生物化学：第十六章 RNA的生物合成

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1、第第 十十 章章RNA的生物合成的生物合成（转录转录）RNA Biosynthesis, TranscriptionnRNARNA合成有两种方式合成有两种方式转录转录：DNA指导的指导的RNA合成。合成。RNA复制复制：RNA指导的指导的RNA合成。合成。转录与复制相同点转录与复制相同点u模板模板都为都为DNADNAu都需依赖都需依赖DNADNA的的聚合酶聚合酶u都形成都形成磷酸二酯键磷酸二酯键u方向都为方向都为5 533u都遵循都遵循碱基互补配对原则碱基互补配对原则转录与复制不同点转录与复制不同点复制复制复制复制 转录转录转录转录原料原料原料原料dNTPdNTPdNTPdNTP（N=A G

2、C T)N=A G C T)N=A G C T)N=A G C T)NTP(N=A G C U)NTP(N=A G C U)NTP(N=A G C U)NTP(N=A G C U)模板模板模板模板两条链全长复制两条链全长复制两条链全长复制两条链全长复制 模板链转录模板链转录模板链转录模板链转录( ( ( (不对称转录不对称转录不对称转录不对称转录) ) ) )酶酶酶酶DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶产物产物产物产物子代双链子代双链子代双链子代双链DNA DNA DNA DNA mRNA tRNA rRNA mRNA tRNA r

3、RNA mRNA tRNA rRNA mRNA tRNA rRNA 引物引物引物引物RNARNARNARNA引物引物引物引物不需引物不需引物不需引物不需引物碱基配对碱基配对碱基配对碱基配对A=TA=TA=TA=T；CG CG CG CG A=UA=UA=UA=U；T=AT=AT=AT=A；CG CG CG CG 转录转录 (transcription)uu以以以以DNADNA单链为模板，以单链为模板，以单链为模板，以单链为模板，以NTPNTP为原料，由为原料，由为原料，由为原料，由DNADNA指导的指导的指导的指导的RANRAN聚合酶催化的合成聚合酶催化的合成聚合酶催化的合成聚合酶催化的合成R

4、NARNA的过程的过程的过程的过程 。 转录产物转录产物 mRNAmRNA非编码非编码RNARNA：（1 1）小于）小于50 nt50 nt：microRNAmicroRNA，siRNAsiRNA，piRNApiRNA；（2 2）50 nt50 nt到到500 nt500 nt：rRNArRNA，tRNAtRNA，snRNAsnRNA，snoRNAsnoRNA，SLRNASLRNA，SRPRNA SRPRNA 等等；等等；（3 3）大于）大于500 nt500 nt：长的：长的mRNA-like mRNA-like 的非编码的非编码RNARNA，长的不带，长的不带polyA polyA 尾巴的

5、非编码尾巴的非编码RNARNA等等。等等。原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶Templates & Enzymes in prokaryotic transcription第一节第一节n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)其他蛋白质因子及其他蛋白质因子及MgMg2+2+和和MnMn2+2+等等合成方向合成方向5 3 ，核苷酸间的连接方式为核苷酸间的连接方式为 3 ，5 -磷酸二酯键。磷酸二酯键。 一、原核生物转录的模板一

6、、原核生物转录的模板DNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，称称为为结结构构基基因因(structural gene)。转转录录的的选选择择性性称称为为不不对对称称转转录录(asymmetric transcription)。在在DNA分分子子双双链链上上，一一股股链链用用作作模模板板指指引引转转录录，另另一一股股链链不不转转录录；模模板板链链并并非总是在同一单链上。非总是在同一单链上。DNADNA模板模板 DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(template strand)，也也称称作作反反意意义链

7、、负链义链、负链或或Watson链链。其碱基。其碱基与与与与mRNAmRNA互补。互补。互补。互补。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编编码码链链(coding strand)，也也称称为为有有意意义义链链、正正链链或或Crick链链。其其碱碱基基与与mRNA一一致致（除（除UT）。）。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二、二、 RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成合成（一）（一）RNA聚合酶能从头启动聚合酶能从头启动

8、RNA链的合成链的合成DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNA；RNA合成的化学机制合成的化学机制： ( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA延长的延长的RNA不需要引物不需要引物就能直接启动就能直接启动RNA链的延长。链的延长。RNA聚聚合合酶酶和和双双链链DNA结结合合时时活活性性最最高高，但但是是只以双链只以双链DNA中的一股中的一股DNA链为模板。链为模板。 RNA聚聚合合酶酶和和DNA模模板板上上的的启启动动子子(promoter)结结合后，就能启动合后，就能启动RNA合成。合成。 （二）（二）RNA聚合酶由多个亚基组成聚合酶由多个亚基

