生物化學和分子生物學：第十六章 RNA的生物合成

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1、第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA BiosynthesisRNA的分子組成的分子組成 RNA DNA RNA DNA 單鏈單鏈 雙鏈雙鏈 核糖核糖 脫氧核糖脫氧核糖 尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶RNA 的分類的分類參與蛋白質(zhì)合成的參與蛋白質(zhì)合成的RNAs: mRNA, tRNA, rRNA, 7SL RNA or SRP RNA, etc.參與參與RNA加工的加工的RNAs : snRNA, snoRNA, gRNA, etc.調(diào)控調(diào)控 RNAs: miRNA, siRNA, piRNA, etc.基因組基因組RNA: RNA 病毒病毒參與逆轉(zhuǎn)錄的參與逆轉(zhuǎn)錄的RNAs: 逆轉(zhuǎn)

2、錄病毒基因組逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組RNA, 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)坐子坐子, 端粒酶端粒酶 RNA. 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription)：生生物體以物體以DNA為模板合成為模板合成RNA的過的過程。程。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：1. 原核生物的轉(zhuǎn)錄裝置原核生物的轉(zhuǎn)錄裝置2. 原核生物的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄過程3. 真核生物的轉(zhuǎn)錄裝置真核生物的轉(zhuǎn)錄裝置4. 真核生物轉(zhuǎn)錄過程真核生物轉(zhuǎn)錄過程5. 真核生物真核生物RNA的加工的加工6. 真核生物真核生物mRNA的降解途徑的降解途徑Parental DNADaughter DNATemplate StrandSense DNARNA P

3、olmRNADNA replication vs transcription Template StrandSense DNARNA PolmRNA2. 2. 無需引物合成無需引物合成4 4. . 保真性低保真性低1 1. RNA . RNA 聚合酶識別啟動子聚合酶識別啟動子3 3. . 合成方合成方向向 55 3 35. 5. 選擇性轉(zhuǎn)錄選擇性轉(zhuǎn)錄6. 6. 轉(zhuǎn)錄受到高度調(diào)控轉(zhuǎn)錄受到高度調(diào)控7. 7. 不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的主要特征轉(zhuǎn)錄的主要特征原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶原核生物轉(zhuǎn)錄的模板和酶Templates & Enzymes in Prokaryotic Transcription第一

4、節(jié)第一節(jié) 不對稱不對稱轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription)：DNA分分子雙子雙鏈中的一鏈中的一股鏈用作模股鏈用作模板板指導(dǎo)指導(dǎo)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄，另一股錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄鏈不轉(zhuǎn)錄；不同基因的模；不同基因的模板鏈并非板鏈并非總在總在同一單同一單鏈上。鏈上。一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板一、原核生物轉(zhuǎn)錄的模板5 3 3 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)

5、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯 DNA雙雙鏈中按堿基配對鏈中按堿基配對規(guī)律指引規(guī)律指引RNA轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄生成的一股單鏈，稱為一股單鏈，稱為模板鏈模板鏈(template strand)；另；另一股一股單單鏈則稱為鏈則稱為編編碼鏈碼鏈(coding strand)。 二、原核生物二、原核生物RNA聚合酶由多個亞基組成聚合酶由多個亞基組成核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄起始階段轉(zhuǎn)錄延長階段轉(zhuǎn)錄延長階段 + 36512 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 150618 催化功能催化功能 155613 結(jié)合結(jié)合DNA模板模板 70263 辨認起始點辨認

6、起始點亞亞 基基分分 子子 量量功功 能能三三、RNA聚合酶結(jié)合到聚合酶結(jié)合到DNA的啟動子的啟動子上起動轉(zhuǎn)錄上起動轉(zhuǎn)錄Pribnow boxE.coli啟啟動子動子的共有序列（的共有序列（consensus sequence) 存在多種存在多種亞基亞基 全酶的不同是因為全酶的不同是因為亞基的不同亞基的不同 不同的不同的亞基用于不同的基因轉(zhuǎn)錄亞基用于不同的基因轉(zhuǎn)錄 啟動子識別區(qū)啟動子識別區(qū) -35 region -10 region70 辨認典型轉(zhuǎn)錄起始點的基因辨認典型轉(zhuǎn)錄起始點的基因 TTGACAT TATAAT 32 啟動熱休克誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA28

