《《生物化学》教学课件：第17章 RNA生物合成part3txw》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《生物化学》教学课件：第17章 RNA生物合成part3txw（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目目 录录目目 录录1第三第三节 RNA的加工的加工RNA Processing目目 录录目目 录录2u由由RNA聚合酶转录直接产生的新生聚合酶转录直接产生的新生RNA分子被称分子被称为为初级初级RNA转录物转录物，一般需要经过加工才能成为，一般需要经过加工才能成为有功能的成熟有功能的成熟RNA分子。分子。u真核细胞中，几乎所有的初级真核细胞中，几乎所有的初级RNA转录物都要经转录物都要经过加工过加工 ；原核生物；原核生物 mRNA初级转录物无需加工就初级转录物无需加工就可作为翻译的模板可作为翻译的模板 。u大部分加工发生在真核细胞大部分加工发生在真核细胞mRNA，以及真核和，以及真核和原核细
2、胞的原核细胞的tRNA初级转录产物加工成熟过程中。初级转录产物加工成熟过程中。目目 录录目目 录录3一、一、真核真核细胞胞mRNA由由hnRNA经转录后加工成后加工成为成熟分子成熟分子u核不均一核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)：真核细胞真核细胞mRNA的初级转录的初级转录产物，也称为产物，也称为mRNA前体。前体。uhnRNA通常只包含一个基因的序列，而且这些编码多通常只包含一个基因的序列，而且这些编码多肽链的序列是不连续的。肽链的序列是不连续的。目目 录录目目 录录4mRNA前体的前体的加工过程加工过程u合成合成5帽子帽子结构构u由核酸内切由
3、核酸内切酶酶切除切除3 端的一段序列，代之以由端的一段序列，代之以由poly A聚合聚合酶酶催化形成的催化形成的3 多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyA)尾尾u通通过剪接去除内含子，拼接外剪接去除内含子，拼接外显子，形成成熟的子，形成成熟的mRNA目目 录录目目 录录5 真核生物真核生物mRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰intronintronexonexonexonPoly AsignalTranscription terminationTranscription DNAPrimary transcript5 5 5 (A)100-2503 3 3 Remove 3 endAdd Poly
4、(A) tailSplicing35 (A)100-250mRNAcapcapcapcap外显子外显子 内含子内含子初级转录物初级转录物目目 录录目目 录录6（一）（一）mRNA的的5末端加帽末端加帽（m7Gppp）结构构5 端形成帽子结构端形成帽子结构 (m7GpppGp-)真核真核mRNA 5 末端与末端与7-甲基鸟甲基鸟嘌呤核苷以嘌呤核苷以5 ，5三磷酸连接三磷酸连接键相连键相连目目 录录目目 录录75 端帽子端帽子结构功能构功能n保保护mRNA使其不被核酸酶降解使其不被核酸酶降解n与与 特特 异异 的的 帽帽 结 合合 蛋蛋 白白 质 复复 合合 体体 (cap-binding com
5、plex of proteins)结合合，并并参参与与mRNA与与核核糖糖体的体的结合，启合，启动蛋白蛋白质的生物合成的生物合成目目 录录目目 录录8（二）（二）mRNA前体在前体在3端加端加poly(A)尾尾5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA目目 录录目目 录录93端端poly(A)尾尾n形成过程需要一种包含核酸内切酶、形成过程需要一种包含核酸内切酶、多聚腺苷酸聚多聚腺苷酸聚合酶合酶(poly(A) polymerase，PA
