-生物信息传递(上)-从DNA到RNA课件

第三章 生物信息传递（上）从DNA到RNA逆转录7/25/20241p 转录（transcription)以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。p 模板链（模板链（template strans）或或无意义链无意义链(antisense strand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的的DNA链。链。p 编码链（编码链（coding strand）或或有意义链有意义链(sense strand)与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物录产物mRNA的序列相同（仅的序列相同（仅T、U互换）。互换）。7/25/20242编码链（编码链（coding strand）模板链（模板链（template strans）7/25/20243相同或相似差异转录复制模板DNA模板链转录两股链均可复制原料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对 遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依赖DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶产物多核苷酸链mRNA,tRNA,rRNA 等子代双链DNA特点不对称转录半保留、半不连续复制转录与复制的异同点7/25/20244第一节第一节 RNA转录的基本过程转录的基本过程第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分第三节第三节 启动子与转录的起始启动子与转录的起始第四节第四节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物 mRNA 特征的比较特征的比较第五节第五节 终止与抗终止终止与抗终止第六节第六节 内含子的剪切、编辑及化学修释内含子的剪切、编辑及化学修释7/25/20245第一节 RNA 的 转录一、转录的基本过程模板的识别转录的起始通过启动子转录的延伸转录的终止7/25/20246随机扩散随机扩散定向取代定向取代随机行走随机行走模板识别：模板识别：RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程双链相互作用并与之相结合的过程.在原核生物中，因子因子辨认辨认-35区，区，全酶全酶与该区与该区结合形成疏松复合物，结合形成疏松复合物，继而全酶向继而全酶向-10区及区及起始起始位点位点移动，到起始位点移动，到起始位点后全酶与后全酶与DNA结合紧密。结合紧密。启动子（启动子（promoter)：是基因转录起始所必是基因转录起始所必需的一段需的一段DNA序列，序列，是基因表达调控的上是基因表达调控的上游顺式作用元件之一。游顺式作用元件之一。7/25/20247全酶全酶-启动子形成启动子形成闭合二重复合体闭合二重复合体；闭合复合体转变为闭合复合体转变为开放复合体开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一整合进最初两个核苷酸，形成一个磷酸二酯键，形成个磷酸二酯键，形成三重复合体三重复合体；转录的起始转录的起始原核生物转录的起始通过启动子通过启动子在酶不需要移动时，即可加入在酶不需要移动时，即可加入9个核苷酸，但在加入核苷酸过程个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放中，随时可能释放RNA；起始成功后，起始成功后，释放出释放出 因子因子。7/25/20248真核生物转录的起始 真核生物有三种RNA聚合酶，分别催化不同RNA的合成，每种酶的作用均需一些蛋白辅助因子的参与，将这些因子称为转录因子。转录因子的命名冠以聚合酶的名称，如RNA聚合酶II所需的转录因子称为转录因子II（transcription factor II,TF II)。