分子生物学原理RNA生物合成--课件

转转录录RNADNA 转录转录(transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程。也就是把也就是把DNA的碱基序列抄录成的碱基序列抄录成RNA的的碱基序列。碱基序列。2024/7/31分子生物学原理转录RNADNA 转录(transcri1复制与转录的异同点复制与转录的异同点 相同点：相同点：不同点不同点:复制复制 转录转录 以以DNA作模板作模板 双链复制双链复制 模板链模板链 需需4种种NTP dNTP NTP 碱基配对碱基配对 A=T A=U,T=A 合成方向合成方向53 依赖依赖DNA的聚合酶的聚合酶 DDDP DDRP 多聚核苷酸大分子多聚核苷酸大分子 半保留式子代半保留式子代 mRNA、tRNA、rRNA2024/7/31分子生物学原理复制与转录的异同点 相同点：2参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2024/7/31分子生物学原理参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,3模板和酶模板和酶Templates and Enzymes第一节第一节2024/7/31分子生物学原理模板和酶第一节2023/7/25分子生物学原理4一、转录模板一、转录模板结构基因：结构基因：strucural gene 能转录出能转录出mRNA然后指导蛋白质生成然后指导蛋白质生成 的部分。的部分。模板链：模板链：template strand 可作为模板转录成可作为模板转录成RNA的一股链。的一股链。也也称作称作有意义链有意义链或或Watson链链。编码链：编码链：coding strand 相对于模板链的另一股链。相对于模板链的另一股链。也称为也称为反反义链义链或或Crick链链。2024/7/31分子生物学原理一、转录模板结构基因：strucural gene2023/5模板模板:转录、翻译的序列比较转录、翻译的序列比较5 GCATTAGCTAGCTACTAGC 3 DNA3 cgtaatcgatcgatgatcg 5 双链双链 转录转录5 GCAUUAGCUAGCUACUAGC 3 mRNA 翻译翻译N Ala Leu Ala Ser Try C 肽肽链链2024/7/31分子生物学原理模板:转录、翻译的序列比较5 GCATTAGCTAGC6转录的不对称性转录的不对称性不对称转录不对称转录：asymmetric transcriptionDNA双链对一个基因而言，一股可转录，双链对一个基因而言，一股可转录，另一股不转录。另一股不转录。模板链与编码链相对而言模板链与编码链相对而言2024/7/31分子生物学原理转录的不对称性不对称转录：asymmetric transc75 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结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向2024/7/31分子生物学原理53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向208二、二、RNA聚合酶聚合酶转录酶：依赖转录酶：依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP 2024/7/31分子生物学原理二、RNA聚合酶转录酶：依赖DNA的RNA聚合酶2023/9原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶大肠杆菌的大肠杆菌的RNA聚合酶聚合酶：2 其中其中 2称为称为核心酶核心酶：只有转录功能：只有转录功能 亚基：辨别转录起始点亚基：辨别转录起始点 +2=全酶全酶受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特异受利福平或利福霉素（结核菌药物）的特异性抑制。性抑制。2024/7/31分子生物学原理原核生物的RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶：2210核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)2024/7/31分子生物学原理核心酶(core enzyme)全酶(holoenzym11RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 2024/7/31分子生物学原理RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 2023/7/25分子生12原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶2024/7/31分子生物学原理原核生物的RNA聚合酶2023/7/25分子生物学原理13真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶II可认为是真核生物中最重要的可认为是真核生物中最重要的RNA聚合酶聚合酶2024/7/31分子生物学原理真核生物的RNA聚合酶RNA聚合酶II可认为是真核生物中最重14三、模板与酶的辨认结合三、模板与酶的辨认结合原原核核生生物物一一个个转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子(operon)，包包括括若若干干个个结结构构基基因因及其上游及其上游(upstream)的的调控序列调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启启动子动子(promoter)。2024/7/31分子生物学原理三、模板与酶的辨认结合原核生物一个转录区段可视为一个转录单位15三、模板与酶的辨认结合三、模板与酶的辨认结合启动区的保守序列启动区的保守序列原核生物有两个元件原核生物有两个元件-35bp的的辨认位点辨认位点：5-TTGACA-10bp的的Pribnow盒盒:5-TATAATPu真核生物有多个元件真核生物有多个元件(如如-30的的Hogness或或TATA盒盒)。2024/7/31分子生物学原理三、模板与酶的辨认结合启动区的保守序列2023/7/25分子16RNA聚合聚合酶保护法酶保护法目目 录录2024/7/31分子生物学原理RNA聚合酶保护法目 录2023/7/25分子生物学原理17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 2024/7/31分子生物学原理开始转录T T G A C A-35 区(Pribnow b18 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 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列2024/7/31分子生物学原理 TATA 盒 CAAT盒 GC盒 增强子 顺式作用元件 结19转录过程转录过程The Process of Transcription 第二节第二节 2024/7/31分子生物学原理转录过程 第二节 2023/7/25分子生物学原理20（一）转录起始（一）转录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。