RNA组学PPT课件

DNARNA蛋 白 质 基 因 组 学RNA组 学蛋 白 质 组 学 RNA组与RNA组学RNA组与RNA组学l RNA组是指一种生物体或一个细胞或组织中的全部的RNA分子。lRNA组学指以RNA组为研究对象，研究细胞内所有RNA分子的结构和功能及其在不同生理条件下的动态变化规律的科学。 第一节 RNA的结构与功能 第二节 RNA的生物合成 第三节 真核生物RNA的转录后加工 Ribosomal RNAs (rRNAs): translation Transfer RNAs (tRNAs): translation Messenger RNAs (mRNAs): protein template Intracellular small RNA( insRNAs): various types and functionsRNA的种类及主要功能l第一节 RNA的结构与功能 一、mRNA的结构和功能v 真核生物DNA转录生成的原始转录产物是核不均一RNA(hnRNA， RNA前体)，经过5加帽和3酶切加多聚腺苷酸，再经过RNA的剪接，编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个连续的可读框(open reading frame，ORF)，通过核孔进细胞质，作为蛋白质合成的模板。 （一）加帽 真核生物的mRNA(不包括叶绿体和线粒体)5 端都是经过修饰的，基因转录一般从A起始，第一个核苷酸保留了5 端的三磷酸基团，转录产物的起始序列为pppApNpNp 加帽过程是指mRNA前体5 端第一个核苷酸前方，以5 5 连接方式加上一个三磷酸鸟苷酸。然后在甲基转移酶的作用下进行甲基化。 mRNA的帽子结构常常被甲基化。第一个甲基出现在所有真核细胞的mRNA中，称为零号帽子(cap0)。 第二个核苷酸(原mRNA5第一位)的2-OH位上加另一个甲基。有这个甲基的结构称为1号帽子(cap1)，真核生物中以这类帽子结构为主。 在某些生物细胞内，mRNA链上的第三个核苷酸（原mRNA5第二位）的2 -OH位也可能被甲基化，被称为2号帽子（cap2），占有帽mRNA总量的10%15%。 0号 帽 子 1号 帽 子2号 帽 子 帽子结构使mRNA免遭核酸酶的破坏。 帽子结构有利于mRNA从细胞核进入细胞质。 帽子结构有利于核糖体识别mRNA。mRNA5端甲基化的帽子是翻译所必须的。甲基化的帽子结构是蛋白质合成起始信号的一部分。帽 子 的 功 能 （二）加尾 除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3末端都有poly(A)序列，其长度因mRNA种类不同而变化，一般为40200个A 。 大部分真核mRNA有poly(A)尾巴，细胞中还有1/3没有poly(A)mRNA（组蛋白基因） 带有poly(A)的mRNA称为poly(A)+， 没有poly(A)的mRNA称为poly(A) 。 真核基因的3末端poly(A)起始位点上游1530bp处有一段保守序列AAUAAA，这对于初级转录产物的准确切割及加poly(A)是必需的（加尾信号）。 加poly(A)时需要由内切酶切开mRNA3 端的特定部位，然后由poly(A)合成酶催化多聚腺苷酸的反应。 poly(A)是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式。 提高了mRNA在细胞质中的稳定性。当mRNA刚从细胞核进入胞质时，其poly(A)较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间延长，poly(A)逐渐变短消失，mRNA开始降解。 poly(A)尾 的 功 能 二 、 tRNA的 结 构 与 功 能 tRNA 最 小 的 RNA， 4S， 70 80个 nt 1、 tRNA的 二 级 结 构 1964 Holly. R. 