TFs 帮助RNA聚合酶识别启动子。TFs(转录因子）必须先与DNA形成复合物，帮助RNA聚合酶定位到转录起始的位点。RNA聚合酶和转录因子在DNA上的定位形成前起始复合物，由于转录因子的作用复合物由封闭型转换成开放型。7/25/20249正常的延伸中，新的正常的延伸中，新的磷酸二磷酸二酯键酯键在特定的活性位点进行；在特定的活性位点进行；出现故障时，出现故障时，RNA聚合酶停聚合酶停止前进并回撤；止前进并回撤；在在RNA的的3端切割，形成新的端切割，形成新的3-OH末端；末端；重新开始延伸重新开始延伸RNA链。链。转录的延伸转录的延伸(NMP)n+NTP=(NMP)n+1+PPi7/25/202410转录的终止RNA聚合酶释放RNA链释放DNA恢复成双螺旋状态7/25/202411第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分一、一、RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶主要以聚合酶主要以双链双链DNA为模板；为模板；RNA聚合酶聚合酶是转录过程中最关键的酶；是转录过程中最关键的酶；每个细胞中约有每个细胞中约有7 000个个RNA 聚合酶；聚合酶；任何时候大约任何时候大约2 0002 500个核心酶执个核心酶执行转录功能。行转录功能。7/25/202412催化中心：参与核心酶组装及的启动子识别 全 酶2 核心酶 2亚基识别模板链并与启动子结合使转录起始，在 转录延伸阶段，亚基与核心酶解离，仅由核心酶参与延伸过程。1、原核生物、原核生物RNA聚合酶聚合酶与模板DNA、底物NTP及新生RNA链结合7/25/202413 核心酶可以核心酶可以DNA为模板合成为模板合成RNA，但不能在正，但不能在正确的位点起始。起始必须有确的位点起始。起始必须有 因子；因子；因子能够因子能够提高提高酶和启动子识别的特异性，同时也酶和启动子识别的特异性，同时也降低降低酶和非特异位酶和非特异位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的子的 因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。不同基因转录的起始。因子因子因子基因功能70rpoD广泛32rpoH热休克54rpoN氮代谢7/25/202414聚合酶前进时，将前聚合酶前进时，将前端的端的DNA双链解旋，双链解旋，在后方则重新结合。在后方则重新结合。聚合酶所保护的聚合酶所保护的DNA序列约为序列约为40 bp，而解，而解旋的旋的DNA区域大约区域大约17 bp，RNA的的3端大端大约有有2030个核苷酸与个核苷酸与DNA或聚合或聚合酶酶结合，合，而其中而其中RNA-DNA杂交杂交区仅约区仅约9 bp。7/25/202415 2、真核生物的、真核生物的RNA聚合酶聚合酶酶酶细胞内定位细胞内定位转录产物转录产物相对活性相对活性对对-鹅膏蕈碱的敏感鹅膏蕈碱的敏感程度程度RNA聚合酶聚合酶I核仁核仁rRNA5070不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶II核质核质mRNA2040敏感敏感RNA聚合酶聚合酶III核质核质tRNA约约10存在物种特异性存在物种特异性 7/25/202416p 真核生物真核生物RNA聚合酶一般由聚合酶一般由816个亚基所组成。个亚基所组成。其中其中RNA 聚合酶聚合酶II的两个大亚基（的两个大亚基（RPB1和和RPB2）与细菌核心酶的两个大（与细菌核心酶的两个大（和和）；（）；（RPB3和和RPB11）与）与亚基同源；亚基同源；RPB6与与亚基同源。亚基同源。p 真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶共性：聚合酶中有两个相对共性：聚合酶中有两个相对分子质量超过分子质量超过1X105的大亚基；三类聚合酶有共显的大亚基；三类聚合酶有共显小亚基的倾向。小亚基的倾向。7/25/202417pRNA聚合酶聚合酶I的转录产物是的转录产物是45S rRNA，经剪接修饰，经剪接修饰后生成除后生成除5S rRNA外的各种外的各种rRNA。