生物合成與加工

1、關(guān)于生物合成和加工第一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 內(nèi) 容 第一節(jié) DNA指導(dǎo)下RNA的合成第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄后的加工第三節(jié) RNA指導(dǎo)下的RNA和DNA的合成第二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月遺傳信息傳遞的 中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA第三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) DNA指導(dǎo)下RNA的合成 轉(zhuǎn)錄（transcription）：生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程，轉(zhuǎn)錄是通過(guò)DNA的指導(dǎo)下的RNA聚合酶的催化實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的RNA有多種，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA 和 scRNA。 轉(zhuǎn)錄從DNA模板

2、的特定位點(diǎn)開(kāi)始，并在一定的位點(diǎn)終止,此轉(zhuǎn)錄區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)轉(zhuǎn)錄單位。 轉(zhuǎn)錄的起始是由DNA的啟動(dòng)子（promoter)控制的，控制中止的部位稱中止子（terminator)。第四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶反應(yīng)式： n1ATP RNA polymerase n2GTP n3CTP DNA, Mg2+(or Mn2 +) n4TTP RNA +(n1+n2+n3+n4)PPi從聚合反應(yīng)的化學(xué)本質(zhì)、極性和模板的使用這三方面來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)錄與復(fù)制是相同的。但是，也存在三個(gè)主要不同點(diǎn)： A轉(zhuǎn)錄中不需要RNA引物、以4種三磷酸核糖核苷（NTP）為 底物 ； B轉(zhuǎn)錄反應(yīng)一般

3、只用一小段DNA做模板； C在轉(zhuǎn)錄區(qū)，一般都只有一條DNA鏈可以作為模板。 第五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 啟動(dòng)子 終止子 模板鏈（負(fù)鏈，反意義鏈）編碼鏈（正鏈，有意義鏈）非信息區(qū)DNA5533兩股DNA單鏈中只有一股可轉(zhuǎn)錄,可作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA的一股稱為模板鏈,對(duì)應(yīng)的一股互補(bǔ)鏈稱為編碼鏈。能轉(zhuǎn)錄出mRNA然后指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的部分稱為結(jié)構(gòu)基因。其余的DNA可能轉(zhuǎn)錄(rRNA,tRNA),也可能不轉(zhuǎn)錄。不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄:DNA分子上一股可轉(zhuǎn)錄,另一股不轉(zhuǎn)錄;模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。第六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大腸桿菌RNA聚合酶（456 kD)核心酶(2)起始因

4、子 酶的裝配與啟動(dòng)子上游元件和活化因子結(jié)合s 識(shí)別啟動(dòng)子，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始w -?全酶(2 ) w2 Zn結(jié)合核苷酸底物催化磷酸二酯鍵形成和模板DNA結(jié)合催化中心第七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄泡，17bp雜交體，8bp酶的移動(dòng)方向大腸桿菌RNA聚合酶進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄第八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA合成過(guò)程起始(pppG or pppA)雙鏈DNA局部解開(kāi)磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長(zhǎng)階段53RNA 啟動(dòng)子（promoter) 終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553NusA離開(kāi)識(shí)別NusA第九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

5、6月大腸桿菌RNA聚合酶與DNA的相互作用 第十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月真核生物的RNA聚合酶 三種RNA聚合酶,它們專一地轉(zhuǎn)錄不同的基因,其轉(zhuǎn)錄過(guò)程和產(chǎn)物各不相同。三種RNA聚合酶對(duì)鵝膏覃堿的敏感性反應(yīng)不同。 snRNA U6, scRNAr 5s-rRNA(5.8,18,28S RNA)第十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子 啟動(dòng)子( promoter)是指RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。 RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional

6、 factor)。 利用足跡法(footprint)和DNA測(cè)序法可以確定啟動(dòng)子的序列結(jié)構(gòu)。 第十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月足跡法確定啟動(dòng)子序列第十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大腸桿菌啟動(dòng)子共有序列AGTCTTGACATATATAAATAACTGTTTAPribnow框-10-35識(shí)別區(qū)16-19bp5-9bp起點(diǎn)頻度： T89 A95 T45 A60 A50 T95有助于DNA局部雙鏈解開(kāi)提供了RNA聚合 酶識(shí)別的信號(hào)頻度：T82 T84 G78 A65 C54 A45第十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022

7、年6月 真核啟動(dòng)子分為類型I、II、III，分別由RNA pol I、II、III進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。類型I、III啟動(dòng)子種類有限，分別控制rRNA前體基因和小分子RNA的轉(zhuǎn)錄。類型I(RNA聚合酶I)啟動(dòng)子 控制rRNA前體基因的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)加工后生成各種成熟的rRNA。第十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月類型I啟動(dòng)子由兩部分保守序列組成：核心啟動(dòng)子: 位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近（4520）。上游控制元件（UCE）: 位于180107。兩部分都富含GC。 RNA聚合酶I的轉(zhuǎn)錄還需要兩種輔助因子參與: UBF1: 可結(jié)合在兩部分富含GC區(qū) SL1：四聚體，含一個(gè)TBP和3個(gè)轉(zhuǎn)錄輔助因子TAFI,

