生物化学第36章RNA的生物合成和加工

1、第36章 rna的生物合成和加工(biosynthesis and processing of rna )一、一、dna指导下指导下rna的合成的合成二、二、rna的转录后加工的转录后加工三、在三、在rna指导下指导下rna和和dna的合成的合成遗传信息的流向转录和转录后的加工 贮存于贮存于dna中的遗传信息须通过转录和翻译而中的遗传信息须通过转录和翻译而得到表达。在转录过程中，以得到表达。在转录过程中，以dna的一条链作模板，的一条链作模板，在在rna聚合酶的催化下，利用聚合酶的催化下，利用4种种ntp为原料，合为原料，合成与成与模板链模板链互补的互补的rna分子。与分子。与dna模板链互补

2、模板链互补的另一条的另一条dna单链为单链为意义链意义链。 细胞内的各种细胞内的各种rna都是通过转录产生的（某些都是通过转录产生的（某些rna病毒除外，它们有病毒除外，它们有rna的复制），转录出的的复制），转录出的rna通常需要经过各种加工才能成为成熟的、有功通常需要经过各种加工才能成为成熟的、有功能的能的rna产物。产物。dna意义链、模板链和rna、蛋白质的关系非模板链非模板链模板链模板链非模板链也叫意非模板链也叫意义链或编码链义链或编码链转录的方向与模板链 在一个在一个dna分子长链上有许多基因，若将分子长链上有许多基因，若将dna分子的两条链分别称为分子的两条链分别称为a链和链和b

3、链，有些基链，有些基因的模板链位于因的模板链位于a链上，有些基因的模板链位于链上，有些基因的模板链位于b链上，这两类基因的转录方向刚好相反（对链上，这两类基因的转录方向刚好相反（对dna双链分子而言）。双链分子而言）。注意：我们在描述一个基因的序列时，描述的是它的意义链。注意：我们在描述一个基因的序列时，描述的是它的意义链。rna一、dna指导下rna的合成 在在dna指导下合成指导下合成rna称为转录。在称为转录。在dna长长链上有许多基因，也有许多转录起始点和转录终止链上有许多基因，也有许多转录起始点和转录终止点，形成相应的转录单位。一个转录单位可以只含点，形成相应的转录单位。一个转录单位

4、可以只含一个基因，称为单顺反子（一个基因，称为单顺反子（monocistron）；也可以）；也可以含多个基因，称为多顺反子（含多个基因，称为多顺反子（multicistron）。）。 在每一个转录起始点附近都有特殊的序列，只在每一个转录起始点附近都有特殊的序列，只有具有这种特殊序列才能在此处起始转录，这种特有具有这种特殊序列才能在此处起始转录，这种特殊的序列叫启动子（殊的序列叫启动子（promoter）。）。转录单位转录单位转录受到严格的调控 基因的转录是一种有选择的过程，随着不同基因的转录是一种有选择的过程，随着不同的细胞类型、生长发育的不同阶段、外界环境条的细胞类型、生长发育的不同阶段、外

5、界环境条件的变化而转录不同的基因。转录是基因表达调件的变化而转录不同的基因。转录是基因表达调控中最重要的层次。控中最重要的层次。核酸合成酶类dna指导的指导的dna聚合酶：聚合酶：dna聚合酶聚合酶 （dna-dirceted dna polymerase，dddp）dna指导的指导的rna聚合酶：聚合酶：rna聚合酶聚合酶 （dna-directed rna polymerase，ddrp）rna指导的指导的rna聚合酶：聚合酶：复制酶复制酶 （rna-directed rna polymerase，rdrp）rna指导的指导的dna聚合酶：聚合酶：反转录酶（逆转录酶）反转录酶（逆转录酶）

6、（rna-directed dna polymerase，rddp）（一）dna指导的rna聚合酶 dna指导的指导的rna聚合酶简称聚合酶简称rna聚合酶，聚合酶，它以它以4种种ntp为底物，需要为底物，需要dna模板，模板，rna链的链的合成方向也是合成方向也是53，5端的第一个核苷酸的端的第一个核苷酸的5位带有位带有3个磷酸，其后每加入一个核苷酸脱去一个磷酸，其后每加入一个核苷酸脱去一个焦磷酸，形成磷酸二酯键。个焦磷酸，形成磷酸二酯键。rna链合成的起始链合成的起始不需要引物。不需要引物。rna聚合酶没有校对功能。聚合酶没有校对功能。大肠杆菌rna聚合酶 细菌的细菌的mrna、rrna和