鉴 定 出 tRNAphe 的 二 级 结 构 为 三 叶 草 形 （ 77个NT） （ 1） 三 叶 草 结 构 （ 5个 臂 4个 环 ） a、 氨 基 酸 接 受 臂 （ aa accept arm） tRNA 的 5与 3-末 端 碱 基 配 对 形 成 3 端 永 远 为 不 配 对 的 CCA序 列 最 后 的 A的 3 或 2-OH可 以 被 氨 酰 化 b、 另 外 是 D 环 D臂 C、 反 密 码 子 环 反 密 码 子 臂d、 附 加 臂 （ extra arm）E、 TC环 TC臂 其 中 附 加 臂 通 常 是 可 变 的 aa接 受 臂 tRNA中含丰富的稀有碱基（约70余种碱基和核糖残基） tRNA的 “ L”形 三 级 结 构-anti-codon arm 位 于 ” L”另 一 端 ， 与 结 合 在 核 糖 体 小 亚 基 上 的 codon of mRNA配 对b、 “ L”结 构 域 的 功 能-aa accept arm 位 于 “ L”的 一 端 ， 契 合 于 核 糖 体 的 肽 基 转移 酶 结 合 位 点 P A, 以 利 肽 键 的 形 成a、 “ L”构 型 的 结 构 力 二 级 结 构 中 的 碱 基 堆 积 力 和 氢 键 二 级 结 构 中 未 配 对 碱 基 形 成 的 氢 键 识别密码子 特异性搬运氨基酸 三 、 rRNA的 结 构 与 功 能 rRNA是细胞内相对分子质量最大，代谢最稳定，含量最多的一类RNA。 l 原 核 生 物 ：l 5S rRNA 与 tRNA相 互 识 别 、 与 50S核 糖 体 大 亚 基 相 互 作 用 。l 16S rRNA 该 分 子 全 部 压 缩 在 30S小 亚 基 内 。 3端 一 段 保 守 序 列 ， 与 mRNA5端 翻 译 起 始 区 富 含 嘌 呤 的 序 列 互 补 。23S rRNA l 具 有 与 tRNAMet序 列 互 补 的 片 段 ， 与 tRNAMet的 结 合 有 关 。该 分 子 全 部 压 缩 在 50S大 亚 基 内 。 核 糖 体 的 功 能 30S小 亚 基 头 部 基 底 部 中 间 有 一 豁 口 50S大 亚 基 三 个 突 起 两 者 之 间 形 成 一 个 mRNA通 道 根 据 功 能 将 核 糖 体 上 的 活 性 部 位 分 为 两 类 翻 译 区 域 7个 活 性 位 点 占 2/3 逐 出 位 点 2个 位 点 （ 多 肽 的 逐 出 ） 占 1/3 5.8S rRNA 真 核 生 物 大 亚 基 特 有 的 rRNA， 具 有 160个 核 苷 酸 与 原 核 生 物 5S rRNA功 能 相 似 、 与 tRNA相 互 识 别 18S rRNA 对 应 于 大 肠 杆 菌 16S rRNA有 广 泛 的 同 源 性 。 位 于 小 亚 基 中 。 28S rRNA rRNA之 间 以 及 rRNA与 tRNA及 mRNA之 间 存 在 有 机 的 联 系 ， 这 种 关 系是 建 立 在 序 列 互 补 或 同 源 的 基 础 之 上 的 。真 核 生 物 ： 四、其他小分子RNA 1、核内小RNA 2、核仁小RNA 3、催化性小RNA 4、小干扰RNA 5、微小RNA 第二节 RNA的生物合成 转 录 (transcription): 是 指 以 DNA为 模 板 ， 在 依 赖 于 DNA的 RNA聚 合 酶 催 化 下 ， 以 4种 NTP（ ATP、 CTP、 GTP和 UTP） 为 原 料 ， 合 成RNA的 过 程 。 编码链 （ 非 编 码 链 ） 转 录 的 基 本 过 程1. 模板识别: 2. 转录起始：3. 通过启动子：4. 转录延伸： GCAGTACATGTC 5 533 DNACGTCATGTACAG编码链模板链 GCAGUACAUGUC mRNA转录模板 模 板 链 并 非 永 远 在 同 一 条 单 链 上转 录 方 向53 35模 板 链编 码 链 编 码 链模 板 链 转 录 方 向DNA分 子 上 转 录 出 RNA的 区 段 ， 称 为 结 构 基 因 。结 构 基 因 ： 1.1、转录酶 1.2、转录启动 1.3、转录延伸 1.4、转录终止1、原核生物转录的过程 大 肠 杆 菌 RNA聚 合 酶 的 组 成（ 1） 全 酶 (holoenzyme) 由 4种 (5个 )亚 基 2 组 成（ 2） 核 心 酶 (core enzyme) 2 ，（ 3） 亚 基 亦 称 因 子 （ factor)转 录 辅 助 因 子 1.1.1 全 酶 （ Holo Enzyme） 用 于 转 录 的 起 始 依 靠 空 间 结 构 与 DNA模 板 结 合 ( 与 核 心 酶 结 合 后 引 起 的 构 象 变 化 ) 专 一 性 地 与 DNA序 列 (启 动 子 )结 合 结 合 常 数 ： 1014 mol 半 衰 期 ： 数 小 时 （ 10 7 mol 1秒 以 下 ） 转 录 效 率 低 ， 速 度 缓 慢 （ 的 结 合 ） 1.1.2、 核 心 酶 （ Core Enzyme） 作 用 于 转 录 的 延 伸 过 程 依 靠 静 电 引 力 与 DNA模 板 结 合 （ 蛋 