第五章-转录详解课件

第五章第五章 转录转录 （transcription）第一节第一节 转录的基本原理转录的基本原理一、基本概念一、基本概念1、转录2、转录单位3、启动子4、终止子转录转录 (transcriptiontranscription )生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程转转录录RNADNA 转录单位转录单位：一个转录区段可视为一个转一个转录区段可视为一个转录单位录单位(操纵子操纵子，包括，包括 若干个结构基因若干个结构基因及其上游的调控序列。及其上游的调控序列。+1转录起点转录起点编码区编码区(开放阅读框开放阅读框)转录终点转录终点启动子启动子终止子终止子转录单位转录单位复制和转录的共同点复制和转录的共同点:DNA DNA 模板模板碱基配对规律碱基配对规律生成磷酸二酯键生成磷酸二酯键链延长方向链延长方向5353二、复制与转录的异同二、复制与转录的异同A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制需要引物需要引物不需要引物不需要引物复制和转录的不同点复制和转录的不同点:5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 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转录模板转录模板在一个转录区内，只有一条在一个转录区内，只有一条DNA链链作为模板，叫做模板链作为模板，叫做模板链复制和转录的不同点模板链模板链(template strand)有意义链有意义链或或Watson链链 DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成生成RNA的一股单链。的一股单链。编码链编码链(coding strand)反义链反义链或或Crick链链 DNA双链中碱基序列与双链中碱基序列与RNA一致的一股链。一致的一股链。反义核酸：反义核酸：以以编码链为模板编码链为模板合成的核酸，称合成的核酸，称为反义核酸（反义为反义核酸（反义RNA、反义、反义DNA）。）。序列与模板链一致，能抑制序列与模板链一致，能抑制mRNA表达。表达。5335模板链模板链编码链编码链（coding strand）编码链编码链模板链模板链（template strand）高度的忠实性高度的忠实性(high fidelity)转录的忠实性是指一个特定基因的转录转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有固定的起点和固定的终点，而且被具有固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪基序列，严格遵守碱基互转录产生的剪基序列，严格遵守碱基互补原则。补原则。然而，转录出错率高于复制出错率然而，转录出错率高于复制出错率原因：原因：RNA聚合酶没有校读功能聚合酶没有校读功能复制和转录的不同点高度的进行性高度的进行性(highly progressive)正常的转录一旦发生，就不会中途停止，正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止前转录终止前RNA聚合酶不从模板链解离聚合酶不从模板链解离下来下来一旦一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离聚合酶从模板链解离，则解离下来的酶不可能与解离点重新结合下来的酶不可能与解离点重新结合复制和转录的不同点调控区：调控区：调控转录的区域不在转录产物的序列中，调控转录的区域不在转录产物的序列中，而是在转录开始位点的上游而是在转录开始位点的上游复制调控的区域是存在复制产物序列中复制调控的区域是存在复制产物序列中复制和转录的不同点不对称转录不对称转录 （asymmetric transcription）*在在DNADNA分子双链上某一区段，一股分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；链可转录，另一股链不转录；*模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。复制和转录的不同点模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链不对称转录不对称转录 第二节第二节 与转录起始和终止与转录起始和终止有关的有关的DNA结构结构一、原核生物启动子和终止子一、原核生物启动子和终止子启动子：启动子：是指是指RNA聚合酶聚合酶识别识别、结合结合并并起始起始转录转录的一段具有高度保守性的一段具有高度保守性DNA序列。序列。转录因子转录因子：辅助转录的蛋白质因子。辅助转录的蛋白质因子。上游：上游：转录起点前为上游，用负的数码来转录起点前为上游，用负的数码来表示，起点前第一个核苷酸为表示，起点前第一个核苷酸为-1。下游：下游：转录起点后转录起点后(即转录区即转录区)为下游，用为下游，用正的数码来表示，起点核苷酸为正的数码来表示，起点核苷酸为+1。(一一)启动子结构启动子结构 启动子是基因表达不可缺少的重要调控启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没有启动子，基因就不能转录。序列。没有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两段彼此分开且又原核生物启动子是由两段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对高度保守的核苷酸序列组成，对mRNA的合成极为重要。