第16章船长系列：转录后的加工修饰

第十六章RNA的生物合成（转录）RNABiosynthesis,Transcription顺式作用元件反式作用因子启动子转录因子基本转录因子增强子沉默子CTD拼板理论真核生物的转录后修饰Post-transcriptionalModification第四节02030401真核与原核转录后区别真核mRNA加工（加帽，加尾，剪接，甲基化）tRNA，rRNA加工核酶本节重难点转录后的修饰转录生成的RNA，称为初级转录产物。无论在真核生物或原核生物中，初级转录产物都经过一定程度的修饰加工，才能表现其功能。几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)020304015’端帽子结构3’端尾巴。切除内含子，连接外显子。甲基化一mRNA加工真核生物mRNA转录完成之后，进行加帽加尾剪接等活动。？X（一）首、尾修饰帽子结构(m7GpppGp—)一mRNA加工多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)53一mRNA加工帽子结构(m7GpppGp—)磷酸水解酶鸟苷酸转移酶5’-5’磷酸二酯键在鸟嘌呤-7-甲基转移酶的催化下，将一个甲基基团加到鸟嘌呤环的第7位N原子上，使鸟嘌呤转变成7-甲基鸟嘌呤CH3帽子结构的生成o型帽子：N7-甲基鸟腺呤核苷酸部分，其符号为m7GpppX。是单细胞的真核生物（如酵母）的帽子类型1型帽子：在0型帽子的基础上，在原转录物的第一个核苷酸的2’-OH位上发生甲基化，其符号为m7GpppXm。这是除了单细胞真核生物外的其余真核生物的主要帽子形式一mRNA加工阻止降解输出标记提高剪接提高翻译RNA聚合酶II转录的RNA均在5’端加帽，这是RNA分子进出细胞核的识别标记5’帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成阻止细胞内的RNase对RNA从5’端的攻击，延长mRNA的半衰期带帽后促进5’帽结合蛋白识别，继而才能接触核糖体，没帽的翻译效率比加帽的mRNA低约20倍。mRNA的5’端“帽子”的功能1靠近mRNA3’端有一个加尾信号5’-AAUAAA-3’。2加尾信号下游10-30碱基处有一个5’-CA-3’二联体3二联体的后面有一段富含GU或U的序列3’端加尾3’端加上聚腺苷酸尾巴1可能与mRNA细胞核进入细胞质的转运有关。加poly(A)尾巴一般发生RNA拼接之前，但对于拼接作用并无太大的影响。但是相当数量（占大约三分之一）的没有poly(A)尾巴的mRNA如组蛋白mRNA，也可以照样通过核膜而进入细胞质。2可能保护mRNA，延长mRNA的寿命。3可能参与控制翻译的效率。mRNA的3’端“加尾”的功能1.hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为核不均一RNA(heterogeneousnuclear,hnRNA)又叫pre-mRNAsnRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（剪接体,splicesome）snRNA一mRNA剪接真核生物结构基因，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。断裂基因(splitegene)CABD编码区A、B、C、D非编码区一mRNA加工2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。一mRNA加工鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰一mRNA加工鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA一mRNA加工mRNA的剪接DNA模板与hnRNA是完全配对的，而成熟的mRNA与hnRNA或DNA杂交都只是部分配对。因此真核生物的基因有断裂性。3.内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为4类。I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。mRNA剪接CABD切哪里谁切怎么切连接呢1ABC如果酶来剪切，那么酶如何识别酶有没有特异性，不同RNA要不同剪切酶吗切除的RNA现状存在还是环状存在，命运如何23断裂基因提出后不久，1978年crick提出一系列问题切哪里-识别形成套5种RNA和50多种蛋白质参与谁切小分子RNA,

small

nuclear

RNAs,SnRNAs

<200ntU1

U2

U4

U5

U6称作包含每种SnRNA和至少7种蛋白质结合成5种小核糖核蛋白（颗粒）存在方式Small

nuclear

ribonucleo-protein

(particle),snRNP英文名称snRNP为核心，加其他蛋白构成剪切体作用方式——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。snRNP与hnRNA结合成为剪切体①mRNA剪接A3

U2snRNP与分支点配对置换BBP和U2AF，但U2只和分支点7个碱基中的6个配对，游离出一个A，且活化状态1

BBP

(branch-point

binding

protein)和U2AF与分支点结合2

U1snRNP与5’端配对U6更容易和5’剪切位点结合，故置换U1。U4也排挤出剪切体U4/U6-U5复合物加入U6，U2形成特殊构象，A-2’OH攻击内左OH亲核攻击外左外显子连接内含子套索含U一起，然后被降解BBP

(branch-point

binding

protein)和U2AF与分支点结合U1snRNP通过碱基互补方式识别mRNA前体5’剪接位点U2snRNP与分支点配对置换BBP和U2AF，但U2只和分支点7个碱基中的6个配对，游离出一个A，且活化状态U4/U6-U5复合物加入U6更容易和5’剪切位点结合，故置换U1。U4也排挤出剪切体U6，U2形成特殊构象，A-2’OH攻击内左OH亲核攻击外左内含子5’端断开前一个外显子3’末端OH攻击下后个外显子的5末端前后外显子的连接

