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1、第二節(jié) RNA的 轉(zhuǎn)錄后加工 轉(zhuǎn)錄后加工（post-transcriptional processing）過(guò)程：切割（cutting）修剪（trimming）添加（appending）修飾(modification)和異構(gòu)化（isomerization）拼接（splicing）編輯(editing)再編碼(recoding) （一） rRNA前體加工1. 原核生物rRNA前體的加工：E. coli: 有7個(gè)rRNA的轉(zhuǎn)錄單位，每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位由16S 、23S 、5S rRNA基因與一個(gè)或幾個(gè)tRNA的基因組成。v加工過(guò)程： -甲基化：甲基化位置常在核糖2-OH上。 -切割和修剪： 核酸酶 rRN
2、A的基因?yàn)槎嗫截?。rRNA的基因與某些tRNA的基因組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。 Processing of preribosomal RNA transcripts in bacteria. (a) Prior to cleavage of the 30S RNA precursor, it is methylated at specific bases. (b) Cleavage produces 17S and 25S intermediates, and (c) the final 16S and 23S rRNA products are made by the action of speci
3、fic nucleases. The 5S rRNA arises from the 3 end of the 30S precursor. From the midsection (and sometimes the 3 end), one or more tRNAs are formed. 1: RNase 2. RNase P3. RNase E甲基化切割修剪 2. 真核生物rRNA前體的加工：v 加工過(guò)程： rRNA基因拷貝數(shù)較多（幾十幾千）。rRNA基因成簇排列，由1618 S、5.8S、2628S rRNA基因組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此以間隔區(qū)分開(kāi)。 與原核生物相似，但甲基化程度比原核
4、生物高。甲基化、假尿苷酸化、切割由核仁小RNA (snoRNA)指導(dǎo)。 Processing of preribosomal RNA transcripts in eukaryotes. (a) The 45S precursor is methylated at more than 100 of its 14,000 nucleotides, mostly on the 2-OH groups of ribose units retained in the final products. (b) A series of enzymatic cleavages produces the 18S
5、, 5.8S, and 28S rRNAs. The 5S rRNA arises separately. （二） tRNA前體加工核酸內(nèi)切酶在tRNA兩端切斷： RNase P, F核酸外切酶(RNase D)從3端逐個(gè)切去附加序列（修剪）在3端添加CCAOH：tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶核苷酸的修飾和異構(gòu)化： 修飾酶、異構(gòu)化酶剪接：去除內(nèi)含子（某些真核生物tRNA） 原核與真核生物tRNA基因是多拷貝的。不同種tRNA基因成簇排列，彼此以間隔區(qū)分開(kāi)，組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。v加工過(guò)程 tRNA前體RNA pol TGGCNNAGTGC GGTTCGANNCCDNA tRNA前 體 的 轉(zhuǎn) 錄 合 成 t
6、RNA前 體 的 切 斷 和 剪 接 加 工5端成熟酶3 端成熟酶RNase P RNase D RNAase D外切酶RNase P: 是一種核酶，由蛋白質(zhì)和RNA（375核苷酸）組成。某些條件下，原核RNaseP中的RNA（M1RNA）單獨(dú)具有切 割活性。 tRNA3-末 端 -CCA序 列 的 添 加 tRNA的 堿 基 修 飾（ 2） 還 原 反 應(yīng) 如 ： U DHU （ 3） 核 苷 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 位 反 應(yīng) 如 ： U （ 4） 脫 氨 反 應(yīng) 如 ： A I 如 ： A mA（ 1） 甲 基 化（ 1）（ 1） （ 3）（ 2） （ 4） （三）mRNA前體的一般加工原核生物 m
7、RNA一般不需要加工，僅有少數(shù)需要簡(jiǎn)單加工。 真核生物剛轉(zhuǎn)錄出的mRNA產(chǎn)物必須通過(guò)加工去掉內(nèi)含子才能成為成熟的mRNA。m，稱為斷裂基因。 - 5端加帽（m7G 5ppp5 NmpNp- ） - 3加poly A尾巴 - 拼接( - 核苷酸甲基化v加工包括： Processing of hnRNA in eukaryotes. The capping of eukaryotic pre-mRNAs. mRNA上的5帽子對(duì)于蛋白質(zhì)合成的起始是很重要的，同時(shí)它可保護(hù)mRNA轉(zhuǎn)錄本不被核酸外切酶降解。 7-甲基鳥(niǎo)嘌呤 The 5 cap of 7-methylguanosine is found