的合成极为重要。1、转录起始点、转录起始点 转录开始的位置转录开始的位置 超过超过90%的转录起始点为嘌呤核的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录起始点有一保守序苷酸，在转录起始点有一保守序列：列：MCATMM，A是转录始点是转录始点。2、10序列序列，位于转录起始位点上，位于转录起始位点上游游10bp左右，有一个左右，有一个6个碱基组成个碱基组成的保守序列的保守序列TATAAT，是是RNA聚合聚合酶结合的部位，酶结合的部位，又称为又称为TATA盒或盒或Pribnow盒。盒。特点：特点：不同的启动子，其位置略有不同的启动子，其位置略有不同不同 不同的启动子，每个碱基出现的频不同的启动子，每个碱基出现的频率不同。率不同。3、35序列：序列：位于转录起始位点上位于转录起始位点上游游35bp处，故称处，故称35序列序列，有一个，有一个6个碱基组成的保守序列个碱基组成的保守序列TTGACA.不同启动子的不同启动子的35序列的每个碱基序列的每个碱基出现的频率不同。出现的频率不同。35序列序列是是RNA聚合酶初始结合的聚合酶初始结合的部位部位35序列序列的核苷酸结构决定了启动的核苷酸结构决定了启动子的强度子的强度4、作用部位间隔区、作用部位间隔区-35序列和序列和-10序列之间的间隔区碱基序列序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并不重要。对转录起始并不重要。-35序列和序列和-10序列之间的间隔区长度对转序列之间的间隔区长度对转录很重要。录很重要。实验结果表明：实验结果表明：-35序列和序列和-10序列之间的序列之间的间隔区长度为间隔区长度为17bp时转录效率最高。时转录效率最高。大多数启动子为大多数启动子为1618bp-35序列和序列和-10序列之间的间隔区长度也是序列之间的间隔区长度也是决定启动子强度的因素之一决定启动子强度的因素之一。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 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列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 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶亚基结合位点：亚基结合位点：-35序列序列亚基结合位点：亚基结合位点：-10序列序列核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 5.CAP结合位点缺缺乏乏葡葡萄萄糖糖时时cAMPCAPCAP结合结合位点位点激活激活Gal、mal和和lac等操纵等操纵子的启子的启动子被动子被激活激活降低降低CAP结合位点附近的富含结合位点附近的富含GC区域的双螺旋的稳定性区域的双螺旋的稳定性机制机制(二二)、终止子结构、终止子结构终止转录的信号序列终止转录的信号序列(终止子终止子)存在于存在于RNA聚合酶已转录过的序列中。聚合酶已转录过的序列中。终止子按其终止子按其序列结构和作用特点可分为两类：序列结构和作用特点可分为两类：1、依赖依赖 因子（因子（Rho)的转录终止的转录终止 具有控制转录终止作用的蛋白质因子。具有控制转录终止作用的蛋白质因子。依赖依赖的终止子，必需在的终止子，必需在因子存在时，才因子存在时，才发生终止作用。终止点前无寡聚发生终止作用。终止点前无寡聚 U 序列，序列，回文对称区不富含回文对称区不富含 GC 机制：机制：因子与因子与RNA3-OH结合，抑制聚合结合，抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。酶活性，激活解螺旋活性。2、不依赖不依赖 因子因子的转录终止的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的碱特殊的碱基序列基序列，转录出，转录出RNA后，后，RNA产物形成产物形成特殊的结构特殊的结构来终止转录。来终止转录。发夹结构：发夹结构：反向碱基互补序列反向碱基互补序列末端末端PolyU：U:A不稳定不稳定.TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA或或UUUU UUUU 茎环结构茎环结构RNA茎环结构终止茎环结构终止转录转录的机理的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；末端末端polyU polyU 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物产物释放。释放。5pppG5 3 3 5 RNA-pol二、真核生物启动子二、真核生物启动子真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 种类种类 对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 的反应的反应45S-rRNAhnRNA 5S-rRNAtRNA、snRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物（一）RNA聚合酶I的启动子核心启动子：即上游启动子，-45到+20，决定转录起始的精确位置。