2.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、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程2024/7/31分子生物学原理（一）转录起始转录起始需解决两个问题：一、原核生物的转录过程212.DNA双链解开双链解开1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结与模板结合合 3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物形成转录起始复合物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 +ppi转录起始过程转录起始过程2024/7/31分子生物学原理2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与22转录起始中的事件转录起始中的事件解链解链形成转录空泡形成转录空泡为首的为三磷酸为首的为三磷酸GTP或或ATP转录起始复合物转录起始复合物(RNA-聚合酶全酶聚合酶全酶-DNA-pppGpN-OH)第一个磷酯键形成后，第一个磷酯键形成后，亚基从转录起始亚基从转录起始复合物中脱落下来。复合物中脱落下来。RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA链向前移动。链向前移动。2024/7/31分子生物学原理转录起始中的事件解链2023/7/25分子生物学原理23转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNA RNA2024/7/31分子生物学原理转录空泡(transcription bubble)：RNA24（二）转录延长（二）转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol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DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi2024/7/31分子生物学原理（二）转录延长1.亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变25转录的延长转录的延长转录的延长是以转录的延长是以5到到3的方向进行的。的方向进行的。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi以以G=C、A=U、T=A碱基配对。碱基配对。转录完成部分的转录完成部分的DNA重新形成双链。重新形成双链。较长的较长的RNA链上有核糖体结合，说明在链上有核糖体结合，说明在某些情况下，某些情况下，转录的同时，翻译已经开转录的同时，翻译已经开始进行了。始进行了。2024/7/31分子生物学原理转录的延长转录的延长是以5到3的方向进行的。2023/7262024/7/31分子生物学原理2023/7/25分子生物学原理27转录的过程转录的过程2024/7/31分子生物学原理转录的过程2023/7/25分子生物学原理28转录的延长转录的延长2024/7/31分子生物学原理转录的延长2023/7/25分子生物学原理295 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶2024/7/31分子生物学原理53DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体RNARN30（三）转录的终止（三）转录的终止转录终止转录终止：是：是RNA聚合酶在模板上的某聚合酶在模板上的某一位置一位置停顿，停顿，RNA链从转录复合物上脱链从转录复合物上脱离出来。离出来。分为分为依赖依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止和和不依赖不依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止。2024/7/31分子生物学原理（三）转录的终止转录终止：是RNA聚合酶在模板上的某一位置停311、依赖、依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止Rho因子的因子的左右是使左右是使RNA-DNA杂化双链的杂化双链的短链变性，短链变性，从而有利于从而有利于转录产物从转录产物从转录复合物转录复合物中释放出来。中释放出来。2024/7/31分子生物学原理1、依赖Rho因子的转录终止Rho因子的左右是使RNA-DN32A T P1.依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止2024/7/31分子生物学原理A T P1.依赖 Rho因子的转录终止2023/7/25332.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。2024/7/31分子生物学原理2.非依赖 Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有342、非依赖、非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止2024/7/31分子生物学原理2、非依赖Rho因子的转录终止2023/7/25分子生物学原355UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3茎环茎环(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构2024/7/31分子生物学原理5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGC36茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；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。5pppG5 3 3 5 RNA-pol2024/7/31分子生物学原理茎环结构使转录终止的机理 使RNA聚合酶变构，转录停顿；537不依赖不依赖Rho因子的转录终止模式因子的转录终止模式RNA链出现茎链出现茎-环结构，促进环结构，促进转录的终止。转录的终止。1.这样的结构改变这样的结构改变RNA聚合酶聚合酶的构象，使酶不再向下移动。的构象，使酶不再向下移动。