白 质 中 碱 性 基 团 与 DNA的 磷酸 根 之 间 ） 非 专 一 性 的 结 合 （ 与 DNA的 序 列 无 关 ） 结 合 常 数 ： 1011 mol 半 衰 期 ： 60秒 转 录 起 始 过 程 RNA聚 合 酶 的 结 构 变化 全酶核心酶u亚 基u2uuu 功 能 决 定 哪 些 基 因 被 转 录 结 合 底 物 ， 形 成 磷 酸 二 酯 键 （ 催 化 ） 结 合 模 板 （ 开 链 ） （ 核 心 酶 参 与 转 录 全 过 程 ） 识 别 起 始 点 启 动 子 （ 延 长 时 脱 落 ） 1.1.3、各 亚 基 的 功 能因 子 核 心 酶 的 组 建 因 子 促 使 RNApol 与 DNA模 板 链 结 合 2 2 前 端 因 子 使 模 板 DNA双 链 解 链 为 单 链 尾 端 因 子 使 解 链 的 单 链 DNA重 新 聚 合 为 双 链 因 子 和 因 子 的 作 用 促 进 RNA链 的 延 伸 ， 起 到 催 化 作 用 完 成 之 间 的 磷 酸 酯 键 的 连 接 Editing功 能 （ 排 斥 与 模 板 链 不 互 补 的 碱 基 ） 参 与 RNA非 模 板 链 （ sense strand） 的 结 合 （ 充 当 SSB） 与 Rho （ ） 因 子 竞 争 RNA 3 end 因子 因 子 可 重 复 使 用 修 饰 RNApol构 型 使 全 酶 能 识 别 启 动 子 的 ( 35区 ), 并 通 过 与 模 板 链 结 合 不 同 的 因 子 识 别 不 同 的 启 动 子E.coli 中 有 四 种 因 子 （ 70、 32、 54、 28） 枯 草 杆 菌 中 有 11种 因 子 （因子的更替对转录起始的调控） Sigma 70 负 责 大 部 分 大 肠 杆 菌 基 因 的 转 录 ， 由 rop D基 因 所 编 码 .Sigma 32 在 大 肠 杆 菌 处 于 高 温 环 境 时 ,识 别 热 休 克 基 因 的 启 动 子 ，由 rop H基 因 编 码 .Sigma 54 参 与 有 关 氮 代 谢 相 关 基 因 的 转 录 . 1.2、 启 动 子 A 原 核 生 物 启 动 子 的 特 点 (1)结 构 典 型 ,都 含 识 别 （ R),结 合 （ B)和 起 始 （ I） 位 点 ; (2)序 列 保 守 ; (3)位 置 和 距 离 都 比 较 恒 定 ； -35 -10 转 录 起 点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp 大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52 T89A89T50A65A100 原 核 生 物 启 动 子 的 特 点 (1)直 接 和 多 聚 酶 相 结 合 ； (2)常 和 操 纵 子 相 邻 ； (3)位 于 基 因 的 5端 ； (4)决 定 转 录 的 启 动 和 方 向 。 -10序 列 是 由 Pribnow和 Schaller（ 1975） 发 现 ， 故 也 称 为Pribnow框 盒 （ Pribnow box） 。 RNA聚 合 酶 的 牢 固 结 合 位 点 保 守 序 列 为 T80A95T45A60A50T99 (数字表示该位置碱基在目前所有已知的启动子中出现的频率（%）)位 于 -10bp左 右 ， A.T较 丰 富 ， 易 于 解 链 。 其 功 能 是 : (1) RNA pol紧 密 结 合 。 (2) 形 成 开 放 启 动 复 合 体 。 (3) 使 RNA pol定 向 转 录 。 lTATAAT AATAAT， 转 录 效 率 下 降 ,称 为 下 降 突 变 （ down mutation） 。lTATGTT TATATT， 转 录 效 率 上 升 ， 为 上 升 突 变 （ up mutation） 。 l-35序 列 又 称 为 Sextama盒 （ Sextama box） ， RNA聚 合 酶的 松 弛 （ 初 始 ） 结 合 位 点l其 保 守 序 列 为 （ T82T84G78A65C54A45 ）l其 功 能 是 :(1) 为 RNA pol的 识 别 位 点 。 亚 基 识 别 -35序 列 ， 为 转 录 选 择 模 板(2)-35和 -10序 列 的 距 离 是 稳 定 的 ， 此 与 RNA pol的 结 构 有关 。 很大程度上决定了启动子的强度 -10区 和 -35区 的 间 距 在 90%的 原 核 生 物 启 动 子 为 16到 18bp。