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1、生物化学生物化学多媒体课件试用版第十一章( RNA Biosynthesis, Transcription )RNA的生物合成 转录Biochemistry DepartmentDepartment of Basic Medical SciencesHangzhou Normal UniversityGuyisheng2024/7/211转录转录 (transcription) 是是生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 2024/7/212RNA的合成方式在生物界，在生物界，RNARNA合成有合成有两种方式：一是两种方式：一是DNADNA指指导
2、的导的RNARNA合成，此为生合成，此为生物体内的主要合成方式。物体内的主要合成方式。另一种是另一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合成，此种方式常见于合成，此种方式常见于病毒。病毒。转录产生的初级转录本转录产生的初级转录本是是RNARNA前体（前体（RNA RNA precursorprecursor），），需经加需经加工过程（工过程（processingprocessing）方具有生物学活性。方具有生物学活性。2024/7/213复制和转录的区别复制和转录的区别复制转录模 板两股单链模板链原 料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶产 物子代双链DNAmRNA、tRNA、rRNA配
3、 对A-T、G-CA-U、T-A、G-C引物有无方式半保留复制不对称转录加工不需复制后加工转录后需要加工2024/7/214n参与转录的物质：参与转录的物质：原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA酶酶 : : RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子2024/7/215DNA双链在转录过程中只有一条链中的其中某一活化基因片段起作用，该链称模板链（template strand），又称有意义链或Watson链；与其互补的链称为编码链（coding strand），又称反义链或Crick链。一
4、、转录模板一、转录模板转录生成的转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似，链与编码链的碱基序列相似，以以U取代取代T第一节第一节 原核生物的转录模板和酶原核生物的转录模板和酶Templates & Enzymes in Prokaryotic Transcription2024/7/216模板链与编码链5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译2024/7/217DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构
5、基基因因(structural gene)。不对称转录：不对称转录：某一确定活化基因的转录，只能以DNA双链的一条链作为模板，这种现象称为不对称转录（asymmetric transcription）。两重含义：一是指双链DNA只有一股单链用作模板。二是指同一单链上可以交错出现模板链和编码链。2024/7/2185 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向n不对称转录不对称转录2024/7/219二、二、RNA聚合酶聚合酶 (DNA dependent RNA polymerase, DDRP, RNA-pol
6、)（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似。 ( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA延长的延长的RNA2024/7/2110DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。 2024/7/2111（二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基组成大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）RNA 聚
7、合酶：聚合酶：4种亚基种亚基 、 、 、 组成的组成的五聚体蛋白质五聚体蛋白质，分子量，分子量480 kD。2024/7/2112核心酶核心酶（core enzyme） ： 2能催化能催化NTP按模板的指引合成按模板的指引合成RNA，在转录在转录延长延长全过程全过程中均起作用中均起作用全酶全酶（holoenzyme）：）： 2 ，即即 亚基亚基 + 核心酶核心酶 亚基的功能是辨认亚基的功能是辨认转录起始点，转录起始阶转录起始点，转录起始阶段需要全酶段需要全酶2024/7/2113全酶全酶 (holoenzyme) 转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段 核心酶核心酶 (core en
8、zyme)结合2024/7/2114三、三、RNA聚合酶与模板的辨认结合聚合酶与模板的辨认结合转录是不连续、分区段进行的。每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启启动子动子(promoter)。2024/7/2115启动子（启动子（promotor）：）：调控序列中的启动子是RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNA序列。也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA
9、的启动子上而起动转录；其中由亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。 启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。2024/7/2116起始部位：起始部位：指DNA分子上开始转录的作用位点，该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基，该碱基的序号为+1。识别部位：识别部位：RNA 聚合酶亚基的识别部位。 中心部位在35bp处,该序列的碱基富含TTGACA。2024/7/2117结合部位：结合部位：是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位，其长度为7bp，中心部位在10bp处。碱基序列具有高度保守性，富含TATAAT序列，故称之为 TATA盒（盒（TATA bo
10、x），又称普里布诺序列（Pribnow box）。该序列中富含AT碱基，维持双链结合的氢键相对较弱，导致该处双链DNA易发生解链，有利于RNA聚合酶的结合。2024/7/2118RNA聚聚合合酶酶保保护护法法2024/7/2119开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site) 5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 n用用RNA聚合酶保
11、护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区结合2024/7/2120第二节第二节 原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote大肠杆菌转录过程包括转录起始、延长、终止三步。2024/7/2121一、转录起始需要一、转录起始需要RNA聚合酶全酶聚合酶全酶转录起始不需引物，两个与模板配对的相邻核苷酸，在RNA-pol催化下生成磷酸二酯键直接连接起来。转录生成的第一个核苷酸总是GTP或ATP ,以GTP更为常见。转录起始复合物 ： RNA聚合酶的全酶、DNA模板和四磷酸二核苷酸（pppGpN-OH 3）三者结合在一起的复合
12、体。2024/7/21222. DNA双双链链局局部部解解开开，形形成成开开放放转转录录复复合合体体(open transcription complex) ；1. RNA聚聚合合酶酶全全酶酶( 2)与与模模板板结结合合，形形成成 闭闭 合合 转转 录录 复复 合合 体体 (closed transcription complex) ；3. 在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下发发生生第第一一次次聚聚合合反反应应，形形成转录起始复合物：成转录起始复合物：RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物: :5 -pppG -OH + NTP 5 -p