2.DNA和和RNA各自形成自己的各自形成自己的局部双链，使杂化链更加不稳局部双链，使杂化链更加不稳定，以致转录复合物趋于解定，以致转录复合物趋于解体。体。接着的一串寡聚接着的一串寡聚U，则更是促则更是促进进RNA新链从模板上脱落的新链从模板上脱落的促进因素。促进因素。2024/7/31分子生物学原理不依赖Rho因子的转录终止模式RNA链出现茎-环结构，促进238二、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）转录起始真真核核生生物物的的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，其起始过程比原核生物复杂。板，其起始过程比原核生物复杂。2024/7/31分子生物学原理二、真核生物的转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区39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)1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 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 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2024/7/31分子生物学原理转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子顺式作用元件(402.转录因子转录因子 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的蛋白质，现已发现数百种，统称为的蛋白质，现已发现数百种，统称为反反式作用因子式作用因子(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聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(transcriptional factors,TF)。2024/7/31分子生物学原理2.转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋41参与参与RNA-pol转录的转录的TF 2024/7/31分子生物学原理参与RNA-pol转录的TF 2023/7/25分子生物423.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。2024/7/31分子生物学原理3.转录起始前复合物真核生物RNA-pol不与DNA分子直43POL-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TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化2024/7/31分子生物学原理POL-TFFAB由RNA-Pol 催化转录的PI444.模板理论模板理论(piecing theory)一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。配而有针对性地结合、转录相应的基因。2024/7/31分子生物学原理4.模板理论(piecing theory)一个真核生物45（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相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似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。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转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。解聚现象。2024/7/31分子生物学原理（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有46RNA-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2024/7/31分子生物学原理RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的475-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-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（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。2024/7/31分子生物学原理5-AAUAAA-5-AAUAAA48真核生物转录终止的特点真核生物转录终止的特点真核生物真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结带有聚腺苷酸尾巴的结构，这是转录之后加上的。构，这是转录之后加上的。在模板链读码框架的在模板链读码框架的3端之后，常有一组端之后，常有一组共同序列共同序列AATAAA，再下游还有相当多再下游还有相当多的的GT序列，这些序列称为转录终止的修序列，这些序列称为转录终止的修饰点。饰点。2024/7/31分子生物学原理真核生物转录终止的特点真核生物mRNA带有聚腺苷酸尾巴的结构49转录与复制的相似之处转录与复制的相似之处都以都以DNA为模板为模板需要核苷酸作原料，从需要核苷酸作原料，从5到到3延长；生成延长；生成磷酸二酯键以连接核苷酸磷酸二酯键以连接核苷酸都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律都需要依赖都需要依赖DNA的聚合酶的聚合酶产物都是很长的多核苷酸产物都是很长的多核苷酸2024/7/31分子生物学原理转录与复制的相似之处都以DNA为模板2023/7/25分子生50转录和复制的区别转录和复制的区别2024/7/31分子生物学原理转录和复制的区别2023/7/25分子生物学原理51真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification第三节第三节2024/7/31分子生物学原理真核生物的转录后修饰第三节2023/7/25分子生物学原理52转录后的修饰转录后的修饰转录生成的转录生成的RNA，称为称为初级转录产物初级转录产物。无论在真核生物或原核生物中，初级转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，才录产物都经过一定程度的修饰加工，才能表现其功能。能表现其功能。2024/7/31分子生物学原理转录后的修饰转录生成的RNA，称为初级转录产物。