6、P)和若干多亚基蛋白和若干多亚基蛋白质组成的多酶复合体，参与起始位点识别、切割和质组成的多酶复合体，参与起始位点识别、切割和poly(A)长度控制长度控制 nmRNA前体在前体在3 端含有切割信号序列端含有切割信号序列 n多聚腺苷酸化的快速期有一种多聚腺苷酸多聚腺苷酸化的快速期有一种多聚腺苷酸结合蛋白结合蛋白(poly(A) binding protein ，PAB) 参与参与目目 录录目目 录录10（三）（三）mRNA前体通前体通过剪接加工除去内含子剪接加工除去内含子真核生物中的基因是不连续的真核生物中的基因是不连续的 DNAhnRNAmRNA 外显子外显子1 1 外显子外显子2 2 外显子
7、外显子3 3 外显子外显子1 1 内含子内含子1 1 外显子外显子2 2 内含子内含子2 2 外显子外显子3 3 DNAhnRNAmRNA 目目 录录目目 录录11u外显子外显子（exon ） ：在断裂基因及其初级转录产物在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。u内含子内含子（intron） ：隔断基因的线性表达而在剪接隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。过程中被除去的核酸序列。 u剪接剪接(splicing)：将内含子剪切除去，外显子连接将内含子剪切除去，外显子连接起来，这种起来，这种mRNA前体的加工过程即为剪接。前体的
8、加工过程即为剪接。目目 录录目目 录录12剪接部位（剪接部位（splice site）u真真核核生生物物从从酵酵母母至至哺哺乳乳动物物大大多多数数内内含含子子剪剪接接部部位位具具有有共共同同的的结构构基基序序：5端端从从GU开开始始，3端端终止于止于AGu脊脊椎椎动物物中中内内含含子子5剪剪接接部部位位的的共共有有序序列列是是AGGUAAGU，3剪剪接接部部位位的的共共有有序序列列是是10个个嘧啶(U或或C)的的延延伸伸，后后面面紧接接任任意意碱碱基基，再再接接C，最后最后终止于止于AG 70 60 80 100 100 95 70 80 45 80 90 80 100 80 80 100 1
9、00 60G U A/G A G U C U A/G A C/UA/C A GN C A G G 5外显子外显子5剪接位点剪接位点分支点分支点内含子内含子3剪接位点剪接位点 3外显子外显子嘧啶富含区嘧啶富含区（15b)20-50b内含子内含子- -外显子连接部位及内含子的特征序列外显子连接部位及内含子的特征序列出现几率出现几率 (%)hnRNA目目 录录目目 录录13mRNA前体中的内含子前体中的内含子是以所谓是以所谓“套索套索”(lariat)结构的形式结构的形式被切除的被切除的 目目 录录目目 录录14目目 录录目目 录录15mRNA前体中的内含子是以所谓前体中的内含子是以所谓“套索套索”
10、(lariat)结结构的形式被切除的构的形式被切除的 目目 录录目目 录录16真核真核mRNA前体剪接机制前体剪接机制 目目 录录目目 录录17(snRNPs)：小分子小分子核糖核糖核蛋白核蛋白颗粒粒目目 录录目目 录录18(snRNPs)：小分子小分子核糖核蛋白核糖核蛋白颗粒粒目目 录录目目 录录19(snRNPs)：小分子小分子核糖核蛋核糖核蛋白白颗粒粒目目 录录目目 录录20真核细胞转录物选择性加工的两种机制真核细胞转录物选择性加工的两种机制 目目 录录目目 录录21大鼠降钙素基因转录物的选择性加工大鼠降钙素基因转录物的选择性加工 目目 录录目目 录录22二、二、rRNA和和tRNA加工
