第十六章rna的生物合成

1、第十六章第十六章RNA的生物合成的生物合成RNA Biosynthesis ( Transcription )RNARNA的分子组成的分子组成 RNA DNA RNA DNA 单链单链 双链双链 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶RNA RNA 类型类型参与蛋白质合成的参与蛋白质合成的RNAs: mRNA, tRNA, rRNA, 7SL RNA or SRP RNA, etc.参与参与RNARNA加工的加工的RNAs : snRNA, snoRNA, gRNA, etc.调控调控 RNAs: miRNA, siRNA, piRNA, etc.基因组基因组RNA: RN

2、A 病毒病毒参与逆转录的参与逆转录的RNAs: 逆转录病毒基因组逆转录病毒基因组RNA, RNA, 反转坐反转坐子子, , 端粒酶端粒酶 RNA. RNA. n在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式合成有两种方式 一是DNA指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。 另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependent RNA synthesis)，也叫RNA复制(RNA replication), 由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以

3、病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式。 转录转录 (transcription) 是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。 转转录录RNADNA 转录产物转录产物除除mRNAmRNA、rRNArRNA 和和tRNAtRNA外，在真核外，在真核细胞内还有细胞内还有snRNAsnRNA、miRNAmiRNA等非编码等非编码RNARNA。 转录的知识是理解许多生物学现象和医学问题所必需的。 对于RNA生物过程的调节可以导致蛋白质合成速率的改变，以及由此而引发的一系列代谢变化，因此，了解RNA代谢的基本原理就甚为重要。这些原理既关系到所有生物是如何适应环境变化的，也关系到

4、细胞结构和功能的分化机制。 n本章主要内容：本章主要内容：1. 1. 原核生物转录的模板和酶原核生物转录的模板和酶2. 2. 原核生物的转录过程原核生物的转录过程3. 3. 真核生物真核生物RNARNA的生物合成的生物合成4. 4. 真核生物真核生物RNARNA的加工和降解的加工和降解复制和转录的相似之处复制和转录的相似之处 都是酶促的核苷酸聚合过程都是酶促的核苷酸聚合过程 都以都以DNADNA为模板为模板 都需要都需要DNADNA依赖的聚合酶依赖的聚合酶 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键 按按5 35 3方向延伸聚核苷酸连方向延伸聚核苷酸连 都遵循碱基

5、配对规律都遵循碱基配对规律复制和转录的区别复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板链链转转录录（不不对对称称转转录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板链链转转录录（不不对对称称转转

6、录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制引物引物需要需要 不需要不需要 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)其他蛋白质因子其他蛋白质因子MgMg2+2+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等金属离子等金属离子合成方向合成方向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。 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 Pro

7、karyotic Transcription第一节第一节 不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)有两方面有两方面含义：在含义：在DNA分子双链上，一股链用作模板指分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。是在同一单链上。一、原核生物转录的模板一、原核生物转录的模板5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录方向转录方向5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAU

8、GUC 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 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为的一股单链，称为模板链模板链(template strand)或或反义反义链链。相对的另一股单链是。相对的另一股单链是编码链编码链(coding strand)或或有意义链。有意义链。 二、二、RNA合成由合成由RNA聚合酶催化聚合酶催化（一）（一）RNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成 DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA； RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚

9、合酶催化DNA合成相似。 ( NMP )n + NTP ( NMP ) n+1 + PPiRNA延长的延长的RNADNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化聚合酶催化RNA合成的机制合成的机制 DNADNA聚合酶在启动聚合酶在启动DNADNA链延长时需要引物存在，链延长时需要引物存在，而而RNARNA聚合酶不需要引物就能直接启动聚合酶不需要引物就能直接启动RNARNA链链的延长。的延长。 RNARNA聚合酶和聚合酶和DNADNA的特殊序列的特殊序列启动子启动子(promoter)(promoter)结合后，就能启动结合后，就能启动RNARNA合成。合成。 J. Hurwitz分离并发现了分离并发现了R