， 但 碱 基 的 数 目 即 该 距 离 的 长 短 却 是 至 关 重 要 的 。 适 宜 的 距离 可 以 为 RNA聚 合 酶 提 供 合 适 的 空 间 结 构 ， 便 于 转 录 的 起 始 。 间 距 上 的 突 变 种 类 ： 间 距 趋 向 于 17bp 上 升 突 变 间 距 远 离 17bp 下 降 突 变 1. 全 酶 与 模 板 的 DNA接触 ， 生 成 非 专 一 的 , 不稳 定 的 复 合 物 在 模 板 上移 动 ；2. 起 始 识 别 ： 全 酶 与 35序 列 结 合 ， 产 生 封 闭的 酶 -启 动 子 二 元 复 合 物 3. 全 酶 紧 密 地 结 合 在 -1 0 序 列 处 ， 模 板DNA局 部 变 性 ， 形 成开 放 的 启 动 子 二 元 复合 体4. 酶 移 动 到 第 一 个 NTP转 录 开 始 ,形 成 酶 -启动 子 -rNTP三 元 复 合体 50 -40 -30 -20 -10 1 10 20 30 起 始 复 合 体 含 因 子 覆 盖 7580bp 开 始 的 延 伸 复 合 体 丢 失 因 子 核 心 酶 已 离 开 35 55 区 域 普 通 的 延 伸 复 合 体 在 1520bp 处 形 成 R N A 酶 仅 覆 盖 3040bp 图 12-10 R N A 聚 合 酶 起 始 转 录 RNA链延伸过程亚 基 脱 落 ， RNApol聚 合 酶 核 心 酶 变 构 ， 与 模 板 结 合 松 弛 ， 沿 着 DNA模 板 前 移 ；在 核 心 酶 作 用 下 ， NTP不 断 聚 合 ， RNA链 不 断 延 长 。 蠕虫转录模型 RNA链延伸的暂停链 延 伸 速 度 不 恒 定 ， 在 DNA的 某 些 区 域 ， 转 录速 度 减 慢 或 停 止 (降 低 叫 Pause)， 常 发 生 在 富含 GC区 。 RNA链延伸的再次启动被停止的RNA聚合酶可再次启动；所有被终止的RNA聚合酶都可通过剪切RNA转录产物产生的3端来重新开始转录；切除反应需除RNA聚合酶以外的一些因子参与。 A stalled RNA polymerase can be released by cleaving the 3 end of the transcript. 终 止 过 程 ： 酶 停 止 添 加 底 物 释 放 RNA链 酶 解 离 终 止 反 应 杂 合 双 链 的 氢 键 断 裂 ， 重 新 形 成 双 螺 旋 ， 酶 的 解 离 。 终 止 子 （ terminator） ： 在 转 录 的 过 程 中 ， 提 供 转 录 终 止 信 号 的 DNA序 列 真 正 起 终 止 作 用 的 是 RNA序 列 与 启 动 子 不 同 原 核 生 物 的 终 止 子 1、 终 止 子 的 种 类 （ 1） 内 在 终 止 子 （ 不 依 赖 因 子 的 终 止 子 ） 体 外 实 验 中 ， 只 有 核 心 酶 和 终 止 子 就 足 以 使 转 录 终 止 （ 2） 依 赖 因 子 的 终 止 子 蛋 白 质 辅 助 因 子 因 子 存 在 时 ， 核 心 酶 终 止 转 录 内 源 性 终 止 子 的 基 本 结 构1) 二 级 结 构 中 的 发 夹 (长 度 7-20 bp; 发 夹 靠 近 基 部 通 常 有 一 个 G -C富 集区 ） 。2) 转 录 单 位 最 末 端 的 连 续 约 6个 U残基 组 成 的 片 段 。这 两 个 特 点 都 是 终 止 所 必 需 的 。 在 大 肠 杆 菌 基 因 组 中 ， 符 合 这 些标 准 的 序 列 约 有 1100个 （ 约 一 半 ） 。 终 止 需 要 的 DNA序 列 位 于 终止 位 点 序 列 之 前 ; RNA发 夹 结构 的 形 成 可 能 是 必 需 的 。 内 源 性 终 止 子 作 用 机 理 因 子 是 大 肠 杆 菌 的 一 种 基 本 蛋 白 质 ， 只 在 终 止 阶 段 发 挥 作 用 ， 由 6个 相 同 亚 基 组 成 。 作 为 RNA聚 合 酶 的 辅 助 因 子 行使 功 能 。 大 肠 杆 菌 中 的 -依 赖 型 终 止 子 占 所 有 终 止 子 的 一 半 左 右 。 Rho has an N-terminal RNA-binding domain and a C-terminal ATPase domain. A hexamer in the form of a gapped ring binds RNA along the exterior of the N-terminal domains. 