分子遗传学5

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1、 第六章 转录后加工 转录后的加工（posttranscriptional modification） 多数转录的初始产物并无活性，必须经过进一步的加 工处理才有生物学活性，特别是对于真核生物，其转 录产物的后加工更为重要。转录后加工包括： （1）减少部分片段：如切除5端前导序列， 3端拖尾序列和中部的内含子； （2）增加部分片段：5加帽，3加poly(A), 通过编辑加入一些碱基； （3）修饰：对某些碱基进行甲基化等。 第一节 tRNA和rRNA的加工 一、原核的 tRNA和 rRNA的加工 参与蛋白质合成的tRNA和rRNA都不是最 初 的转录产物，它们都需要后续加工： (1) 它们的5端

2、都是单磷酸，而原始的转录 产物5端应是三磷酸； (2) 分子比初始转录物小； (3) tRNA含有特殊的碱基，这些碱基只有 通过一些化学修饰才可以得到。 表13-1 E.coli 中含有的小分子核酸酶 酶 基因 底物 功能 RNaseP rnpA tRNA 5端 内切 RnaseO rnpB RnaseBN ? tRNA 3端 外切 RnaseD rnd tRNA 3端 外切 RnaseT ? tRNA 3CCA 外切 Rnase rnc rRNA和mRNA 内切 RnaseR ? rRNA和mRNA 外切 RnaseE rne 5S rRNA 内切 Rnase rna 大部分RNA 内切 R

3、nase rnb RNA 外切 多核苷酸磷酸化酶 pnp RNA 外切 RnaseH rnh RNA-DNA杂合链 内切 GENESIV，1990. B. Lewin, Table 14.2 (一) tRNA的加工 tRNA的加工分成3个阶段 (1) “斩头”，形成5末端； (2) 去尾，形成3-OH末端。缺-CCA的 tRNA要用tRNA核酸转移酶加-CCA。 (3)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），TC臂的假尿苷（）和反 密码子环上的2异戊腺苷（2ipA) 二、真核的tRNA和rRNA的加工 真核tR

4、NA的基因和原核不同： (1) tRNA的前体分子中含有内含子; (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)真核的前体分子tRNA是成簇排列，基因 间有间隔区。 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。 真核tRNA内含子的特点： 位置相同，都在反密码子环的下游； 不同tRNA的内含子长度和序列各异； 外显子和内含子交界处无保守序列； 内含子的剪切是依靠RNase异体催化； 内含子和反密码子配对形成茎环。 真

5、核细胞中rRNA的加工途径 (1) 切除5端的前导序列； (2) 从41S的中间产物中先切下18S的片段。 Hela细胞的切点在18S和5.8S之间的ITS （内部转录间隔序列）； L细胞的切点在 18S序列和ITS的交界处，称为先成熟。 (3) 部分退火，形成发夹结构； (4) 最后修正。 第二节 前体mRNA的加工 mRNA前体分子的加工主要是真核mRNA， 原核的mRNA一般不经过加工。 真核mRNA的加工一般要经过四步： (1) 5加帽； (2) 3加尾； (3) 切除内含子； (4) 修饰：对某些碱基进行甲基化。 真核mRNA前体的加工 (一)核内不均一RNA（heterogenou

6、s nuclear RNA,hnRNA）平均分子长度为8-10Kb(2Kb14Kb) 左右。比mRNA的平均长 度（1.8-2Kb）要大4-5倍 。 hnRNA仅有总量的1/2转移到细胞质内，其余的都在 核内被降解掉。 hnRNA是mRNA的前体，证据是 ： (1) hnRNA和mRNA有相同的序列； (2) hnRNA在体外能作为模板翻译蛋白； (3) 两者5端都有帽子结构； (4)表明二者为相同的聚合酶所合成； (5) 两者的3端都有多聚腺苷有尾巴。 hnRNA的结构的特点 n(1)5端有帽结构； n(2) 3端有poly（A）尾巴； n(3)帽结构后有3个寡聚U区，每个长约 30nt；

7、n(4)有重复序列，位于寡聚U区后面； n(5)有茎环结构，可能分布于编码区（非 重复序列）的两侧； n(6)非重复序列中有内含子区。 1加帽 (1) 剪接前加帽 如呼肠病毒， 牛豆病毒 (2) 剪切后加帽 如疱疹病毒和口炎病毒 帽子结构的功能 n(1)有助于mRNA越过核膜，进入胞质； n(2)保护5不被酶降解； n(3)翻译时供IF（起始因子）和核糖体 识别。 (2) 加尾 n(1)特殊组分(CPSF)识别AAUAAA并指导 其它的活性 n(2) 剪切因子(CF)在加尾位点 AAUAAA下 游1130nt 处剪切RNA； n(3)末端腺苷转移酶poly(A)聚合酶合成 poly(A)尾巴；

8、 n(4)PBP与poly(A)结合，反应停止。 加Poly(A)的反应 第一步加一个短的寡聚A序 列（10nt），此反应依 赖于AAUAAA序列； 反应由poly（A）聚合酶在 特殊因子指导下完成的 。 第二步是寡聚A尾巴延伸到 240nt的长度。 此反应并不需要AAUAAA 序列，但需要一个识别 寡聚A并指导poly（A） 聚合酶延伸的刺激因子 。 第三 节 内含子的剪接 一. 核酶(Ribozyme) 1981年T.Cech和S.Atman等在研究四膜虫 rRNA时发现的； T.Cech由核糖核酸（ribonucleic acid）和 酶（enzyme）这两个词“重组”成一个 新的词：

9、“ Ribozyme”； 是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白 质辅基的一类具有催化功能的物质。 和传统酶的区别： n(1)一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是 RNA或带有蛋白的RNA； n(2)核酶既是催化剂又是底物。而酶仅 催化反应。 核酶发现的意义 n（1）突破了酶的概念. 是一种自体催 化； n（2）揭示了内含子自我剪接的奥秘 ；促进了RNA的研究。 n（3）为生命的起源和分子进化提供 了新的依据。 酶组成的进化路线可能是： 纯RNA RNA为主 RNA和 蛋白为主 纯蛋 白 蛋白为辅 蛋白并重 RNA为辅 核酶 RNAaseP ？ 端粒酶 一般酶 类 二 I类类含子的剪接 Cech等1

10、981年用四膜虫分离得到了35S的 前体rRNA，它含有一个长413bp的内 含子。 此35S rRNA要加入一价或二价阳离子及 GTP就可以在体外释放出413b的线性 的内含子， 若继续保温，那么线形内含子又可形成 环状的RNA。这就意味着35S RNA在 GTP的作用下可以自我剪接。 (一)I类内含子的结构特点是 1. 其边界序列为5U-G 3； 2. 具有中部核心结构（Central core strucature） 3.内部引导顺序（internal guide seguence IGS） (二) I类内含子的剪切机制 n转酯反应(transesterification) 酯键从一个位置转移到另一个位置。 三. 类内含子的剪接 (一)结构特点 (1) 边界序列为5GUGCGYnAG； (2) 有6个茎环结构； 有分支点顺序（branch-point seguence ） (二)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（图13-31）； 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。