pRNA聚合酶聚合酶II在核内转录生成在核内转录生成hnRNA，经剪接加，经剪接加工后生成成熟工后生成成熟mRNA被运送到细胞质中作为蛋白质被运送到细胞质中作为蛋白质合成的模板。合成的模板。p 核不均一核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）：核内未被剪接的有内含子的：核内未被剪接的有内含子的mRNA前前体，或是核内体，或是核内mRNA的初级转录产物。的初级转录产物。7/25/202418pRNA聚合酶聚合酶III的转录产物是的转录产物是tRNA，5S rRNA，snRNA。pSnRNA（small nuclear RNA），即核内小），即核内小RNA，主要存在于核内，是核内，主要存在于核内，是核内100300个核个核苷酸序列的小型苷酸序列的小型RNA，参与，参与RNA的剪接。的剪接。7/25/2024192、转录复合物全酶全酶-启动子形成启动子形成闭合二重复合体闭合二重复合体；闭合复合体转变为闭合复合体转变为开放复合体开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一个整合进最初两个核苷酸，形成一个磷酸二酯键，形成磷酸二酯键，形成三重复合体三重复合体；在酶不需要移动时，即可加入在酶不需要移动时，即可加入9个核个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放时可能释放RNA；起始成功后，起始成功后，释放出释放出 因子因子。核心酶、核心酶、DNA和新生和新生RNA组成组成转录转录延伸复合物延伸复合物。7/25/202420 转录因子（转录因子（transcription factor,TF）：真：真核生物转录起始过程中，除核生物转录起始过程中，除RNA聚合酶之聚合酶之外的其它辅助因子统称为转录因子。外的其它辅助因子统称为转录因子。7/25/202421小小 结结一、转录的基本过程模板的识别转录的起始通过启动子转录的延伸转录的终止二、转录的主要机器RNA聚合酶转录复合物原核生物真核生物核心酶 因子因子闭合二重复合体开放二重复合体三重复合体转录延伸复合物7/25/202422第三节第三节 启动子与转录的起始启动子与转录的起始一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构 启动子（启动子（promoter）：是一段位于结构：是一段位于结构基因基因5端上游区的端上游区的DNA序列，能活化序列，能活化RNA聚聚合酶，使之与模板合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有准确地相结合并具有转录起始的特异性。转录起始的特异性。7/25/202423 转录单元（转录单元（transcription unit）：是一段：是一段从启动子开始到终止子结束的从启动子开始到终止子结束的DNA序列，序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条到终止子为止，转录出一条RNA链。链。转录起始位点：转录起始位点：是指与新生是指与新生RNA链第一个链第一个核苷酸相对应核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。为一个嘌呤。7/25/202424转录单元转录单元（transcription unit）起点起点（startpoint）上游上游（upstream）下游下游（downstream）7/25/202425启动子区的基本结构细菌启动子特征：细菌启动子特征：1、起点通常是一个、起点通常是一个嘌呤嘌呤；2、起点上游、起点上游10 bp处，有一约处，有一约6 bp的保守区域，称为的保守区域，称为-10 区区（也叫（也叫Pribnow Box），共有序列为：），共有序列为：T80 A95 T45 A60 A50 T96；3、起点上游、起点上游35 bp处，有一约处，有一约 6 bp的保守区，称为的保守区，称为-35区区，共有序列为：，共有序列为：T82 T84 G78 A65 C54 A45；4、90%的启动子中，的启动子中，-10与与-35区的距离在区的距离在16-19bp之间；之间；两个保守区之间的序列并不重要，但距离很两个保守区之间的序列并不重要，但距离很关键关键。