第5章 转录与转录后加工(下).ppt

第五章转录与转录后加工Part2,第一节转录的基本原理第二节与转录起始和终止有关的DNA结构第三节原核生物和真核生物转录及抑制剂第四节转录后加工及其机制,总RNA,编码RNA，占总量的4%,非编码RNA，占总量的94%,hnRNA,mRNA,prerRNA,rRNA,PretRNA,tRNA,snRNA,snoRNA,scRNA,tmRNA,细胞内的RNA组分:,一、原核生物转录的起始,原核生物mRNA不需要加工，通常在转录完成之前就开始翻译.,1.全酶与模板的DNA接触，生成非专一的,不稳定的复合物在模板上移动；2.起始识别：全酶与35序列结合，产生封闭的酶-启动子二元复合物（closedbinarycomplex）；3.全酶紧密地结合在-10序列处，模板DNA局部变性，形成开链式的启动子二元复合物(openbinarycomplex)；4.酶移动到+1,连续合成6-9个核苷酸,因子释放,形成酶-DNA-RNA三元复合物（ternarycomplex）。,转录的起始过程:,二.原核生物转录的延长,RNApol酶上有两个核苷酸位点:一个起始核苷酸位点；一个延长核苷酸位点。嘌呤核苷三磷酸充填了起始位点，另一个核苷三磷酸充填延长位点并均与模板碱基互补，才合成第一个磷酸二酯键,三、原核生物转录的终止,不依赖因子的转录终止依赖因子的转录终止,RNAPol转录RNA,因子附着到RNA,因子跟在RNAPol,后沿RNA移动,RNAPol在终止位,点停下，并被因,子追上,在转录泡中因子,使DNA-RNA杂种双,链解开,转录终止,释放出,RNAPol,因子,和RNA,识别位点上,依赖因子的转录终止,四.真核生物的转录,机制不详,五、RNA生物合成抑制剂,按照抑制作用性质的不同RNA生物合成抑制剂可以分为三类：1嘌呤和嘧啶类似物，形成核苷类似物而抑制RNA的合成；2通过与DNA结合而改变摸板的功能；3与RNA聚合酶结合而影响其活力,第一节转录的基本原理第二节与转录起始和终止有关的DNA结构第三节原核生物和真核生物转录及抑制剂第四节转录后加工及其机制,第五章转录与转录后加工Part2,第四节转录后加工及其机制p169,转录后加工:RNA聚合酶合成的原初转录物经过一系列的包括5与3的切除,特殊结构的形成、碱基修饰和糖苷键的改变及剪接等过程，变为成熟的RNA分子的过程。,原核生物mRNA一般经转录后通常立即进行翻译，少数多顺反子需要切成小的单位，但rRNA和tRNA需要加工。,真核生物的转录和翻译不同步，并且需要间接过程的加工。,真核生物从hnRNA到mRNA需如下过程：(1)5加帽；(2)3加尾；(3)剪接(4)修饰：对某些碱基进行甲基化。,二、mRNA前体的加工,hnRNA,mRNA,5加帽成为m7G5ppp5NmpNp,1.加帽方式：用RNAase处理得到5-5三磷酸二酯键相连的二核苷酸，而且5端总是N7-甲基鸟苷酸，称为帽子0。单细胞真核生物只具有帽子0。第一个核苷酸的2-O位甲基化，构成帽子1（包括帽子0），符号为m7GpppXm，如为A，N6甲基化。第二个核苷酸的2-O甲基化，构成帽子2（包括帽子1），符号m7GpppXmpYm。,（一）5加帽,mRNA5帽子0首先转录初产物的5端三磷酸脱下一个磷酸基团，与GTP通过形成5-5三磷酸二酯键连接（GpppN1），由S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供甲基，使碱基及核糖甲基化。2.mRNA帽子的生理功能a.为核糖体对mRNA的识别提供了信号。b.增加mRNA的稳定性。c.促进某些RNA的合成。,（二）3末端产生和多聚腺苷酸化,1.加尾信号5-AAUAAA24bp.GUGUGUUGGAAUUUUUUGUGU-3第一个信号AAUAAA，位于切点上游13-20bp；第二个信号位于AAUAAA下游约15-24bp处，富含GU，其后常有一串富含U的序列。,2.3末端的产生：切离酶识别切点上游13-20bpAAUAAAmotif，切点后GU-richmotif，在特异性因子CPSF（切割与多聚腺苷酸化专性因子）和CstF（蛋白切割激发因子）的协助下完成切离作用，产生3末端。,3.加Poly（A）尾巴Poly（A）尾巴大约200nt。反应如下：多聚核糖核苷酸+nATP多聚核糖核苷酸(A)n+nPPi需RNA末端腺苷酸转移酶(RNAterminalriboadenylatetransferase)催化。,（三）mRNA的甲基化,真核生物mRNA分子中甲基化的碱基主要是N6甲基腺嘌呤，约1/1000的几率,1.