7、和trna都由同一种都由同一种rna聚合酶转录。聚合酶转录。rna聚合酶的转录速度在聚合酶的转录速度在37约为约为50个核苷酸个核苷酸/s，与多肽链的合成速度，与多肽链的合成速度（15个氨基酸个氨基酸/s）大致相当。）大致相当。 大肠杆菌大肠杆菌rna聚合酶由聚合酶由5种种6个亚基组成，个亚基组成，2 2，其中其中2 2是是核心酶核心酶。 大肠杆菌大肠杆菌rna聚合酶各亚基的性质和功能聚合酶各亚基的性质和功能亚基亚基基因基因分子量分子量亚基亚基数目数目功功 能能rpoa40,0002酶的装配酶的装配与启动子上游元件及活化因子结合与启动子上游元件及活化因子结合rpob155,0001结合核苷酸底

8、物结合核苷酸底物催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成rpoc160,0001与模板与模板dna结合结合rpod32,00092,0001识别启动子识别启动子促进转录的起始促进转录的起始9,0001未知未知因子的功能 因子的功能在于因子的功能在于引导引导rna聚合酶稳定地聚合酶稳定地结合到结合到dna启动子上，启动子上，因子有多种，不同类型因子有多种，不同类型的启动子由不同的的启动子由不同的因子识别。因子识别。因子的存在对因子的存在对核心酶的构象有较大影响，它导致核心酶的构象有较大影响，它导致rna聚合酶聚合酶与与dna的一般序列及启动子序列的亲和力有很的一般序列及启动子序列的亲和力有很大不同，

9、极大地降低了酶与大不同，极大地降低了酶与dna一般序列的结一般序列的结合常数和停留时间，同时又大大增加了酶与启动合常数和停留时间，同时又大大增加了酶与启动子的结合常数和停留时间。子的结合常数和停留时间。rna聚合酶与启动子的结合 全酶可通过扩散与全酶可通过扩散与dna任意部位结合，这种任意部位结合，这种结合是疏松的，随后酶结合的结合是疏松的，随后酶结合的dna部位迅速被置部位迅速被置换，也可以说是酶在换，也可以说是酶在dna上不断地变换结合位点，上不断地变换结合位点，直到遇上启动子序列，随即由疏松结合变成牢固结直到遇上启动子序列，随即由疏松结合变成牢固结合。此处合。此处dna双链被局部解开，转

10、录开始。双链被局部解开，转录开始。转录转录开始后开始后因子脱落，转录进入延伸阶段。因子脱落，转录进入延伸阶段。 大肠杆菌rna聚合酶与dna的相互作用因子与核心酶因子与核心酶全酶全酶全酶与全酶与dna复合复合物物核心酶钳住核心酶钳住dna因子脱落因子脱落大肠杆菌的rna转录17bp起始起始双链双链dna局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 rna 启动子（启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 rna聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开真核生物rna聚合酶 真核真核生物生

11、物rna聚合酶主要有聚合酶主要有3类，通常有类，通常有814个亚基，并含有个亚基，并含有zn2+。它们分别负责合成不同类型。它们分别负责合成不同类型的的rna, ,利用它们对抑制剂利用它们对抑制剂- -鹅膏蕈碱的敏感性的鹅膏蕈碱的敏感性的差异可以辨别它们。差异可以辨别它们。 真核生物真核生物rna聚合酶自身不能识别和结合到启聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，它也没有动子上，它也没有因子，而是需要在启动子上由因子，而是需要在启动子上由多种转录因子（各种参与转录的蛋白质）和多种转录因子（各种参与转录的蛋白质）和rna聚聚合合酶组装成活性转录复合物才能起始转录。酶组装成活性转录复合物才能起始转录。

12、真核生物rna聚合酶的种类和性质酶的种类酶的种类功功 能能对抑制剂的敏感性对抑制剂的敏感性rna聚合酶聚合酶转录转录45s rrna前体，经加工前体，经加工产生产生5.8s、18s和和28s rrna对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱不敏感不敏感rna聚合酶聚合酶转录所有编码蛋白质的基因和转录所有编码蛋白质的基因和大多数大多数snrna对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱敏感敏感rna聚合酶聚合酶转录小转录小rna的基因，包括的基因，包括trna、5s rrna、u6 snrna和和scrna对对鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱中等敏感中等敏感真核生物细胞器rna聚合酶 真核细胞的线粒体和叶绿体中也有自己的真核细胞的线粒体和叶绿体中也有自