7、 辨認啟動運動基因轉(zhuǎn)錄 CTAAA CCGATAT -24 region -12 region 54 辨認啟動氮代謝基因轉(zhuǎn)錄 CTGGNA TTGCARNA聚合酶保護法聚合酶保護法開始轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)區(qū)(Pribnow box)T A T A A T A T A T T A -10 區(qū)區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨認位點辨認位點(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保護區(qū)聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 用用RNA聚合酶保護法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)聚合酶保護法研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)原核生物的轉(zhuǎn)錄過程

8、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription in Prokaryote第二節(jié)第二節(jié)一、轉(zhuǎn)錄起一、轉(zhuǎn)錄起始始過程過程二、二、 原核生物的轉(zhuǎn)錄原核生物的轉(zhuǎn)錄延長延長轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄泡錄泡(transcription bubble)(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶（核心酶） DNA RNARNA-DNA雜合雙雜合雙鏈長度鏈長度8 bp 依賴依賴Rho 因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 非依賴非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止三、三、原核生原核生物的轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)錄終錄終止止依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，原核生物

9、轉(zhuǎn)錄終止分為：生物轉(zhuǎn)錄終止分為： 由同亞基組成六聚由同亞基組成六聚體蛋白體蛋白 結(jié) 合結(jié) 合 R N A ， 對， 對polyC結(jié)合力最強結(jié)合力最強 具具有有ATP酶和解螺酶和解螺旋酶活性旋酶活性（一（一）因因子子依賴依賴因因子轉(zhuǎn)錄終止的作用機制：子轉(zhuǎn)錄終止的作用機制： 因子與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合因子與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合誘導(dǎo)誘導(dǎo)RNA聚合酶構(gòu)象變化，聚合酶構(gòu)象變化，RNA聚合聚合酶合成停頓，解螺旋酶的活性使酶合成停頓，解螺旋酶的活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，雜化雙鏈拆離，RNA產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中釋放 。（二）（二） 非依賴非依賴 因因子的轉(zhuǎn)錄終子的轉(zhuǎn)錄終止子止子(terminato

10、r)1. GC-rich 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列; 2. (U)6 8序序列緊隨其后列緊隨其后 GC-rich regionGC-rich region1. 莖莖環(huán)結(jié)構(gòu)使環(huán)結(jié)構(gòu)使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；2. 轉(zhuǎn)錄空泡中轉(zhuǎn)錄空泡中A:U配對的配對的DNA/RNA雜化鏈不穩(wěn)雜化鏈不穩(wěn)定，復(fù)定，復(fù)合合物解物解離，離，RNA產(chǎn)物釋放。產(chǎn)物釋放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol非依賴非依賴因因子轉(zhuǎn)錄終止的作用機制：子轉(zhuǎn)錄終止的作用機制：轉(zhuǎn)錄中的大腸桿菌轉(zhuǎn)錄中的大腸桿菌mRNA 1. 同同一一DNA模板模板上多上多個轉(zhuǎn)錄同個轉(zhuǎn)錄同時進行時進行2. 轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)）。轉(zhuǎn)

11、錄與翻譯偶聯(lián)）。 原核生物原核生物RNA RNA 聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑利福平：專一性地結(jié)合細菌利福平：專一性地結(jié)合細菌RNA聚合酶聚合酶亞亞基，阻斷基，阻斷RNA合成延伸。合成延伸。 真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成The Biosynthesis of Eukaryotic RNA第三節(jié)第三節(jié) 模板模板DNA RNA Pol 通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子 特異性轉(zhuǎn)錄因子特異性轉(zhuǎn)錄因子一、真一、真核生物的核生物的RNA聚合酶聚合酶種類種類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA的前體的前體45S rRNAmRNA前體前體lncRNA, piRNA, miRNA，snRNA tRNA 5S rRNA對

12、鵝膏蕈堿對鵝膏蕈堿的反應(yīng)的反應(yīng)耐受耐受敏感敏感高濃度下敏感高濃度下敏感細胞內(nèi)定位細胞內(nèi)定位核仁核仁核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)a-鵝膏蕈堿與鵝膏蕈堿與pol II相互作用、降低聚合酶的轉(zhuǎn)相互作用、降低聚合酶的轉(zhuǎn)位以及位以及RNA的合成速率。的合成速率。a-鵝膏蕈堿可用于區(qū)分鵝膏蕈堿可用于區(qū)分 RNA Pol 的類型的類型 and -like 亞基亞基 -like 亞基亞基共有亞基共有亞基特異性亞基特異性亞基II IIII+5+4+7E. coli coreRNA polymeraseEukaryotic RNA polymerasesEukaryotic RNA Pol vs Prokaryotic Po