因子的作用机理“热 追 踪 （ hot-pursuit） ” 模 型 ： 因 子 结 合 ： 最 初 结 合 到 RNA终 止 子 上 游 一 个 伸 展 的 （ 约 70个 核 苷 酸 ） 单 链区 。 因 子 移 动 ： 结 合 到 RNA上 后 ， 发 挥 ATP酶 活 性 以 提 供 在 RNA上 滑 动 的 能量 ， 直 到 它 到 达 RNA-DNA杂 合 链 区 域 (可 能 因 子 沿 RNA移 动 比 聚 合 酶 沿DNA移 动 的 速 度 快 )， 终 止 ： 因 子 发 挥 解 旋 酶 活 性 ， 使 双 链 体 结 构 解 开 。 终止转录RNA聚合酶转录DNARho terminates transcriptionRNA polymerase transcribes DNARho attaches to rut site on RNARho translocates along RNARNA polymerase pauses at hairpin and rho catches up Rho unwinds DNA-RNA hybidTermination: all components released 2、 真 核 生 物 的 转 录 和 原 核 转 录 的 不 同 点 ： (1) 原 核 只 有 一 种 RNA聚 合 酶 ， 而 真 核 细 胞 有 三 种 聚 合 酶 ； (2) 启 动 子 的 结 构 特 点 不 同 ， 真 核 有 三 种 不 同 的 启 动 子 和 有 关 的 元 件 ； (3) 真 核 的 转 录 有 很 多 蛋 白 质 因 子 的 介 入 。 真 核 生 物 的 RNA聚 合 酶RNA pol I RNA pol II RNA pol III分 布 核 仁 核 质 核 质亚 基 种 类 6 13 8 11 10 15分 子 量 500 600 550 650 600 700主 要 产 物 rRNA前 体 mRNA前 体 tRNA和 5SrRNA前 体最 适 Mg离 子 浓 度 20 5 10 5 10 - 鹅 膏 蕈 碱 不 敏 感 低 浓 度 敏 感 高 浓 度 敏 感Tagetitoxin 不 敏 感 高 浓 度 敏 感 低 浓 度 敏 感普 遍 性 转 录 因 子 约 3种 约 10种 至 少 4种 1、 转 录 时 ， 按 5 3方 向 合 成 RNA链 ；2、 底 物 为 4种 三 磷 酸 核 苷 酸 ： ATP， GTP， UTP 和 CTP；3、 不 需 要 引 物 ；4、 需 要 其 他 起 始 蛋 白 的 存 在 ， 聚 合 酶 才 能 与 启 动 子 结 合 并诱 导 起 始 ； 真 核 RNA聚 合 酶 的 活 性 三 种 RNApol 三 种 转 录 方 式 三 种 启 动 子 三 类 基 因 ， 类 类 类2 真 核 生 物 的 启 动 子 Pol I：核心元件和上游控制元件 Pol I 启 动 子 RNA Pol I SL1 TBP UBF1 1、 RNApol 的 启 动 子 结 构 最 复 杂 位 于 转 录 起 始 点 的 上 游 ， 有 多 种 元 件 ： TATA框 ， GC框 ， CAAT框 ， OCT等 ； 它 们 的 位 置 、 序 列 、 距 离 和 方 向 都 不 完 全 相 同 ； 有 远 距 离 的 调 控 元 件 存 在 ， 如 增 强 子 ； 这 些 元 件 常 起 到 控 制 转 录 效 率 和 选 择 起 始 位 点 的 作 用 不 直 接 和 RNA pol结 合 ； 需 多 种 转 录 因 子 介 入 。 表 哺乳动物RNA Pol 上游转录元件 元件 保守序列 结合DNA的长度 蛋白质因子TATAbox TATAAAA 10bp TBPCAAT box GGCCAATCT 22bp CTF/NF1GC box GGGCGG 20bp SP1Octamer ATTTGCAT 20bp Oct-1Octamer ATTTGCAT 23bp Oct-2KB GGGACTTTCC 10bp NFKBATF GTGACGT 20bp ATF B. Lewin:GENES .1997,Table 28.2 SV40 早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 CAAT GC TATA “混合和匹配”原则 TATA框又 称 Hogness框 ， Goldberg-Hogness框 ， 俚 语 称 为 金 砖（ Goldbrick）其 一 致 序 列 是 ： T85A97T93A85A63A83A50常 在 -25左 右 ， 相 当 于 原 核 的 -10序 列 。