《转录后加工》PPT课件.ppt

3.4  原核与真核生物原核与真核生物       mRNA特征比较特征比较3.4.1   原核生物原核生物mRNA特征特征1、半衰期短；半衰期短；2、许多、许多mRNA以以多顺反子多顺反子的的形式存在；形式存在；     多顺反子多顺反子----指一条指一条mRNA可以编码多条蛋白可以编码多条蛋白质肽链一般是一组相邻或相互重叠基因的转录产质肽链一般是一组相邻或相互重叠基因的转录产物构成一个操纵子物构成一个操纵子3、、 mRNA的的5/端无帽子结构，端无帽子结构，3/段没有多聚段没有多聚A的的尾巴结构或只有较短多聚尾巴结构或只有较短多聚A的尾巴4、、5/端的端的AUG上游有上游有7~12核苷酸的保守区核苷酸的保守区-----SD序列序列 作用作用: :是与核糖体是与核糖体30S30S小亚基内的小亚基内的16SrRNA16SrRNA的的3 3/ /端序列互补，端序列互补，是起始的是起始的tRNAtRNA正确的定位于正确的定位于mRNAmRNA的的5 5/ /端结构的起始密码子端结构的起始密码子上上     原核原核mRNAmRNA 的的SD序列序列n 3.4.2   真核生物真核生物mRNA特征特征1、半衰期相对较长；半衰期相对较长；2、许多、许多mRNA以以单顺反子单顺反子的形式存在；的形式存在；3、、 mRNA的的5/端存在端存在帽子结构帽子结构；；4、绝大多数、绝大多数mRNA 3/段有多聚段有多聚A的的尾尾巴结构巴结构。

   （（1）帽子的结构）帽子的结构（（2）帽子的功能）帽子的功能Ⅰ、、有助于有助于mRNA穿过核孔进入穿过核孔进入 细胞质；细胞质；Ⅱ、保护、保护5′不被酶降解；不被酶降解；Ⅲ、、有助于在有助于在翻译时起始因子翻译时起始因子IFⅢ 和核糖体识别和核糖体识别（（3）帽子的类型及加帽位点）帽子的类型及加帽位点Ⅰ在在末末端端鸟鸟苷苷的的第第7位位上上存存在在单单个个甲甲基基化化位点的称位点的称0号帽子（号帽子（cap0））；；Ⅱ在在次次末末端端核核苷苷酸酸的的核核糖糖上上的的2′-0位位点点上上还还有有一一个个甲甲基基位位点点的的称称1号号帽帽子子(cap 1)；；Ⅲ在在第第三三个个核核苷苷酸酸的的核核糖糖上上（（2′-0））有有甲基化位点的称甲基化位点的称2号帽子（号帽子（cap2））帽帽子子的的类类型型 （（4）加）加帽帽生化过程生化过程Ⅰ 剪切前加帽剪切前加帽 如呼肠病毒，如呼肠病毒， 牛豆病毒牛豆病毒 Ⅱ 剪切后加帽剪切后加帽 如疱疹病毒和口炎病毒如疱疹病毒和口炎病毒加尾加尾 （（1）加尾作用和时间）加尾作用和时间n多聚多聚A是是 m RNA由由细胞核进入细细胞核进入细胞质所必需的形式。

胞质所必需的形式n多聚多聚A是是转录后加上去的转录后加上去的  （（2）） 加加尾尾过程过程Ⅰ　　特殊组分特殊组分(CPSF)识别识别AAUAAA并指导其它的活性并指导其它的活性Ⅱ 　剪切因子　剪切因子(CF)在加尾位点在加尾位点 AAUAAA下游下游11－－ 30nt (核苷酸核苷酸)处剪切处剪切RNA；；Ⅲ　　末端腺苷转移酶末端腺苷转移酶[poly(A)聚合酶聚合酶]合成合成poly(A)尾巴；尾巴；Ⅳ　　结合蛋白结合蛋白（（PBP））与与poly(A)结合，反应停止结合，反应停止  加加尾生化反应尾生化反应第第一一步步加加一一个个短短的的寡寡聚聚A序序列列（（10nt）），，此此反反应应依依赖赖于于AAUAAA序序列（加尾信号）；列（加尾信号）； 此此反反应应由由poly（（A））聚聚合合酶酶在在特特殊殊因因子子指指导下完成导下完成的第第二二步步是是寡寡聚聚A尾尾巴巴延延伸伸到到240nt的长度 此此 反反 应应 并并 不不 需需 要要AAUAAA序序列列，，但但需需要要一一个个识识别别寡寡聚聚A并并指指导导poly（（A））聚聚合合酶酶延延伸的刺激因子。