10、NA聚合酶聚合酶1. 1. 在在E. coliE. coli提取液中加入提取液中加入DNADNA能能够显著促进够显著促进RNARNA合成；合成；2. 2. 从从E. coliE. coli提取液中纯化出了提取液中纯化出了RNA RNA PolPol，并证明该酶可以在，并证明该酶可以在DNADNA、NTPsNTPs、MgMg2+2+或或MnMn2+2+的存的存在下体外合成在下体外合成RNARNA；3. 3. 说明所合成的说明所合成的RNARNA与与DNADNA完全完全互补，并预测合成的互补，并预测合成的RNARNA参与了参与了蛋白合成。蛋白合成。（二）原核生物（二）原核生物RNA聚合酶由多个亚基

11、组成聚合酶由多个亚基组成 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基分分 子子 量量功功 能能核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 转录起始阶段转录起始阶段转录延长阶段转录延长阶段 + 存在多存在多种种 亚基亚基 全酶的不同是因全酶的不同是因为为亚亚基的不同基的不同 亚基的功能是辨认转录起始位点亚基的功能是辨认转录起始位点 不同的不同的 亚基用于不同的基因转录亚基用于不同的基因转录 启动子识别区启动子识别区 -35 region -10

12、region70 辨认典型转录起始点的基因辨认典型转录起始点的基因 TTGACAT TATAAT 32 辨认启动热休克诱导基因转录TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA28 辨认启动运动基因转录 CTAAA CCGATAT -24 region -12 region 54 辨认启动氮代谢基因转录 CTGGNA TTGCA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起动转录上起动转录 转录是不连续、分区段进行的。转录是不连续、分区段进行的。 每一转录区段可视为一个转录单位，称为每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵操纵子子( (operonoperon) )。操纵子包

13、括若干个结构基因及其上。操纵子包括若干个结构基因及其上游游(upstream)(upstream)的调控序列。的调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol 启动子启动子是是RNARNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA并起始并起始转录的部位。原核生物以转录的部位。原核生物以RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶结合到结合到DNADNA的启动子上而起动转录，其中的启动子上而起动转录，其中由由 亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。 Pribnow box对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即。RNA聚合酶保护法RNA聚合酶保护法聚合酶保

14、护法开始转录开始转录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 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 n用用RNA聚合酶保护法研究转录起始区聚合酶保护法研究转录起始区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转录起始、原核生物的转录过

15、程可分为转录起始、转录延长和转录终止三个阶段。转录延长和转录终止三个阶段。 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：nE.coli的转录起始的转录起始 2.形成形成开放转录复合体开放转录复合体(open transcription complex)， DNA双链局部解开；双链局部解开；1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)与模板结合，形成与模板结合，

16、形成闭闭合转录复合体合转录复合体(closed transcription complex) ；3. 在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成成转录起始复合物转录起始复合物：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：4. 4. 第一个磷酸二酯键生成后，第一个磷酸二酯键生成后， 亚基即从转录起亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结

17、合于酸，继续结合于DNADNA模板上，酶沿模板上，酶沿DNADNA链前链前移，进入延长阶段。移，进入延长阶段。 二、二、 原核生物的转录延长原核生物的转录延长转录空泡转录空泡(transcription bubble)：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RNA链延长反应； RNA链从5-端向3 -端延长，新的核苷酸都是加到3-OH上；对DNA模板链的阅读方向是3-端向5-端，合成的RNA链与之呈反向互补，即酶是沿着模板链的3向5方向或沿着编码链的5向3方向前进的； 合成区域存在着动态变化的8 bp 的RNA-DNA杂合双链； 模板