远启动子：即上游启动子元件 影响转录的频率。(二二)RNA聚合酶聚合酶II的启动子的启动子顺式作用元件顺式作用元件 -真核生物结构基因上游的调控区存真核生物结构基因上游的调控区存 在的相似或一致性的在的相似或一致性的DNA序列。序列。-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始 TATA 盒盒 CAAT 盒盒 G C 盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件结构基因结构基因1.起始子起始子即转录起始点位置，转录起始的第一个碱基大多为A，两侧各有若干个嘧啶核苷酸。2、TATA box：也称基本启动子也称基本启动子在在-30-25区域有一个七核苷酸保守序列区域有一个七核苷酸保守序列TATA(A/T)A(A/T)TATA框与框与RNA聚合酶聚合酶II结合后才能转录开结合后才能转录开始。始。3、CAAT框框位于位于-75附近，有一个保守序列附近，有一个保守序列GG(C/T)CAATCTCAAT框控制转录起始的频率框控制转录起始的频率CAAT框保守序列的正反取向都能发挥作用框保守序列的正反取向都能发挥作用3、增强子、增强子是指能使和它连锁的基因转录明显增加是指能使和它连锁的基因转录明显增加的的DNA序列序列，又称远上游序列，又称远上游序列。性质：性质：(1)增强效应非常明显增强效应非常明显(2)增强效应与其位置和取向无关增强效应与其位置和取向无关(3)大多为重复序列：大多为重复序列：适合与某些蛋白结适合与某些蛋白结合，核心序列是合，核心序列是TGTGG(AAA/TTT)G(4)其增强效应有严密的组织性和细胞特其增强效应有严密的组织性和细胞特异性：异性：只有特定的蛋白质参与才能发挥只有特定的蛋白质参与才能发挥功能功能(5)没有基因专一性：没有基因专一性：与不同的基因组合与不同的基因组合均表现增强效应均表现增强效应(6)许多增强子还受外部信号的调控：许多增强子还受外部信号的调控：39（三）（三）RNA聚合酶聚合酶识别的启动子识别的启动子基因的产物：tRNA、5S rRNA、既有上游启动子也有下游启动子。下游启动子位于它们转录的基因编码序列内称为内部启动子）三、原核生物和真核生物转录启动子三、原核生物和真核生物转录启动子的结构异同的结构异同 1、原核生物启动子类型少，而真核生物、原核生物启动子类型少，而真核生物的多；的多；2、原核生物启动子结构组成与真核生物、原核生物启动子结构组成与真核生物RNA聚合酶聚合酶II更接近更接近3、原核生物和真核生物、原核生物和真核生物RNA聚合酶聚合酶II的的转录起始位点第一个碱基均为嘌呤碱转录起始位点第一个碱基均为嘌呤碱4、原核生物启动区范围小、原核生物启动区范围小5、原核生物启动子结构简单、原核生物启动子结构简单第三节第三节 原核生物和真核生物原核生物和真核生物转录及抑制剂转录及抑制剂一、原核生物转录的起始一、原核生物转录的起始转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：1.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。板的起始区域。2.DNA双链解开，使其中的一条链作为双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。转录的模板。1.1.辨认起始位点：辨认起始位点：亚基辨认启动子的亚基辨认启动子的-35-35区，区，RNARNA聚合酶全聚合酶全酶酶(2 2)与模板疏松结合。与模板疏松结合。酶滑行到酶滑行到-10-10区，通过区，通过 亚基与模板牢固亚基与模板牢固结合结合。形成闭链式启动子复合物形成闭链式启动子复合物(二元复合物二元复合物)转录起始过程：转录起始过程：2.DNA双链解开双链解开:RNA聚合酶挤入聚合酶挤入DNA双链中，解链长双链中，解链长度约度约1217个核苷酸，个核苷酸，拓扑异构酶参与。拓扑异构酶参与。形成开链式启动子复合物形成开链式启动子复合物(二元复合物二元复合物)3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。应，形成转录起始复合物。RNApol(2)-DNA-5pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物(三元复合物三元复合物):RNA聚合酶聚合酶-DNA模板模板-四磷酸二核苷四磷酸二核苷酸酸5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi 原核生物转录起始复合物因子与核心酶形成全酶，因子发现起始位点，全酶与-35序列结合，形成闭链的启动子复合物。酶分子向-10序列转移并牢固结合。-10序列及起始位点处发生局部解链，形成开链式启动子复合物。在亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸二酯键，这时由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA链组成三元复合物。因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续合成RNA.二、转录延长二、转录延长1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNARNApolpol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2.2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi3.3.