13、己的rna聚合酶，它们分别转录线粒体和叶绿体中的基因。聚合酶，它们分别转录线粒体和叶绿体中的基因。线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体rna聚合酶不同于细胞核聚合酶不同于细胞核rna聚合聚合酶，它们的结构较简单，类似于原核生物的酶，它们的结构较简单，类似于原核生物的rna聚聚合酶，能催化线粒体中和叶绿体中各种合酶，能催化线粒体中和叶绿体中各种rna的转录，的转录，并被原核生物并被原核生物rna聚合酶的抑制剂利福平等抑制。聚合酶的抑制剂利福平等抑制。（二）启动子和转录因子 利用足迹法（利用足迹法（footprint）和）和dna测序法可以测序法可以确定启动子的序列结构。确定启动子的序列结构。dna-pr

14、otein complex naked dnaprotein（arrows indicate dnase cleavage sites）denature dsdna-sets of labeled fragments足迹法测定dna上蛋白质的结合位点rna聚合酶与dna的结合 习惯习惯上上dna的序列按其意义链来描述。从左到的序列按其意义链来描述。从左到右右相当于相当于53方向。转录单位的起点核苷酸编号为方向。转录单位的起点核苷酸编号为+1，往右依次为，往右依次为+2,+3, 从从+1往往5上游编号依次上游编号依次为为-1,-2, 当当rna聚合酶全酶最初与聚合酶全酶最初与dna结合时，它覆盖

15、结合时，它覆盖的长度的长度为为7580bp，从启动子的，从启动子的- 55 +20。在转录。在转录起始阶段结束时，起始阶段结束时，因子被释放，核心酶覆盖的长度因子被释放，核心酶覆盖的长度约为约为60bp。到核心酶再向前移动若干核苷酸后，核。到核心酶再向前移动若干核苷酸后，核心酶进入延伸阶段，只覆盖心酶进入延伸阶段，只覆盖3040bp。大肠杆菌rna聚合酶在转录的起始阶段缩短覆盖dna的长度原核生物启动子 在原核基因启动子中，有一个位于在原核基因启动子中，有一个位于-10的的pribnow box（tataat）和位于）和位于-35的的sextama box （ttgaca）。这两个序列是决定启

16、动子强）。这两个序列是决定启动子强度的重要因素。度的重要因素。pribnow box是是rna聚合酶的牢固聚合酶的牢固结合位点及解链位点，结合位点及解链位点，sextama box是是rna聚合酶聚合酶的识别位点。在的识别位点。在-10区和区和-35区之间的序列并不重要，区之间的序列并不重要，然而这两个区之间的距离却十分重要。天然启动然而这两个区之间的距离却十分重要。天然启动子中这段距离大多为子中这段距离大多为1520bp，实验表明这段距离，实验表明这段距离为为17bp时转录效率最高。时转录效率最高。 大肠杆菌启动子共有序列的功能sextama box pribnow box含70的rna聚合

17、酶识别的几个启动子rrnb p1大肠杆菌不同因子识别具有不同共有序列的启动子基因基因因子因子用途用途-35序列序列间隔间隔-10序列序列rpo d70通用通用ttgaca1618bptataatrpo h32热休克热休克cccttgaa1315bpcccgatntrpo ee热休克热休克未知未知未知未知未知未知rpo n54氮源氮源ctggna6bpttgcafli af鞭毛鞭毛ctaaa15bpgccgataa真核生物启动子 真核生物启动子真核生物启动子有有3类，分别由类，分别由rna聚合聚合酶酶、起始转录，起始转录需要许多转录因起始转录，起始转录需要许多转录因子的参与，启动子的识别也是靠转

18、录因子的作用。子的参与，启动子的识别也是靠转录因子的作用。 类别类别启动子控制的基因有许多拷贝，往往启动子控制的基因有许多拷贝，往往成簇存在。成簇存在。rna聚合酶聚合酶转录转录45s rrna前体，经加工前体，经加工产生产生5.8s、18s和和28s rrna类别启动子的结构 类别类别启动子由两部分保守序列组成：启动子由两部分保守序列组成：1.1.核心启动子核心启动子（core promoter）位于转录起点附近，）位于转录起点附近，从从- -45 + +20；2.上游控制元件上游控制元件（upstream control element）位于）位于- -180 - -107。 两部分都有富