18、DNA的双螺旋结构随着核心酶的移动发生解链和再复合的动态变化。原核生物原核生物RNA 聚合酶抑制剂聚合酶抑制剂利福平：专一性地结合细菌利福平：专一性地结合细菌RNARNA聚合酶聚合酶 亚基，阻亚基，阻断断RNARNA合成延伸。合成延伸。 5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象说明：原核生物转录过程中的羽毛状现象说明：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。 三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行三、原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行rRNArRNA 基

19、因簇的转录基因簇的转录大肠杆菌大肠杆菌mRNA mRNA 的转的转录与翻译相偶联录与翻译相偶联原核生物的转录延长时蛋原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行。白质的翻译也同时进行。 依赖依赖Rho 因子的转录终止因子的转录终止 非依赖非依赖Rho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(Rho)因因子与非依赖子与非依赖因子两大类因子两大类转录终止转录终止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停模板上停顿下来不再前进，转录产物顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复链从转录复合物上脱落下来。合物上脱落下来。 n依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物依

20、据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：转录终止分为： 因子因子是由相同亚基组成是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分的六聚体蛋白质，亚基分子量子量46kD。 因子因子能结合能结合RNA，又以，又以对对polyC的结合力最强。的结合力最强。 因子因子还有还有ATP酶活性和解酶活性和解螺旋酶螺旋酶(helicase)的活性。的活性。（一）依赖（一）依赖因子因子的转录终止的转录终止n因子的作用原理：因子的作用原理： r r因子终止转录的作用是：与因子终止转录的作用是：与RNARNA转录产物结合，导致转录产物结合，导致RNARNA聚合酶发生构象变化并停顿，聚合酶发生构象变化并停顿，r r因

21、子解因子解螺旋酶的活性使螺旋酶的活性使DNA/RNADNA/RNA杂化双链拆离，转录产物释放，杂化双链拆离，转录产物释放，RNARNA聚合酶解离，聚合酶解离，转录终止转录终止 。（二）（二） 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出基序列，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊产物形成特殊的结构来终止转录。的结构来终止转录。 DNA 近终止区的转录产物形成发夹近终止区的转录产物形成发夹(hairpin)结构结构是非依赖是非依赖因子终止的普遍现象。因子终止的普遍现象。 n茎环结构使转录终止的机理：茎环结构使转

22、录终止的机理： 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 转录空泡中的转录空泡中的DNA/RNA杂化链不稳定以及杂化链不稳定以及RNA链上的多聚链上的多聚U使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol真核生物真核生物RNARNA的生物合成的生物合成The Biosynthesis of Eukaryotic RNA第三节第三节 真核生物的转录过真核生物的转录过程比原核复杂。二程比原核复杂。二者的转录起始过程者的转录起始过程有较大区别，转录有较大区别，转录终止也不相同。终止也不相同。 模板模板DNADNA RNA

23、RNA PolPol 通用转录因子通用转录因子 其它反式作用因子其它反式作用因子一、一、 真核生物有三种真核生物有三种DNA依赖性依赖性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 ）真核生物的真核生物的RNARNA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

24、位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内 - -鹅膏蕈碱：与鹅膏蕈碱：与polpol II II相互作用、降低聚合酶的相互作用、降低聚合酶的转位以及转位以及RNARNA的合成速率。的合成速率。 - -鹅膏蕈碱可用于区分鹅膏蕈碱可用于区分 RNA RNA PolPol 的类型的类型 RNARNA聚合酶聚合酶最大亚基的最大亚基的羧基末端有一段共有序列羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)(consensus sequence)为为Tyr-Tyr-Ser-Pro-Ser-Pro-ThrThr-Ser-Pro-Ser-Ser-Pro-Ser的的重复序列片段，称为羧基重复序列片段，称

25、为羧基末端结构域末端结构域(carboxyl-(carboxyl-terminal domain, CTD)terminal domain, CTD)。 CTDCTD对于维持细胞的活性对于维持细胞的活性是必需的。是必需的。RNA polymerase II RNARNA聚合酶聚合酶由由1212个亚基个亚基组成，其最大的亚基称为组成，其最大的亚基称为RBP1RBP1。 CTDIf any enzyme does the cells heavy lifting, its RNA polymerase IIArthur and Roger Kornberg（一）转录前起始复合体的形成 不同物种、不同

