第四讲RNA生物合成-PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四讲,RNA,的生物合成,1.,原核生物,mRNA,的特征,（,1,）原核生物,mRNA,的半衰期短。,（,2,）许多原核生物,mRNA,可能以多顺反子的形式存在。,后面几个顺反子的翻译起始会受到其上游顺反子结构的调控（图,3-1,9）,（,3,）原核生物,mRNA,的,5,端无帽子结构，,3,端没有或只有较短的,polyA,结构。,原核生物起始密码子,AUG,上游,7-12,个核苷酸处有一个被称为,SD,序列的保守区，因为该序列与,16S rRNA 3,端反向互补，所以被认为在核糖体,mRNA,的结合过程中起作用。,四、原核与真核,mRNA,特征比较,帽子,结构,有三种,0类帽子：,m,7,GpppX，,真核单细胞生物，如；酵母。,1,类帽子,：,m,7,GpppXm,真核普遍存在。,2,类帽子,：,m,7,GpppXmpYm，10 15%,的真核有此结构。,形成：帽子结构在剪切前已形成。,2.,真核生物,mRNA,特征,（,1,）,5,端存在 帽子结构,（1）使,mRNA,免遭核酸酶的破坏。（2）有帽子结构的,mRNA,更容易被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。,作用,：,图4 25,（2）绝大多数真核生物3,端,具有多聚,A,尾巴形式,mRNApoly(A),+,示有,poly;mRNApoly(A),-,示无,poly,polyA,是在,polyA,合成酶,作用下逐个凑加的。,1,5-30bp,AAUAAA,+,nATP,mRNA,polyA,合成酶,PP,i,AAUAAA,AAAAA AAAA,AAUAAA,为,poly(A),附加的识别序列。,poly A,的作用：,（1）是,mRNA,由细胞核进入细胞质所必需的形式，它大大提高了,mRNA,在细胞质中的稳定性。（2）可用于,cDNA,的合成。,RNA,加工过程及其生理功能,加帽反应,mRNA,从细胞核向细胞质转运，翻译起始,加工过程 推测的生理功能,加,polyA,反应 转录终止，翻译起始和,mRNA,降解,RNA,的剪接 从,mRNA,tRNA,和,rRNA,分子中切除内含子,RNA,的切割 从前体,RNA,中释放成熟,tRNA,和,rRNA,五、内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰,1.RNA,中的,内含子,内含子：在,RNA,原初转录本中被切除，而最终不表达的片段。,外显子：在,RNA,原初转录本中剪接中保留并连在一起最终表达的片段。,部分人类基因中内含子序列所占的比例分析,基因 长度,/kb,内含子数量 内含子所占比例,胰岛素,1.4 2 67,-,球蛋白,1.4 2 69,血清蛋白,18 13 89,胶原蛋白组分,31 117 71,因子,186 25 95,萎缩性肌强直因子,2400 78,99,5,A,B,C,D,E,F,G,3,DNA,mRNA(cDNA),卵清蛋白基因与,cDNA,的杂交。,RNA,加工过程及其生理功能,加帽反应,mRNA,从细胞核向细胞质转运，翻译起始,加工过程 推测的生理功能,加,polyA,反应 转录终止，翻译起始和,mRNA,降解,RNA,的剪接 从,mRNA,tRNA,和,rRNA,分子中切除内含子,RNA,的切割 从前体,RNA,中释放成熟,tRNA,和,rRNA,不连续基因：真核生物在编码多肽链的核苷酸序列中间存在着与氨基酸编码无关的,DNA,序列，即一个基因编码序列被分隔成不连续的若干区段，称为真核生物的不连续基因。,不连续基因由外显子和内含子交替排列组成：,外显子：编码蛋白质的序列。,内含子：初级转录产物,hnRNA,加工产生成熟,mRNA,时被切除的间隔序列。,2.RNA,剪接,内含子的可能功能：,内含子通过启动子、起始位点的碱基配对，可以阻止或增强,RNA,聚合酶的作用；,内含子具有各种剪接信号，不同的细胞可以选择不同的拼接点，对外显子进行有选择地拼接，形成不同的成熟,mRNA,；,内含子也许有自已特定的蛋白质编码。