8、 結(jié)合在UBF1上, SL1 類似于細(xì)菌的s因子。第十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 類型II啟動(dòng)子 類型II啟動(dòng)子涉及眾多蛋白質(zhì)基因的表達(dá)控制。包括4類控制元件： 基本啟動(dòng)子 起始子 上游元件 應(yīng)答元件由相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別：通用因子、上游因子、 可誘導(dǎo)因子 基本啟動(dòng)子序列中心在-25至-30左右，7 bp保守區(qū)。稱TATA框（TATA box）或Goldberg-Hogness框。 A63 A60 T82A97T93 A85A82 T37 T37第十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月通用（基本）轉(zhuǎn)錄因子 通用轉(zhuǎn)錄因子（TFIIX）:指在啟動(dòng)子部位與RNA聚合酶II形成

9、起始復(fù)合物（作用于基本啟動(dòng)子），啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)因子，含量豐富，種類較少，為所有類型II啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄所必需。 轉(zhuǎn)錄因子 亞基數(shù) 分子量 功能第二十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶II和轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)子上的裝配(TATA binding protein)第二十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 TATA框是RNA Pol II和通用因子形成起始復(fù)合物的主要裝配點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)處有一保守序列稱起始子（initiator, Inr)， DNA在此解開(kāi)并開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，其共有序列為： Py PyAN Py PyTA+1第二十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CA

10、AT框 中心在-75處，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT功能：與RNA聚合酶結(jié)合 GC框 在CAAT框上游，序列GGGCGG，與某些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。 CAAT和GC框均為上游序列，對(duì)轉(zhuǎn)錄的起始頻率有較大影響。 真核生物與細(xì)胞類型和發(fā)育階段相關(guān)的的基因表達(dá)。主要通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子的重新合成進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)外界刺激的快速反應(yīng)主要是通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活物的可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)。 上游調(diào)控元件第二十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月類別III啟動(dòng)子（為RNA pol III所識(shí)別） 涉及小分子RNA，如：5S和tRNA，scRNA的轉(zhuǎn)錄。它位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游，也就是基因內(nèi)部。5SrRNA基因boxA 中間元件 b

11、oxBboxA boxB 腺病毒VARNA基因 先由TFIIIA結(jié)合到boxA,然后促使TFIIIC結(jié)合，后者結(jié)合導(dǎo)致TFIIIB結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，并引導(dǎo)RNA pol III 結(jié)合在起點(diǎn)上。+55 +80第二十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 終止子和終止因子 提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列稱為終止子( terminator)。協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子（蛋白質(zhì)）則稱為終止因子 (termination factor)。 有的終止信號(hào)的作用可被特異的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越過(guò)終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，這稱為通讀(readthrough)，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)

12、稱為抗終止因子(antitermination factor)，如噬菌體N蛋白既是一種。 第二十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A. 不依賴于Rho（）的終止子B. 依賴于Rho（）的終止子富含G-C系列U識(shí)別終止子的輔助因子：NusA,B,E,G第二十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA Pol II NusARNAPol II NusA第二十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. RNA生物合成的抑制劑核苷酸合成抑制劑堿基和核苷酸類似物： 8-巰基嘌呤、 8-氮鳥(niǎo)嘌呤5-氟脲嘧啶（用于治療癌、白血病等）烷化劑：氮芥、磺酸酯、氮

13、丙啶等放線菌素：放線菌素D嵌合劑：溴乙錠與DNA模板結(jié)合的抑制劑 （抗癌、抗病毒藥物）RNA聚合酶的抑制劑抗生素:如利福平、利鏈霉素，抑制原核生物RNA合成肽類化合物：-鵝膏蕈堿，抑制真核生物RNA合成某些核酸代謝的拮抗劑和抗生素能抑制RNA的生物合成第二十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄后的加工 細(xì)胞內(nèi)由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物往往需要經(jīng)過(guò)一系列的變化，才能轉(zhuǎn)變成為成熟的RNA分子, 這一過(guò)程總稱之為RNA的成熟或轉(zhuǎn)錄后加工（post-transcriptional processing)。 鏈的裂解 5 、3端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成 核苷酸的修飾和糖苷鍵