9、组成4 4种种(5(5个个) )亚基亚基 （2 2个）、个）、核心酶核心酶 (core enzyme)催化转录延长催化转录延长全酶全酶 (holoenzyme)活细胞转录起始需要活细胞转录起始需要大大肠肠杆杆菌菌内内有有一一些些不不同同的的RNA pol全全酶酶，其其差差异异是是亚基的不同。亚基的不同。亚亚基基用用其其分分子子量量命命名名区区别别，最最常常见见的的是是70（70 kDa），大大肠肠杆杆菌菌中中的的绝绝大大多多数数启启动动子子可可被被含含有有70因因子的全酶所识别并激活。子的全酶所识别并激活。但但有有些些基基因因的的启启动动子子，如如热热激激蛋蛋白白（heat shock pro

10、teins, Hsp）也为另外的）也为另外的亚基（亚基（32 ）识别。）识别。亚基亚基三、三、RNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNA的启动子的启动子上启动转录上启动转录转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。每每一一转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon)。操操纵纵子子包包括括若若干干个个结结构构基基因及其上游因及其上游(upstream)的调控序列。的调控序列。启动子启动子5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polDNA模板上与模板上与RNA聚合酶及其他蛋白因子聚合酶及其他蛋白因子结合形成转录起始复合物的部位

11、，称为结合形成转录起始复合物的部位，称为启动子启动子(promoter)。RNA聚合聚合酶保护法酶保护法目目 录录开始转录开始转录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 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列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 转录起始点多为嘌呤转录起始点多为嘌呤，常见的序列，常见的序列CAT,A为转录起始点为转录起始

12、点原核生物的转录过程原核生物的转录过程The Process of Transcription in Prokaryote第二节第二节原核生物的转录过程可分为原核生物的转录过程可分为 转录起始转录起始 转录延长转录延长 转录终止转录终止RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。的模板。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n转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：2. DNA双双链链打打开开，形形成成开开放放转转录录复复合合体体(open t

13、ranscription complex) ；1.形形成成闭闭合合转转录录复复合合体体（closed transcription comple）；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，形形成第一个磷酸二酯键：成第一个磷酸二酯键：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 -pppGpN - OH 3 + ppin转录起始过程：转录起始过程：nE.coli的转录起始和延长的转录起始和延长 第第一一个个磷磷酸酸二二酯酯键键生生成成后后，转转录录复复合合体体的的构构

14、象象发发生生改改变变， 亚亚基基即即从从转转录录起起始始复复合合物物上上脱脱落落，核核心心酶酶继继续续结结合合于于DNA模模板板上上，酶酶沿沿DNA链链前前移移，进进入入延延长长阶阶段。段。 二、二、 RNA pol核心酶独立延长核心酶独立延长RNA链链1. 亚基脱落，亚基脱落，RNApol核心酶变构，与模板核心酶变构，与模板结合松弛，沿着结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移； 2. 在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1+ PPi大肠杆菌的转录泡局部结构示意大肠杆菌的转录泡局部结构示意转录空泡转

15、录空泡(transcription bubble)；转录的特点；转录的特点RNA-pol （核心酶）（核心酶） DNA RNA转录延长以下特点转录延长以下特点 核心酶负责核心酶负责RNA链延长反应；链延长反应；方向：方向：5 -端端至至3 -端，新的核苷酸都是加到端，新的核苷酸都是加到3 -OH上；上；对对DNA模模板板链链的的阅阅读读方方向向是是3 -端端向向5 -端端，合合成成的的RNA链链与与之之呈呈反反向向互互补补，即即酶酶是是沿沿着着模模板板链链的的3 向向5 方方向向或或沿着编码链的沿着编码链的5 向向3 方向前进的；方向前进的； 合成区域存在着动态变化的合成区域存在着动态变化的8

16、 bp 的的RNA-DNA杂合双链；杂合双链； 模模板板DNA的的双双螺螺旋旋结结构构随随着着核核心心酶酶的的移移动动发发生生解解链链和和再再复合的动态变化。复合的动态变化。 转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化转录过程中转录过程中DNA的超螺旋结构变化的超螺旋结构变化三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行时进行5 3 DNA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。 真核生物转录延长过程与原核生物大致相似