,切除内含子的过程称为,RNA,的剪接,RNA,的三种剪接方式：,自我剪接内含子 能够自发地进行剪接，又分为,型内含子和,型内含子两个亚类。,由蛋白酶参与剪接的内含子 主要在,tRNA,前体中发现。,由,snRNP,参与剪接的内含子 存在于绝大多数真核细胞的蛋白质基因中。,（什么是“,snRNP”,？,在真核生物的细胞核中，含有大量的小分子,RNA,，在天然状态下，它们以核糖核蛋白粒子形式存在，称为,snRNP,。）,mRNA,前体中的内含子的保守序列,（,1,）,GU-AG,法则，,Chambon,法则,多数细胞核,mRNA,前体中内含子的,5,边界序列为,GU,，,3,边界序列为,AG,。因此，,GU,表示供体衔接点的,5,端，,AG,代表接纳体衔接点的,3,端。这种保守序列模式称为,GU-AG,法则，又称为,Chambon,法则。,（,2,）外显子与内含子交界处的序列，内含子内部的部分序列也可能参与内含子的剪接。,A/CAG GUPuAGU A Py rich AG G,5,3,5,剪接位点 分支点,3,剪接位点,外显子 内含子 外显子,图 脊椎动物,mRNA,前体中常见的内含子剪接所必需的保守序列,许多发生分叉剪接的核,mRNA,内含子,3,端上游,18-50,个核苷酸处，存在一个序列,Py,80,NPy,87,Pu,75,APy,95,，其中,A,为百分之百保守。,3.,剪接体进行的,mRNA,的剪接,核内,mRNA,原始转录产物的剪辑方式可能是最常见的。在这一模式中，,RNA,的剪辑需要特异性,RNA-protein-,复合物,small nuclear rebonucleoproteins,（,snRNP,）和,small nuclear RNAs,（,snRNAs,）。已经发现至少有,5,种,snRNAs-U1,，,U2,，,U4,，,U5,，,U6,。,剪切位点特征：,b.,无互补。,c.,位于内含子和外显子交界处。,d.,以,GU,开始，以,AG,告终。,AG,上游,外显子,GUAAGU,A,分支点,UACUAAC（,酵母）,(,P,Y,),n,NCAG,G,下游,外显子,5,剪接位点,3,剪接位点,a.,是保守序列，有共同的结构基元：5,AGGUAAGU。,免疫球蛋白,1,内含子,UCAG GUCAGC UUGCAG GGGC,表4-3 剪接区序列,基因区域 外显子 内含子 外显子,卵清蛋白内含子2,UAAG GUGAGC UUACAG GUUG,卵清蛋白内含子3,UCAG GUACAG AUUCAG UCUG,珠蛋白内含子1,GCAG GUUGGU CCUUAG GCUG,珠蛋白内含子2,CAGG GUGAGU CCACAG UCUC,起始 终止,SV,40,病毒早期,T-,抗原,UAAG GUAAAU UUUUAG AUUC,真核生物,mRNA,前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在内含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基，它的,2-OH,可以自动攻击内含子,5,端与外显子,1,连接的磷酸二酯键，切开了外噗子,1,，而腺苷酸原来已有,3,，,5-,磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此,3,，,5-,磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索，已被切下的外显子,1,的,3-OH,攻击内含子,3,末端与外显子,2,之间的,3,，,5-,磷酸二酯键，键断裂后，内含子以套索的形式被节下来，此时外显子,1,和外显子,2,可以连接起来（图）。,核,mRNA,前体的剪接机制：,U1snRNP,结合于内含子的,5,端；,U2snRNP,结合到内含子的分支点上；,U5snRNP,结合到内含子的,3,端，,U4/U6snRNP,结合于,U5,；,U1,和,U2,结合，形成套索,RNA,结构；,U4,释放，内含子左侧切断，,5,外显子作为独立片段释放；,内含子的,3,剪接点切断，形成套索内含子，游离出来；,5,外显子和,3,外显子连接形成成熟,mRNA,。