13、ppGpN - OH 3 + ppin转录起始过程：转录起始过程：2024/7/2123第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。 2024/7/2124nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长 2024/7/2125二、二、 原核生物的转录延长时蛋白质原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行的翻译也同时进行1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移； 2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1
14、+ PPi2024/7/2126转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol （核心酶）核心酶） DNA RNA2024/7/2127转录空泡的形成： 转录空泡（transcription bubble）：也称转录复合物，是由RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在一起的复合体。 RNA 聚合酶亚基辨认启动子识别部位。在这一区段，酶与模板的结合很松弛，酶随即移向启动子的结合部位，并跨入了转录起始点，开始转录。 第一个磷酸二酯键生成后， 亚基从转录起始复合物上脱落，形成转录空泡。核心酶沿模板DNA前移，进入延长阶段。2024/7/2128n转录延
15、长：转录延长：2024/7/21295 3 DNAn原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶在同一在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。转录尚未完成，翻译已在进行。 这种形状说明：这种形状说明：2024/7/2130依赖Rho 因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止三、原核生物转录终止分为依赖三、原核生物转录终止分为依赖(Rho)因因子与非依赖子与非依赖因子两大类因子两大类转转录录终终止止指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产
16、产物物RNA链链从转录复合物上脱落下来。从转录复合物上脱落下来。 n依依据据是是否否需需要要蛋蛋白白质质因因子子的的参参与与，原原核生物转录终止分为：核生物转录终止分为： 2024/7/2131因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。（一）依赖（一）依赖因子的转录终止因子的转录终止n因子：因子： 2024/7/2132n因子的作用原理：因子的作用原理：2024/7/2133目前认为，因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而
17、使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放 。2024/7/2134因子因子 DNARNARNA聚合酶聚合酶2024/7/2135（二）（二） 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。 RNA产物3端往往形成茎环结构茎环结构，该结构阻碍RNA聚合酶前移。 茎环结构后有一串寡聚寡聚U。寡聚U有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。2024/7/21365UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACC
18、AGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3近终止区的转录产物形成发夹近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构结构是非依赖是非依赖因子终止的普遍现象。因子终止的普遍现象。 2024/7/2137n茎环结构使
19、转录终止的机理：茎环结构使转录终止的机理： 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5pppG5 3 3 5 RNA-pol2024/7/2138第三节第三节 真核生物的转录过程真核生物的转录过程The Process of Transcription in Eukaryote真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。一、一、 真核生物有三种真核生物有三种RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶聚合酶（RNA Pol）RNA聚合酶聚合酶（RNA P
20、ol ）2024/7/2139真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类种类IIIIII转录产物转录产物45s-rRNAhnRNA5s-rRNA、tRNA、snRNA对鹅膏蕈对鹅膏蕈碱的反应碱的反应耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感酶图2024/7/2140真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基.RNA聚合酶由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。 RNA聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有 序 列 (consensus sequence)为 Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧羧
21、基基末末端端结结构构域域(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD对于维持细胞的活性是必需的。2024/7/2141二、转录起始需要启动子二、转录起始需要启动子 、RNA聚合酶聚合酶和转录因子的参与和转录因子的参与（一）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列 不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-acting element)。 真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化转录起始时，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板不直接结合模板，其起始，其起
22、始过程比原核生物复杂。过程比原核生物复杂。2024/7/2142顺式作用元件：顺式作用元件：n一个典型的真核生物基因上游序列一个典型的真核生物基因上游序列:53调控序列调控序列TATA盒盒InrYYAN YYTA-30+1TATAAA真核生物编码基因两侧的DNA序列，可影响自身基因的表达活性【DNA分子上具有可影响（调控）转录的各种组分】2024/7/2143顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件 (upstream promoter elements 或 promoter-proximal elements)等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。起始点上游多数有共同的TATA