转录空泡的形成：转录空泡的形成：转录空泡转录空泡(transcription bubble)：DNADNA解开的两条单链与解开的两条单链与RNARNA聚合酶及其转录产聚合酶及其转录产物物RNARNA构成的构成的转录复合物。转录复合物。RNA-polRNA-pol：40 bp40 bp以上；以上；解链：解链：20 bp20 bp；RNA/DNARNA/DNA：12 bp12 bp。DNA/DNA双链比双链比DNA/RNA杂化双链稳定杂化双链稳定 稳定性稳定性:GCA=TA=U50RNA链的延长，会出现降低速度或延宕，而不是以恒定的速度进行，是延长阶段的重要特点。聚合酶在通过一个富含G-C对的模板后约8-10个碱基，会出现一次延宕。延宕作用可能在RNA链的终止和释放过程中起重要作用。转录延宕转录延宕依赖依赖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三三、转录终止、转录终止RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停止止前前进进，转录产物转录产物RNA链从转录复合物上脱落。链从转录复合物上脱落。机制机制524、转录终止、转录终止 终止子终止子（terminator，t）：提供转录停止信号的）：提供转录停止信号的DNA序列。遇到终止子才能终止转录，将新生的序列。遇到终止子才能终止转录，将新生的RNA链释放，并与模板链释放，并与模板DNA脱离。脱离。强终止子强终止子 内部终止子内部终止子 弱终止子弱终止子 需要需要因子因子（rho factor）又称为又称为依赖性终止子依赖性终止子(Rho-dependent terminator)不依赖不依赖Rho()Rho()因子的转录终止因子的转录终止依赖依赖Rho()Rho()因子的转录终止因子的转录终止53不依赖不依赖 因子的终止因子的终止终止子富含CG序列出现转录延宕；终止子poly(U)与模板链的poly(A)相互作用力较弱，新生的RNA链很容易从模板链上解离下来54发夹式结构和寡聚发夹式结构和寡聚U U的共同作用使的共同作用使RNARNA从三从三元复合物中解离出来。元复合物中解离出来。55 终止效率与二重对称序列（至少6bp）和寡聚U（至少4个U）的长短有关，长度，终止效率。56依赖因子的终止 因子：因子：又称释又称释放因子，六聚体放因子，六聚体蛋白，可以水解蛋白，可以水解NTPNTP，其解旋酶促使新其解旋酶促使新生生RNARNA链从三元链从三元转录复合物中解转录复合物中解离出来，从而终离出来，从而终止转录。止转录。57原核生物转录过程中的现象原核生物转录过程中的现象DNA核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶二、真核生物的转录起始二、真核生物的转录起始（一）转录起始（一）转录起始转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化，转转录录起起始始时时，RNA-pol不不直直接接结结合合模模板板的的启启动子动子，其起始过程比原核生物复杂，其起始过程比原核生物复杂，顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)：DNADNA分子上可影响（调控）转录的序列。分子上可影响（调控）转录的序列。启动子，增强子，沉默子。启动子，增强子，沉默子。1 1、转录起始前的上游区段、转录起始前的上游区段:真核生物的转录起始真核生物的转录起始也需要也需要RNARNA聚合酶辨聚合酶辨认、结合转录起点上游的认、结合转录起点上游的DNADNA序列，生成起序列，生成起始复合物。始复合物。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 转录起始点转录起始点-25bpTATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体顺式作用元件顺式作用元件DTATAABDNATATAFE2、RNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNA的结合需一系的结合需一系列列转录因子转录因子(TF)的参与的参与。RNA聚合酶聚合酶转录因子转录因子(TF)：能与顺式作用原件识别、结能与顺式作用原件识别、结合，调节真核基因转录的蛋白质，称为合，调节真核基因转录的蛋白质，称为转录调转录调节因子节因子，简称，简称转录因子，也称反式作用因子。转录因子，也称反式作用因子。参与参与RNA-pol转录的转录的TF TBP：TATA binding protein,TATA结合蛋白结合蛋白TAF:TBP associated factor,TBP辅因子辅因子,不同基因不同基因TAF不同不同CTD:RNA-pol大亚基羧基末端结构域大亚基羧基末端结构域3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC)真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。合，而需依靠众多的转录因子。POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTAFHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化（二）转录延长（二）转录延长2.RNA-pol前移前移,核小体移位和解聚现象。