,U1,U2AFs,U1 snRNP,U2 snRNP,U2,内含子的变位剪接：在个体发育或细胞分化时可以有选择地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性,mRNA,，称为内含子的变位剪接。,例如：果蝇中与性别分化相关基因的特异性剪接。,没有,SXL,蛋白的合成,SXL,蛋白合成,2 3 4,SXL,1 2,1 2,1,2,U2AF,65,1 2,1 Part of 2,没有,TRA,蛋白的合成,TRA,蛋白的合成,果蝇中与性别分化相关基因产物的特异性剪接过程,3 4 5,3 5,4,雄性特异的,DSX,蛋白,雌性特异的,DSX,蛋白,3 5,Sxl pre-mRNA,tra pre-mRNA,dsx pre-mRNA,雄性,雌性,SR,蛋白,核酶的发现,最早认为,RNA,的剪接由蛋白质（酶）进行。,实验1：材料，四膜虫,26,S rRNA,6.4,kb,的,RNA,前体,（,rRNA),（,rRNA,加工过程慢）,分析：是否,RNA,前体中混有某种蛋白？,细胞提取液（未加）,414,nt（,内含子）,GTP,4.I,类和,II,类内含子的剪接,实验2：用重组,DNA,制备,RNA,前体,重组,DNA,in vitro,转录,RNA,前体,GTP,414,nt,26,S rRNA,结论：,RNA,具有自我剪接能力，称之为,Ribozyme.,1986年获诺贝尔奖,I,类内含子的剪切机制,剪接反应由2个转酯反应完成（四膜虫、细菌）。,a.,第一个转酯反应由 一个游离的鸟苷或鸟苷酸介导，,鸟苷或鸟苷酸,3,-OH,作为亲核基团攻击内含子5,的磷酸二酯键，从上游切开,RNA,链。,b.,上游外显子3,-,OH,攻击内含子,3,位核苷酸上的,磷酸二酯键，使外显子1和外显子2联结。,c.,释放内含子环。,Group I,内含子切除体系,II,类内含子的剪切机制,细胞内定位,：存在于真核生物的线粒体和叶绿体,rRNA,基因中,特点,：转酯反应无需游离鸟苷酸或鸟苷。,过程：,a.,由内含子本身的靠近,3,端的腺苷酸,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,链后形成套索结构。,b.,再由上游外显子的自由,3,OH,作为亲核基团攻击内含子,3,位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开。,c.,上下两个外显子通过磷酸二酯键相连。,Group II,内含子切除体系,剪切位点突变导致地中海贫血症（,thalassemia),地中海贫血症起因于血红蛋白合成缺陷。,此类贫血症中有一类是异常剪接引起。,mRNA,前体中的内含子（,intron),必须精确的剪切掉，剪切位置发生一个核苷酸的差异，即会导致阅读框（,reading frame),的改变，从而合成非功能蛋白。,-,珠蛋白的第一内含子发生突变，突变位点发生在正常3剪接位点上游，离位点20个,N,处。,正常人是,G，,病人是,A，,即,G A。,从而导致产生了一个新的3剪接位点（原位点上游），新剪切位点剪切，使,mRNA,中密码子变化。在新剪切点后的第7个密码子是蛋白质合成的终止密码。结果是合成不正常的血红蛋白,-,亚基，导致贫血症。,贫血病人 5,CCTATTAGTCTATTTTCCACCCTTAGGCTGCTG 3,正常人 5,CCTATTGGTCTATTTTCCACCCTTAGGCTGCTG 3,内含子区 外显子,核酶发现的意义,生命的最初形式可能是,RNA，,其兼有,DNA,和蛋白质的功能。,在进化过程中,作为遗传模板的功能让位于,DNA（RNA,不稳定）,作为催化剂的功能让位于蛋白质。,c.,利用其机制，设计合成特异性切割病毒,RNA,或其它,RNA,的核酶，以便于治疗包括爱滋病、癌症在内的疾病。,核酶的类型：,a.,剪切型,b.,剪接型,2.RNA,的编辑、再编码及化学修饰,（,1,）,RNA,的编辑,RNA