7/25/2024267/25/202427TATA box：位于：位于RNA聚合酶聚合酶II转录起点上游约转录起点上游约-35-25 bp处的共同序列处的共同序列TATAAA，绝大多数情况下全部，绝大多数情况下全部是是A-T碱基对，只有少数含有碱基对，只有少数含有G-C。CAAT box：在起点上游：在起点上游-78-70 bp处还有另一段共处还有另一段共有序列有序列CCAAT，称为，称为CAAT区。区。GC box：在起点上游：在起点上游-110-80 bp处有一段富含处有一段富含GC碱碱基对的序列（基对的序列（GCCACACCC或或GGGCGGG），称为），称为GC区。区。增强子增强子：能强化转录起始频率的：能强化转录起始频率的DNA序列。序列。真核生物基因中启动子特征：7/25/202428二、启动子区的识别二、启动子区的识别 RNA聚合酶对启动子的识别是通过与碱聚合酶对启动子的识别是通过与碱基上的氢键供体和受体在一定距离内互补，基上的氢键供体和受体在一定距离内互补，形成形成氢键氢键而实现的。而实现的。启动子的功能既受启动子的功能既受DNA序列序列的影响，又的影响，又受其受其构象构象的影响。的影响。7/25/20242970的氨基酸与启动子的氨基酸与启动子-10区非模板链区非模板链特异碱基的结合特异碱基的结合7/25/2024307/25/202431第四节 原核生物与真核生物 mRNA 特征的比较一、原核生物mRNA的特征1、半衰期短基因的连续性转录和翻译在时间和空间上的一致性7/25/2024322、许多原核生物 mRNA 以多顺反子的形式存在 操纵子（操纵子（operon）功能相关的基因前后串联，功能相关的基因前后串联，再加一个共同的调节基因和一组共同的控制位点即再加一个共同的调节基因和一组共同的控制位点即启启动子（动子（promoter）和和操作子（操作子（operator）在基因转录在基因转录时协同作用。细菌基因表达调控的这样一个完整的单时协同作用。细菌基因表达调控的这样一个完整的单元，称为元，称为操纵子（操纵子（operon）。多顺反子（多顺反子（polycistronic mRNA)：编码多个蛋：编码多个蛋白质的白质的mRNA称为多顺反子称为多顺反子mRNA。单顺反子单顺反子(monocistronic mRNA)：只编码一个：只编码一个蛋白质的蛋白质的mRNA称为单顺反子称为单顺反子mRNA。7/25/202433-半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶大肠杆菌乳糖操纵子阻遏蛋白7/25/202434mRNAAUG 之前的之前的5端上游非端上游非编码区区编码区编码区终止密码子之后终止密码子之后3端下游非端下游非编码区区7/25/202435l3、原核生物、原核生物mRNA 5端无帽子端无帽子结构，构，3 端端没有或只有没有或只有较短的短的poly(A)结构，在起始密构，在起始密码子子AUG上游上游712个核苷酸个核苷酸处有有6个核苷酸的个核苷酸的保守序列，被称保守序列，被称为SD序列。序列。SD序列在与核糖体的序列在与核糖体的结合合过程中起作用。程中起作用。7/25/2024365 5 Gppp+pppApNpNp.5 5 GpppApNpNp.+pp+p 在在磷酸酶磷酸酶的作用下，将的作用下，将5-端的磷酸基水解，由端的磷酸基水解，由腺苷腺苷酸转移酶酸转移酶加上鸟苷三磷酸，加上鸟苷三磷酸，形成形成GpppN的结构，再的结构，再由鸟嘌呤由鸟嘌呤-7-甲基转移酶对甲基转移酶对G进行甲基化。进行甲基化。新加的新加的G以反方向与以反方向与5连连接，这一结构称为帽子接，这一结构称为帽子（cap）结构。）结构。