伸的刺激因子3.5  RNA合成的延伸合成的延伸         终止和抗终止终止和抗终止RNA合成合成的延伸的延伸  3.5.1 延伸速度快慢和延伸速度快慢和转录暂停转录暂停1、延伸速度、延伸速度n延伸速度快慢与延伸速度快慢与DNA模板含模板含G、、C的区的区域有关；域有关；n在富含在富含G、、C区慢或区慢或暂停2、转录暂停、转录暂停   当当RNA聚合酶转录过程遇到特殊序列，聚合酶转录过程遇到特殊序列，转录速度变慢为转录速度变慢为0.1b/s或或0称为称为暂停暂停；；这段序列称为这段序列称为暂停信号暂停信号. 3.5.2 RNA3.5.2 RNA合成的终止合成的终止1、一旦、一旦RNA聚合酶启动了基因转录，它就会沿着模板聚合酶启动了基因转录，它就会沿着模板5‘→→3’方向不停地移动合成方向不停地移动合成RNA链，直到遇到链，直到遇到终止信号终止信号时时才释放新生的才释放新生的RNA链，并与模板链，并与模板DNA脱离   2、模板、模板DNA上都有终止转录的特殊信号上都有终止转录的特殊信号--终止子终止子，每个基，每个基因或操纵子都有一个启动子，一个终止子因或操纵子都有一个启动子，一个终止子。

3、在新生、在新生RNA中出现中出现发卡式结构发卡式结构会导致会导致RNA聚合酶的暂停，聚合酶的暂停，破坏破坏RNA-DNA杂合链杂合链5'端的正常结构寡聚端的正常结构寡聚U的存在使的存在使杂合链的杂合链的3'端部分出现不稳定的端部分出现不稳定的rU·dA区域  原核转录的终止原核转录的终止 以大肠杆菌为例（体外实验）以大肠杆菌为例（体外实验）1 1、终止子（、终止子（terminator,tterminator,t））n 弱终止子－需要弱终止子－需要ρρ因子因子（（rho factor）） 又称为又称为依赖依赖ρρ因子终止子因子终止子n 强终止子－内在终止子强终止子－内在终止子（（intrinsic terminators）） 又称为又称为不依赖不依赖ρρ因子终止子因子终止子 a.依赖于依赖于ρ因子的终止因子的终止    ρ因子因子是一个相对分子质量为2.0×105的六聚体蛋白它能水解各种核苷三磷酸，实际上是一种NTP酶由于催化了NTP的水解，ρ因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。

    作用：作用：ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5‘→3’方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3‘-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程终止过程需要消耗能量，所以，ρ因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能 b、、不依赖于不依赖于ρ 因子的终止因子的终止    若终止点上游存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构发卡式结构；在终止点前面有一段由4-8个A组成的序列，导致转录产物转录产物的3‘端为寡聚U这两种结构特征的存在同样决定了转录的终止     在新生RNA中出现发卡式结构发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5'端的正常结构寡聚U的存在使杂合链的3'端部分出现不稳定的rU·dA区域  强终止子的结构强终止子的结构n…NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNN…n…NNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN… DNAn…NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN… RNA 强终止子的结构特点强终止子的结构特点n (1) (1) 有回文结构存在；有回文结构存在；n（（2 2）茎的区域富内含）茎的区域富内含G-CG-C；；n (3) (3) 强终止子强终止子3′3′端上有端上有6 6个个U U；； n Nn N Nn n N Nn G ··Cn C ··Gn C ··Gn G ··Cn C ··Gn G ··Cn C ··Un …NNNNC ··U UUUU…-OH 3’n                    强终止子结构的模式图强终止子结构的模式图                          3.5.3  抗终止抗终止n主要有两种方式：n1、破坏终止位点RNA的茎环结构；n   例如：色氨酸操纵子结构基因前的一段序列----衰减子n2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止；n例如：λ噬菌体中的N基因---N蛋白具有抗终止作用3.6  内含子的剪接、编辑内含子的剪接、编辑            及化学修饰及化学修饰  转录后转录后RNA的加工成熟的加工成熟 §RNA加工成熟主要包括加工成熟主要包括：：§5’加帽子结构；加帽子结构；3’加多聚加多聚A；；切除内含子切除内含子 。