核小体移位和解聚现象。1.1.与原核生物大致相似，与原核生物大致相似，没有转录与翻译同步的现象没有转录与翻译同步的现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向（三）转录终止（三）转录终止 和转录后修饰密切相关和转录后修饰密切相关。转录终止修饰点转录终止修饰点:DNA读码框架下游的一组读码框架下游的一组AATAAA和和GT共同共同序列序列,参与转录终止过程参与转录终止过程,这些序列称之。这些序列称之。5-AAUAAA-5-AAUAAA-Poly(A)mRNA核酸酶核酸酶-GUGUGUGAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5533RNA-pol3 3 加尾加尾五、五、RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂定义：定义：能阻断、抑制或干扰能阻断、抑制或干扰RNA的代谢的代谢过程，最终抑制转录的一类化合物，称过程，最终抑制转录的一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。生物合成抑制剂。分类：分类：按照抑制剂作用性质的不同可分为三类按照抑制剂作用性质的不同可分为三类第一类是嘌呤和嘧啶类似物第一类是嘌呤和嘧啶类似物形成核苷酸类似物而抑制形成核苷酸类似物而抑制RNA合成合成第二类是通过与第二类是通过与DNA结合而改变模板的功能结合而改变模板的功能如：如：EB等等第三类是与第三类是与RNA聚合酶结合而影响其活力聚合酶结合而影响其活力，如有些抗生素或化学药物，由于能抑制如有些抗生素或化学药物，由于能抑制RNA聚合酶，因而抑制聚合酶，因而抑制RNA的合成。的合成。1、利福霉素、利福霉素机制：抑制机制：抑制RNA聚合酶的活性，因而抑制细菌聚合酶的活性，因而抑制细菌RNA的合成的合成2、利迪链菌素、利迪链菌素机制：与机制：与RNA聚合酶聚合酶亚基结合，抑制转录过亚基结合，抑制转录过程中程中RNARNA链的延长。链的延长。3 3、-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱机制：抑制真核生物机制：抑制真核生物RNA聚合酶聚合酶第四节第四节 转录后加工转录后加工及其机制及其机制几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式 ：1、剪、剪 接接 (splice)2、剪、剪 切切 (clavage)3、碱、碱 基基 修修 饰饰4、添、添 加加一一 mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工（一一）首、尾的修饰首、尾的修饰1 1、5 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构 5 5 m m7 7G GppppppGpGp (NTPNTP)n n帽子结构帽子结构:(m7GpppGp)7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷帽子结构的功能帽子结构的功能:核内生成核内生成,保护保护mRNAmRNA不被核酸外切酶水解。不被核酸外切酶水解。与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。译起始必需的因子。促进某些促进某些RNA的合成。的合成。此外还可以形成帽子1，帽子2等，第一第二位的核苷酸的2-O位上被甲基化形成帽子1，帽子2，3、mRNA的甲基化的甲基化2 2、3 3 端加上端加上 聚腺苷酸聚腺苷酸（polApolA）尾巴尾巴 (NTPNTP)n n A A A A A A-A A A A A A-OH OH 3 3 （长约（长约100-200bp100-200bp）生成：生成：在核内修饰在核内修饰,与转录终止同时进行与转录终止同时进行.作用：作用：增加增加mRNAmRNA稳定性，维持翻译模板活性。稳定性，维持翻译模板活性。（二）（二）mRNA内的剪接内的剪接1、hnRNA 和和 snRNA 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)snRNA(small nuclear RNA)（并接体并接体）核内的蛋白质核内的蛋白质核糖核酸蛋白体核糖核酸蛋白体snRNA2、断、断 裂裂 基基 因因、外显子、外显子 和和 内含子内含子 真真核核生生物物的的结结构构基基因因，由由若若干干个个编编码码区区和和 非非编编码码区区 互互相相间间隔隔开开但但又又连连续续镶镶嵌而成。嵌而成。断裂基因断裂基因(splite genesplite gene)CABD编码区编码区 A A、B B、C C、D D非编码区非编码区外显子外显子(exon)内含子内含子(intronintron)真核生物的结构基因上，能够为特定真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。真核生物的结构基因上，不能为特定真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。3.内含子的分类内含子的分类:基因的类型和剪接的方式基因的类型和剪接的方式I I类：类：线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因基因；IIII类：类：线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体mRNA基因基因；I II类:自我剪切自我剪切IIIIII类：类：多数多数mRNA基因基因；套索结构剪接套索结构剪接 IVIV类：类：是是tRNA基因基因，剪接过程需，剪接过程需酶酶及及ATP。