其 作 用 是 ： (1) 选 择 正 确 的 转 录 起 始 位 点 ， 保 证 精 确 起 始 ， 故 也 称 为 选 择 子 （ selector） 。 (2) 影 响 转 录 的 速 率 。 CAAT框 （ CAAT box） 位 于 75bp处 一 致 序 列 为 GGC/TCAATCT 前 两 个 G 的 作 用 十 分 重 要 (转 录 效 率 ) 增 强 启 动 子 的 效 率 、 频 率 ， 不 影 响 启 动 子 的 特 异 性 （ 距 转 录 起始 点 的 距 离 ， 正 反 方 向 ） 以 上 二 个 保 守 序 列 在 绝 大 多 数 启 动 子 中 都 存 在 GC框 （ GC box） 位 于 90bp附 近 ， 较 常 见 的 成 分 核 心 序 列 为 GGGCGG 可 有 多 个 拷 贝 ， 也 可 以 正 反 两 方 向 排 列 GC主 要 作 用 ： 框 负责 转 录 的 起 始 频 率 l 它 是 在 1981年 由 Benerji,Rusconi小 组 和 Chambom等 发 现 的 ， 又 称远 上 游 序 列l 其 特 点 是 ： 具 有 远 距 离 效 应 ， 增 强 转 录 的 起 始 。 无 方 向 性 。 顺 式 调 节 。 无 物 种 和 基 因 的 特 异 性 。 l增 强 子 为 什 么 具 有 远 距 离 作 用 呢 ？（ 1） 拓 扑 效 应 ； 拓 扑 效 应 说 认 为 增 强 子 的 作 用 是 诱 导 染 色 质 结 构 变 化 ， 使 核 小 体 产 生 DNaseI敏 感 区 。（ 2） 滑 动 模 型 ；（ 3） 成 环 模 型 。 其 他 元 件 八 聚 核 苷 酸 元 件 （ octamer element OCT元 件 ） 一 致 序 列 为 ATTTGCAT KB元 件 一 致 序 列 为 GGGACTTTCC ATF元 件 一 致 序 列 为 GTGACGT Pol III 启 动 子 小 结 ： 不 同 启 动 子 中 每 种 元 件 与 转 录 起 始 点 的 距 离 不 同 不 同 启 动 子 中 的 相 应 元 件 互 相 交 换 ， 形 成 的 杂 交 启 动 子 功 能 没 有 变化 ， 各 种 元 件 将 相 应 的 蛋 白 因 子 结 合 到 启 动 子 上 ， 组 成 起 始 复 合 物 ， 蛋 白 因 子 间 的 相 互 作 用 决 定 了 转 录 的 起 始 三 种 RNApol均 没 有 对 启 动 子 特 异 序 列 的 识 别 能 力 转 录 起 始 过 程 需 要 很 多 的 辅 助 因 子 (称 为 转 录 因 子 TF)参 与 , 并 且按 一 定 顺 序 与 DNA形 成 复 合 物 ， 协 助 RNApol定 位 于 转 录 起 始 点 ，RNA聚 合 酶 I、 II、 III， 分 别 称 为 TFI、 TFII和 TFIII真 核 生 物 转 录 的 起 始 真 核 生 物 转 录 的 开 始 Pol II启 动 子 Pol III 启 动 子TBP TFIIIB TFIIIC TBP RNA Pol III TBP Pol III 启 动 子 TFIIIB TFIIIC TBP RNA Pol III Pol I 启 动 子 SL1 RNA Pol I TBP Pol II 启 动 子 TFIID TATA 转录起始点 RNA Pol II UBF1 起 始 到 延 伸 的 转 变 始 于 第 一 个 磷 酸 二 酯 键 的 形 成 伴 随 着 DNA分 子 和 酶 分 子 构 象 的 变 化 延 伸 过 程 ： （ 1） 酶 与 产 物 RNA不 解 离 （ 2） 底 物 NTP不 断 加 到 RNA链 的 3-OH 端 （ 3） 核 小 体 发 生 移 位 和 解 聚 （ 4） 延 伸 位 点 不 断 地 接 受 新的 NTP， RNA链 不 断 延 伸 转录的终止 rRNA、 tRNA比 较 稳 定 半 衰 期 几 小 时 成 熟 分 子 和 转 录 产 物 的 差 别 ： 5单 磷 酸 三 磷 酸 分 子 大 小 异 常 碱 基 （ 二 ） 真 核 生 物 转 录 后 的 加 工 、 修 饰 真 核 生 物 mRNA的 结 构 特 点非编码区 AUG ORF框 UGAUAG Poly(A)尾巴帽子 编 码 区 1、 真 核 生 物 mRNA前 体 分 子 的 加 工 ：1） 5 帽 子 结 构 的 形 成 ； Cap：Gppp 5 + ppp5GpNpNp.m7G5ppp5GpNpNp.