2023/753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)2024/7/31分子生物学原理几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(54一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)2024/7/31分子生物学原理一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰 5端55帽子结构帽子结构2024/7/31分子生物学原理帽子结构2023/7/25分子生物学原理565 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi2024/7/31分子生物学原理5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸57真核生物真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工5和和3首尾的修饰首尾的修饰剪接剪接2024/7/31分子生物学原理真核生物mRNA的转录后加工5和3首尾的修饰2023/7585加帽加帽转录产物的第一个核转录产物的第一个核苷酸苷酸pppG水解成水解成5-ppG或或5-pG与另一个三磷酸鸟苷与另一个三磷酸鸟苷生成生成三磷酸双鸟苷三磷酸双鸟苷第二个鸟嘌呤被甲基第二个鸟嘌呤被甲基化化加帽出现在加帽出现在hnRNA中，中，说明可能在细胞核中说明可能在细胞核中完成，并在剪接之前。完成，并在剪接之前。2024/7/31分子生物学原理5加帽转录产物的第一个核苷酸pppG水解成5-ppG或5593端加上聚腺苷酸尾巴端加上聚腺苷酸尾巴真核生物真核生物mRNA中中poly A的出现是不依赖于的出现是不依赖于DNA模板的。模板的。加入加入poly A之前，先由核酸外切酶切去之前，先由核酸外切酶切去3末末端一些过剩的核苷酸，然后加入端一些过剩的核苷酸，然后加入polyA。3端修饰也是在细胞核中，在剪接之前进行端修饰也是在细胞核中，在剪接之前进行的。的。Poly A的有无与长短，是维持的有无与长短，是维持mRNA作为翻作为翻译模板的活性，以及增加译模板的活性，以及增加mRNA本身的稳定本身的稳定性。性。2024/7/31分子生物学原理3端加上聚腺苷酸尾巴真核生物mRNA中poly A的出现是603端修饰示意图端修饰示意图2024/7/31分子生物学原理3端修饰示意图2023/7/25分子生物学原理61（二）（二）mRNA的剪接的剪接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)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（并接体（并接体,splicesome）snRNA2024/7/31分子生物学原理（二）mRNA的剪接1.hnRNA 和 snRNA 核内的62真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区2024/7/31分子生物学原理真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续632.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现，在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟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中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。2024/7/31分子生物学原理2.外显子(exon)和内含子(intron)外显子2064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2024/7/31分子生物学原理鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRN65鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA2024/7/31分子生物学原理鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA20266真核细胞真核细胞mRNA的剪接的剪接DNA模板与模板与hnRNA是完全配是完全配对的，而成熟的对的，而成熟的mRNA与与hnRNA或或DNA杂交都只杂交都只是部分配对。是部分配对。因此真核生物的因此真核生物的基因有基因有断裂性断裂性。2024/7/31分子生物学原理真核细胞mRNA的剪接DNA模板与hnRNA是完全配对的，而67断裂基因断裂基因真核生物的结构基因，由若干个编码区被非真核生物的结构基因，由若干个编码区被非编码区相互间隔开，但又连续镶嵌而成，因编码区相互间隔开，但又连续镶嵌而成，因此真核生物的基因称为此真核生物的基因称为断裂基因断裂基因。外显子外显子代表了基因上编码氨基酸的核苷酸序代表了基因上编码氨基酸的核苷酸序列。列。内含子内含子表示相应的非编码序列。表示相应的非编码序列。原核生物结构基因是连续的编码序列，不是原核生物结构基因是连续的编码序列，不是断裂基因。断裂基因。2024/7/31分子生物学原理断裂基因真核生物的结构基因，由若干个编码区被非编码区相互间隔68内含子的种类内含子的种类线粒体，叶绿体转录初级线粒体，叶绿体转录初级rRNA基因基因线粒体，叶绿体的线粒体，叶绿体的mRNA形成套索状结构的剪接，由形成套索状结构的剪接，由SnRNA和核和核内蛋白形成的核小核糖核酸蛋白来完成。内蛋白形成的核小核糖核酸蛋白来完成。tRNA基因。基因。2024/7/31分子生物学原理内含子的种类线粒体，叶绿体转录初级rRNA基因2023/7/693.内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为子分为4 4类。类。I I：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核生物的核生物的 rRNA基因；基因；IIII：也也发发现现于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体，转转录录产产物物是是mRNA；IIIIII：是是常常见见的的形形成成套套索索结结构构后后剪剪接接，大大多多数数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子；IVIV：是是tRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子，剪接过程需酶及子，剪接过程需酶及ATP。