17、。真核生物转录延长过程与原核生物大致相似。有核膜相隔，有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。没有转录与翻译同步的现象。 依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止四、原核生物转录终止分为依赖四、原核生物转录终止分为依赖 因子与因子与非依赖非依赖 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，原原核核生生物物转录终止分为：转录终止分为： 因子是六聚体蛋白质。

18、因子是六聚体蛋白质。 因因子子能能结结合合RNA，又又以以对对poly C的的结结合合力力最最强强，但但对对poly dC/dG组组成成的的DNA的的结结合合能能力力就就低得多。低得多。 因因子子还还有有ATP酶酶活活性性和和解解螺螺旋旋酶酶(helicase)的的活性。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： n 因子的作用原理：因子的作用原理：（二）（二） 非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成产物形成特殊的结构来终止转录。特殊的结构

19、来终止转录。不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止特点：特点： DNADNA模板靠近终止处连续模板靠近终止处连续模板靠近终止处连续模板靠近终止处连续A A序列，连续序列，连续序列，连续序列，连续A A序列前序列前序列前序列前方富含方富含方富含方富含GCGC互补区互补区互补区互补区 转录产物转录产物转录产物转录产物RNARNA终止区形成发夹样或鼓槌状茎环结终止区形成发夹样或鼓槌状茎环结终止区形成发夹样或鼓槌状茎环结终止区形成发夹样或鼓槌状茎环结构，构，构，构，33端连续端连续端连续端连续U U区区区区5pppG5 3 3 5 RNA-pol茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 发夹

20、结构改变发夹结构改变RNA聚合酶构象，使酶停止移动；聚合酶构象，使酶停止移动；DNA、RNA各自形成自身双链使杂交体不稳定而分离；各自形成自身双链使杂交体不稳定而分离； 3端一连串端一连串U，U=A配对最不稳定，易从模板上脱落。配对最不稳定，易从模板上脱落。真核生物真核生物RNA的生物合成的生物合成The Biosynthesis of Eukaryote RNA第三节第三节一、一、 真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶n真核生物具有3种不同的RNA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 Pol ）

21、真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的前体的前体45S rRNAmRNA前体前体hnRNA, lncRNA, piRNA, miRNAtRNA, 5S rRNA snRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内RNA聚聚合合酶酶最最大大亚亚基基的的羧羧基基末末端端有有一一段段共共有有序序列列(consensus sequence)为为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的的重重复复序序列列片片段段，称称为为羧羧基基末末端端结结构构域域(carboxyl-termin

22、al domain, CTD)。 CTD对于维持细胞的活性是必需的。对于维持细胞的活性是必需的。二、转录因子在真核生物转录起始中具二、转录因子在真核生物转录起始中具有重要作用有重要作用 反式作用因子反式作用因子:起起始始和和延延长长过过程程都都需需要要众众多多相相关关的的蛋蛋白白质质因因子子参参与与，这这些些能能直直接接、间间接接辨辨认认和和结结合合转转录录上上游游区区段段DNA的的蛋蛋白白质质因因子子被被称称为为转转录录因因子子（transcriptional factors, TF）或或反式作用因子反式作用因子（trans-acting factors）。，）。， 反反式式作作用用因因子子

23、中中，直直接接或或间间接接结结合合RNA聚聚合合酶酶的的，则则称称为为通通用用转转录录因因子子（general transcription factor）或或基基本本转转录录因因子子（basal transcription factor）。）。 RNA pol I、 RNA pol II、RNA pol III的的TF分别称为分别称为TFI、TFII、TFIII。 （一）转录前起始复合体的形成（一）转录前起始复合体的形成 不不同同物物种种、不不同同细细胞胞或或不不同同的的基基因因，转转录录起起始始点点上上游游都都有有不不同同的的特特异异DNA序序列列，包包括括启启动动子子、增增强强子子等等，统

24、统称称为为顺顺式式作作用用元元件件(cis-acting element)。 顺式作用元件顺式作用元件: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顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)AATAAA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八聚体八聚体真核生物转录起始真核生物转录起始: 生生成成转转录录前前起起始始复复合合体体（preinitiation complex, PIC）。）。真真核核生生物物的的RNA pol不不直直接接识识别别和和结结合合模模