  3.6.1  RNA中的内含子中的内含子n三类转录产物加工的重要内容三类转录产物加工的重要内容--切除内含子n内含子概念和功能：被受关注，功能不清n内含子剪切信号---GU-AG法则法则n既内含子的5/边界序列为GU，3/边界序列为AG又称chambon法则     剪切位点交界顺序剪切位点交界顺序 RNA内含子的内含子的3种剪接方式种剪接方式n第一类：自我剪接内含子（第一类：自我剪接内含子（ⅠⅠ型、型、ⅡⅡ型）型）n第二类：蛋白质（酶）参与剪接内含子第二类：蛋白质（酶）参与剪接内含子n第三类：第三类：snRNP参与剪接内含子参与剪接内含子  三三类内含子的类内含子的分布分布 I型内含子的剪接型内含子的剪接Cech等等1981年年用用四四膜膜虫虫分分离离得得到到了了35S的的前前体体rRNA，，它含有一个长它含有一个长413bp的内含子的内含子此此35S rRNA要要加加入入一一价价或或二二价价阳阳离离子子及及GTP就可以在体外释放出就可以在体外释放出413b的线性的内含子，的线性的内含子，若若继继续续保保温温，，那那么么线线形形内内含含子子又又可可形形成成环环状状的的RNA。

这这就就意意味味着着35S RNA在在GTP的的作作用用下下可以自我剪接可以自我剪接（（一）一）I型内含子的结构特点型内含子的结构特点 1. 其边界序列为其边界序列为5′U-G 3′；； 2. 具有中部核心结构（具有中部核心结构（Central core strucature）） 3.内内部部引引导导顺顺序序（（internal guide seguence IGS））(二二) I型型内含子的剪切机制内含子的剪切机制n转酯反应转酯反应(transesterification) 酯键从一个位置转移到另一个位置酯键从一个位置转移到另一个位置（三）（三）I型内含子与型内含子与核酶核酶 1、核酶（、核酶（Ribozyme））提出提出 1981年年T.Cech和和S.Atman等等在在研研究究四四膜膜虫虫rRNA时发现的；时发现的； T.Cech由由核核糖糖核核酸酸（（ribonucleic acid））和和酶酶（（enzyme））这两个词这两个词“重组重组”成一个新的词：成一个新的词： 核核酶酶 -----是是指指本本质质为为RNA或或以以RNA为为主主含含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。

有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质 2、核酶和传统酶的区别：、核酶和传统酶的区别：n(1)一一般般的的酶酶是是纯纯的的蛋蛋白白质质；；而而核核酶是酶是RNA或带有蛋白的或带有蛋白的RNA；；n(2)核核酶酶既既是是催催化化剂剂又又是是底底物物；；而而酶仅催化反应酶仅催化反应 3、核酶发现的意义、核酶发现的意义n（（1）突破了酶的概念）突破了酶的概念. 是一种自体催化；是一种自体催化；n（（2）揭示了内含子自我剪接的奥秘；促）揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了进了RNA的研究n（（3）为生命的起源和分子进化提供了新）为生命的起源和分子进化提供了新的依据 Ⅱ型内含子的剪接型内含子的剪接(一)结构特点(1) 边界序列为5′↓GUGCG……YnAG↓；(2) 有6个茎环结构； 有分支点顺序(二二)剪接机制剪接机制n无需鸟苷的辅助，但需镁离子的存在n分枝点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；n切下的外显子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 I类与类与Ⅱ类内含子的剪接比较类内含子的剪接比较 蛋白质（酶）剪接的内含子蛋白质（酶）剪接的内含子 -------tRNA前体的前体的剪切反应剪切反应1、真核tRNA的基因的特点：(1)真核的前体分子tRNA是单顺反子，但成 簇排列，基因间有间隔区；(2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多 得多，如酵母约有400个tRNA基因；(3) 5′端单磷酸核苷酸，表明已被加工过；(4) tRNA的前体分子中含有内含子。