原核生物rRNA前体的切割,二.rRNA前体的加工,2.真核生物rRNA前体的加工,3.rRNA前体的化学修饰两种修饰方式（在细菌和真核生物中都有，真核中修饰更加广泛）（1）将甲基基团加到核苷酸糖基的2OH位（2）将尿苷酸变为假尿苷酸,三、tRNA前体的加工,原核生物中tRNA基因常常插在多基因转录单元中，必须切割才能释放。,tRNA的切割（原核和真核都有）核酸内切酶在tRNA两端切断核酸外切酶RNAaseD识别CCA末端序列，一个个切除7个核苷酸RNAaseP在5端切断，RNAaseD除去3末端的2个核苷酸核苷修饰甲基化、脱氨基、核苷酸替换、硫代,tRNA的修饰tRNA分子中大约每10个核苷酸就有一个被修饰。特点：范围广，种类多包括甲基化、脱氨基、核苷酸替换、硫代。,四、RNA的剪接（RNAsplicing),RNA的剪接从机理上分为两类：第一类:磷酯键转移反应将intron切除。包含hnRNA、I型和II型内含子的剪接三种。第二类:特异性核酸内切酶切割去除intron,再由特异的RNA连接酶将exon连接。tRNA内含子的剪接。,（一）第I类内含子的自我剪接-rRNA的自我剪接（self-splicing),存在:真菌线粒体基因内,低等真核生物的细胞核rRNA基因。间接点序列特点：（1）其边界序列为5外显子U-内含子-G-外显子3；（2）具有中部核心结构（Centralcorestructure）P、Q，R、S（3）内部引导序列（internalguidesequence，IGS）内含子中能与两个剪接点边界序列配对，将两个剪接点拉到一起。,剪接条件:Mg2+,pGOH,不需能量剪接机制：内含子能折叠形成具核酶催化中心的空间结构，催化剪接,剪接过程：三次转酯反应,1.G的3OH亲核进攻Intron5剪接位点,2.游离的Exon1的3OH亲核进攻Exon2的5端,3.Intron的3OH进攻他的第15位或19位，释放出15和4个核苷酸的的两个小片段，最终形成线形产物L-19,（二）第II类内含子的自我剪接（self-splicing),存在:真菌和植物细胞器的基因组剪接条件:需Mg2+,不需鸟苷，不需能量结构特点：5GUGCG，3YnAG离开3剪接点612bpPyPuPyPyTA*Py剪接机制:内含子能折叠成类似U2与U6RNA构成的催化中心，自身催化。,同hnRNA的剪接,（三）第III类内含字的剪接-hnRNA的剪接,hnRNA通常以结合有蛋白形式存在，称为hnRNP,人类遗传疾病中有15%与mRNA的异常可变剪接有关,1.hnRNA的结构特点边界序列：符合GU-AG规则。内含子5端总是GU，3端总是AG。分枝点序列：为PyNPyPyPuA*Py，且具有2-OH。,2.剪接机制：剪接体与磷酸酯键转移反应剪接途径分为两步：,（1）5剪接位点的断裂分枝点A2OH亲核进攻Intron5G，形成5-2磷酸二酯键，Exon13端被游离,（2）3剪接位点的断裂和外显子连接Exon13OH亲核进攻Exon2的5端，两Exon以3-5磷酸二酯键相连，切除的Intron呈套索（lariat）状,3.剪接体及组装GU-AG内含子剪接装置的核心成分包括一组snRNPs：U1、U2、U5、U4/U6，组装成剪接体（splicesome）,a.U1结合5剪接点,b.U2结合分支点,c.U5/U4/U6三聚体结合,U1释放，U6结合5剪接点,d.U5易位，结合至3剪接点，U4释放,e.U6/U2催化磷酯键转移反应，套索形成,snRNAsandsplicesite,酵母中约400个核tRNA基因中有40个不连续基因，每一个含有一个内含子，与反密码子相邻，长度大约14-46bp。,（四）.第四类内含子的剪接-tRNA的剪接,剪接过程如下：,第一步：内切核酸酶催化的两个磷酸二酯键的断裂，形成两个tRNA半分子第二步：RNA连接酶催化的依赖于ATP的连接反应,tRNA内含子的剪接不涉及转酯反应,（五）顺式和反式剪接,顺式剪接：内含子的剪接发生在同一基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接。反式剪接：不同基因的外显子剪接。,五、RNA编辑（RNAediting）RNA编辑：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。90年代发现guideRNA（gRNA），它是一类新的小分子RNA，可以和mRNA分子被编辑的部分发生非常规的G-U互补配对，对mRNA前体分子的编辑起指导作用。,GU,哺乳动物RNA