8、on almost all eukaryotic mRNAs. Cap0 型CapI 型CapII 型（大多數(shù)真核生物）m7G 5ppp5 NmpNp-m7G 5ppp5 Np Addition of the poly(A) tail to the primary RNA transcript of eukaryotes. The RNA is cleaved 11 to 30 nucleotides 3 to AAUAAA, and polyadenylate polymerase synthesizes a poly(A) tail of 20 to 250 nucleotides, be
9、ginning at the cleavage site.內(nèi)切酶多聚腺苷酸聚合酶加尾信號(hào) 1. 識(shí)別mRNA的3端的AAUAA保守序列，在AAUAA下游大約1130個(gè)核苷酸的部位斷裂。2. 多結(jié)合于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的游離的3端，加上大約20250個(gè)腺苷酸的3端的poly（A）尾巴。3. 多聚腺苷酸尾巴的長(zhǎng)度能調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。 （四） RNA的拼接和編輯1、RNA的拼接（splicing） 四種方式： 類型I自我拼接(group I self-splicing) 類型II自我拼接(group II self-splicing) 核mRNA的拼接體的拼接(nuclear mRNA spli
10、cesomal) 核tRNA的酶促拼接(nuclear tRNA enzymatic) 真核生物斷裂基因轉(zhuǎn)錄物的加工中，去除內(nèi)含子，使外顯子成為連續(xù)序列，這一過(guò)程稱為拼接。 四種方式有兩點(diǎn)相似之處：（1）磷酸二酯鍵的斷裂和再連接，（2）RNA本身或者以cis方式（第I類和第II 類內(nèi)含子自我剪接），或以trans方式（通過(guò)稱之剪接體的核糖核蛋白復(fù)合體進(jìn)行的hnRNA剪接）作為催化劑。 Splicing mechanism of group I introns. 類型I自我拼接第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 低等真核生物核rRNA基因真核生物細(xì)胞器基因細(xì)菌和噬菌體的個(gè)別基因 在第一次轉(zhuǎn)酯基反應(yīng)中
11、，游離的鳥(niǎo)苷的3羥基起著一個(gè)親核體的作用，結(jié)果與內(nèi)含子中的5核苷酸形成一個(gè)新的3,5-磷酸二酯鍵，釋放出上游的外顯子。 在第二次轉(zhuǎn)酯基反應(yīng)中，。結(jié)果精確地切去一個(gè)內(nèi)含子 序列，同時(shí)通過(guò)3,5-磷酸二酯鍵將兩個(gè)外顯子共 價(jià)連接。鳥(niǎo)苷作為反應(yīng)中的一個(gè)輔助因子，沒(méi)有摻入 到外顯子中。 RNase P的RNA（M1RNA）具有催化活性。四膜蟲(chóng)rRNA前體的自我拼接，發(fā)現(xiàn)RNA具催化功能。將。 The structure and self-splicing pathway of group II introns. 類型自我拼接某些真菌線粒體基因植物葉綠體基因 套索 真核生物hnRNA拼接(拼接體的拼接)
12、GT-AT規(guī)則：真核生物編碼蛋白質(zhì)的核基因內(nèi)含子5端為GT, 3端為AG。 hnRNA：GUAG拼接體（spliceosome）：在被拼接的hnRNA上U1、U2、U4-6和約50種蛋白質(zhì)所組成的復(fù)合物。 核內(nèi)小RNA（SnRNA）U系列：U1、U2、U4、U5、U6 可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖核蛋白（snRNP）。 The splice sites that mark the intron-exon boundaries of many eukaryotic mRNAs have some conserved sequences. 內(nèi)含子靠近3端腺苷酸具2 -OH（分支點(diǎn)） Splicing m
13、echanism in mRNA primary transcripts. U1 snRNP結(jié)合在5端拼接點(diǎn)U2 snRNP結(jié)合在分支點(diǎn)U4/U6和U5 snRNP三聚體進(jìn)入拼接體， U6結(jié)合U2 U1 、U4被釋放U6結(jié)合在5拼接點(diǎn)U6/U2催化轉(zhuǎn)酯反應(yīng)5位點(diǎn)斷開(kāi)，形成套索3位點(diǎn)斷開(kāi)，外顯子拼接 Splicing mechanism in mRNA primary transcripts. Overview of the processing of a eukaryotic mRNA. Introns are lettered and exons are numbered. About th
14、ree-quarters of the RNA is removed during processing. Introns can make up more than 90% of the length of other genes. RNA polymerase II extends the primary transcript well beyond the cleavage and polyadenylation site (extra RNA). The splicing of yeast tRNA. This splicing pathway requires a highenerg