13、l幾十個七肽重復(fù)單位幾十個七肽重復(fù)單位Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-SerRNA聚合酶聚合酶含有一個獨特的含有一個獨特的CTD尾尾最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminal domain, CTD), 在轉(zhuǎn)錄和在轉(zhuǎn)錄和RNA加工中發(fā)揮關(guān)鍵作用加工中發(fā)揮關(guān)鍵作用轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增強子增強子AATAAA切離加尾切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點轉(zhuǎn)錄終止點修飾點修飾點OCT-1 核心啟動子核心啟動子上上游調(diào)控元件游調(diào)控元件（啟動子啟動子近端元件）近端元件）（遠端調(diào)控元件）（遠端調(diào)控元件）Initiator (Intr)二

14、、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件二、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件 TATA box：位于-30 bp處，核心啟動子，共有序列TATAAA，決定轉(zhuǎn)錄起始點CAAT box：位于-40 -100bp處，共有序列GGGTCAATCT，控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率。 GC box：位于CAAT框鄰側(cè)，共有序列GGCGGG，控制轉(zhuǎn)錄調(diào)控效率 真核生物轉(zhuǎn)錄起始需要真核生物轉(zhuǎn)錄起始需要RNA pol對核心啟動對核心啟動子子DNA序列進行辨認和結(jié)合，生成序列進行辨認和結(jié)合，生成轉(zhuǎn)錄前轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體起始復(fù)合體（preinitiation complex, PIC）。真核生物的真核生物的RNA pol不不能能直接識別和結(jié)合模直接識別和結(jié)合模板的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)

15、，怎么辦？板的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)，怎么辦？ 三、通用轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)三、通用轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)RNA pol 與轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄起起始區(qū)始區(qū)DNA序列的結(jié)合序列的結(jié)合general transcriptional factors (GTFs)參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子功能功能TFDTBP亞基結(jié)合亞基結(jié)合TATA盒；盒；TAF亞基介導(dǎo)亞基介導(dǎo)其他特異性轉(zhuǎn)錄因子與其他特異性轉(zhuǎn)錄因子與PIC的相互作用的相互作用TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物，招募復(fù)合物，招募RNA polTFE解螺旋酶，招募解螺旋酶，招募TFHTFF與與RNA pol結(jié)合，結(jié)合，RNA p

16、ol II與其他與其他TFs結(jié)合的橋梁結(jié)合的橋梁TFH解旋酶、蛋白激酶解旋酶、蛋白激酶(催化催化CTD磷酸化磷酸化)折疊成兩個非常相似的結(jié)構(gòu)域，識別、結(jié)合 TATA box;引起DNA彎曲、解旋TBP (TATA-binding protein) 結(jié)合結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)XPD 和 XPB是解旋酶 CAK(cyclin-dependent activating kinase) 具有激酶活性，磷酸化RNA-pol II 的CTDTFIIH 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 識別結(jié)合識別結(jié)合上游調(diào)控元上游調(diào)控元件如件如GC盒、盒、CAAT盒盒等的蛋白因等的蛋白因子稱為子稱為上游因子上游因子（upstream fac

17、tor) 與與遠隔調(diào)控序列如增強子等結(jié)合的反式作用因子，以遠隔調(diào)控序列如增強子等結(jié)合的反式作用因子，以及在某些特殊生理或病理情況下被誘導(dǎo)產(chǎn)生的及在某些特殊生理或病理情況下被誘導(dǎo)產(chǎn)生的可誘導(dǎo)可誘導(dǎo)因子（因子（inducible factor）的參與的參與。 可誘導(dǎo)因子和上游因子通常通過可誘導(dǎo)因子和上游因子通常通過輔激活因子輔激活因子(co-activator)或或中介子中介子(mediator)與與PIC結(jié)合結(jié)合 四四、特異性轉(zhuǎn)錄因子與上游調(diào)控元件或遠端調(diào)、特異性轉(zhuǎn)錄因子與上游調(diào)控元件或遠端調(diào)控元件結(jié)合調(diào)控轉(zhuǎn)錄效率控元件結(jié)合調(diào)控轉(zhuǎn)錄效率Pol IIIIHIIEIIFIIBTBPTAFIIATAT