二、真核生物二、真核生物mRNA的特征的特征1、真核生物、真核生物mRNA的的5端存在端存在“帽子帽子”结构结构7/25/202437甲基化甲基化只在末端只在末端G的的7位甲位甲基化的帽子称为帽基化的帽子称为帽子子0（cap 0），写），写作作m7GpppX；若第二个核苷酸若第二个核苷酸2-OH甲基化，则称甲基化，则称为帽子为帽子1（cap 1），），写作写作m7GpppXm；若第三个核苷酸若第三个核苷酸2-OH甲基化，则称为甲基化，则称为帽子帽子2（cap 2），），写作写作m7GpppXmpYm。7/25/202438帽子结构的作用帽子结构的作用:1、提高、提高mRNA的活性及稳定性；的活性及稳定性；2、作为蛋白质合成起始信号的一部分。、作为蛋白质合成起始信号的一部分。7/25/202439Pol I Pol I 和和和和pol III pol III 在特定的位点终止合成在特定的位点终止合成在特定的位点终止合成在特定的位点终止合成Pol II无特定终止位点？无特定终止位点？2 2、真核生物、真核生物、真核生物、真核生物mRNAmRNA的的的的33端存在端存在端存在端存在poly(A)poly(A)尾巴尾巴尾巴尾巴7/25/202440Pol II无特定终止位点，无特定终止位点，3-OH末端通过在特定位末端通过在特定位点切割后加上点切割后加上poly(A)来来形成。形成。几乎所有真核基因的几乎所有真核基因的3转转录终止位点上游录终止位点上游1530 bp存在保守序列存在保守序列AAUAAA,该序列作为切割和添加该序列作为切割和添加poly(A)位点的信号。位点的信号。7/25/202441特异组分（特异组分（Cut and polyA Special factor,CPSF）识识别别AAUAAA序列；序列；产生正确的末端结构需要产生正确的末端结构需要核核酸内切酶（由酸内切酶（由CFI和和CFII组组成）成）切割切割RNA；激发因子激发因子CstF，结合在切割，结合在切割位点下游一富含位点下游一富含G-U的序列的序列poly(A)聚合酶（聚合酶（PAP）合合成成poly(A)尾部；尾部；。7/25/202442小 结一、原核生物mRNA的特征：半衰期短许多mRNA以多顺反子的形式存在二、真核生物mRNA的特征5端存在“帽子”结构3端存在poly(A)尾巴尾巴无帽子和尾巴结构7/25/202443第五节第五节 终止和抗终止终止和抗终止大肠杆菌的终止子大肠杆菌的终止子不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止依赖于依赖于因子的终止因子的终止7/25/202444一、不依赖于一、不依赖于因子的终止因子的终止合成的合成的RNA尾部的序列特征：尾部的序列特征：1、二重对称的序列形成发卡、二重对称的序列形成发卡结构；在发卡结构的茎基部富结构；在发卡结构的茎基部富含含G-C对；发卡结构可减缓或对；发卡结构可减缓或暂停合成；暂停合成；2、尾部有约、尾部有约48个连续的个连续的U；连续的连续的A-U对使杂交链更容易对使杂交链更容易分离。分离。7/25/2024457/25/202446先结合于终止区上游；先结合于终止区上游；沿沿 RNA链移动；链移动；RNA聚合酶在终止子处聚合酶在终止子处暂停；暂停；因子追上聚合酶并使之因子追上聚合酶并使之解离，并拆分解离，并拆分RNA-DNA杂交链。杂交链。二、依赖二、依赖因子的终止因子的终止7/25/202447三、抗终止三、抗终止q 1、破坏终止位点、破坏终止位点RNA的茎环结构的茎环结构 在原核生物中，转录和翻译相偶联。当介质中氨在原核生物中，转录和翻译相偶联。当介质中氨基酸减少时，相对应的携带这种氨基酸的基酸减少时，相对应的携带这种氨基酸的tRNA也减也减少，使得核糖体不能顺利通过串联密码子，而破坏少，使得核糖体不能顺利通过串联密码子，而破坏了了mRNA的的茎环结构茎环结构，使得转录不能终止。，使得转录不能终止。7/25/202448q 2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止、依赖于蛋白质因子的转录抗终止 噬菌体中的噬菌体中的N N蛋白具有抗转录终止的作用。蛋白具有抗转录终止的作用。