19、含两部分都有富含gc的区域。的区域。rna聚合酶聚合酶对对其转录需要两种转录因子的参与。其转录需要两种转录因子的参与。真核生物类别启动子的转录因子 ubf1和和sl1是参与类别是参与类别启动子转录的两种转录因启动子转录的两种转录因子，其中子，其中ubf1为单链蛋白，为单链蛋白，sl1为四聚体蛋白。为四聚体蛋白。真核生物的类别启动子类别类别启动子包含启动子包含4 4类控制元件：类控制元件： 基本启动子（基本启动子（basal promoter） 起始子（起始子（initiator） 上游元件（上游元件（upstream element） 应答元件（应答元件（response element）rn

20、a聚合酶聚合酶转录所有编码蛋白质的基因和转录所有编码蛋白质的基因和大多数大多数snrna几种真核基因的基本启动子 类别类别启动子中的基本启动子序列为中心在启动子中的基本启动子序列为中心在- -25 - -30左右的左右的7bp保守区，根据基本启动子中保守序保守区，根据基本启动子中保守序列的特点，也将其称为列的特点，也将其称为tata box。rna聚合酶和转录因子在启动子上的装配tf: transcription factor转录起始复合物的装配ctd: c-terminal domain起始子 起始子是转录起始点处的一个保守序列，其起始子是转录起始点处的一个保守序列，其共有序列如下共有序列如

21、下py py a n py py +1 t a上游元件和应答元件见见p463表表36-4真核生物类别启动子 类别类别启动子涉及一些小分子启动子涉及一些小分子rna的转录。的转录。5s rrna、trna以及以及scrna（small cytosol rna）基因的启动子位于转录起始点的下游，基因的启动子位于转录起始点的下游，即在基因的转录区域内部。即在基因的转录区域内部。snrna（small nuclear rna）基因的启动子在转录起始点的上）基因的启动子在转录起始点的上游，与通常的启动子类似游，与通常的启动子类似。 爪爪蟾蟾5s rrna基因的启动子位于基因的启动子位于+55 +80。r

22、na聚合酶聚合酶转录小转录小rna的基因，包括的基因，包括trna、5s rrna、u6 snrna和和scrna类别启动子的结构特点下游启动子下游启动子snrna基因基因的上游启动子的上游启动子octoct：八聚体基序：八聚体基序psepse：邻近序列元件：邻近序列元件（三）终止子和终止因子 提供转录停止信号提供转录停止信号的的dna序列称为终止子序列称为终止子（terminator），协助），协助rna聚合酶识别终止信号聚合酶识别终止信号的蛋白辅助因子称为终止因子（的蛋白辅助因子称为终止因子（termination factor）。有些终止子的作用可被特异的因子所阻）。有些终止子的作用可被

23、特异的因子所阻止，使止，使rna聚合酶越过终止子继续转录，这称为聚合酶越过终止子继续转录，这称为通读。这类能够抗终止的蛋白质因子称为抗终止通读。这类能够抗终止的蛋白质因子称为抗终止因子（因子（antitermination factor）。）。原核生物终止子的结构特点 大肠杆菌有两类终止子：一类称为不依赖于大肠杆菌有两类终止子：一类称为不依赖于因子的终止子，或简单终止子；另一类称为依赖于因子的终止子，或简单终止子；另一类称为依赖于因子的终止子。因子的终止子。 简单终止子有一段回文结构，其后还有一系列简单终止子有一段回文结构，其后还有一系列u（约有（约有6 6个），回文结构中通常有一段富含个），

24、回文结构中通常有一段富含gc的的序列，寡聚序列，寡聚u序列可能提供信号使序列可能提供信号使rna聚合酶脱离聚合酶脱离模板。模板。 依赖于依赖于因子的终止子其回文结构不含富有因子的终止子其回文结构不含富有gc区，回文结构之后也无寡聚区，回文结构之后也无寡聚u。依赖于。依赖于因子的终因子的终止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。止子在细菌染色体中少见，而在噬菌体中广泛存在。原核生物的两类终止子不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子 依赖于依赖于因子的终止子因子的终止子不依赖因子的转录终止机制 在转录在转录过程中，过程中，rna聚合酶沿着模板链向前聚合酶沿着模板链向前移动，它感受的终止信号