26、细胞或不同的基因，转录起始点不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游都有不同的特异上游都有不同的特异DNA序列，包括启动子、增序列，包括启动子、增强子等，统称为强子等，统称为顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)。 转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)种类：种类：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OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体TATA box：典型启动子，一致序列为TATAAA，位于转录起始点上游约-30bp处，是RNA聚合

27、酶的间接结合位点，决定了转录起始点。CAAT box：是真核生物基因常有的调节区，位于转录起始点上游约-40-100bp处，控制着转录起始的频率。 GC box：位于CAAT框邻侧，是一个转录调节区，有激活转录的功能。 真核生物转录起始也需要RNA pol对起始点上游DNA序列进行辨认和结合，生成转录前起始复合体（preinitiation complex, PIC）。 转录起始时，真核生物的RNA pol不直接识别和结合模板的起始区，而是依靠转录因子识别并结合起始序列，故其起始复合体的装配过程比原核生物复杂的多。 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的的

28、蛋白质，现已发现数百种，统称为蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因反式作用因子子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶聚合酶的 ， 则 称 为 通 用 转 录 因 子 （的 ， 则 称 为 通 用 转 录 因 子 （ g e n e r a l transcription factor）或基本转录因子（）或基本转录因子（basal transcription factor） 真核生物中不同的真核生物中不同的RNA pol需要不同的基本需要不同的基本转录因子（转录因子（TF）配合完成转录的起始和延）配合完成转录

29、的起始和延长。相对应于长。相对应于RNA pol I、 RNA pol II、RNA pol III，这些，这些TF分别称为分别称为TFI、TFII、TFIII。 参与参与RNA-pol转录的转录的TF转录因子转录因子功能功能TFDTBP亚基结合亚基结合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磷酸化磷酸化真核生物转录过程真核生物转录过程1.

30、1. 转录起始前复合物转录起始前复合物 PIC PIC的组装的组装 TBP 结合到TATA box, 诱导DNA双螺旋弯曲； TFIIB-TBP complex 结合到 RNA pol II-TFIIF complex；TFIIE and TFIIH 参入形成闭合复合物。2. 2. 在在TFIIHTFIIH作用下作用下, DNA , DNA 解旋形成解旋形成开放复合物开放复合物6. 6. 转录延伸转录延伸7. 7. 转录终止与多聚腺转录终止与多聚腺苷化相偶联苷化相偶联4. RNA4. RNA合成至合成至 25-30 25-30 ntnt时，时，55端加帽端加帽3. 3. 在在TFIIHTFII

31、H作用下作用下, CTD , CTD 磷酸化引起磷酸化引起PolPol II II构象改构象改变，转录起始变，转录起始5. RNA 5. RNA 合成至合成至60-70nt60-70nt时，时， TFIIE TFIIE 和和TFIIH TFIIH 依次释放依次释放8. 8. PolPol II II 释放并去磷酸化，释放并去磷酸化，参与下一轮转录。参与下一轮转录。TBP是 TFIID的亚基，折叠成两个非常相似的结构域，可识别、结合 TATA box。TBP引起的DNA独特弯曲、解旋，可充当其它基本转录因子识别结合的标记。Three-dimensional structure of TBP (T

32、ATA-binding protein) bound to DNATFIIH TFIIH 分为两个结构功能域：分为两个结构功能域：core TFIIHcore TFIIH具有解旋酶活性，具有解旋酶活性，XPD XPD 和和 XPB XPB是解旋酶；是解旋酶； CAK(CAK(cyclincyclin-dependent activating -dependent activating kinasekinase) ) 具有激酶活性，能使具有激酶活性，能使RNA-RNA-polpol II II 的的CTDCTD磷酸化。磷酸化。TFIIH structure CTD磷酸化能使开放复合体的构象发生改