DNA序列序列A区（区（CGCTCTTA）二重对称序列二重对称序列结合结合N蛋白蛋白结合结合NusARNA聚合酶结合结合 随后随后NusG，S10，NusB都结合在都结合在Nut位点，形位点，形成复合物，使成复合物，使RNA聚合酶构象改变，对终止信号不聚合酶构象改变，对终止信号不敏感，使敏感，使RNA链的合成继续。链的合成继续。7/25/202449第六节 内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修释一、RNA中的内含子不连续基因（不连续基因（interrupted/discontinuous gene，split gene，割裂基因），割裂基因）真核生物基因除了与真核生物基因除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一相对应的编码序列外，还含有一些不编码的序列插在编码序列之间。这些序列在加工为成熟些不编码的序列插在编码序列之间。这些序列在加工为成熟的的mRNA时被去除。时被去除。外显子（外显子（exon）：基因中与：基因中与mRNA一致的序列。一个基因一致的序列。一个基因总是以外显子为起点和终点。总是以外显子为起点和终点。内含子（内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入序列，在：基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为原初转录物加工为mRNA时被去除。时被去除。7/25/202450 内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的共有序列，左端（上游）为保守的共有序列，左端（上游）为GU，右端（下游），右端（下游）为为AG。这一现象称为。这一现象称为GU-AG规则规则。左端的位点也叫左端的位点也叫供体位点（供体位点（donor site）或者或者5，右端也叫右端也叫受体位点（受体位点（acceptor site）或者或者3。7/25/202451内含子的结构特点内含子的结构特点GU-AG法则法则3端附近有一段端附近有一段1020个个嘧啶核苷核苷酸的区域酸的区域5端有保守序列端有保守序列5-GUPuAGU-33 端上游端上游1850个核苷酸处有保个核苷酸处有保守序列守序列Py80NPy87Pu75APy953A/CAG GUPuAGU A Py rich AG G55剪接位点剪接位点分支点分支点3剪接位点剪接位点内含子内含子外显子外显子外显子外显子7/25/202452剪接体的组装和剪接过程剪接体的组装和剪接过程内含子释放进一步与进一步与U4、U5、U6三聚体三聚体结合，形成结合，形成 60 S 60 S 剪接体剪接体U1释放，释放，U5从内含子区移到外从内含子区移到外显子区，显子区，U6结合在结合在5剪切位点剪切位点U1结合在结合在5剪切位点，剪切位点，U2AF结合在多嘧啶区结合在多嘧啶区U2结合在分支点，形成结合在分支点，形成剪接前体剪接前体U4释放，U6/U2催化5剪切，U5结合在3剪切位点U2/U5/U6催化催化3剪切剪切二、二、mRNA的剪接的剪接7/25/202453内含子的剪接方式有：内含子的剪接方式有：组成性剪接组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通：在高等真核生物中，内含子通常是有序或组成性地从常是有序或组成性地从mRNA前体中被剪接，前体中被剪接，这种剪接方式称为组成性剪接。这种剪接方式称为组成性剪接。变位剪接变位剪接：又叫选择性剪接，指在剪接过程：又叫选择性剪接，指在剪接过程中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变位剪接，产生出不同接位点进行变位剪接，产生出不同mRNA，这种剪接方式称为变位剪接。这种剪接方式称为变位剪接。7/25/202454I 类内含子（类内含子（Group I）出现于低等真核生出现于低等真核生物四膜虫物四膜虫pre-RNA。在真菌线粒体中很普在真菌线粒体中很普遍。也存在于噬菌体遍。也存在于噬菌体T4和细菌中。这类内和细菌中。这类内含子含子具有自我剪接具有自我剪接（self-splicing/autosplicing）的能力）的能力。