25、来自刚转录出的移动，它感受的终止信号来自刚转录出的rna中，中，而不是感受而不是感受dna模板上的信号。在转录出终止子模板上的信号。在转录出终止子序列后，序列后，rna上的终止序列形成发夹结构，使上的终止序列形成发夹结构，使rna聚合酶感受到终止信号（发夹结构），整个聚合酶感受到终止信号（发夹结构），整个复合物构象发生变化，新合成的寡聚复合物构象发生变化，新合成的寡聚u与模板链上与模板链上的寡聚的寡聚a结合不紧密，新生结合不紧密，新生rna链与模板链与模板dna分开，分开，rna聚合酶也脱落聚合酶也脱落。不依赖因子的转录终止机制依赖因子的转录终止机制 因子以六聚体的因子以六聚体的形式存在，在形

26、式存在，在有有rna存存在时它能水解在时它能水解ntp，最，最近发现近发现因子有因子有rna-dna解旋酶的活性解旋酶的活性。抗终止作用 抗终止作用主要见于某些噬菌体基因表达抗终止作用主要见于某些噬菌体基因表达的时序控制。在早期基因转录表达出抗终止蛋的时序控制。在早期基因转录表达出抗终止蛋白后，使得转录通读，进入晚期基因表达。这白后，使得转录通读，进入晚期基因表达。这种方式可使一个启动子控制后面基因的时序表种方式可使一个启动子控制后面基因的时序表达。达。真核生物基因的转录终止 真核生物转录的终止信号和终止过程还不真核生物转录的终止信号和终止过程还不清楚。实验表明，清楚。实验表明，rna聚合酶聚

27、合酶的转录产物在的转录产物在3末端切断，然后加上腺苷酸尾（末端切断，然后加上腺苷酸尾（poly a）。）。真核生物基因的转录终止（五）rna生物合成的抑制剂1.嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物 它们抑制核苷酸合成酶类，或形成相应的核它们抑制核苷酸合成酶类，或形成相应的核苷酸后掺入到核酸中，影响苷酸后掺入到核酸中，影响rna转录，也能影响转录，也能影响dna复制，从而可以用于癌症治疗。复制，从而可以用于癌症治疗。嘌呤和嘧啶类似物 6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤 硫鸟嘌呤硫鸟嘌呤 5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶 8- 8-氮鸟嘌呤氮鸟嘌呤 2,6-2,6-二氨基嘌呤二氨基嘌呤 6-6-氮尿嘧啶氮尿嘧啶（五）

28、rna生物合成的抑制剂2.dna模板功能的抑制物模板功能的抑制物烷化剂：烷化剂：修饰碱基，引起细胞突变和致癌。修饰碱基，引起细胞突变和致癌。放线菌素：放线菌素：与与dna形成非共价复合物，低浓度可形成非共价复合物，低浓度可抑制抑制rna转录，高浓度抑制转录，高浓度抑制dna复制。复制。嵌入染料：嵌入染料：可插入双链可插入双链dna的相邻碱基对之间，的相邻碱基对之间，导致移码突变，也能抑制转录和复制。导致移码突变，也能抑制转录和复制。碱基的烷化剂苯丁酸氮芥苯丁酸氮芥环磷酰胺环磷酰胺放线菌素d放线菌素d针剂【作用特点】本品为细胞周期非特异性药物，选择性【作用特点】本品为细胞周期非特异性药物，选择性

29、地与地与dna中的鸟嘌呤结合，抑制以中的鸟嘌呤结合，抑制以dna为模板的为模板的rna聚合酶，从而抑制聚合酶，从而抑制rna的合成，阻止癌细胞生的合成，阻止癌细胞生长。静脉注射后迅速分布至各组织，广泛与组织结合，长。静脉注射后迅速分布至各组织，广泛与组织结合，但不易透过血脑屏障。但不易透过血脑屏障。t1/2为为36小时，在体内代谢的小时，在体内代谢的量很小。缓慢自尿及粪排泄，原形药量很小。缓慢自尿及粪排泄，原形药10%由尿排出，由尿排出，50%由胆道排出，由胆道排出，9日后仅能发现注射剂量的日后仅能发现注射剂量的30%。【功能主治】【功能主治】 主用于恶性淋巴瘤、肾母细胞瘤、绒主用于恶性淋巴瘤