25、板板的的起起始始区区，而而是是依依靠靠转转录录因因子子识识别别并并结结合起始序列。合起始序列。参与参与RNA-pol转录的转录的TF的作用的作用转录因子转录因子功能功能TFDTBP（TATA-binding protein）亚基结亚基结合合TATA盒盒TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TFB稳定稳定TFD-DNA复合物，结合复合物，结合RNA polTFE解螺旋酶解螺旋酶,结合结合TFHTFF促进促进RNA pol结合及作为其他因子结结合及作为其他因子结合的桥梁合的桥梁TFH解旋酶、作为蛋白激酶催化解旋酶、作为蛋白激酶催化CTD磷酸化磷酸化真核真核RNA聚合酶聚合酶与通用转录因子的作用过程与

26、通用转录因子的作用过程 闭合转录复合体的形成步骤闭合转录复合体的形成步骤 由由TFIID中中的的TBP识识别别TATA盒盒，并并在在TAFs的的协协助助下下结结合合到到启启动动子子区区，然然后后TFIIB与与TBP结结合合，同同时时TFIIB也也能能与与DNA结结合合，TFIIA可可以以稳稳定定与与DNA结结合合的的TFIIB-TBP复复合体；合体； TFIIB-TBP复复合合体体与与RNA pol II-TFIIF复复合合体体结结合合，此此举举可可降降低低RNA pol II 与与DNA的的非非特特异异部部位位的的结结合合，协协助助RNA pol II 靶向结合启动子；靶向结合启动子； TF

27、IIE和和TFIIH加入，形成闭合复合体，装配完成。加入，形成闭合复合体，装配完成。TFIIH具有解旋酶（具有解旋酶（helicase）活性，能使转录起点）活性，能使转录起点附近的附近的DNA双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开放双螺旋解开，使闭合转录复合体成为开放转录复合体，启动转录。转录复合体，启动转录。TFIIH还具有激酶活性，它的一个亚基能使还具有激酶活性，它的一个亚基能使RNA pol II的的CTD磷酸化。磷酸化。CTD磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转磷酸化能使开放复合体的构象发生改变，启动转录。录。CTD磷酸化在转录延长期也很重要，而且影响转磷酸化在转录延长期也很重要，而

28、且影响转录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相录后加工过程中转录复合体和参与加工的酶之间的相互作用。互作用。当合成一段含有当合成一段含有6070个核苷酸的个核苷酸的RNA时，时，TFIIE和和TFIIH释放，释放，RNA pol II进入转录延长期。此后，大进入转录延长期。此后，大多数的多数的TF就会脱离转录前起始复合物。就会脱离转录前起始复合物。 上上游游因因子子（upstream factor）：与与启启动动子子上上游游元元件件如如GC盒、盒、CAAT盒等顺式作用元件结合的。盒等顺式作用元件结合的。与远隔调控序列如增强子等结合的与远隔调控序列如增强子等结合的反式作用因子反式作用因子

29、。某某些些特特殊殊生生理理或或病病理理情情况况下下被被诱诱导导产产生生的的可可诱诱导导因因子子（inducible factor）的参与。）的参与。 （二）少数几个反式作用因子的搭配启动特定（二）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为为了了保保证证转转录录的的准准确确性性，不不同同基基因因需需不不同转录因子。同转录因子。拼拼板板理理论论(piecing theory) ：少少数数几几个个反反式式作作用用因因子子（主主要要是是可可诱诱导导因因子子和和上上游游因因子子）之之间间互互相相作作用用，再再与与基基本本转转录录因因子子、RNA聚聚合合酶酶搭搭配配而而有有针针对对性性地地结

30、结合合、转录相应的基因。转录相应的基因。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RNA-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转转录录不不是是在在poly A的的位位置置上上终终止止，而而是是超超出出数数百百个个乃乃至至上上千千个个核核苷苷酸酸后后才才停停顿顿。已已发发现现，在在读读码码框框架架的的下下游游，常常有有一一组组共共同同序序列列AATAAA，再再下下游游还还有有相相当当多多的

31、的GT序序列列。这这些些序序列列称称为为转录终止的修饰点转录终止的修饰点。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转录终止转录终止 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。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第四节第四节n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(cleavag

32、e)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)5. RNA RNA编辑编辑(RNA editing)一、核不均一一、核不均一RNA经首、尾修饰经首、尾修饰和剪接后成为和剪接后成为mRNA 真真核核生生物物mRNA转转录录后后，需需要要进进行行5 -端端和和3 -端端（首首、尾尾部部）的的修修饰饰以以及及对对hnRNA进进行行剪剪接接（splicing），才才能能成成为为成成熟熟的的mRNA，被被转转运运到到核核糖糖体体，指指导蛋白质翻译。导蛋白质翻译。 （一）前体（一）前体mRNA在在5 -末端加入末端加入“帽帽”结构结构大大多多数数真真核核mRNA的的5 -