+ pp + p guanine-7-methyltransferase 三 种 帽 子 的 共 同 在 帽 1 中 可 被 甲 基 化 N H 2 位 置 C N O CH 3 N C CH C N HC C HN C N N CH O C O O O 2HN N N CH 2 O P O P O P O CH O O O 帽 1 位 置 OCH 3 O O P O CH 2 O 帽 2 位 置 OCH 3 O O P O O 图 13- m RN A 5 端 的 帽 子 位 置 和 可 被 甲 基 化 的 位 点 当 转 录 产 物 只 有 20-30nt时 ， 在 一 系 列 酶 的 作 用下 ， 在 转 录 产 物 的 5端加 上 “ 帽 子 ” 结 构 5 帽 子 结 构 的 功 能1） 有 助 于 翻 译 的 开 始 在 蛋 白 质 合 成 时 起 到 类 似 SD序 列 的 作用 ， 使 核 糖 体 小 亚 基 便 于 结 合 ；2） 保 护 RNA免 受 RNA外 切 酶 的 降 解 ；3） 为 成 熟 产 物 运 输 过 程 中 所 必 需 ；4） 促 进 转 录 。 2） 3 端 的 剪 切 和 多 聚 核 苷 酸 的 加 入 ；RNA末 端 腺 苷 酸 转 移 酶 （ poly(A) 聚 合 酶 ） 催 化前 体 ATP,形 成 poly(A) 但是要先由内切酶(360KDa)切除一段转录出来的RNA序列，内 切 酶 的 识 别 位 点 ： AATAAA加 尾 信 号 ： AATAAA 转 录 起 始 e lo n g a tio n 5 c a p A A U A A A s p lic in g P o ly ( A )p o ly m e ra s e 5 c a p A A U A A A A n 图 1 3 - m R N A 3 a d d itio n g o f P o ly ( A ) ta il c、 对 含 poly(A) 的 mRNA 失 去 poly(A) 可 减 弱 其 翻 译 （ 3） 与 翻 译 有 关 a、 缺 失 可 抑 制 体 外 翻 译 的 起 始 b、 胚 胎 发 育 中 ， poly(A) 对 其 mRNA的 翻 译 有 影 响 （ 非poly(A) 化 的 为 储 藏 形 式 ）poly(A)尾 巴 的 功 能 （ 1） 穿 过 核 膜 所 必 需 ； （ 2） 提 高 mRNA稳 定 性 。 （ 3） poly(A) 在 分 子 生 物 学 实 验 中 有 很 大 应 用 价 值 a、 也 可 将 oligo (dT) 与 载 体 相 连 ， 从 总 体 RNA中 分 离 纯 化 mRNAb、 用 寡 聚 dT（ oligo (dT)） 为 引 物 ， 反 转 录 合 成 cDNA 4）mRNA前体分子的剪接； 内含子的切除和外显子的连接 intron5 Pre-mRNAMature mRNA exton 2、 内 含 子 的 分 类 1982 Davies等 人 中 部 核 心 结 构 （ central core structure） :在 有 些 内 含 子 中 ， 含 有 4个 重 复 的 保 守 序 列 ， 长 度 为 10 20bp， 4个 保 守 序 列 构 成 一 种 二 级 结 构 ，在 拼 接 中 起 重 要 作 用 由 于 并 非 所 有 的 内 含 子 都 有 中 部 核 心 结 构 ， 所 以 有 了 内 含 子 的 分 类 类 内 含 子 （ group ） :含 有 中 部 核 心 结 构 的 细 胞 器 基 因 核 基 因 类 内 含 子 （ group ） :不 含 有 中 部 核 心 结 构 细 胞 器 线 粒 体 基 因 内 核 基 因 类 内 含 子 （ group ） :具 有 GU AG 特 征 的 边 界 序 列 ， 称 为“ G U AG ”法 则 核 基 因 mRNA前 体 tRNA基 因 的 内 含 子 ： 均 位 于 tRNA 的 反 密 码 环 上 边界序列 核mRNA的剪接 剪接过程 转酯反应由剪接体催化形成 snRNP含有1-2中snRNA和数种蛋白质构成 RNA的剪接效果：可变剪接 4）RNA编辑 对 mRNA前 体 分 子 的 序 列 进 行 编 辑 。 C U A G mRNA编 辑 存 在 于 原 生 动 物 、 昆 虫 、 哺 乳 动 物 、 植 物 、 病 毒 和 非 细 胞 的 粘 菌 基 因 的 转 录 后 加 工 过 程 中 。 