11、通加工通过核酸核酸酶酶催化和修催化和修饰完成完成原核原核rRNA前体加工：前体加工：原核原核细胞胞rRNA有三种有三种：16S、23S和和5SrRNA，这三三种种rRNA是一个是一个转录单位，一起位，一起转录的的，其前体是，其前体是30SrRNA，中间还包含有，中间还包含有tRNA序列序列加工加工过程过程包括：包括：1. 特异核苷酸的甲基化特异核苷酸的甲基化2. RNase 、RNase P和和RNase E使使30SrRNA前体分子前体分子断裂，断裂，产生生16S、23S和和5S rRNA及及tRNA的前体的前体3. 通过通过各种特异的核酸各种特异的核酸酶酶的作用，的作用，产生成熟的生成熟的
12、RNA（一）真核（一）真核rRNA前体加工比原核复杂前体加工比原核复杂目目 录录目目 录录23原核原核rRNA前体加工前体加工1. 标记的位置是的位置是RNase 作用位点作用位点2. 标记的位置是的位置是RNase P作用位点作用位点3. 标记的位置是的位置是RNase E的作用位点的作用位点目目 录录目目 录录24真真核核rRNA前体加工：前体加工：u真核细胞有真核细胞有4种种rRNA：28S、18S、5.8S和和5SrRNA。 18S、5.8S和和28SrRNA的前体是的前体是45S，是一个转录，是一个转录单位，单位，由由RNA聚合酶聚合酶I催化合成催化合成，而，而 5SrRNA是单是单
13、独的一个转录单位，独的一个转录单位，由由RNA聚合酶聚合酶催化合成催化合成。 u加工过程：加工过程：45SrRNA前体分子的加工过程前体分子的加工过程与原核生与原核生物物30SrRNA前体分子的加工过程基本相同，但前体分子的加工过程基本相同，但需要需要小核仁小核仁RNA(small nucleolar RNAs, snoRNAs)参与参与，5SrRNA是单独的一个转录单位，是单独的一个转录单位， 以类似于以类似于tRNA的方式进行加工。的方式进行加工。目目 录录目目 录录25真核真核rRNA前体加工前体加工目目 录录目目 录录26真核真核rRNA前体加工前体加工目目 录录目目 录录27（二）原
14、核生物与真核生物（二）原核生物与真核生物tRNA前体加工基本相同前体加工基本相同1.5端的端的16个核苷酸序列由个核苷酸序列由RNase P切除切除2.3 端的两个尿端的两个尿嘧啶核苷酸由核苷酸由RNaseD切除，再由切除，再由核苷酸核苷酸转移移酶酶(nucleotidyltransferases)加上加上CCA3.3.柄柄-环结构的一些核苷酸的碱基构的一些核苷酸的碱基经化学修化学修饰为稀稀有碱基有碱基4.4.剪接切除剪接切除14个核苷酸的内含子个核苷酸的内含子(一般位于一般位于tRNA前前体分子的反密码子环体分子的反密码子环 )目目 录录目目 录录28目目 录录目目 录录29三、一些内含子三
15、、一些内含子RNA具有自我剪接和催具有自我剪接和催 化功能化功能由由RNA分子催化自身分子催化自身 内含子剪接的反应称内含子剪接的反应称 为为自我剪接自我剪接(self-splicing)自身剪接内含子的自身剪接内含子的RNA具有催化功能，具有催化功能，是一种是一种核酶核酶(ribozyme) 四膜虫四膜虫rRNA的剪接的剪接采用自我剪接方式采用自我剪接方式目目 录录目目 录录30u组内含子内含子(group intron): 一类自身剪接的内含子，一类自身剪接的内含子，以以鸟嘌嘌呤核苷或呤核苷或鸟嘌嘌呤核苷酸作呤核苷酸作为辅因子，因子，辅因子辅因子是游离的，并不是是游离的，并不是组内含子内含
16、子RNA链的的组成部分，而且也不是能量分成部分，而且也不是能量分子。子。u组内含子内含子(group intron): 另另一一类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，与与前前面面介介绍的的mRNA前体内含子剪接相同，但是没有剪接体参与。前体内含子剪接相同，但是没有剪接体参与。目目 录录目目 录录31目目 录录目目 录录32目目 录录目目 录录33四、通四、通过转录后后编辑一些基因可一些基因可产生生多种多种产物物u 有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因初级有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因初级转录物的序列并不完全对应转录物的序列并不完全对应, mRNA上的一些序列上的一些序列是经过是经过编
