第7章rRNA与tRNA的加工

1、RNA Processing Very few RNA molecules are transcribed directly into the final mature RNA. Most newly transcribed RNA molecules (primary transcripts) undergo various alterations to yield the mature product RNA processing 是对初生转录物进行加工是对初生转录物进行加工修饰的总称。修饰的总称。RNA processingRomoval of nucleotidesaddition o

2、f nucleotides to the 5- or 3- endsmodification of certain nucleotides(1) 外切、内切核酸酶对碱基的切割外切、内切核酸酶对碱基的切割(2) 向初生转录物的向初生转录物的3端和端和5端添加端添加核苷酸核苷酸(3) 对某些特殊的核苷酸或糖苷进行修饰对某些特殊的核苷酸或糖苷进行修饰Add a methyl group to 2-OH of ribose in mRNA (A) and rRNAExtensive changes of bases in tRNARNPsRibonucleoproteins = RNA protein

3、 complexes3-D structuretRNA PROCESSING, RNase P AND RIBOZYMES 1. tRNA processing in prokaryotes2. tRNA processing in eukaryotes3. RNase P4. Ribozymes1. tRNA processing in prokaryotesMature tRNAs are generated by processing longer pre-tRNA transcripts, which involves 1.specific exo- and endo- nucleol

4、ytic cleavage by RNases D, E, F and P (general) followed by 2.base modifications which are unique to each particular tRNA type.大肠杆菌tRNA操纵子中包含tRNA的编码区域；还包括多至7种tRNA基因的操纵子1. 转录物前体折叠形成特殊的茎环结构后，内切核酸酶（内切核酸酶（RNase E，F）在3端切割一个侧翼序列，在前体的3端留下额外的9核苷酸；2. 外切酶RNase D依次切去3端7个核苷酸；3. RNase P内切产生成熟的5端；4. RNase D切去剩余的2

5、个核苷酸，产生成熟的3端。原核生物原核生物tRNA的加工过程的加工过程大肠杆菌中前大肠杆菌中前tRNA 的加工过程的加工过程2. tRNA processing in eukaryotesThe pre-tRNA is synthesized with a 1. 16 nt 5-leader, 2. a 14 nt intron and 3. two extra 3-nucleotides.leaderintrontwo extra真核生物前tRNA的结构与加工过程示意图1. Primary transcripts forms secondary structures recognized b

6、y endonucleases 2. 5 leader and 3 extra nucleotide removal3. tRNA nucleotidyl transferase (核酸转核酸转移酶移酶)adds 5-CCA-3 to the 3-end to generate the mature 3-end4. Intron removal真核生物前真核生物前tRNA的加工过程的加工过程原核真核原核真核tRNA加工过程的不同点加工过程的不同点 真核生物前tRNA中含有内含子； 真核生物的3端CCA是由核苷酸转移酶添加上的。3. RNase P Ribonuclease P (RNase P

7、) is an enzyme involved in tRNA processing that removes the 5 leader sequences from tRNA precursors RNase P (1)RNase P 由一由一RNA分子和蛋白质分子组成的分子和蛋白质分子组成的内切酶，是一类比较简单的内切酶，是一类比较简单的RNP；作用：使前作用：使前tRNA分子产生成熟的分子产生成熟的5端；端；分布：真核原核都有发现分布：真核原核都有发现1. EU：位于核内，是核内小分子：位于核内，是核内小分子RNP，snRNP2. Pro: 377nt+13.7KD的蛋白质的蛋白质RNa

8、se P (2) RNA component can catalyze pre-tRNA in vitro in the absence of protein. Thus RNase P RNA is a catalytic RNA, or ribozyme.4. Ribozyme 核酶是一类能够催化特定的生化反应的核酶是一类能够催化特定的生化反应的RNA分子。分子。 是核糖核酸和酶的是核糖核酸和酶的2个词的缩写个词的缩写 RNase P RNA is a ribozyme. RNase P RNA from bacteria is more catalytically active in v

9、itro than those from eukaryotic and archaebacterial （古（古细菌）细菌）cells. All RNase P RNAs share common sequences and structures. 核酶的锤头结构 该酶包括三个茎环区，其间有一个11-13个保守核苷酸构成的催化中心。 N代表该位置上可以为任意碱基， 箭头代表切割部位， H代表除了G以外的核苷酸。 在类病毒中，茎III的顶部并没有被环连接起来RibozymeSelf-splicing introns: the intervening RNA that catalyze the s

10、plicing of themselves from their precursor RNA, and the joining of the exon sequences1.Group I introns, such as Tetrahymena（四膜虫）（四膜虫） intron2.Group II introns. Ribozyme 的用处的用处可以人工合成核酶，作诊断治疗：可以人工合成核酶，作诊断治疗：1.correcting mutant mRNA in human cells2. inhibiting unwanted gene expressionKill cancer cellsP

11、revent virus replication核酶的生物学意义核酶的生物学意义 核酶的发现使我们对RNA的重要功能又有了新的认识。 核酶是继逆转录现象之后对中心法则的又一个重要修正，说明RNA既是遗传物质又是酶。 核酶的发现为生命起源的研究提供了新思路。Splicing of Group I and II introns Introns in fungal mitochondria, plastids, Tetrahymena(四膜虫四膜虫) pre-rRNA Group I Self-splicing Initiate splicing with a G nucleotide Group

12、II self-splicing Initiate splicing with an internal AtRNA PROCESSING1. rRNA processing in prokaryotes2. rRNA processing in eukaryotesrRNA processing in prokaryotes 在大肠杆菌中，rRNA合成由七种分散在基因组中的RNA操纵子完成； 每一个操纵子都包括5S rRNA,16S rRNA和23S rRNA各一个，及1-4个tRNA的编码序列； 初生转录物沉降系数为30S，加工形成成熟的rRNA和tRNA； 对酶缺陷型的研究表明大肠杆菌的M5,M16,M23,RNA酶III都参与了rRNA的加工过程大肠杆菌前rRNA加工过程1. 转录物通过碱基配对形成茎环结构；2. RNA酶III剪切并释放5S，16S，23S的前体分子；3. RNA酶M5，M16，M23分别在每一前体分子的5和3端进一步剪切，在第二部剪切后释放出成熟的全长rRNA大肠杆菌前rRNA加工过程rRNA processing in eukaryotes真核生物的rRNA由RNAP I转录合成；rRNA基因串联重复排列，不同生物的rRNA大小不一；酵母7000nt，哺乳动物：13500nt前体包括5.8S，