在 叶 绿 体 中 的 某 些 mRNA的 一 半 以 上 产 生 于 编 辑 过 程 。 RNA编 辑 产 生 的 基 因 称 为 隐 蔽 基 因 (cryptogenes):基 因 产 物的 结 构 不 能 从 基 因 组 DNA序 列 中 推 导 得 到 。 编 辑 过 程 性 质 举 例 机 制简 单 编 辑 单 碱 基 转 变 的 转 录 后调 节 CU转 换 ， 哺 乳 动 物 载 酯 蛋 白 AG转换 ， 哺 乳 动 物 谷 氨 酸 受 体 亚 基 和 5-羟 色氨 受 体 。 编 辑 也 发 生 在 内 含 子 CU转换 ， 在 植 物 细 胞 器 中 特 殊 的 胞 嘧 啶 脱 氨 酶 修 饰 由 双 链 RNA脱 氨 酶 将 腺 嘌呤 转 变 成 次 黄 嘌 呤 。 发 现 三 个 基 因 不 清 楚 插 入 编 辑 插 入 单 个 核 苷 酸 或 少量 核 苷 酸 的 丢 失 ， 协同 转 录 副 粘 病 毒 P基 因 转 录 时 G的 插 入 转 录 链 的 跳 格 编 辑 序 列 由 外 源 反 义 引 导 RNA（ gRNA） 提 供 ， gRNA在 编 辑 体 （ editosome）核 蛋 白 颗 粒 中 与 前 编 辑 mRNA配 对 ， 鉴 别 作 为 错 配的 位 点 进 行 编 辑 。 GRNA有 多 尿 嘧 啶 尾 巴 ， 提 供以 35极 性 插 入 的 尿 嘧 啶 泛 编 辑 插 入 /缺 失 多 个 尿 嘧啶 核 苷 酸 ， 转 录 后 插入 多 个 胞 嘧 啶 U插 入 /缺 失 在 椎 虫 动 基 体 mRNA（ 参 见动 机 体 DNA） C插 入 至 少 在 四 种Phisarum Polycephalum的 线 粒 体mRNA中 不 清 楚多 聚 腺 嘌 呤 编辑 在 转 录 本 末 端 加 腺 嘌呤 完 善 终 止 密 码 子 脊 椎 动 物 线 粒 体 mRNA的 多 聚 腺 苷 酸 化 缺 少 终 止 密 码 子 的 前 体 mRNA被 多 聚 腺 苷 酸 化 ， 由第 一 或 第 二 个 腺 嘌 呤 提 供 缺 少 的 信 息 2、 真 核 rRNA前 体 的 加 工 I型 内 含 子剪 接 型 核 酶 II型 内 含 子 锤 头 核 酶剪 切 型 核 酶 发 夹 核 酶 自 体 催 化 丁 型 肝 炎 病 毒 （ HDV)核 酶 RNaseP 异 体 催 化 二 、 核 酶 的 分 类 1.剪 接 型 核 酶 剪 接 型 核 酶 的 作 用 机 制 是 通 过 既 剪 又 接 的 方 式 除去 内 含 子 （ Intron)。 I型内含子和II型内含子 p 3 HO-G p3 pP-GOHp P-G 3 HO 类内含子的剪接机制Mg 2+或 Mn 2+ GMP,GDP,GTP外 显 子 内 含 子 或 居 间 序 列 （ Intervening sequence,IVS)5 p 2 HO-Ap p-A p3OHp P-A HO 3 类内含子的剪接机制Mg 2+套 环 的 形 成5 3外 显 子 连 接 2.剪 切 型 核 酶 这 类 RNA进 行 自 身 催 化 的 反 应 是 只 切 不 接 。1） 自 体 催 化 剪 切 型 ， tRNA切 割 过 程 中 用 到 的 RNaseP, 由蛋 白 质 和 M1RNA组 成 ， 在 高 盐 浓 度 的 Mg2+的 作 用 下 ， M1RNA可 单 独 对 tRNA5端 进 行 切 割 ， 若 加 入 蛋 白 质 组 分 ，催 化 活 性 增 强 。 （二）核酶的基本结构锤头型核酶的结构示意图 Thank you for your attention 模 板 链 并 非 永 远 在 同 一 条 单 链 上转 录 方 向53 35模 板 链编 码 链 编 码 链模 板 链 转 录 方 向DNA分 子 上 转 录 出 RNA的 区 段 ， 称 为 结 构 基 因 。结 构 基 因 ： Rho has an N-terminal RNA-binding domain and a C-terminal ATPase domain. A hexamer in the form of a gapped ring binds RNA along the exterior of the N-terminal domains. 三 种 RNApol 三 种 转 录 方 式 三 种 启 动 子 三 类 基 因 ， 类 类 类2 真 核 生 物 的 启 动 子 真 核 生 物 转 录 的 开 始 Pol II启 动 子