转录后加工(2)

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1、第十三章 转录后加工,转录后的加工（posttranscriptional modification） （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)，归巢和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 (1) 它们的5端都是单磷酸，而原始的转 录产物5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。,(一) t

2、RNA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。 (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) rRNA的加工,二 真核的tRNA和rRNA的加工,真核tRNA的基因和原核不同： (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

3、的前体分子中含有内含子。,酵母tRNA的加工主要分成两个步骤：,切除内含子 连接外显子,真核tRNA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)剪切反应的信号是二级结构，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。,(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。,真核细胞中rRNA的加工途

4、径,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。,一 原核生物mRNA的加工,二 真核mRNA前体的加工,(一)核内不均一RNA（heterogenous nuclear RNA,hnRNA）平均分子长度为8-10Kb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)二者为相同的聚合酶所合成； (5

5、) 两者的3端都有多聚腺苷尾巴。,hnRNA的结构的特点,(1)5端有帽结构； (2) 3端有poly（A）尾巴； (3)帽结构后有3个寡聚U区，每个长约30nt； (4)有重复序列，位于寡聚U区后面； (5)有茎环结构，可能分布于编码区（非重复序列）的两侧； (6)非重复序列中有内含子区。,真核mRNA的前体的加工一般要经过五个阶段：( 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。（5）某些前体分子还要进行编辑。,1加帽,帽子的类型,在末端鸟苷的第7位上存在单个甲基化位点的称0型帽子（cap0）； 在次末端核苷酸的核糖上的2-O位点上还

6、有一个甲基位点的称1型帽子(cap 1)； 此外，在第三个核苷酸的核糖上（2-O）有甲基化位点的称2型帽子（cap2）。 这三种帽子都有特殊面对面核苷酸结构（confrontde nucleotide structure）。,帽子结构的功能,(1)有助于mRNA越过核膜，进入胞质； (2)保护5不被酶降解； (3)翻译时供IF（起始因子）和核糖体识别。,2 加尾,(1)特殊组分(CPSF)识别AAUAAA并指导其它的活性 (2) 剪切因子(CF)在加尾位点 AAUAAA下游1130nt 处剪切RNA； (3)末端腺苷转移酶poly(A)聚合酶合成poly(A)尾巴； (4)PBP与poly(A

7、)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。,3、甲基化,在真核生物和病毒的mRNA分子上某些位点 的腺嘌呤是经过甲基化的，具体的甲基化的位点还不太清楚。,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 aci

8、d）和酶（enzyme）这两个词“重组”成一个新的词： “ 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：,(1)一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带有蛋白的RNA； (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,（1）突破了酶的概念. 是一种自体催化； （2）揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了RNA的研究。 （3）为生命的起源和分子进化提供了新的依据。,二、交界顺序,Chambon等发现内含子切割位点有2个特点,（1）内含子的两个末端并不存在同源或互补。这就排除了存在二级结构的可能。 （2）连接点具有很短的

9、保守序列，称为边界顺序。其规律称为GT-AG法则（GT-AG rule) 或Chambon法则。左边的剪接位点称供体（donor）位点，右边的剪接位点称受体（acceptor）位点。,三 I类内含子的剪接,Cech等1981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。,内含子的分类,根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为四类。,I类：线粒体、叶绿体及低等真核生物细胞

10、核的rRNA基因；II类：线粒体、叶绿体的mRNA基因；III类：大多数核mRNA的基因；IV类： tRNA基因。,(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 corestrucature）3.内部引导顺序（internal guide seguence IGS）,(二) I类内含子的剪切机制,转酯反应(transesterification)：酯键从一个位置转移到另一个位置。,四. 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）

11、,（一）第类和第类内含子的自我剪接特征,5剪接点 U GU 3剪接点 G AU 近3保守序列 PyPuPyPyTAPy 5-P-Q-R-S序列 有 无 能量输入 第一次亲核攻击 鸟苷酸 保守A2-OH,类 内含子 类内含子,(二)剪接机制,无需鸟苷的辅助，但需镁离子的存在。 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）； 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。,五. 核mRNA的剪接,(一) 结构特点： 1. 边界顺序:符合GU-AG法则。 2. 分枝点顺序：为Py80NPy87Pu7

12、5APy95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,(二)剪接机制,剪接因子 snRNPs U1,U2,U5和 U4/U6。,第四节 编辑,编辑的发现 编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。 1986.R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现m RNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。,编辑的生物学意义： (1)校正作用； (2)调控翻译； (3)扩充遗传信息。,RNA编辑的生物学意义：,校正作用；调控翻译；如Apo-B基因

13、在肠道的表达。扩充遗传信息：按照基因信息传递的理论，这种mRNA的编辑作用无疑是对传统分子生物学原理的挑战。,编辑的调控作用,线虫coxII 基因的编辑,二编辑的机制,1990年L.Simpsom等发现指导RNA（guide gRNA）。,五、RNA生物合成抑制剂,概念：能阻断、抑制或者干扰核酸的代谢过程，最终抑制转录的一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。,分三类：1、嘌呤和嘧啶类似物。2、DNA模板功能抑制物。3、RNA聚合酶抑制剂。,1、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成,作用方式 代谢拮抗物，抑制核苷酸的生物合成 掺入到核酸分子中，形成异常RNA或DNA，从而影响核酸的功能并导致突变。

14、,DNA模板功能抑制物,通过与DNA结合而改变模板的功能，具体有分成： 烷化剂 放线菌素类 嵌入染料,RNA聚合酶抑制剂,与RNA聚合酶结合而影响其活力，具体有包括： 利福平与利福霉素 利链菌素 放线菌素D -鹅膏蕈碱,（一）利福霉素及利福平,作用：抗结核药物，特异地抑制细菌RNA聚合酶的活性，因而抑制细菌RNA的合成。,机制：利福霉素可与RNA聚合酶的亚基结合，并阻止起始位点的填充，抑制二核苷酸RNA的形成；利福平则阻止RNA聚合酶的移动，抑制头三个核苷酸的形成。因此，利福霉素和利福平都是RNA链合成起始过程的抑制剂。,（二）利迪链菌素,作用：与细菌的RNA聚合酶亚基结合，抑制转录过程中RN

15、A链的延长反应。,6.6RNA的降解,6.6.1酶促降解 是主要方式，又包括： 核酸酶 核酶（剪切型核酶，剪接型核酶） 6.6.2其它方式 RNA干扰（干涉） 反义RNA,翻译：蛋白质的生物合成,遗传密码 有3个终止密码，没有对应的氨基酸，所以，在64个遗传密码中，能决定氨基酸的遗传密码子只有61个,2、遗传密码：,mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫做密码子。,从遗传密码表中可看出：,密码子共64种。其中二个起始密码（AUG、GUG）；三个终止密码（UAA、UAG、UGA）不决定任何氨基酸。 一种密码子只对应一种氨基酸，但一种氨基酸可以和多种密码子相对应。,3、简并性：一种氨基酸有两种以上的密码子的情况 。,遗传密码的特性：,1、方向性。,5、通用性：地球上几乎所有的生物共用一套密码子表。变异性,2、连续性。,4、变偶性。,蛋白质生物合成五阶段,氨基酸活化 起始 延伸 终止 翻译后加工修饰,