2024/7/31分子生物学原理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704.mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为并接体结合成为并接体2024/7/31分子生物学原理4.mRNA的剪接 除去hnRNA中的内含子，将外显子71UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U52024/7/31分子生物学原理UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U272pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification)2024/7/31分子生物学原理pG-OHU-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应73 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工化加工(differential RNA processing)。5.mRNA的编辑的编辑(mRNA editing)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2024/7/31分子生物学原理 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有74内含子的功能内含子的功能内含子有利于物种的进化选择内含子有利于物种的进化选择调节功能调节功能2024/7/31分子生物学原理内含子的功能内含子有利于物种的进化选择2023/7/25分子75tRNA的转录后加工的转录后加工初级产物中有初级产物中有5端的端的16个碱基和反密码子个碱基和反密码子后的后的14个碱基需要去除。个碱基需要去除。2024/7/31分子生物学原理tRNA的转录后加工初级产物中有5端的16个碱基和反密码子76二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA2024/7/31分子生物学原理二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNA pol TGG77RNAaseP、内切酶内切酶2024/7/31分子生物学原理RNAaseP、内切酶2023/7/25分子生物学原理78tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP2024/7/31分子生物学原理tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP2023/7/25分79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）2024/7/31分子生物学原理碱基修饰（2）还原反应 如：U DHU （3）核苷内的80涉及加工的反应涉及加工的反应甲基化甲基化还原还原核苷内的转核苷内的转位反应位反应脱氨反应脱氨反应3端加上端加上CCA-OH2024/7/31分子生物学原理涉及加工的反应甲基化2023/7/25分子生物学原理81三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录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28S5.8S18S2024/7/31分子生物学原理三、rRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S 82rRNA的转录后加工的转录后加工丰富基因丰富基因：染色体上一些相似或完全一：染色体上一些相似或完全一样的纵列串联基因单位的重复。样的纵列串联基因单位的重复。真核细胞的真核细胞的rRNA基因属于丰富基因。基因属于丰富基因。45s的转录产物是三种的转录产物是三种rRNA的前体，经的前体，经过剪接后形成核糖体小亚基的过剪接后形成核糖体小亚基的18S rRNA，其余形成其余形成5.8S及及28S的的rRNA。2024/7/31分子生物学原理rRNA的转录后加工丰富基因：染色体上一些相似或完全一样的纵83四膜虫四膜虫rRNA的结构的结构2024/7/31分子生物学原理四膜虫rRNA的结构2023/7/25分子生物学原理84四膜虫四膜虫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自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列2024/7/31分子生物学原理四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪85核酶核酶(ribozyme)核酶核酶：RNA本身具有催化活性，此种由本身具有催化活性，此种由RNA发挥催化作用的酶，称为核酶。发挥催化作用的酶，称为核酶。最简单的核酶呈槌头结构。最简单的核酶呈槌头结构。2024/7/31分子生物学原理核酶(ribozyme)核酶：RNA本身具有催化活性，此种由86最简单的核酶二级结构最简单的核酶二级结构槌头状结构槌头状结构(hammerhead structure)底物部分底物部分通常为通常为60个核苷酸左右个核苷酸左右同同一一分分子子上上包包括括有有催催化化部份和底物部份部份和底物部份 催催化化部部份份和和底底物物部部份份组组成锤头结构成锤头结构 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。2024/7/31分子生物学原理最简单的核酶二级结构槌头状结构底物部分通常为60个核苷酸87核酶发现的意义核酶发现的意义对传统酶学提出了挑战对传统酶学提出了挑战对进化的研究有帮助对进化的研究有帮助人工核酶应用于疾病的治疗。人工核酶应用于疾病的治疗。2024/7/31分子生物学原理核酶发现的意义对传统酶学提出了挑战2023/7/25分子生物88核酶研究的意义核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酶的发现，对中心法则作了重要补充；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 。2024/7/31分子生物学原理核酶研究的意义核酶的发现，对中心法则作了重要补充；2023/89人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子粗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2024/7/31分子生物学原理人工设计的核酶粗线表示合成的核酸分子2023/7/25分子生90附录2024/7/31分子生物学原理附录2023/7/25分子生物学原理91GOH3G5OH53GOH414G 3995339553E1E2I四膜虫四膜虫RNARNA的自我剪接的自我剪接53L19RNA具有催化活具有催化活性的片段性的片段2024/7/31分子生物学原理GOH3G5OH53GOH414G 39953392谢谢！谢谢！93分子生物学原理RNA生物合成-课件94