端逐个切端逐个切附加序列，直到附加序列，直到tRNA 3 端。端。3. 在在tRNA 3 端加上端加上CCA-
35、OH，此反应是由，此反应是由tRNA核苷酰核苷酰转移酶转移酶催化进行，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。tRNA + S-tRNA + S-腺苷蛋氨酸（腺苷蛋氨酸（SAMSAM） 甲基甲基- tRNA + - tRNA + S-S-腺苷高半光氨酸腺苷高半光氨酸 RNase PRNase P是一种很特殊的酶，含有蛋白质和是一种很特殊的酶，含有蛋白质和RNARNA两部分，两部分，在某些条件下，在某些条件下，RNase PRNase P中的中的RNARNA（M
36、M1 1RNARNA）单独也能切）单独也能切断断tRNAtRNA前体的前体的55端序列。端序列。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，被称为核内不均一不均一RNARNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNAheterogeneous nuclear RNA, hnRNA） ( (一一)
37、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 。 . 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（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
38、 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 G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA +SAM +SAM m m7 7G G5 5pppN1pN2ppppN1pN2pRNA RNA mRNAmRNA甲基转移酶甲基转移酶
39、+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 （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病毒mRNAmRNA在靠近在靠近3 3端都有一段保端都有一段保守序列守序列AAUAAAAAUAAA，这一段序列为链的切断和多聚腺苷酸，这一段序列为链的切断和多聚腺苷酸化提供了某种信号。化提供了某种信号。 PolyAPo
40、lyA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+及蛋白质参与及蛋白质参与作用。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信息序列的降解作用。信息序列的降解作用。 （3 3）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前体的加前体的加工起识别作用。工起识别作用。 （4 4）通过拼接出去内含子转录序列）通过
41、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。 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 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）hnRNAh
42、nRNA的拼接的拼接tRNAtRNA的拼接的拼接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前体拼接过程中发现的。它可以自我催化完成。的。它可以自我催化完成。 此拼接只需此拼接只需1 1+ +、2 2+ +阳离子阳离子以及以及鸟苷酸（或鸟苷）鸟苷酸（或鸟苷）存在存在即可即可自发进行自发进行，无需能量及蛋白酶的催化，实际是，无需能量及蛋白酶的催化，实际是磷磷酸酯的转移反应酸酯的转移反应。类型类型I I的自我拼接
43、的内含子分布广泛，出现在的自我拼接的内含子分布广泛，出现在线粒体线粒体、叶绿体编码的、叶绿体编码的rRNArRNA、tRNAtRNA、 mRNAmRNA的基因中的基因中；低等低等真核生物的真核生物的rRNArRNA基因。基因。 . .类型类型IIII的自我拼接（的自我拼接（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，两个外显子可以连接在
44、一起。两个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末末端的腺苷酸端的腺苷酸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体中内含子只见于某些真菌线粒体和植物叶绿体中。 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初始转录物中发现的第三类内含
45、子也是最大的一类的内含子。通过同样的大的一类的内含子。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）均为端）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
46、 U5 5、U U6 6）和约）和约5050种蛋白质所组种蛋白质所组成的复合物（成的复合物（505060S60S），呈有突起的椭球体。），呈有突起的椭球体。 核内核内tRNAtRNA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）由一个特殊的核酸内切酶断裂磷酸二酯键，切）由一个特殊的核酸内切酶断裂磷酸二酯键，切除插入序列，反应不需要除插入序列，反应不需要ATPATP。 （2 2）由）由RNARNA连接酶催化使切开的连接酶催化使切开的tRNAtRNA两部分共价连接两部
47、分共价连接。反应需要。反应需要ATPATP（植物、酵母类）。（植物、酵母类）。 生物体存在分子间的拼接，即反式拼接。生物体存在分子间的拼接，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，拼接点，它们又靠得很近，就可以发生反式拼接（如锥虫的众多它
48、们又靠得很近，就可以发生反式拼接（如锥虫的众多mRNA）。）。 一个基因的转录物在不同的发育阶段，分化细胞和生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，可以得到不同的理状态下，通过不同的拼接方式，可以得到不同的mRNA和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多种和翻译产物，称为选择性拼接。所产生的多种蛋白质即为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。 （三）（三） RNARNA拼接的生物学意义拼
49、接的生物学意义1.RNA1.RNA拼接是生物机体的进化历史形成的，是进化的结果。拼接是生物机体的进化历史形成的，是进化的结果。3.从内含子的拼接方式和分布可以大致推测其起源时间从内含子的拼接方式和分布可以大致推测其起源时间。2.RNA2.RNA拼接是基因表达调控的重要环节拼接是基因表达调控的重要环节。4.拼接促进有益重组，对生物机体进化十分重要。拼接促进有益重组，对生物机体进化十分重要。5.内含子和外显子是相对的，有些内含子可以编码序列，内含子和外显子是相对的，有些内含子可以编码序列，能够产生蛋白质或功能能够产生蛋白质或功能RNA，不能将内含子看成是无用，不能将内含子看成是无用序列，因此，拼接
50、过程是必要的。序列，因此，拼接过程是必要的。 四、四、RNARNA的编辑（的编辑（RNA editingRNA editing）是是mRNAmRNA的一种加工方式，它导致了的一种加工方式，它导致了DNADNA所编码所编码的遗传信息的改变，这种改变的遗传信息的改变，这种改变mRNAmRNA编码序列编码序列的方式，叫的方式，叫RNARNA的编辑。的编辑。经过编辑的经过编辑的mRNAmRNA序列发生了不同于模板序列发生了不同于模板DNADNA的的变化。变化。 （一）定义（一）定义mRNAmRNA的顺序的顺序 GAU UGU AUAGAU UGU AUA * * * * * * * *锥虫线粒体细胞色
