分子生物学RNA加工和核糖核蛋白.ppt

•Molecular Biology Course 第七章 RNA PROCESSING AND RNPs RNA加工和核糖核蛋白教学要求u了解RNA加工类型u理解并掌握真核生物mRNA加工的机制u掌握原核生物rRNA和 tRNA的加工第2节 tRNA加工，RNA酶P和核酶第3节 mRNA加工，hnRNPs 和snRNPs主要内容第1节 rRNA加工与核糖体第4节 可变 mRNA加工RNA加工的类型基本概念：细胞内由RNA聚合酶合成的原初转录物一般都需要经过一系列的变化，包括 链的裂解、5’端与3’端的切除、特殊结构的形成、核苷的修饰、糖苷键的改变等过程，才能 转变为成熟的RNA分子，这些过程称为RNARNA的的成熟，或成熟，或RNARNA的转录后加工的转录后加工 (posttranscriptional modification) RNA加工的类型RNA加工的类型Ø内切核酸酶和外切核酸酶切除核苷酸Ø在初始转录物或剪切产物的5’端或 3’端加上核苷酸Ø对某些核苷酸的碱基或糖苷进行修 饰ØRNA编辑第1节 rRNA加工与核糖体一、原核生物rRNA 加工 二、真核生物 rRNA 加工一、原核生物rRNA 加工1. rRNA 基因的结构ØE.coli 有7种不同的rRNA操纵子分散在 整个基因组中 Ø每个操纵子包含一个拷贝的5s rRNA、 16s rRNA、23s rRNA序列。

Ø有一到4个编码tRNA的序列每个转录单位转录 成单个的RNA前体 分子，经剪切后变 成为成熟的RNA的 分子 rRNA前体的加工 是由RNase Ⅲ负责 的Ø6500nt初始转录物折 叠形成一些茎环结构 Ø初始转录物与蛋白 质结合形成核糖核蛋白复合 体 Ø进行甲基化修饰S- adenosylmethionine (SAM ，S-腺苷甲硫氨酸)Ø特异核酸酶剪切 (RNase III, M5,M16 and M23)，释放出成熟的rRNA2. 大肠杆菌rRNA转录后加工由RNA酶III的剪切释放出5s, 16s和23s的前体分子随后RNA酶M5,M16和M23分别在这些前体的5´端和3´端进一步剪 切，最后释放出成熟的rRNA二、真核生物 rRNA 加工1. rRNA 基因结构 Ø在基因组内成簇排列，成串重复数百次集中在 核仁内 Ø可转录间隔区与非转录间隔区交替排列 Ø真核生物的18S、5.8S和28S rRNA基因是串联 在一起形成一个转录本，初始转录本为45S前体 Ø5S rRNA 是由RNA聚合酶III转录不相联的基 因产生的，而且几乎不需要加工二、真核生物 rRNA 加工2. 哺乳动物前体rRNA的转录后加工事件Ø一系列特异的剪切：发生在转录间隔 序列的外部和内部Ø进行许多由小核糖核蛋白复合物控制 的特异核糖甲基化。

Ø成熟的rRNA分子折叠并与核糖体蛋白形成复合物真核细胞中rRNA的加工途径：(1) 切除5′端的前导序列,即外部转录间隔序 列（ETS）； (2) 从41S的中间产物中先切下18S的片段 Hela (人类)细胞的切点在18S和5.8S之间的内部 转录间隔序列（ITS ），产物分别为20S（含 18S rRNA片段）和32S (3) 部分退火，32S中间产物（含5.8S和28S rRNA）中的5.8S和28S之间进行退火，形成发 夹结构； (4) 最后修正：通过外切酶等将20S中和已退 火的32S中残余的ITS切除掉20S pre-rRNAETS：external transcribed spacers ITS：internal transcribed spacers47S pre-rRNA45S pre-rRNA41S pre-rRNA32S pre-rRNA47S前 rRNA经历了一系列剪切，先切去外部转录间隔区，再切去内部 转录间隔区，释放32S和20S两个前RNA，最后释放18S、5.8S、28S rRNAMethylation takes place at over 100 sites to give 2´-O-methylribose and this is now known to be carried out by a subset of small nuclear RNP particles which are abundant in the nucleolus. 细胞中的一种叫核 仁小核糖核蛋白颗粒（small nucleolar RNA, snoRNA）的短RNA分子指 导着rRNA分子特定位点的修饰作用。

第2节 tRNA加工，RNA酶P和核酶一、原核生物 tRNA 加工二、真核生物 tRNA 加工三、 RNA酶P四、 Ribozymes 核酶tRNA 70-80 nucleotides•Bacteria has 30-40 tRNA for 61 codon and 20 amino acids •Some tRNA for the same amino acid recognizes more than one codon •More than one tRNA for one amino acid •Animals and plants have 50-100 tRNA •Codon and tRNA usage may differ under different differential stages in the same organism1. tRNA基因 • 原核的tRNA初始转录本多为多顺反子（polycistron）， 也就是几个tRNA分子串连在一起 • 这有三种不同的情况： ①串联的tRNA分子都是相同的，如在27’的tRNATyr- tRNATyr； ②串联的tRNA分子是不同的，如71’的tRNAIle-tRNAAla- tRNAThr； ③由tRNA和rRNA串联组成。