2、真核、真核tRNA内含子切除的特点内含子切除的特点(1)没有交界序列，也没有内部引导序列；(2)剪切反应信号是二级结构，而不是 一级结构；(3)是依赖于蛋白质性的RNase，而不是核 糖拟酶或snRNP；(4)反应的本质不是转酯反应 3、、 真核真核tRNA的加工和原核的区别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)都要加CCA4、、tRNA内含子切除过程内含子切除过程 3.6.2 真核真核mRNA前体内含子的前体内含子的 剪接反应剪接反应 (一) 结构特点：1. 边界顺序:符合GU-AG法则2. 分枝点顺序：为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH 3.内含子5′端有一保守序列可以和U1 snRNA的5′端的保守顺序互补   内含子剪接位点内含子剪接位点及保守序列及保守序列（二）参与剪接的加工因子（二）参与剪接的加工因子n剪接体剪接体 ：由由snRNA和和蛋白质因子组成蛋白质因子组成n核小分子核小分子RNA（（snRNA））至少有至少有：n U1 ：：5/剪切点结合剪切点结合n U2 ：： n U4 /U5 ：：n U6：：n 蛋白质因子：有蛋白质因子：有20余种余种n n  (三三)剪接机制剪接机制剪接因子剪接因子snRNPsU1,U2,U5和U4/U6。

mRNA前体的前体的    剪接过程剪接过程第一步：第一步：第一步：第一步：转酯反应转酯反应转酯反应转酯反应5 5 5 5/ / / /剪剪剪剪接点磷酸基转移到分支点接点磷酸基转移到分支点接点磷酸基转移到分支点接点磷酸基转移到分支点A A A A 的的的的2 2 2 2/ / / / -OH -OH -OH -OH上，形成上，形成上，形成上，形成2 2 2 2/ / / /，，，，5 5 5 5/ / / /- - - -转酯化合物（套索转酯化合物（套索转酯化合物（套索转酯化合物（套索RNARNARNARNA结构）结构）结构）结构） 第二步：第二步：第二步：第二步：剪接反应剪接反应剪接反应剪接反应 5 5 5 5/ / / / 外显子、外显子、外显子、外显子、3 3 3 3/ / / /外显子共价连外显子共价连外显子共价连外显子共价连接，形成成熟接，形成成熟接，形成成熟接，形成成熟mRNA mRNA mRNA mRNA 和和和和套套套套索状内含子索状内含子索状内含子索状内含子  3.6.3  RNA的的编辑和化学修饰编辑和化学修饰1、、RNA编辑的发现编辑的发现n编编辑辑（editing）是是指指转转录录后后的的RNA在在编编码码区区发生碱基的发生碱基的加入加入、、丢失或转换丢失或转换等现象。

等现象n1986年年R.Benne在在研研究究锥锥虫虫线线粒粒体体mRNA转转录录加加工工时时发发现现m RNA的的多多个个编编码码位位置置上上加加入入或或丢丢失失尿尿苷苷酸酸；；1990年年在在高高等等动动物物和和病病毒毒中中也也发现了编辑现象发现了编辑现象     线虫线虫coxII 基因的编辑基因的编辑2、 RNA编辑的方式编辑的方式n（1）单碱基突变n（2）U的缺失和添加3、编辑的可能机制、编辑的可能机制n1990年L.Simpsom等发现指导指导RNA（guide gRNA）4、、RNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义 (1)校正作用；n(2)调控翻译；n(3)扩充遗传信息5. 碱碱基的基的化学修饰化学修饰方式：1、甲基化2、去氨基化3、硫化4、同分异构化5、二价健的饱和化6、核苷酸替代3.6.4 核酶n1、核酶概念n2、核酶结构类型n3、核酶催化功能3.6.5  RNA在生物进化中的地位n1、RNA比相应DNA序列含有更多信息；n2、RNA是获得性遗传的分子基础；n3、RNA在生物进化中的地位n     DNA是信息分子；n     蛋白质是功能分子；n     RNA既是信息分子，又是功能分子。

第三章   复习题n1,解释名词n    基因表达n    启动子n    转录单位n    Pribnow框n    增强子n    SD序列n    RNA编辑n    转录暂停n    获得性遗传n2,简述转录的基本过程.n3,试比较原核和真核基因转录起始点上游区结构的不同点有哪些?n4,试比较原核生物和真核生物mRNA特征上的不同点?n5,hnRNA 与mRNA有何差别?。