18、A boxMyoD or HIF1可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子GC or CAAT boxSP1 or CTF中介子中介子輔激活因子輔激活因子通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子上游因子上游因子與與RNA RNA PolPol II II 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄相關(guān)的反式作用因子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄相關(guān)的反式作用因子五、真核生物轉(zhuǎn)錄過程五、真核生物轉(zhuǎn)錄過程2. TFIIB 和 TFIIA結(jié)合到TBP, TFIIA可以增強TFIIB-TBP-DNA穩(wěn)定性;轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體(PIC)的形成的形成1. TFIID結(jié)合TATA box;3. Pol II-TFIIF招募到 TFIIB-TBP-DNA, TFIIF通過與TFII

19、B結(jié)合介導(dǎo)了Pol II與核心啟動子的特異性結(jié)合;Binding of TFIIB and TFIIABinding of TFIIDBinding of pol II-TFIIFBinding of TFIIE and TFIIHAAA4. TFIIE和TFIIH 與復(fù)合物結(jié)合，PIC形成閉合復(fù)合物。TATAAGTFs + RNA Pol II開放復(fù)合物開放復(fù)合物延伸延伸終止（與多聚終止（與多聚腺苷化偶聯(lián)）腺苷化偶聯(lián)）Pol II 釋放、釋放、去磷酸化去磷酸化閉合復(fù)合物閉合復(fù)合物DNA 解解鏈，酶磷酸化，鏈，酶磷酸化，轉(zhuǎn)錄起始，啟動子清除轉(zhuǎn)錄起始，啟動子清除RNA 25-30 nt時，加帽時

20、，加帽RNA 60-70nt時，時， TFIIE 和和TFIIH 釋放釋放六六、真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾同時進行真核生物的轉(zhuǎn)錄終止和加尾修飾同時進行真核生物轉(zhuǎn)錄終止信號知之甚少。真核生物轉(zhuǎn)錄終止信號知之甚少。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(polyA)尾巴，尾巴，是轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)錄錄后加后加進去的。進去的。轉(zhuǎn)錄在加轉(zhuǎn)錄在加polyA位點下游數(shù)百或上千位點下游數(shù)百或上千個核苷酸個核苷酸后終止。后終止。共同共同序列序列AATAAA及其下游及其下游GT序列充當序列充當多聚腺多聚腺苷化信號序列苷化信號序列。5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAA

21、TAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點轉(zhuǎn)錄終止的修飾點5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA真核生物轉(zhuǎn)錄抑制劑真核生物轉(zhuǎn)錄抑制劑Actinomycin D放線菌素放線菌素D D：參入到：參入到dsDNAdsDNA中連續(xù)的中連續(xù)的GCGC堿基對中、使堿基對中、使DNADNA變構(gòu)阻止變構(gòu)阻止RNARNA聚合酶沿模板鏈的移動，從而抑聚合酶沿模板鏈的移動，從而抑RNARNA鏈的延伸。鏈的延伸。RNA pol II CTD的磷酸化的磷酸化/去磷酸化修飾對于去磷酸化修飾對于mRNA的合成、加工及運輸是必需的，是轉(zhuǎn)的合成、加工及運輸是必需的，是轉(zhuǎn)錄過程與錄過程與mRNA加工過程偶聯(lián)的

22、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加工過程偶聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)真核生物初級轉(zhuǎn)錄物真核生物初級轉(zhuǎn)錄物不具有不具有功能！功能！真核生物真核生物RNA的加工和降解的加工和降解The processing and Degradation of Eukaryotic RNA第四節(jié)第四節(jié)一、核不均一一、核不均一RNA經(jīng)首、尾修飾和剪經(jīng)首、尾修飾和剪接后成為接后成為mRNA （一）前體（一）前體mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 帽結(jié)構(gòu)為帽結(jié)構(gòu)為7-甲基甲基鳥嘌呤，通過鳥嘌呤，通過5-5-三磷酸四三磷酸四酯鍵與相鄰核苷酯鍵與相鄰核苷酸相連。酸相連。功能：功能：1. 保護保護mRNA免遭核酸酶的降解；免遭核酸酶的降解；2. 參