7/25/202455 GNP的的3-OH攻击攻击内含子内含子5端，形成端，形成G-内含子，和外显子部内含子，和外显子部分；分；分离的外显子分离的外显子3-OH攻击下一个外显子攻击下一个外显子的的5端；端；释放的内含子释放的内含子3-OH攻击自身攻击自身5端端15碱碱基处。基处。类内含子的剪接主要是类内含子的剪接主要是转酯反应转酯反应7/25/202456 具有具有9个配对区（双螺个配对区（双螺旋区），其中旋区），其中P4、P7比较比较保守；保守；P3、P4、P6、P7形成形成内含子的内含子的“核心核心”，是可进行，是可进行具催化反应的最小区域；具催化反应的最小区域；P1包括一段外显子，称包括一段外显子，称为为IGS（internal guide sequence）。）。I 类内含子的一般二级结构类内含子的一般二级结构7/25/202457 类内含子主要存在于真核生物的线粒类内含子主要存在于真核生物的线粒体和叶绿体体和叶绿体rRNA基因中。基因中。两步反应都通过酯基两步反应都通过酯基转转（transesterification）进行。进行。分支位点分支位点A残基残基2-OH攻击攻击5位点。位点。上游外显子上游外显子3-OH攻击攻击3位点。位点。7/25/202458 剪接的第一步，分支位点剪接的第一步，分支位点A残基残基2 OH 攻击内含子攻击内含子5位点，位点，使内含子使内含子5 端与上游外显子之间端与上游外显子之间断裂；断裂；5端与内含子中靠近端与内含子中靠近3端的端的一一A 残基残基2-OH 形成一形成一索套形索套形中中间产物间产物;A 所在位点称为所在位点称为分支位分支位点（点（branch site）;第二步，上游外显子第二步，上游外显子3 OH 攻击攻击3位点，在位点，在3位点切割，释位点切割，释放出内含子，连接两个外显子。放出内含子，连接两个外显子。II 类（类（group II）内含子的剪接）内含子的剪接7/25/202459翻译翻译转录转录末端修饰末端修饰剪接剪接 RNA剪接、加剪接、加工均发生于核内。工均发生于核内。翻译发生于细胞质中的核糖体上。7/25/202460三、三、RNA的编辑、再编辑及化学修饰的编辑、再编辑及化学修饰1、RNA的编辑的编辑 指某些指某些RNA，特别是在，特别是在mRNA中中插入插入、删除删除或或取代取代一些核苷酸残基，导致一些核苷酸残基，导致DNA所编所编码遗传信息的改变，从而翻译出多种氨基酸码遗传信息的改变，从而翻译出多种氨基酸序列不同的蛋白质。结果使成熟序列不同的蛋白质。结果使成熟mRNA的核的核苷酸序列不同于前体，也不同于苷酸序列不同于前体，也不同于DNA模板，模板，使遗传信息在使遗传信息在mRNA水平上发生改变。水平上发生改变。7/25/202461介导介导RNA编辑的机制有两种：编辑的机制有两种：a、脱氨基作用、脱氨基作用b、引导、引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除指导的尿嘧啶插入或删除7/25/202462(1)(1)、单碱基突变、单碱基突变(脱氨基作用脱氨基作用）载脂蛋白基因在动物载脂蛋白基因在动物肝脏和小肠中的表达。肝脏和小肠中的表达。C U转变通过脱氨反应转变通过脱氨反应进行，由脱氨酶催化。进行，由脱氨酶催化。载脂蛋白载脂蛋白mRNA的编辑的编辑7/25/202463 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶II蛋白的序列与其基因相比，发生蛋白的序列与其基因相比，发生了移码（了移码（frameshift）。移码是通过在移码位点附近插）。移码是通过在移码位点附近插入入4个个U形成。形成。(2)(2)(2)(2)、尿苷酸的缺失和添加、尿苷酸的缺失和添加、尿苷酸的缺失和添加、尿苷酸的缺失和添加7/25/202464利什曼原虫（利什曼原虫（Leishmania）的细胞色）的细胞色素素 b 基因表达时的基因表达时的RNA编辑编辑 指导指导指导指导RNARNA（guide RNAguide RNA）：指导：指导：指导：指导RNARNA编辑的小分编辑的小分编辑的小分编辑的小分子子子子RNARNA，又称向导，又称向导，又称向导，又称向导RNARNA。