30、、肾母细胞瘤、绒毛膜上皮癌及恶性葡萄胎等。毛膜上皮癌及恶性葡萄胎等。放线菌素d针剂【用法用量】【用法用量】 静脉注射或静脉滴注静脉注射或静脉滴注:每次每次0.20.4mg，用生理盐水用生理盐水1020ml溶解后推注，或加于溶解后推注，或加于5%葡萄糖葡萄糖液液500ml中滴注，每日或隔日中滴注，每日或隔日l次，次，1014次为一个疗次为一个疗程，疗程间隔程，疗程间隔1014天。胸、腹腔注射天。胸、腹腔注射:每次每次0.40.6mg。【不良反应】【不良反应】1.可引起白细胞及血小板减少，厌食、可引起白细胞及血小板减少，厌食、恶心、呕吐等。恶心、呕吐等。 2.静脉注射可引起静脉炎，漏出血静脉注射可

31、引起静脉炎，漏出血管可引起疼痛、局部硬结及溃破。管可引起疼痛、局部硬结及溃破。 3.可有脱发、皮可有脱发、皮炎、发热、肝功能损伤。炎、发热、肝功能损伤。 4.有免疫抑制作用。有免疫抑制作用。 5.对妊娠者可引起畸胎。对妊娠者可引起畸胎。 6.长期应用可抑制睾丸或卵长期应用可抑制睾丸或卵巢功能，引起闭经或精子缺乏。巢功能，引起闭经或精子缺乏。嵌入染料吖啶黄吖啶黄原黄素原黄素吖啶橙吖啶橙溴乙锭溴乙锭（五）rna生物合成的抑制剂3.rna聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂利福霉素：利福霉素：抑制抑制细菌细菌rna聚合酶的活性。聚合酶的活性。利链菌素：利链菌素：抑制细菌抑制细菌rna聚合酶的活性。聚合酶的活

32、性。-鹅膏蕈碱：鹅膏蕈碱：抑制真核生物抑制真核生物rna聚合酶活性。聚合酶活性。利福平和利福霉素的结构式鹅膏蕈碱的结构式二、rna的转录后加工（一）原核生物中rna的加工原核生物trna的转录后加工原核生物trna的转录后加工2ipa = 2-异戊烯基腺苷异戊烯基腺苷2mg = 2-o-甲基鸟苷甲基鸟苷 4tu = 4-硫尿嘧啶核苷硫尿嘧啶核苷 = 假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷trna3末端cca的产生 所有所有成熟成熟trna分子的分子的3端都有端都有cca结构，它对结构，它对于接受氨酰基是必要的。细菌于接受氨酰基是必要的。细菌trna前体存在两类不前体存在两类不同的同的3端序列。一类其自身具有

33、端序列。一类其自身具有cca的结构，将的结构，将3端端多余的序列切除后刚好暴露出多余的序列切除后刚好暴露出cca序列；另一类是序列；另一类是当切除当切除3端多余序列后，通过端多余序列后，通过trna核苷酰转移酶加核苷酰转移酶加上上cca。 trna的加工还包括碱基的修饰。的加工还包括碱基的修饰。 原核生物mrna前体的加工 细菌细菌中的中的mrna大多不需要加工，一经转录大多不需要加工，一经转录即可直接进行翻译。甚至在转录出部分即可直接进行翻译。甚至在转录出部分mrna序序列时就已经开始了翻译，也就是一边转录列时就已经开始了翻译，也就是一边转录一边翻一边翻译，翻译滞后一些。译，翻译滞后一些。

34、但也有少数多顺反但也有少数多顺反子子mrna须须通过核酸内切通过核酸内切酶切割成较小的单位，然后再翻译。这些较小的酶切割成较小的单位，然后再翻译。这些较小的单位可以是单个基因，也可以是多个基因序列的单位可以是单个基因，也可以是多个基因序列的组合。组合。原核生物中的边转录边翻译（二）真核生物中rna的一般加工 真核真核生物生物rrna和和trna前体的加工过程与原前体的加工过程与原核生物相似，但核生物相似，但mrna前体必须经过复杂的加工，前体必须经过复杂的加工，才能成为成熟的才能成为成熟的mrna。真核生物rrna前体的加工 哺乳类动物哺乳类动物的的18s、5.8s和和28s rrna基因构基