翻译后内含子：翻译后内含子：胰岛素原，酶原。胰岛素原，酶原。3、mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的中的内含子内含子，将，将外显子外显子连接连接DNAmRNA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二二 tRNA tRNA 的转录后加工的转录后加工剪剪切切(a)剪剪接接(b)(c)添添加加碱碱基基修修饰饰(d)碱基修饰的方式：碱基修饰的方式：（2 2）还原反应还原反应 如：如：U U DHU DHU （3 3）核苷内的转位反应核苷内的转位反应 如：如：U U （4 4）脱氨反应脱氨反应 如：如：A A I Im m 如：如：A A A A（1 1）甲基化甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三三 rRNArRNA 的转录后加工的转录后加工转录转录45S-RNA剪接剪接18S-RNA5.8S,28S RNArDNA28 S5.8S18 S四膜虫的四膜虫的rRNArRNA二级结构二级结构rRNArRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式顺势剪接和反式剪接顺势剪接和反式剪接顺势剪接：在同一基因内去除内含子，顺势剪接：在同一基因内去除内含子，连接外显子；连接外显子；反式剪接：在不同基因之间的外显子反式剪接：在不同基因之间的外显子剪接。剪接。五、核五、核 酶酶具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶。称为核酶。核酶核酶(ribozyme)四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接（核酶）自我剪接（核酶）方式。方式。rRNA前体（前体（35S）,内含子（内含子（9S）414核苷酸核苷酸5-端核苷酸序列端核苷酸序列 目前研究最多的核酶是目前研究最多的核酶是 小分子小分子RNA核酸内切酶核酸内切酶家族家族:锤头核酶锤头核酶,发夹核酶发夹核酶,丁肝病毒等丁肝病毒等.核酶的结构特点核酶的结构特点：通常由通常由60个核苷酸左右组成，个核苷酸左右组成，底物部分：底物部分：含有含有GUGU序列序列 催化部分：催化部分：锤锤头结构头结构,3个茎个茎,1-3个环个环 保守序列：保守序列：13个碱基个碱基人工设计的核酶人工设计的核酶黄线表示合成的核酸分子黄线表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线表示天然的核酸分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现（核酶的发现（Cech和和Altman）1989诺贝尔诺贝尔化学奖；化学奖；核酶的发现是对传统酶学的挑战；核酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酶的结构设计合成人工核酶利用核酶的结构设计合成人工核酶。对解决早期进化和生命起源具有革命性意义。酶的制造需要基因和RNA指导，而基因和RNA的合成也需要酶，那么RNA DNA和酶（蛋白质）首先产生的是什么？没有基因编码的酶如何产生？没有酶组装和控制的基因如何产生？一旦当人们接受：RNA是早期的催化分子而不是蛋白质。那么RNA既可以作为早期的催化分子，又可以形成基因。RNA可以拼接，催化，复制，并且在没有酶（蛋白质）存在时影响蛋白质的合成，蛋白质的合成后，由于它的有效催化性取代RNA作为主要的酶。RNA可以作为复制的模板，和酶，指导DNA的合成，由于DNA的稳定性，DNA作为遗传信息的载体取代RNA澳大利亚澳大利亚Adelaide大学大学Symons实验室：实验室：人工合成人工合成一个一个13寡聚核糖核苷酸寡聚核糖核苷酸一个一个天然天然41寡聚核苷酸（类病毒寡聚核苷酸（类病毒RNA）在体外实验中可以形成在体外实验中可以形成锤头结构锤头结构天然的天然的41寡聚核苷酸水解：寡聚核苷酸水解：9，32个核苷酸两片段个核苷酸两片段 已合成切割已合成切割H-ras肿瘤基因的肿瘤基因的核酶核酶，通过电穿孔的方法导入人通过电穿孔的方法导入人黑色素瘤黑色素瘤细胞，细胞，可以改变肿瘤的可以改变肿瘤的表型表型。建立切割建立切割HIV-1病毒病毒RNA核酶的细胞模型。核酶的细胞模型。六六.mRNA的编辑的编辑(mRNA editing)mRNA转录后出现核苷酸的替换，插入转录后出现核苷酸的替换，插入或缺失，改变或缺失，改变DNA模板来源的遗传信息，翻模板来源的遗传信息，翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。RNA编辑的生物学意义：编辑的生物学意义：1、扩充遗传信息、扩充遗传信息产生多种表达产物，产生多种生物学效应，产生多种表达产物，产生多种生物学效应，产生功能用途的分化产生功能用途的分化。DNA上的基因数要比表达的蛋白质种上的基因数要比表达的蛋白质种类少。估计类少。估计10万个基因，实际万个基因，实际3万个基因。万个基因。2、校正作用、校正作用3、调控翻译、调控翻译通过编辑可以引入或去除起始密码通过编辑可以引入或去除起始密码子或终止密码子子或终止密码子谢谢大家！谢谢大家！