• 少数的tRNA前体为单顺反子（monocistron） 一、原核生物 tRNA 加工单林娜 制作 20 图6- 三种tRNA前体分子tRNA16SrRNA单顺反子 多顺反子 前导序列 把尾序列 一、原核生物 tRNA 加工2. tRNA 加工: tRNA加工过程涉及特定的内切和外切酶如RNase D、E、F和P剪切以及随后对每一特定tRNA类型所进行的独特碱基修饰一、原核生物 tRNA 加工3.tRNA加工步骤 Ø初始转录物折叠形成特异性的茎环结构 ØRNase E或F开始对3’端切割 ØRNase D对3’端修剪至比成熟长度多2个2 nt ØRNase P切割5’端生成成熟的5’端 Ø最后，RNase D切除两个3’端的残基 Ø碱基修饰：通过甲基化酶，硫醇酶，假尿 嘧啶核苷化酶等进行修饰，如氨基酸臂的4-硫 尿苷(4tu), D臂的2甲基鸟苷(2mG)，TψC臂的假 尿苷(ψ)和反密码子环上的2异戊腺苷(2ipA) 转录物前体形成茎环结构 →RNase E、F切割3’端 →RNase D对3’端修剪 →RNaseP 对5’端切除 →RNase D再除去3’端的两个核苷酸 → tRNA进行碱基修饰4-硫尿苷2-甲基鸟苷2-异戊腺苷假尿苷二、真核生物 tRNA 加工1. The structure of pre-tRNAs Ø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；Ø一个16 nt 5’端前导序列Ø一个14 nt 内含子Ø两个额外的3’端核苷酸二、真核生物 tRNA 加工2. tRNA processing加工Ø初始转录物折叠形成具有特异性的 茎环二级结构。

Ø内切酶识别切割5’端的前导区和2个 3’端核苷酸Ø切除内含子 ØtRNA核苷酸转移酶将5’-CCA-3’序 列加到3’端Ø碱基修饰剪切 (a)剪接(b)(C)添加碱基修饰(d)碱基修饰的方式：（2）还原反应 如：U  DHU（3）核苷内的转位反应 如：U  ψ（4）脱氨反应 如：A  Im如：A  A（1）甲基化（1） （1）（3）（2）（4）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)都要加CCA三、RNA酶PØ 是一种内切核酸酶，由一个RNA分子和 一个蛋白质分子组成 Ø 其功能是产生成熟的tRNAs 5’端Ø RNA 分子是一种具有催化活性的RNA或 核酶四、 核酶Ø 是一种能催化特异生化反应的RNA分子 Ø 这些具有催化功能RNA分子能剪切自身 或其他RNA分子，也能进行连接或自我剪接 反应 Ø 能单独起作用，但在体内常跟蛋白质形 成复合物Dr. Thomas R. Cech 1988年与altman同 时获得诺贝尔化学奖Before the discovery of ribozymes, only proteins were known to have catalytic activity. The first ribozyme was discovered in the early 1980s by Thomas Cech, who was studying RNA splicing (genetics) in the ciliated protozoan Tetrahymena thermophila. This ribozyme was found in the intron of a RNA transcript and removed itself from the transcript.Discovery of ribozymes意义用人工合成的小片段RNA，配合在欲破坏其结构的 RNA或 DNA 分子上，使成为锤头结构，这就是人工设计的核酶。

应用于破坏病原微生物（如RNA病毒）及不利于人类的各种基因x xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx 人工设计的核酶注：粗、细线代表天然和人工合成的分子，x 表示一致性序列x3` 5`5` 3`3` 5`5` 3`第3节 mRNA加工，hnRNPs 和snRNPs一、原核生物mRNA加工二、真核生物mRNA加工• 原核生物的mRNA很少经过加工，由于转 录和翻译偶联，一般情况下一边转录一边 就进行翻译，中间没有可加工的间歇时间 • 但在少数情况下多顺反子mRNA先被内切 酶切成较小的单位再成为翻译的模板 •例1，E.coli基因组上89’-90’处有一个操纵子 含有4个基因：rplj(L10)，rplL(L7/L12)(核糖体大 亚基蛋白)和rpoB(RNA聚合酶β亚基)，rpoC（ RNA聚合酶的β’亚基） 一、原核生物mRNA的加工转录转录 前体多顺反子mRNARNaseRNase ⅢⅢ加工加工 成熟的mRNAE. coli 90’ /100’处rplJ(L10) rplJ(L10) rpoB(β亚基) rpoC (β’亚基) P 早期转录基因 A1 A2 A3 0.3 0.7 1 1.1 1.2 1 .3 t RNaseRNaseⅢⅢpppPu COHpppPu 前导序列 0.3 0.7 1 1.1/1.2 1.3 0.3 0.7 1 1.1/1.2 1.3 mRNAmRNA T7噬菌体早期区转录单条前体RNA，经 RNase Ⅲ剪切成5条成熟的mRNA二、真核生物mRNA加工(一)、核不均一核糖核蛋白(二)、 核内小分子核糖核蛋白 (snRNP )(三)、真核生物mRNA加工过程(四)、内含子的剪接(一)、核不均一核糖核蛋白Ø (hnRNA) ：不同的前mRNA统称为核不。