23、與參與mRNA的穿核運輸；的穿核運輸；3. 與帽結(jié)合蛋白復(fù)合體結(jié)合，并參與與帽結(jié)合蛋白復(fù)合體結(jié)合，并參與mRNA和核和核糖體的結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)的生物合成糖體的結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)的生物合成。 加帽過程由加帽過程由加加帽酶帽酶(capping enzyme)和和甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)，催化完成。催化完成。加帽酶加帽酶包括磷酸酶和鳥苷包括磷酸酶和鳥苷轉(zhuǎn)移酶活性。轉(zhuǎn)移酶活性。甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶SAM（二）前體（二）前體mRNA在在3端特異位點斷裂并加上端特異位點斷裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾 1. 1. 加尾修飾與轉(zhuǎn)錄終止同時進行。加尾修飾與轉(zhuǎn)錄終止同時進行。2

24、. mRNA2. mRNA的的polyApolyA尾長度通常為尾長度通常為100100至至200200個核苷酸之間。個核苷酸之間。3. poly A3. poly A的有無與長短，是維持的有無與長短，是維持mRNAmRNA作為翻譯模板的活性，作為翻譯模板的活性，以及增加以及增加mRNAmRNA本身穩(wěn)定性的因素。本身穩(wěn)定性的因素。4. 4. 組蛋白成熟組蛋白成熟mRNA 3mRNA 3-端端不含不含polyApolyA尾。尾。5 5. . 前體前體mRNAmRNA分子的斷裂和加分子的斷裂和加polyApolyA尾是多步驟過程。尾是多步驟過程。polyA 尾的功能尾的功能:1. 保護保護 mRNA

25、免受核酸酶的降解；免受核酸酶的降解；2. 輔助轉(zhuǎn)錄終止輔助轉(zhuǎn)錄終止;3. 輔助輔助mRNA出核運輸至胞質(zhì)出核運輸至胞質(zhì);4. 是翻譯正確起始所依賴的、并調(diào)控翻譯速率。是翻譯正確起始所依賴的、并調(diào)控翻譯速率。前前體體mRNA斷裂點上游斷裂點上游1030nt有有AAUAAA信號序信號序列，斷裂點下游列，斷裂點下游2040nt有富含有富含G/U的序列的序列（三）（三）前體前體mRNA（hnRNA)的剪接主要是去的剪接主要是去除內(nèi)含子除內(nèi)含子去除初級轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成去除初級轉(zhuǎn)錄物上的內(nèi)含子，把外顯子連接為成熟熟RNA的過程稱為的過程稱為mRNA剪接（剪接（mRNA splicing）

26、。 外顯子外顯子：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟并表達為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。內(nèi)含子內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被：隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。 剪接接口剪接接口(splicing junction)或邊界序列或邊界序列5 剪接位點，內(nèi)含子以剪接位點，內(nèi)含子以 5-GU起始起始;分支點序列存在一個高度保守的分支點序列存在一個高度保守的“A”，位于，位于3 剪接位點上游剪接位點上游 30個核苷酸。個核苷酸。5 GU-A-AG 3分支點分支點內(nèi)含子內(nèi)含子3 剪接位點，內(nèi)含子以剪接位點，

27、內(nèi)含子以 3-AG結(jié)束結(jié)束;剪接體（剪接體（spliceosome)是內(nèi)含子剪接場所是內(nèi)含子剪接場所剪接體剪接體: 由核小核糖核蛋白顆粒snRNP和mRNA前體組成，可將前體mRNA的內(nèi)含子去除。snRNP(small nuclear ribonucleoprotein particle): 由一種核小RNA(snRNA)和多種蛋白組成的復(fù)合物包括: U1 snRNP, U2 snRNP, U4 snRNP, U5 snRNP, U6 snRNP snRNA: 5種類型, U1, U2, U4, U5, U6 100300ntU-rich剪接體的組裝和剪接步驟剪接體的組裝和剪接步驟1. U1

28、和 U2 snRNA 分別與內(nèi)含子 5 端邊界序列和分支點序列配對；2. U4-U5-U6 復(fù)合物加入形成剪接體；4. U1, U4 釋放；3.內(nèi)含子彎曲； 5. 發(fā)生第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)； 6. 發(fā)生第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)；7. 外含子連接，套索狀內(nèi)含子釋放。形成套索狀形成套索狀RNA的兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)E1: exon 1; E2: exon 21. 分枝點分枝點A的的2-OH 進攻進攻5剪剪接點使磷酸二酯鍵斷裂，接點使磷酸二酯鍵斷裂，同時和同時和intron的的 5末端形末端形成一個新的成一個新的 52 磷酸二磷酸二酯鍵，套索狀酯鍵，套索狀 RNA形成；形成；2. 5剪接點剪接點exon的的