35、因构成一个转录单位，转录产生成一个转录单位，转录产生45s rrna前体，然前体，然后通过剪切加工成各个成熟的后通过剪切加工成各个成熟的 rrna。真核生物rrna的修饰 rrna在成熟过程中可被甲基化，主要的甲在成熟过程中可被甲基化，主要的甲基化位点也在核糖基化位点也在核糖2羟基上。还有尿嘧啶转变成羟基上。还有尿嘧啶转变成假尿嘧啶的修饰。这些修饰和切割是由核仁小假尿嘧啶的修饰。这些修饰和切割是由核仁小rna（small nucleolar rna, snorna）指导的。）指导的。snorna指导rrna位点特异的修饰snornasnorna c/d snorna h/aca snorna

36、指导指导2-o-甲基化甲基化 指导假尿苷酸化指导假尿苷酸化 c boxd boxh box aca boxrrna真核生物trna前体的加工 真核真核生物生物trna的加工与原核生物类似，只是的加工与原核生物类似，只是真核生物真核生物trna 3端的端的cca都是都是后加的。部分真核后加的。部分真核生物生物trna前体有内含子。前体有内含子。真核生物trna前体的加工primary transcriptintermediate真核生物trna前体的加工intermediatemature trnatyr真核生物mrna前体的加工 m r n a 的 前 体 称 为 核 内 不 均 一的 前 体

37、 称 为 核 内 不 均 一 r n a（heterogeneous nuclear rna，hnrna），因），因为一个细胞中有许多种不同的为一个细胞中有许多种不同的mrna，也就有，也就有许多种不同的前体。许多种不同的前体。hnrna在加工成熟的过程在加工成熟的过程中有中有5端加帽、端加帽、3端加尾、去除内含子等过程。端加尾、去除内含子等过程。5端加帽( m7gppp ) 大约转录出大约转录出30个核苷酸时，在鸟苷转移酶催个核苷酸时，在鸟苷转移酶催化下，化下，gtp与新生与新生rna链的链的5端的三磷酸发生缩端的三磷酸发生缩合反应，在合反应，在rna的的5端加上端加上g残基的帽子，在帽子残

38、基的帽子，在帽子上再进行甲基化，通常甲基化的位点是碱基上的上再进行甲基化，通常甲基化的位点是碱基上的7位，核糖的位，核糖的2位也可以甲基化。帽子结构将在其位也可以甲基化。帽子结构将在其后的翻译中发挥重要作用；另一个作用可能是保后的翻译中发挥重要作用；另一个作用可能是保护新生的护新生的rna，避免其在合成过程中被降解。，避免其在合成过程中被降解。mrna 5端的帽子结构存在于所有存在于所有类型帽子中类型帽子中在在类型帽子中，类型帽子中，此位点也可被甲基化此位点也可被甲基化g通过通过55键加入键加入存在于存在于类型帽子中类型帽子中存在于存在于类型帽子中类型帽子中3端加多聚腺苷酸尾 真核真核生物生物

39、mrna的的3端通常都有端通常都有20200个腺个腺苷酸，但也有例外，如组蛋白、呼肠孤病毒和不少苷酸，但也有例外，如组蛋白、呼肠孤病毒和不少植物病毒的植物病毒的mrna没有多聚腺苷酸尾。加尾过程在没有多聚腺苷酸尾。加尾过程在细胞核内进行，通过多聚腺苷酸聚合酶催化反应完细胞核内进行，通过多聚腺苷酸聚合酶催化反应完成（不需要模板）。成（不需要模板）。 poly a尾的存在可以提高尾的存在可以提高mrna的稳定性。的稳定性。（三）rna的拼接、编辑 大多数真核基因都是断裂基因，但也有少数大多数真核基因都是断裂基因，但也有少数编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因以及一些以及一些trna和和rrna基因是基

40、因是连续的。断裂基因的转录产物须通过拼接，去除连续的。断裂基因的转录产物须通过拼接，去除插入部分（插入部分（intron，内含子），连接保留部分，内含子），连接保留部分（exon，外显子）成为连续序列。，外显子）成为连续序列。典型的真核生物基因结构各种rna前体的剪接 类型类型 类型类型 核核mrna的的 核核trna的的 自我剪接自我剪接 自我剪接自我剪接 剪接体剪接剪接体剪接 酶促剪接酶促剪接各种剪接类型的分布 类型类型自我剪接的内含子分布很广，存在于真自我剪接的内含子分布很广，存在于真核生物的线粒体和叶绿体基因、低等真核生物核的核生物的线粒体和叶绿体基因、低等真核生物核的rrna基因、细