33、末末端端有有7-甲甲基基鸟鸟嘌嘌呤呤的帽结构。的帽结构。这这个个真真核核mRNA加加工工过过程程的的起起始始步步骤骤由由两两种种酶酶，加加 帽帽 酶酶 (capping enzyme)和和 甲甲 基基 转转 移移 酶酶(methyltransferase)催化完成。催化完成。 n帽结构帽结构5 pppG5 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SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppG磷酸酶磷酸酶 Pin帽结构的意义：帽结构的意义：可以使可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；免遭核酸酶的攻击；可可与与帽帽结结合合蛋蛋白白质质复复合合体体(cap

34、-binding complex of protein)结结合合，并并参参与与mRNA和和核核糖糖体体的的结结合合，启启动动蛋蛋白白质质的的生生物物合合成。成。 （二）前体（二）前体mRNA在在3 -端特异位点断裂并加端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾上多聚腺苷酸尾 尾部修饰是和转录终止尾部修饰是和转录终止同时进行同时进行的过程。的过程。poly A是是维维持持mRNA作作为为翻翻译译模模板板活活性性，以及增加以及增加mRNA本身本身稳定性稳定性的因素。的因素。一一般般poly A长长度度为为100至至200个个核核苷苷酸酸之之间间，也有少数例外。也有少数例外。 AAUAAAG/U53Poly(

35、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 AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP（三）前体（三）前体mRNA的剪接主要是去除内含子的剪接主要是去除内含子去除初级转录物上的内含子，把外显去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟子连接为

36、成熟RNA的过程称为的过程称为mRNA剪剪接（接（mRNA splicing）。 真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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。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非编码区非编码区外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) 外显子：外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出在断裂基因及其

37、初级转录产物上出现，并表达为成熟现，并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子：内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。 鸡卵清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DNAmRNA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1. 内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪除 内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近。内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近。此此后后，还还发发现

38、现内内含含子子近近3端端的的嘌嘌呤呤甲甲基基化化，例例如如3mG是形成套索所必需的。是形成套索所必需的。 2. 内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口处剪除 5 GUAG-OH-3 称称 为为 剪剪 接接 接接 口口 （ splicing junction）或边界序列。）或边界序列。3. 剪接过程需两次转酯反应剪接过程需两次转酯反应 4. 剪接体是内含子剪接场所剪接体是内含子剪接场所5. 前体前体mRNA分子有剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式 前前体体mRNA分分子子的的加加工工除除上上述述剪剪接接外外，还还有有一一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。剪剪切切指指的的是是

39、剪剪去去某某些些内内含含子子后后，在在上上游游的的外外显显子子3 -端端直直接接进进行行多多聚聚腺腺苷苷酸酸化化，不不进进行行相相邻邻外外显子之间的连接反应。显子之间的连接反应。剪剪接接是是指指剪剪切切后后又又将将相相邻邻的的外外显显子子片片段段连连接接起起来，然后进行多聚腺苷酸化。来，然后进行多聚腺苷酸化。 6. 前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子可发生可变剪接 有有些些前前体体mRNA分分子子可可剪剪切切或或（和和）剪剪接接加加工工成成结结构构有有所所不不同同的的mRNA，这这一一现现象象称称为为可可变变剪剪接接（alternative splicing），又又称称选择性剪接选择性剪接

40、。真核细胞基因的前体真核细胞基因的前体mRNA交替加工的两种机制交替加工的两种机制 大鼠降钙素基因转录本的可变剪接大鼠降钙素基因转录本的可变剪接 RNA编编辑辑（RNA editing）：是是对对RNA进进行行改改编编的的过过程程包包括括在在RNA前前体体分分子子中中插插入入、剔除或置换一些核苷酸残基。剔除或置换一些核苷酸残基。（四）（四）mRNA编辑是对基因的编码序列进行编辑是对基因的编码序列进行转录后加工转录后加工 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的。过转录后加工，是可有多用途分化的。人类人类apo B基因基因 mRNA（14