29、3-OH 進進攻攻3 剪接點的磷酸基，釋剪接點的磷酸基，釋放出套索狀內(nèi)含子放出套索狀內(nèi)含子 ，生，生成剪接好的成熟成剪接好的成熟mRNA。（四）前體（四）前體mRNA可變剪接或剪切產(chǎn)生不同可變剪接或剪切產(chǎn)生不同mRNA，是蛋白質(zhì)多樣性的重要機制，是蛋白質(zhì)多樣性的重要機制許多前體許多前體mRNA分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成分子經(jīng)過加工只產(chǎn)生一種成熟的熟的mRNA，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些，翻譯成相應(yīng)的一種多肽；有些則通則通過選擇性使用剪切過選擇性使用剪切或（和）或（和）剪接位點加工剪接位點加工成結(jié)構(gòu)成結(jié)構(gòu)有所不同的有所不同的mRNA。選擇性加工（選擇性加工（alternative processi

30、ng)可可變剪接（變剪接（alternative splicing），或，或選選擇性剪擇性剪接接可可變剪切（變剪切（alternative cleavage），或選擇性剪切或選擇性剪切交替剪切交替剪切交替剪接交替剪接大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄子的選擇性加工大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄子的選擇性加工降鈣素降鈣素降鈣素基因相關(guān)肽降鈣素基因相關(guān)肽同一前體同一前體mRNAmRNA分子分子通過選擇性通過選擇性剪切和剪接：剪切和剪接：在大鼠甲狀在大鼠甲狀腺中產(chǎn)生降腺中產(chǎn)生降鈣素，在大鈣素，在大鼠腦中產(chǎn)生鼠腦中產(chǎn)生降鈣素降鈣素- -基因基因相關(guān)肽。相關(guān)肽。（五）（五）mRNA編輯是對基因的編碼序編輯是對基因的編碼序列進行轉(zhuǎn)錄

31、后加工列進行轉(zhuǎn)錄后加工 在在mRNA水平上對外顯子加工，通過特定水平上對外顯子加工，通過特定堿基的插入、缺失或置換，使堿基的插入、缺失或置換，使mRNA序列中序列中出現(xiàn)移碼突變、錯義突變或無義突變，導(dǎo)致出現(xiàn)移碼突變、錯義突變或無義突變，導(dǎo)致mRNA與其與其DNA模板序列不匹配，使同一模板序列不匹配，使同一前體前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達的調(diào)節(jié)方式稱為這種基因表達的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯編輯（mRNA editing） 。 人類人類apo B基因基因 mRNA（14500個核苷酸）個核苷酸）肝臟肝臟apo B100（分子量為（分子量為50

32、0 000）腸道細胞腸道細胞apo B48（分子量為（分子量為240 000）mRNA編輯編輯CAA UAA胞嘧啶核苷脫氨酶APOB基因的基因的mRNA在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈在肝和腸黏膜編碼不同多肽鏈 1. RNaseP切除切除5端端16個核苷酸的前導(dǎo)序列；個核苷酸的前導(dǎo)序列；2. 3端兩個核苷酸由端兩個核苷酸由 RNase D切除，由核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上切除，由核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上CCA；3. 莖環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸堿基經(jīng)化學修飾為稀有堿基；莖環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸堿基經(jīng)化學修飾為稀有堿基；4. 剪接去除內(nèi)含子。剪接去除內(nèi)含子。二二、真核生物前體真核生物前體tRNA的加的加工工堿基修飾堿基修飾（2）還

33、原反應(yīng)）還原反應(yīng) 如：如：U DHU （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：U （4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三三、RNA催化一些真核和原核基因內(nèi)催化一些真核和原核基因內(nèi)含子的自剪接含子的自剪接 根據(jù)根據(jù)基因類型基因類型和和剪接方式進行的內(nèi)含子分類剪接方式進行的內(nèi)含子分類： I ：某些線粒體某些線粒體、葉綠體、葉綠體及單細胞生物的及單細胞生物的rRNA前體；前體；一些噬菌體的一些噬菌體的mRNA前體及細菌前體及細菌tRNA前體；前體；游離游離的的GTP、GDP、GMP提供提供3-OH參