15、y cofactor (ATP) for the ligation step. tRNA拼接(yeast ) 核酸內(nèi)切酶環(huán)磷酸二酯酶 選擇性拼接（alternative splicing ） 一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同的細(xì)胞、發(fā)育階段和生理狀態(tài)下，通過(guò)不同的拼接方式，可以得到不同的mRNA和翻譯產(chǎn)物，稱為選擇性拼接。所產(chǎn)生的多個(gè)蛋白即為同源體（isoform) Differential processing of the calcitonin （降鈣素）gene transcript in rats. The primary transcript has two poly(A) sites; t
16、he first predominates in the thyroid, the second in the brain. Splicing in the brain eliminates the calcitonin exon; in the thyroid this exon is retained. The resulting peptides are processed further to yield the final hormone products: calcitonin in the thyroid and calcitonin gene-related peptide (
17、CGRP) in the brain. 甲狀腺降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素 RNA拼接的生物學(xué)意義：（1）RNA拼接是進(jìn)化的結(jié)果（2）RNA拼接是基因表達(dá)調(diào)節(jié)的重要環(huán)節(jié) - 選擇性拼接 - 許多內(nèi)含子對(duì)基因表達(dá)有一定影響（3）內(nèi)含子的存在和拼接對(duì)于生物機(jī)體的進(jìn)化十分重要 - 遺傳重組可發(fā)生在內(nèi)含子處，避免了基因錯(cuò)位導(dǎo)致的失活。 - 內(nèi)含子增加了基因組的復(fù)雜性。 2、RNA的編輯(editing) （1）RNA編輯的不同類型和分布改變RNA的編碼序列。編輯類型 機(jī)制 存在U的插入與刪除 guide RNA指導(dǎo)的反應(yīng) 錐蟲(chóng)線粒體mRNAC、A或U的插入 多頭絨胞菌線粒體mRNA和rRNAG的插入 RNA
18、聚合酶重復(fù)轉(zhuǎn)錄 副黏病毒的P基因C 轉(zhuǎn)變?yōu)閁 酶促脫氨 哺乳類腸的apoB mRNAC轉(zhuǎn)變?yōu)閁或U轉(zhuǎn)變?yōu)镃 脫氨或氨基化 植物線粒體mRNA和rRNA 牛心線粒體RNAA轉(zhuǎn)變?yōu)镮 脫氨 腦谷氨酸受體亞基mRNA RNA editing of the transcript of the cytochrome oxidase subunit II gene from mitochondria of Trypanosoma brucei. RNA editing of the transcript of the gene for the apo lipoprotein B-100 component
19、 of low density lipoprotein. （2）RNA編輯的意義 - 消除移碼突變的危害 - 增加了基因產(chǎn)物的多樣性 - 使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能 - 與生物發(fā)育和分化有關(guān) - 可能與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān) （五）RNA生物功能的多樣性1. 在遺傳信息的翻譯中起決定性作用 -mRNA messenger, template -rRNA assemble, catalyst -tRNA transfer, adaptor2. 核酶具有重要的催化功能 -端粒酶 -RNaseP(M1RNA) -L19RNA3. 轉(zhuǎn)錄后加工和修飾依賴于各種小RNA和其蛋白質(zhì)復(fù)合物 - 核仁小RNA (sn
20、oRNA) - 核內(nèi)小RNA（SnRNA）U系列參與rRNA的加工參與hnRNA 的加工參與tRNA的加工 4. 對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞功能具有重要調(diào)節(jié)作用 -干擾RNA（RNA interference, RNAi）與基因沉默5. 在生物的進(jìn)化中起重要作用 -RNA的拼接和編輯可以消除基因突變的危害、增加遺傳信息的多樣性，促進(jìn)生物進(jìn)化。 第三節(jié) RNA的復(fù)制 RNA的復(fù)制復(fù)制酶 - 以RNA為模板 - 以4種NTP為底物 - 聚合方向53RNA指導(dǎo)下RNA的合成。 一、噬菌體QRNA的復(fù)制 1條RNA單鏈（+鏈）： 4500核苷酸噬菌體Q 是直徑20nm的正二十面體小噬菌體。蛋白質(zhì)復(fù)制酶（4個(gè)亞基
21、）基因次序?yàn)椋?-成熟蛋白-外殼蛋白（ 或A1蛋白）-復(fù)制酶亞基-3亞基（核糖體蛋白S 1）（肽鏈延長(zhǎng)因子EF-Tu） （肽鏈延長(zhǎng)因子EF-Ts）宿主細(xì)胞 QRNA的復(fù)制過(guò)程1. 復(fù)制酶的組裝：+mRNA侵染E. coli 細(xì)胞+RNA病毒顆粒蛋白復(fù)制酶亞基宿主、 復(fù)制酶翻譯2. 復(fù)制：+ RNA復(fù)制酶+ -中間體釋放 -RNA復(fù)制酶釋放+RNA- +中間體 二、病毒RNA復(fù)制的主要方式1. 病毒RNA直接作為復(fù)制的模板：RNARNA“+” RNA: Q、脊髓灰質(zhì)炎病毒“-”RNA和復(fù)制酶：狂犬病病毒“” RNA和復(fù)制酶： 呼腸狐病毒“+ +”： 逆轉(zhuǎn)錄病毒（致癌RNA病毒）2. RNA DNA RNA（逆轉(zhuǎn)錄作用） -RNA - +中間體復(fù)制酶+RNA釋放病毒顆粒蛋白+ -中間體 -RNA釋放- +RNA復(fù)制酶+RNA病毒顆粒蛋白+ -RNA病毒顆粒病毒顆粒不對(duì)稱復(fù)制
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