41、500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（4536AA）肠道细胞肠道细胞apo B48（2152AA）mRNA编辑编辑第第2153位密码子位密码子CAAUAA二、真核二、真核rRNA前体经过剪接形成不同前体经过剪接形成不同类别的类别的rRNA转录转录45S - rRNA剪切剪切18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S真核前体真核前体rRNA转录后的剪切转录后的剪切 （1）、被）、被RNase III和和RNase E等剪切成一等剪切成一定链长的定链长的rRNA分子。分子。（2）、在修饰酶催化下进行碱基修饰。）、在修饰酶催化下

42、进行碱基修饰。（3）、与蛋白质结合形成核糖体的大小亚）、与蛋白质结合形成核糖体的大小亚基。基。真核生物核糖体组成三、真核生物前体三、真核生物前体tRNA的加工包括核的加工包括核苷酸的碱基修饰苷酸的碱基修饰tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP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）（

43、2 2）（4 4）四、四、RNA催化一些真核和原核基因内催化一些真核和原核基因内含子的自剪接含子的自剪接 由由RNA分分子子催催化化自自身身内内含含子子剪剪接接的的反反应应称称为为自剪接（自剪接（self-splicing）。 一一些些噬噬菌菌体体的的mRNA前前体体及及细细菌菌tRNA前前体体也也发发现现有有这这类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，并并被被称称之之为为I型型内内含含子子（group I intron）。切除的内含子是线状。）。切除的内含子是线状。某某些些线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体的的mRNA前前体体和和tRNA前前体体还还有有另另一一类类自自身身剪剪接接的的内内含含子子，

44、称称为为II型型内内含含子子。这这类类内内含含子子的的剪剪接接与与前前面面介介绍绍的的前前体体mRNA内内含含子子剪接相同，但是没有剪接体参与剪接相同，但是没有剪接体参与 。 I和和II型内含子的剪切型内含子的剪切 五、五、RNA在细胞内的降解有多种途径在细胞内的降解有多种途径正常转录物和异常转录物的降解途径有一定差异。正常转录物和异常转录物的降解途径有一定差异。前前者者包包括括依依赖赖于于脱脱腺腺苷苷酸酸化化的的mRNA降降解解和和不不依依赖赖于于脱腺苷酸化的脱腺苷酸化的mRNA 降解；降解；后后者者包包括括无无义义介介导导的的mRNA 降降解解、无无终终止止降降解解、无无停停滞降解和核糖体

45、延伸介导的降解等。滞降解和核糖体延伸介导的降解等。但但细细胞胞内内少少部部分分正正常常mRNA也也可可经经由由无无义义介介导导的的途途径径降解。降解。 （一）依赖于脱腺苷酸化的（一）依赖于脱腺苷酸化的mRNA降解是重降解是重要的要的mRNA代谢途径代谢途径mRNA的的5 -端端帽帽和和3 -端端的的poly (A)尾尾结结构构对对于于mRNA的的稳稳定定性性具具有有重重要要作作用用。当当细细胞胞以以mRNA为为模模板板进进行行蛋蛋白白质质合合成成时时，翻翻译译起起始始因因子子 eIF4E、eIF4G和和3 poly(A)结结合合的的PABP等等相相互互作作用用而而形形成成封封闭闭的的环环状状结

46、结构构，防防 止止 来来 自自 脱脱 腺腺 苷苷 酸酸 化化 酶酶 （ deadenylase） 和和 脱脱 帽帽 酶酶（decapping enzyme）的攻击，以保证）的攻击，以保证mRNA的稳定。的稳定。因因此此，mRNA的的降降解解必必须须首首先先解解除除这这些些稳稳定定因因素素，脱脱腺腺苷苷酸酸化化及及帽帽结结构构的的水水解解是是其其中中的的重重要要步步骤骤，故故称称为为依依赖赖于脱腺苷酸化的于脱腺苷酸化的mRNA降解降解。 依赖于脱腺苷酸化依赖于脱腺苷酸化的的mRNAmRNA降解降解 （二）无义介导的（二）无义介导的mRNA降解是重要的真核降解是重要的真核细胞细胞mRNA质量监控机制质量监控机制 真真 核核 细细 胞胞 mRNA的的 异异 常常 剪剪 接接 可可 能能 会会 产产 生生 无无 义义（nonsense）的的终终止止密密码码子子，由由此此产产生生的的mRNA降降解解称称为为无无义义介介导导的的mRNA降降解解（nonsense-mediated mRNA decay, NMD），是广泛存在的），是广泛存在的mRNA质量监控的重要机制。质量监控的重要机制。那那些些含含有有提提前前终终止止密密码码子子（premature translational-termination codon, PTC）的）的mRNA会被会被选择性清除选择性清除。