17、辑编辑(editing)过程发生改变的。过程发生改变的。uRNA编辑最初是在某些原生细胞线粒体细胞色素编辑最初是在某些原生细胞线粒体细胞色素氧化酶的亚基氧化酶的亚基基因的转录后加工中发现，通过基因的转录后加工中发现，通过RNA编辑在该基因的初级转录物中插入了编辑在该基因的初级转录物中插入了4个尿嘧个尿嘧啶核苷酸，从而使原来的读码框架发生移动。啶核苷酸，从而使原来的读码框架发生移动。目目 录录目目 录录34原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基基因的转录后编辑基因的转录后编辑(a)原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基原生细胞线粒体细胞色素氧化酶亚基基因的转录后编辑基因的转录
18、后编辑(b)指导指导RNA 在在RNA的编辑中的作用的编辑中的作用 (模板作用模板作用)目目 录录目目 录录35apo-B基因（基因（载脂蛋白脂蛋白B基因）的基因）的组织特异性表特异性表达受到达受到RNA编辑的的调节5 3 5 3 apo B-100 apo B-48CAAUAA 未未编辑的的RNA 5 3 脱氨基作用的脱氨基作用的RNA编辑（终止密码子）（终止密码子）1 4536 1 2152CAA目目 录录第四节第四节RNA依赖的依赖的RNA合成合成RNA Dependent RNA Synthesis36目目 录录目目 录录37 以以RNA作作为基因基因组的病毒称的病毒称为RNA病毒，病
19、毒，这类病毒除反病毒除反转录病毒外，在宿主病毒外，在宿主细胞都是以病毒的胞都是以病毒的单链RNA为模板合成模板合成RNA，这种种RNA依依赖的的RNA合成又称合成又称为RNA复制复制(RNA replication)。 转转录录RNARNARNA复制酶复制酶一、病毒一、病毒RNA基因组通过基因组通过RNA依赖的依赖的RNA聚合酶进行复制聚合酶进行复制目目 录录二、复制酶只特异识别和复制病毒二、复制酶只特异识别和复制病毒RNA但缺乏校正功能但缺乏校正功能催化催化RNA复制的复制的酶酶是是RNA依依赖的的RNA聚合聚合酶酶(RNA-dependent RNA polymerase，RDRP)，也，
20、也称称为RNA复制复制酶酶(RNA replicase),由病毒的由病毒的RNA编码。 RNA复制复制酶酶只能复制病毒只能复制病毒RNA，不能以，不能以DNA为模模板合成板合成RNA。 RNA噬菌体就是以噬菌体就是以这种方式种方式进行行RNA复制。复制。38目目 录录 RNA RNA复制酶的组成复制酶的组成大多数大多数RNA噬菌体的噬菌体的RNA复制复制酶酶由由4个个亚基基组成成1个个亚基基(MW 65,000) 噬菌体噬菌体RNA复制复制酶酶基基因因编码，是，是复制复制酶酶的活性部位的活性部位 另外另外3个个亚基基延延长因子因子Tu、延、延长因子因子Ts和和S1蛋蛋白白，都由宿主，都由宿主细
21、胞自身的基因胞自身的基因编码，参与宿主，参与宿主细胞蛋白胞蛋白质合成。可能在合成。可能在协助复制助复制酶酶定位和定位和结合病合病毒毒RNA的的3端的端的过程中起作用程中起作用39目目 录录RNA依赖的依赖的RNA合成机制和特点合成机制和特点RNA依依赖的的RNA合成的化学反合成的化学反应过程、机制与程、机制与DNA依依赖的的RNA合成是相同的，合成的方向也是合成是相同的，合成的方向也是从从5到到3 RNA复制复制酶酶不具有校正功能不具有校正功能 40目目 录录第五节第五节 基因组基因组RNA复制主要特点复制主要特点The Characteristics of Genome RNA Replic