23、序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。 2024/7/2144许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子(intiator，Inr) 。启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。增强子是能够结合特异基因调节蛋白， 促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列。2024/7/2145转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子n顺顺 式式 作作 用用 元元 件件 (cis-acting element)AATAAA
24、切离加尾切离加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体2024/7/2146n真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶转转录录的的基基因因及及其其转录起始上游序列转录起始上游序列2024/7/2147（二）（二） 转录因子转录因子能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合 酶 的 ， 则 称 为 转 录 因 子(transcriptional factors, TF)。2024/7
25、/2148参与参与RNA-pol转录的转录的TF2024/7/2149RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。通常包括：可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和/或中介子在通用转录因子/RNA聚合酶II复合物与可诱导因子、上游因子之间的辅助和中介作用。因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录。2024/7/2150型基因中的四类转录因子型基因中的四类转录因子 转录因子 具体组分 结合序列 功能 基本组分 TBP,TFA,B,E,G,F和H TBP结合TATA盒 转录起始定位； 转录起始和
26、延长 辅激活因子 TAFs和中介子 在可诱导因子和上游因子与基本转录因子、RNA聚合酶结合中起联结和中介作用 上游因子 SP1、ATF、CTF等 启动子上游元件 协助基本转录因子，提高转录效率和专一性 可诱导因子 如MyoD、HIF-1等 增强子等远隔调控序列 时间和空间（组织）特异性地调控转录 2024/7/2151（三）（三） 转录起始前复合物转录起始前复合物 真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。 转录起始需形成转录起始前复合物（pre-initiation complex, PIC）。 形成形成PIC的顺序如下：的顺序如下：TATA PICTF II D
27、TF II ATF II BTF II ERNA-pol II/TF II D2024/7/2152TATA由RNA-Pol 催化转录的PIC形成ABPOL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物POL-TFFABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化2024/7/2153nPIC的的形形成成与与转转录录2024/7/2154（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定（四）少数几个反式作用因子的搭配启动特定基因的转录基因的转录（拼板理论）（拼板理论） 为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录因子。一个基因一般需3至5个转录因子。
28、拼板理论(piecing theory) ：几个特定的反式作用因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互相作用，再与基本转录因子、RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、RNA聚合酶结合，但有时也可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结合。2024/7/2155三三 、真核生物转录延长过程中没有、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象转录与翻译同步的现象真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。 2
29、024/7/2156RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向2024/7/2157四、真核生物的转录终止和加尾修饰四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行同时进行真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(poly A)尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。2024/7/2158转录终止与加尾修饰2024/7/2
30、159第四节第四节 真核生物真核生物RNA的加工的加工Post-transcriptional Modification of Eukaryotic RNA真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primary RNA transcript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。加工主要在细胞核中进行。2024/7/2160n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)2024/7/2161一、真核生物一、真核生
31、物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修饰和剪接首、尾修饰和剪接（一）前体（一）前体mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”结构结构大多数真核mRNA的5-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种酶，加帽酶(capping enzyme)和甲基转移酶(methyltransferase)催化完成。 2024/7/2162mRNA的帽子结构（m7GpppG）是在5-端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是5-三磷酸鸟苷 pppG。 mRNA成熟过程中，先由磷酸酶把5-pppG水解，生成5-ppG或5-pG。然后， 5-端与另一三磷酸鸟苷（pppG）反应，生成三磷酸双鸟苷。
32、在甲基化酶的作用下，第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化，形成帽子结构。2024/7/21635 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAMn帽子结构的生成过程：帽子结构的生成过程：5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi2024/7/2164n帽子结构：帽子结构：2024/7/2165n帽子结构的意义：帽子结构的意义：可以使mRNA免遭核酸酶的攻击。（帽子结构是前体mRNA在细胞核内的稳定因素，也是mRNA在细胞质内的稳定因素。）也 能 与 帽 结 合 蛋 白 质 复 合 体 (cap-binding complex of protei
33、n)结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。 2024/7/2166（二）前体（二）前体mRNA在在3端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾 尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。poly A的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其poly A长度为100至200个核苷酸之间，也有少数例外。poly A是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的。2024/7/2167前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。 加工过程先由核酸外切酶切去3-末端一些过剩的核苷酸，然后由多