33、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。 除了基本转录因子外，真核基因的转录起始还有其他除了基本转录因子外，真核基因的转录起始还有其他转录因子的参与，如与启动子上游元件如转录因子的参与，如与启动子上游元件如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上游因子（上游因子（upstream factor），与远隔调控序列如增强子等结合的反式作，与远隔调控序列如增强子等结合

34、的反式作用因子，以及在某些特殊生理或病理情况下被诱导产用因子，以及在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的生的可诱导因子（可诱导因子（inducible factor）的参与。的参与。 Pol IIIIHIIEIIFIIBTBPTAFIIATATA boxMyoD or HIF1可诱导因子可诱导因子GC or CAAT boxSP1 or CTF中介子中介子辅激活因子辅激活因子通用转录因子通用转录因子上游因子上游因子与与RNA RNA PolPol II II 介导的转录相关的反式作用因子介导的转录相关的反式作用因子（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

35、基因的转录基因的转录 为了保证转录的准确性，不同基因需不同转录因子。 拼板理论(piecing theory) ：少数几个反式作用因子（主要是可诱导因子和上游因子）之间互相作用，再与基本转录因子、RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。可诱导因子和上游因子常常通过辅激活因子或中介子与基本转录因子、RNA聚合酶结合，但有时也可直接与基本转录因子、RNA聚合酶结合。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真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。但

36、因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。现象。 真核生物转录抑制剂真核生物转录抑制剂Actinomycin D放线菌素放线菌素D D：参入到：参入到dsDNAdsDNA中连续的中连续的GCGC碱基对中、使碱基对中、使DNADNA变构阻止变构阻止RNARNA聚合酶沿模板链的移动，从而抑制聚合酶沿模板链的移动，从而抑制原核和真核原核和真核RNARNA链的延伸。链的延伸。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真核生

37、物的转录终止，是和转录后修饰密切相真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。关的。真核生物真核生物mRNA有聚腺苷酸有聚腺苷酸(poly A)尾巴结构，尾巴结构，是转录后才加进去的。是转录后才加进去的。转录不是在转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。在读码框架百个乃至上千个核苷酸后才停顿。在读码框架的下游，常有一组共同序列的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游，再下游还有相当多的还有相当多的GT序列。这些序列称为序列。这些序列称为转录终转录终止的修饰点止的修饰点。5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUG

38、UGUGRNA-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 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RNARNA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 真核生物转录生成的真核生物转录生成的RNARNA分子是初级分子是初级RNARNA转录物转录物(primary RNA transcript)(primary RNA transcript)，几，几乎所有的初级乎所有的初级RNARNA转录物都要经过加工

39、，转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的才能成为具有功能的成熟的RNARNA。 加工主要在细胞核中进行。加工主要在细胞核中进行。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(cleavage)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 真核生物真核生物mRNA转录后，需要进行转录后，需要进行5 -端和端和3 -端端（首、尾部）的修饰（首、尾部）的修饰以及对以及对hnRNA

40、进行进行剪接剪接（splicing），才能成为成熟的），才能成为成熟的mRNA，被转运，被转运到核糖体，指导蛋白质翻译。到核糖体，指导蛋白质翻译。 （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 多 数 真 核大 多 数 真 核mRNA的的5-末端末端有有7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤的帽结构，的帽结构，7-甲甲基鸟嘌呤与相邻基鸟嘌呤与相邻核苷酸之间通过核苷酸之间通过5-5-三磷酸四酯三磷酸四酯键相连。键相连。 真核真核mRNA加工过加工过程的起始步骤由两程的起始步骤由两种 酶 ，种 酶 ， 加 帽 酶加 帽 酶(capping enzyme)和和甲基转移酶甲基转移酶(me