22、ation41目目 录录一、大多数一、大多数RNA病毒的基因组是单链病毒的基因组是单链RNA分子分子 单倍体细胞或病毒中的全套染色体称为单倍体细胞或病毒中的全套染色体称为一个基因组一个基因组(Genome) 绝大多数生物的基因组是绝大多数生物的基因组是DNA，只有少数病毒基，只有少数病毒基 因组是因组是RNA 大多数大多数RNA病毒的基因组是单链病毒的基因组是单链RNA分子分子，如单，如单 链链RNA噬菌体、脊髓灰质炎病毒噬菌体、脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)、 鼻病毒鼻病毒(Rhinovirus) 少数病毒的基因组是双链少数病毒的基因组是双链RNA分子，如呼肠孤病分子，如呼肠孤病 毒
23、毒 (Reovirus）42目目 录录单链单链RNA基因组分类基因组分类 根据单链根据单链RNA基因组与其基因组与其mRNA序列之间的异同序列之间的异同正链正链RNA (positive-strand RNA) (即与即与mRNA序列序列一致的一致的RNA)负链负链 RNA (negative-strand RNA) (即与即与mRNA序序列互补的列互补的RNA)43目目 录录RNA病毒基因组的构成病毒基因组的构成 多数多数RNA病毒的基因组由连续的核糖核酸链组成病毒的基因组由连续的核糖核酸链组成有些病毒的基因组有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组由不连续的几条核酸链组成如流感病毒，呼
24、肠孤病毒成如流感病毒，呼肠孤病毒有的病毒自带专门用于病毒复制的核酸酶，有的有的病毒自带专门用于病毒复制的核酸酶，有的则无则无 有的病毒核酸并不仅有一个分子，如流感病毒有有的病毒核酸并不仅有一个分子，如流感病毒有8条条RNA，呼肠孤病毒有，呼肠孤病毒有1112条双链条双链RNA 44目目 录录二、病毒基因组二、病毒基因组RNA复制需要利用宿主的翻译复制需要利用宿主的翻译系统合成有关酶和蛋白质系统合成有关酶和蛋白质定义：定义： 病毒基因组病毒基因组RNA复制复制是病毒在真核细胞中是病毒在真核细胞中以自身全长的以自身全长的RNA分子为模板，从头至尾合成一套分子为模板，从头至尾合成一套新的基因组新的基
25、因组RNA。必要条件：必要条件： 1. 要要有有能能够够特特异异识识别别并并复复制制病病毒毒RNA的的RNA聚聚合酶。合酶。 2. 能能利利用用仅仅能能识识别别单单顺顺反反子子信信息息的的细细胞胞机机制制，从从多多顺顺反反子子基基因因组组（或或是是这这些些基基因因组组的的转转录录本本）合合成自己的蛋白。成自己的蛋白。45目目 录录策略：策略： 1.合成多聚蛋白，然后再剪切成单个蛋白。如小型合成多聚蛋白，然后再剪切成单个蛋白。如小型RNA 病毒。病毒。 2.合成多个亚基因组合成多个亚基因组RNA，然后分别翻译成单个蛋白。，然后分别翻译成单个蛋白。 3.将基因组分成几段，即分节基因组，使每节都编码
26、将基因组分成几段，即分节基因组，使每节都编码单个蛋白如正粘病毒、呼肠孤病毒等。单个蛋白如正粘病毒、呼肠孤病毒等。由于病毒种类繁多，核酸类别不同，因而病毒的复制由于病毒种类繁多，核酸类别不同，因而病毒的复制机制不尽相同。机制不尽相同。46目目 录录亚病毒亚病毒基因组的复制基因组的复制亚病毒是比真病毒更小更简单的一类单分子亚病毒是比真病毒更小更简单的一类单分子病毒的总称病毒的总称 需辅助病毒才能完成其基因组的复制需辅助病毒才能完成其基因组的复制47目目 录录小结小结u RNA合成合成/转录的概念；转录的概念；u 转录单位、启动子、终止子等概念；转录单位、启动子、终止子等概念；u 转录体系的组成；转录体系的组成；u 转录所需要的酶；转录所需要的酶；u 原核生物和真核生物的转录过程；原核生物和真核生物的转录过程；u 真核生物真核生物mRNA的转录后加工；的转录后加工；u rRNA和和tRNA的转录后加工。的转录后加工。48