34、與轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。參與轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。 II：某些線粒體某些線粒體、葉綠體葉綠體mRNA和和tRNA前體；前體；存在分存在分支點支點A提供提供2-OH。 III：大多數(shù)大多數(shù)mRNA前體，在剪接體上形成套索前體，在剪接體上形成套索結(jié)構(gòu)后結(jié)構(gòu)后剪接。剪接。 不同類型內(nèi)含子剪接途徑比較不同類型內(nèi)含子剪接途徑比較I I 和和 II II型內(nèi)含子采用與剪接體相似的剪接途徑但不需任何蛋白型內(nèi)含子采用與剪接體相似的剪接途徑但不需任何蛋白的參與，這種的參與，這種由由RNA分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為自剪自剪接（接（self-splicing）；）；催化自剪接的催化自剪接的RNA是是核

35、酶核酶。 自剪接過程同樣需自剪接過程同樣需兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)兩次轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 五、五、RNA在細胞內(nèi)的降解有多種途徑在細胞內(nèi)的降解有多種途徑 正常轉(zhuǎn)錄物和異常轉(zhuǎn)錄物的降解途徑有一定差異。正常轉(zhuǎn)錄物和異常轉(zhuǎn)錄物的降解途徑有一定差異。 前者包括依賴于脫腺苷酸化的前者包括依賴于脫腺苷酸化的mRNA降解和不依賴降解和不依賴于脫腺苷酸化的于脫腺苷酸化的mRNA 降解；降解； 后者包括無義介導(dǎo)的后者包括無義介導(dǎo)的mRNA 降解、無終止降解、降解、無終止降解、無停滯降解和核糖體延伸介導(dǎo)的降解等。無停滯降解和核糖體延伸介導(dǎo)的降解等。 細細胞內(nèi)少部分正常胞內(nèi)少部分正常mRNA也可經(jīng)由無義介導(dǎo)的途徑也可經(jīng)由無義介導(dǎo)的途徑降

36、解。降解。 （一）依賴于脫腺苷酸化的（一）依賴于脫腺苷酸化的mRNA降解是重降解是重要的要的mRNA代謝途徑代謝途徑mRNA的的5 -端帽和端帽和3 -端的端的poly (A)尾結(jié)構(gòu)對于尾結(jié)構(gòu)對于mRNA的穩(wěn)定性具有重要的穩(wěn)定性具有重要作用作用。mRNA的降解必的降解必須首先解除這些穩(wěn)定因素，脫腺苷酸化及帽結(jié)構(gòu)須首先解除這些穩(wěn)定因素，脫腺苷酸化及帽結(jié)構(gòu)的水解是其中的重要步驟的水解是其中的重要步驟，稱為，稱為依賴于脫腺苷酸依賴于脫腺苷酸化的化的mRNA降解降解。 依賴于脫腺苷酸依賴于脫腺苷酸化的化的mRNAmRNA降解降解 （二）無義介導(dǎo)的（二）無義介導(dǎo)的mRNA降解是重要的真核降解是重要的真核

37、細胞細胞mRNA質(zhì)量監(jiān)控機制質(zhì)量監(jiān)控機制 真 核 細 胞真 核 細 胞 m R N A 的 異 常 剪 接 可 能 會 產(chǎn) 生的 異 常 剪 接 可 能 會 產(chǎn) 生 無 義無 義（nonsense）的終止密碼子，由此產(chǎn)生的的終止密碼子，由此產(chǎn)生的mRNA降解稱為降解稱為無義介導(dǎo)的無義介導(dǎo)的mRNA降解（降解（nonsense-mediated mRNA decay, NMD），是廣泛存在的，是廣泛存在的mRNA質(zhì)量監(jiān)控的重要機制。質(zhì)量監(jiān)控的重要機制。那些含有提前終止密碼子（那些含有提前終止密碼子（premature translational-termination codon, PTC）的）的mRNA會被會被選擇性清除選擇性清除。 1. 啟動子在RNA轉(zhuǎn)錄中有何作用？2. 真核生物的RNA和RNA聚合酶各有多少種？3. 真核細胞mRNA的加工方式有哪些？4. 試述RNA降解在基因表達調(diào)控中的作用？5. 成熟成熟mRNA是如何形成的？是如何形成的？