长度大约是。长度大约是。长度大约是。长度大约是60806080个核苷酸，个核苷酸，个核苷酸，个核苷酸，中间有一段与被编辑中间有一段与被编辑中间有一段与被编辑中间有一段与被编辑mRNAmRNA相当程度互补的序列。相当程度互补的序列。相当程度互补的序列。相当程度互补的序列。指导指导RNA上上存在一些未能配存在一些未能配对的腺嘌呤，形对的腺嘌呤，形成缺口，为插入成缺口，为插入尿嘧啶提供了模尿嘧啶提供了模板。板。7/25/202465RNA编辑的生物学意义：编辑的生物学意义：p（1）校正作用）校正作用p（2）调控翻译）调控翻译p（3）扩充遗传信息）扩充遗传信息7/25/2024662、RNA的再编码的再编码指指RNA的编码和读码方式的改变。的编码和读码方式的改变。再编码的形式再编码的形式+1/-1移码移码核糖体跳跃核糖体跳跃终止子通读终止子通读7/25/202467pRNA的化学修饰具有位点特异性。的化学修饰具有位点特异性。核仁核仁RNA(snoRNAs)参与参与RNA的化学修饰，因的化学修饰，因为这些为这些RNA能通过碱基配对的方式，把能通过碱基配对的方式，把rRNA分子上需要修饰的位点找出来。分子上需要修饰的位点找出来。snoRNA上的上的D盒是盒是甲基化酶甲基化酶的识别位点。的识别位点。3、RNA的化学修饰的化学修饰7/25/202468化学修饰途径化学修饰途径甲基化甲基化去氨基化去氨基化硫代硫代碱基的同分异构化碱基的同分异构化二价键的饱和化二价键的饱和化核苷酸的替代核苷酸的替代7/25/202469四、核酶四、核酶p核酶（核酶（ribozyme）：是指一类具有催化功：是指一类具有催化功能的能的RNA分子，通过催化靶位点分子，通过催化靶位点RNA链中链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达。分子，从而阻断基因的表达。7/25/202470锤头型核酶的二级结构和空间立体结构示意图锤头型核酶的二级结构和空间立体结构示意图三个双螺旋区三个双螺旋区1113个核苷酸个核苷酸残基保守序列残基保守序列剪切反应在剪切反应在GUX序列的序列的3端自动端自动发生发生7/25/202471剪切型核酶剪切型核酶根据催化功能根据催化功能锤头核酶锤头核酶I内含子内含子II内含子内含子发夹核酶发夹核酶丁型肝炎病毒（丁型肝炎病毒（HDV)核酶核酶RNaseP剪接型核酶剪接型核酶核酶的分类：核酶的分类：7/25/202472五、五、RNA在生物进化中的地位在生物进化中的地位l1、反馈效应、反馈效应l2、获得性遗传、获得性遗传7/25/202473小小 结结一、一、RNA中的内含子结构的特点中的内含子结构的特点二、二、RNA的剪切：剪切体的组装和剪切过程的剪切：剪切体的组装和剪切过程三、自我剪切的三、自我剪切的RNAI类内含子类内含子II类内含子类内含子四、四、RNA的编辑和化学修释的编辑和化学修释单碱基突变单碱基突变(脱氨基作用）脱氨基作用）尿苷酸的缺失和添加尿苷酸的缺失和添加五、核酶的概念、分类及结构特点五、核酶的概念、分类及结构特点7/25/202474总总 结结p 什么是转录？简述转录的基本过程？什么是转录？简述转录的基本过程？p 什么是模板链？什么是编码链？什么是模板链？什么是编码链？p 简述转录与复制的异同点？简述转录与复制的异同点？p 大肠肝菌大肠肝菌RNA聚合酶有哪些组分？各个亚聚合酶有哪些组分？各个亚基的作用如何？基的作用如何？p 真核生物真核生物RNA聚合酶分几类？各自的转录聚合酶分几类？各自的转录产物是什么？产物是什么？7/25/202475p 原核生物、真核生物启动子区的特征分别是原核生物、真核生物启动子区的特征分别是什么？什么？p 简述原核生物和真核生物简述原核生物和真核生物mRNA的区别。的区别。p 大肠肝菌终止子有哪两类？各自的作用机理大肠肝菌终止子有哪两类？各自的作用机理如何？如何？p 简述剪接体的组装和剪接过程？简述剪接体的组装和剪接过程？p 简述简述类内含子和类内含子和类内含子的剪接特点？类内含子的剪接特点？7/25/202476p 什么是什么是RNA编辑？编辑？p 什么是核酶？什么是核酶？7/25/202477