41、菌和噬菌体的个别基因、细菌和噬菌体的个别基因中。基因中。 类型类型内含子也具有自我催化功能，它与类型内含子也具有自我催化功能，它与类型内含子自我剪接的差别在于转酯反应无需游离鸟内含子自我剪接的差别在于转酯反应无需游离鸟苷酸（或鸟苷）发动。类型苷酸（或鸟苷）发动。类型内含子只见于某些真内含子只见于某些真菌线粒体和植物叶绿体基因菌线粒体和植物叶绿体基因。 有些有些和和型内含子中也编码有核酸内切酶、型内含子中也编码有核酸内切酶、逆转录酶或成熟酶等。逆转录酶或成熟酶等。反式剪接 反式剪接是分子间剪接，从两个不同的转录反式剪接是分子间剪接，从两个不同的转录本中各取一段连接起来。本中各取一段连接起来。 存

42、在于锥存在于锥虫的众多虫的众多mrna，其，其5端有一共同端有一共同的的35个核苷酸长的前导序列。该前导序列来自一个核苷酸长的前导序列。该前导序列来自一些重复单位的转录产物，从这些转录产物中剪下些重复单位的转录产物，从这些转录产物中剪下前导序列再连接到其他前导序列再连接到其他mrna的的5端。端。反式剪接示意图选择性剪接 一个基因的转录产物，通过不同的剪接方一个基因的转录产物，通过不同的剪接方式，可以产生不同式，可以产生不同的的mrna，从而翻译出不同，从而翻译出不同的蛋白质。一个基因转录本通过选择性剪接产的蛋白质。一个基因转录本通过选择性剪接产生的不同蛋白质称为同源体（生的不同蛋白质称为同源

43、体（isoform）。）。选择性剪接示意图rna编辑 rna编辑是指修饰或轻微改变编辑是指修饰或轻微改变mrna的核苷酸的核苷酸序列，使它们与对应的模板序列，使它们与对应的模板dna序列有所不同的预序列有所不同的预定过程。定过程。 迄今发现真核生物线粒体中存在的迄今发现真核生物线粒体中存在的rna编辑类编辑类型有：核苷酸的转录后插入和缺失；转录物在型有：核苷酸的转录后插入和缺失；转录物在c转换转换成成u时创造终止密码子时创造终止密码子uaa；碱基间的转换；碱基间的转换。 常见的常见的rna编辑是编辑是cu的转换。的转换。碱基转换cytosine（c） uracil（u）rna编辑的发现 198

44、6年年benne r等在研究锥虫线粒体等在研究锥虫线粒体dna时发时发现，其细胞色素氧化酶亚基现，其细胞色素氧化酶亚基（co）基因与酵母）基因与酵母或人的相应基因对比存在一个或人的相应基因对比存在一个1的移码突变，然而的移码突变，然而酶的功能又是正常的。进一步比较酶的功能又是正常的。进一步比较co基因与其转基因与其转录物的序列，发现转录物在移码突变位点附近有录物的序列，发现转录物在移码突变位点附近有4个个不被基因不被基因dna编码的额外尿苷酸，正好纠正了基因编码的额外尿苷酸，正好纠正了基因的移码突变。由于用分子杂交技术在线粒体内找不的移码突变。由于用分子杂交技术在线粒体内找不到第二个到第二个c

45、o基因，所以认为这些尿苷酸是在转录基因，所以认为这些尿苷酸是在转录中或转录后插进去的。中或转录后插进去的。锥虫co基因与其表达产物的序列比较dna正链序列正链序列 ga g a a mrna序列序列 gau ugu aua 蛋白质序列蛋白质序列 asp cys ilerna编辑的生物学意义可以纠正基因突变造成的损害可以纠正基因突变造成的损害增加基因产物的多样性增加基因产物的多样性与生物发育和分化有关与生物发育和分化有关有利于生物进化有利于生物进化rna的降解 rna降解是涉及基因表达的一个重要环节。降解是涉及基因表达的一个重要环节。rrna和和trna是稳定的是稳定的rna，其更新率较低。，其更新率较低。mrna是不稳定的是不稳定的r