41、thyltransferase)，催化完成。加帽酶催化完成。加帽酶包括磷酸酶和鸟苷包括磷酸酶和鸟苷转移酶活性。转移酶活性。甲基转移酶甲基转移酶SAM帽结构的生成过程帽结构的生成过程:n帽子结构的意义（功能）：帽子结构的意义（功能）： 可以可以使使mRNAmRNA免遭核酸酶的攻击免遭核酸酶的攻击； 也能与帽结合蛋白质复合体也能与帽结合蛋白质复合体(cap-binding (cap-binding complex of protein)complex of protein)结合，并参与结合，并参与mRNAmRNA和核糖和核糖体的结合，体的结合，启动蛋白质的生物合成启动蛋白质的生物合成。 参与参与m

42、RNAmRNA的穿核运输的穿核运输。 （二）前体（二）前体mRNA在在3端特异位点断裂并加上端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾多聚腺苷酸尾 1. 1. 尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。2. 2. 一般真核生物在胞浆内出现的一般真核生物在胞浆内出现的mRNAmRNA，其，其poly Apoly A长度为长度为100100至至200200个核苷酸之间，也有少数例外。个核苷酸之间，也有少数例外。3. poly A3. poly A是维持是维持mRNAmRNA作为翻译模板的活性，以及增加作为翻译模板的活性，以及增加mRNAmRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素

43、。4. 4. 前体前体mRNAmRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。5. 5. 前体前体mRNAmRNA断裂点上游断裂点上游1030nt1030nt有有AAUAAAAAUAAA信号序列，断裂信号序列，断裂点下游点下游2040nt2040nt有富含有富含G/UG/U的序列。的序列。poly(A) 尾的功能尾的功能:1.保护保护 mRNA免受核酸酶的降解；免受核酸酶的降解；2.辅助转录终止辅助转录终止;3.辅助辅助mRNA出核运输至胞质出核运输至胞质;4.调控翻译速率。调控翻译速率。（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

44、内含子鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNAmRNA与与DNADNA杂交电镜图杂交电镜图 hnRNA 和和 断裂基因断裂基因 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA) 真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区真核生物结构基因，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，去除非编码区再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的完整蛋白连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为质，这些基因称为断裂基因断裂基因（split gene)split gene)。CABD编码区编

45、码区 A、B、C、D非编码区非编码区去除初级转录物上的内含子，把外显子连去除初级转录物上的内含子，把外显子连接为成熟接为成熟RNA的过程称为的过程称为mRNA剪接（剪接（mRNA splicing）。 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。 1. 内含子形成套索内含子形成套索RNA被剪除被剪除 剪接首先涉及套索剪接首先涉及

46、套索RNA（lariat RNA）的形成，即内含子）的形成，即内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接。 2. 内含子在剪接接口处剪除内含子在剪接接口处剪除 大多数内含子都以大多数内含子都以GU为为5 端的起始，而其末端则为端的起始，而其末端则为AG-OH-3 。 5 GUAG-OH-3 称为剪接接口（称为剪接接口（splicing junction）或）或边界序列。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hnRNA剪接的场所发生在剪接的场所发生在剪接体（剪接体（

47、splicesomesplicesome) )剪接体剪接体: 由小分子核糖核蛋白snRNP和mRNA前体组成，可将前体mRNA的内含子去除。snRNP(small nuclear ribonucleoprotein): 由一系列的snRNA和蛋白组成的复合物。包括: U1 snRNP, U2 snRNP, U4 snRNP, U5 snRNP, U6 snRNP snRNA: 5 types, U1, U2, U4, U5, U6 100300ntU-richpre-mRNA + snRNP (50 proteins + 5 snRNA) = spliceosome5. 前体前体mRNA分子有