ModificationresultinginthematuremRNAineukaryoticcells外显子内含子DNAmRNA转录形成套索RNA，外显子靠近剪接体去除套索RNA，外显子连接成熟mRNAmRNA的剪接成熟mRNA前mRNA3w1500一般28500成熟mRNA前mRNA20w1w凝血因子VIII基因19w成熟mRNA前mRNA200w1.6w杜兴氏肌肉营养不良症198wI型内含子的自我剪接I型内含子的自我剪接主要是转酯反应，即两次磷酸二酯键的转移。第一次转酯反应是由GTP,GDP,GMP,GM中鸟苷酸上的3’-OH作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链。第二次转酯反应是由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3’端的磷酸二酯键，将内含子完全切除。II型内含子的自我剪接II型内含子的自我剪接同样是发生两次磷酸二酯键的转移第一次转酯反应是由内含子中腺苷酸上的2’-OH作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链。内含子形成套索结构。第二次转酯反应是由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3’端的磷酸二酯键，将内含子完全切除。I型和II型内含子剪接的比较01为什么先转录成内含子，然后切除？02RNA拼接耗能巨大，收益是什么？03内含子怎么来的？04为什么内含子主要见于真核生物？05内含子没有生物学功能？Anythingthatcanhappendoeshappensomewhere.我们有3万基因但10万种蛋白质，可以怎么实现？人典型基因3种剪接方式。故我们有3万基因但10万种蛋白质。极端，果蝇一个gene3.8w多种剪接方式随机事件导致染色体断裂，相连的时候若在编码序列？若在内含子呢？可变剪接进化0102030405内含子剪接的生物学意义进化调节起源真核编码大概半数gene外显子和和pro结构域或亚基等对应。例如，血红蛋白3个外显子，对应其四个亚基豆血红蛋白4个外显子和4个亚基完全对应外显子内含子外显子内含子蛋白质结构域亚基0102030405内含子剪接的生物学意义进化调节起源真核编码可以通过选择剪接控制不同发育阶段或不同组织的gene表达0102030405内含子剪接的生物学意义进化调节起源真核编码I自我拼接，分布极广。II自我拼接。III真核生物最多的剪接形式。IV核内tRNA，应该在真核前35177-100102030405内含子剪接的生物学意义进化调节起源真核编码主要见于真核生物，原核生物可能为了快速生长抛弃了内含子。随机事件导致染色体断裂，相连的时候若发生在内含子？如果发生在编码序列？促进新蛋白质的合成，新旧蛋白并存利于机体长时间自然选择，有益的固定。0102030405内含子剪接的生物学意义进化调节起源真核编码外显子内含子是相对的I有的编码核酸内切酶，可以转座II有的编码核酸内切酶或逆转录酶，协助内含子专一。有些核仁小RNA由内含子产生真核和原核生物转录比较共同点不同点模板原料大致过程连接方式配对方式产物发生位置RNA聚合酶RNA聚合酶的作用方式启动子顺式作用元件反式作用因子延长过程终止过程产物终止后加工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(differentialRNAprocessing)。人类apoB基因mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑为什么mRNA可以不必太多3%-5%，而rRNA相对要对原核生物mRNA几乎不需要编辑，就可以进行翻译但rRNA和tRNA前体需要加工。原核生物rRNA转录后的加工大肠杆菌共有三种rRNA，5SrRNA、16SrRNA和23SrRNA。3种rRNA基因和1个tRNA基因组成一个操纵子tRNA数量种类和位置都可能变化，但三种rRNA十分保守。真核细胞有4种rRNA，其中一种为5SrRNA，几乎不需要加工。其余3种（18S，5.8S和28SrRNA）转录为一条rRNA前体。前体含有18S，5.8S，和28SrRNA序列各一个拷贝45S前体rRNA修饰酶RNA聚合酶IrRNA修饰酶小分子核仁RNA（smallnucleolarRNA,snoRNA)由什么构成蛋白质1.独立基因编码2.编码核糖体蛋白的mRNA前体剪切下的内含子来源四膜虫rRNA的结构四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式5´-端核苷酸序列与mRNA和rRNA剪接不同，负责tRNA加工的酶全是蛋白质构成。tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA真核生物tRNA的转录后加工RNaseDRNaseP切除核酸内切酶tRNA连接酶甲基化还原等稀有碱基修饰tRNA的转录后加工16个核苷酸的5’端前导区14个核苷酸的内含子3’端2个额外的核苷酸四个亚基组成的核酸内切酶切除内含子（蓝色部分）tRNA核苷酸转移酶、连接酶ADPATPtRNA的转录后加工碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）核酶(ribozyme)核酶：本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类物质最简单的核酶呈槌头结构。核糖核酸（ribonucleicacid）酶（enzyme）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是但和酶又有区别，主要表现在两个方面：①一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带有蛋白的RNA。②核酶既是催化剂又是底物，随着反应的进行，本身也消失了。而酶却不同，仅催化反应，反应前后其本身的质和量都不发生改变。01核苷酸转移作用02水解反应，即磷酸二酯酶作用03磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用04RNA内切反应，即RNA限制性内切酶作用05催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键大多数核酶通过催化转酯反应和磷酸二酯键水解反应，参与RNA自身剪切、加工过程。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。核酶的功能锤头状核酶长约58个核苷酸，由三个局部碱基配对的茎区、两个单链区和突出的核苷酸构成。该酶可分为3个部分，中间是以单链形式存在的13个保守核苷酸组成的催化核心，两侧的茎区为可变序列，共同组成特异性序列