34、聚腺苷酸酶催化，以ATP为底物，在mRNA 3-末端逐个加入腺苷酸，形成poly尾。3-末端切除信号是3-端一段保守序列AAUAAA。2024/7/2168AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPS
35、FAAAAAAAAAAOHPAP2024/7/2169（三）前体（三）前体mRNA的剪接的剪接 核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（剪接剪接体体, , splicesome）snRNA 1. hnRNA （hetero-nuclear RNA, hnRNA） 核内出现的转录初级产物，分子量往往比在胞浆内出现的成熟mRNA大几倍，甚至数十倍，核内的初级mRNA称为杂化核RNA。 snRNA（small nuclear RNA, snRNA）核内的小型RNA。碱基数在100300bp范围。snRNA和核内的蛋白质组成小分子核糖核蛋白体（snRNP），作为RNA剪接的场
36、所。2024/7/2170真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区2024/7/21712. 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。（结构基因中有表达活性的编码区）内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。（结构基因中无表达活性的非编码区） 2024/7/2172DNAmRNA鸡卵清
37、蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图剪接是把剪接是把hnRNA中的内含子除去，把外显子中的内含子除去，把外显子连接起来。内含子弯成套索状，称连接起来。内含子弯成套索状，称套索套索RNA（lariat RNA），），外显子相互靠近并连接。外显子相互靠近并连接。2024/7/2173鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰2024/7/2174内含子的分类：内含子的分类： 根据基因的类型和剪接的方式，通常把根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为内含
38、子分为4 4类：类： I I ：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核核生生物的物的 rRNA基因；基因； IIII：发现于线粒体、叶绿体，转录产物是发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； IIIIII：是是常常见见的的形形成成套套索索结结构构后后剪剪接接，大大多多数数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子； IVIV：是是tRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子子，剪剪接过程需酶及接过程需酶及ATP。2024/7/21752024/7/21763. mRNA的剪接的剪接 套索剪接模式套索剪接模式 除去除去hnRNAhnRNA
39、中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。(1)内含子两端的序列：5GUAG 3n5GU可结合U1-snRNAn分支点A可结合U2-snRNA(2)U1-snRNA, U2-snRNA等形成剪接体（splicesome）将内含子切除2024/7/2177snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接剪接体体2024/7/2178UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U52024/7/2179pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpA
40、GpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification) 2024/7/21804. 剪切和剪接，可加工成不同的剪切和剪接，可加工成不同的mRNA剪切剪切：剪去内含子后，上游的外显子不再与相邻的外显子连接。剪接剪接：剪去内含子后，上游的外显子继续与相邻的外显子连接。（即剪切后将相邻的外显子连接起来）某些真核生物的前体mRNA可经剪切或（和）剪接两种模式，加工成不同的mRNA如：免疫球蛋白、肌球蛋白、降钙素等生成过程2024/7/2181 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编辑
41、作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工化加工(differential RNA processing)。（四）四）mRNA的编辑的编辑(mRNA editing) 人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为分子量为240 000）mRNA编辑编辑2024/7/2182二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工真核生物的真核生物的tRNA由由RNA-pol III催化生成初级转催化生成初级转录产物
42、。录产物。2024/7/21831、tRNA的剪接2024/7/21842、化学修饰稀有碱基的生成等3-端加上端加上CCA-OH甲基化：甲基化：AmA GmG还原反应：还原反应：UDHU核苷内的转位反应：核苷内的转位反应：U 脱氨反应：脱氨反应：AI2024/7/2185tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP2024/7/2186碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 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）2
43、024/7/2187三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工真核细胞的rRNA基因（rDNA）属于丰富基因每个基因被不能转录的基因间隔分段隔开rDNA位于核仁内，每个基因各自为一个转录单位45S的转录产物是三种rRNA的前身rRNA成熟后，在核仁内装配，形成核蛋白体2024/7/2188转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S2024/7/2189四、核四、核 酶酶 (ribozyme) 具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。 槌头结构（槌头结构（hammerhead structu
44、re）核酶发挥作用的关键。要求：至少含有3 个茎（RNA分子内配对形成的局部双链）1至3个环（RNA分子局部双链鼓出的单链）至少有13个一致性的碱基位点。2024/7/2190四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列2024/7/2191最简单的核酶二级结构最简单的核酶二级结构槌头结构槌头结构 (hammerhead structure)底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同同一一分分子子上上包包括括有有催催化化部份和底物部份部份和底物部份 催催化化部部份份和和底底物物部部份份组组成成锤头结构锤头结构 除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。 2024/7/2192核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶。 2024/7/2193人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点2024/7/2194RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合全酶2024/7/2195酵母酵母RNA聚合酶聚合酶和和2024/7/2196