48、剪切和剪接两种模式分子有剪切和剪接两种模式 前体前体mRNA分子的加工除上述剪接外，还有一分子的加工除上述剪接外，还有一种剪切（种剪切（cleavage）模式。）模式。 剪切剪切指的是剪去某些内含子后，在上游的外显指的是剪去某些内含子后，在上游的外显子子3 -端直接进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外端直接进行多聚腺苷酸化，不进行相邻外显子之间的连接反应。显子之间的连接反应。 剪接剪接是指剪切后又将相邻的外显子片段连接起是指剪切后又将相邻的外显子片段连接起来，然后进行多聚腺苷酸化。来，然后进行多聚腺苷酸化。 例如：免疫球蛋白重例如：免疫球蛋白重链基因前体链基因前体mRNAmRNA有多有多个多聚腺苷酸

49、化位点，个多聚腺苷酸化位点，通过多聚腺苷酸位点通过多聚腺苷酸位点选择机制产生免疫球选择机制产生免疫球蛋白重链的多样性。蛋白重链的多样性。6.前体前体mRNA分子可发生可变剪接分子可发生可变剪接许多前体许多前体mRNA分子经过加工只产生一种分子经过加工只产生一种成熟的成熟的mRNA，翻译成相应的一种多肽；有些，翻译成相应的一种多肽；有些则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的则可剪切或（和）剪接加工成结构有所不同的mRNA，这一现象称为，这一现象称为可变剪接（可变剪接（alternative splicing），又称，又称选择性剪接选择性剪接。当存在多个当存在多个33剪剪接位点时，可选择接位点时

50、，可选择使用之一进行选择使用之一进行选择性剪接。例如：果性剪接。例如：果蝇的肌球蛋白重链蝇的肌球蛋白重链前体前体mRNAmRNA通过选通过选择性剪接在发育过择性剪接在发育过程中产生程中产生3 3种不同种不同的肌球蛋白重链。的肌球蛋白重链。大鼠降钙素基因转录子的选择性加工大鼠降钙素基因转录子的选择性加工降钙素降钙素降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽同一前体同一前体mRNAmRNA分子分子通过选择性通过选择性剪切和剪接：剪切和剪接：在大鼠甲状在大鼠甲状腺中产生降腺中产生降钙素，在大钙素，在大鼠脑中产生鼠脑中产生降钙素降钙素- -基因基因相关肽。相关肽。（四）（四）mRNAmRNA编辑是对基因的编码序

51、列编辑是对基因的编码序列进行转录后加工进行转录后加工 有些基因的蛋白质产物的氨基酸序列与基因的初级转录物序列并不完全对应，mRNA上的一些序列在转录后发生了改变，称为RNA编辑（RNA editing）。 RNA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，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 000）mRNA编辑编辑CAA UAA胞嘧啶核苷脱氨酶APO

52、B基因的基因的mRNA在肝和肠黏膜编码不同多肽链在肝和肠黏膜编码不同多肽链 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二、真二、真rRNA核核rRNA前体经过剪接形成不同类别的前体经过剪接形成不同类别的rRNA转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S45S 45S rRNArRNA 前体经过甲基化修饰和一系列酶切反前体经过甲基化修饰和一系列酶切反应最终形成应最终形成18S18S、

53、5.8S5.8S和和28S RNA28S RNA。tRNA前体前体RNA pol DNA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1. 51. 5端端1616个核苷酸的前导序列由个核苷酸的前导序列由RNaseP切除；切除；2. 32. 3端两个核苷酸由端两个核苷酸由 RNase D切除，再由核苷酸转移酶加上切除，再由核苷酸转移酶加上 CCA；3. 3. 茎环结构的一些核苷酸碱基经化学修饰为稀有碱基；茎环结构的一些核苷酸碱基经化学修饰为稀有碱基；4. 4. 剪接去除内含子。剪接去除内含子。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）（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 1982年美国科学家年美国科学家T. Cech和他的同事发现四膜虫和他的同事发现四膜虫（tetrahymena thermophilic）编码）编码rR