14、的變化 拼接和編輯等過(guò)程第二十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 細(xì)胞內(nèi)的tRNA、rRNA相對(duì)穩(wěn)定，半衰期一般為幾個(gè)小時(shí)。所有的tRNA、rRNA都不是原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，都要經(jīng)過(guò)一系列的加工才能成為有活性的分子。原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5是三磷酸（pppG、pppA）， 而成熟的tRNA、rRNA ，5是單磷酸。成熟 tRNA、rRNA分子都比原初轉(zhuǎn)錄物小。所有的tRNA分子，都有原初轉(zhuǎn)錄物所沒(méi)有的稀有堿基（A、G、C、U以外的堿基）。第三十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 真核的mRNA多為單順?lè)醋?，壽命比原核mRNA的長(zhǎng)。含有多內(nèi)含子,在原初轉(zhuǎn)錄物中，通過(guò)RNA拼接反應(yīng)內(nèi)含子被去除

15、。原核mRNA為多順?lè)醋?，半衰期只有幾分鐘，一?jīng)轉(zhuǎn)錄即直接進(jìn)行翻譯，一般不需加工。但少數(shù)多順?lè)醋觤RNA需經(jīng)過(guò)核酸內(nèi)切酶作用，切成較小的單位后再進(jìn)行翻譯.如：核糖體大亞基蛋白L10和L7/L12與RNA Pol b、b亞基基因組成的混合操縱子。第三十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 原核生物RNA的加工 rRNA前體的加工 在原核生物中，rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子，可提高效率、節(jié)省空間。其它的tRNA基因也成簇存在，并與編碼蛋白質(zhì)的基因組成操縱子，它們?cè)谛问蕉囗樂(lè)醋愚D(zhuǎn)錄物后，斷裂成為rRNA和tRNA的前體，然后進(jìn)一步加工成熟。 第三十二張，PPT共八十九頁(yè)，

16、創(chuàng)作于2022年6月 E.coli共有三種rRNA 5S、16S 和23S rRNA rRNA原初轉(zhuǎn)錄物含6300個(gè)核苷酸，約30S。 E.coli有7個(gè)rRNA的轉(zhuǎn)錄單位（操縱子），它們分散在基因組的各處。每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位由16SrRNA、23SrRNA、5SrRNSA以及一個(gè)或幾個(gè)tRNA基因所組成。每個(gè)操縱子中tRNA基因的種類、數(shù)量和位置都各不相同。第三十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月甲基化作用專一核酸內(nèi)切酶30S前體P16pre-tRNAP23專一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA專一核酸外切酶大腸桿菌rRNA前體的加工P516S rRNAtR

17、NA23S rRNA5S rRNA甲基化EIII PIIIIII E III第三十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原核tRNA前體的加工 E.coli染色體基因組有60個(gè)tRNA基因，即某種a.a.的tRNA基因不只一個(gè)拷貝。tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA基因，或與蛋白質(zhì)基因組成混合轉(zhuǎn)錄單位。tRNA前體加工步驟：核酸內(nèi)切酶(RNaseP、RNaseF)在tRNA兩端切斷。核酸外切酶(RNaseD)從3端逐個(gè)切去附加序列。在tRNA3端加上-CCA-OH。核苷的修飾（修飾酶):甲基化酶/S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。第三十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

18、月tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列： 5端切除幾到10個(gè)核苷酸。b、末端添加：3-端添加CCA序列。RNaseFRNaseFRNasePRNasePRNaseDRNaseDACCc、修飾：形成稀有堿基如DH2 。表示核酸內(nèi)切酶的作用 表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示異構(gòu)化酶的作用 53第三十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月tRNA+CTP tRNA-C+PPitRNA-C+CTP tRNA-CC+PPitRNA-CC+ATP tRNA-CCA+PPi tRNA核苷酰轉(zhuǎn)移酶tRNA+SAM 甲基-tRNA+S-腺苷高半胱氨酸t(yī)RNA甲基化酶t

19、RNA假尿苷合成酶催化尿苷的糖苷鍵發(fā)生位移反應(yīng)，由尿苷的N1變?yōu)镃5。第三十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 真核生物RNA的加工 真核rRNA、tRNA前體的加工過(guò)程與原核的很相似，但mRNA的加工過(guò)程與原核的有很大不同。真核rRNA前體的加工 真核生物核糖體小亞基含：16-18S rRNA大亞基含：26-28S rRNA、5S rRNA、 5.8S rRNA（特有）。第三十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月真核rRNA基因拷貝數(shù)較多，幾十至幾千個(gè)之間，rRNA基因也成簇排列在一起。18S、5.8S、28S rRNA基因組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，彼此被間隔區(qū)分開(kāi)，由RNA聚

20、合酶I轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)長(zhǎng)的rRNA前體。5SrRNA基因也成簇排列，間隔區(qū)不被轉(zhuǎn)錄，由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄后經(jīng)適當(dāng)加工。哺乳動(dòng)物：45SrRNA前體 含18S、5.8S、 28SrRNA果蠅：38SrRNA前體 含18S、5.8S、28S rRNA酵母：37SrRNA 前體，17S、5.8S、26S rRNA第三十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 rRNA在成熟過(guò)程中可被甲基化，位點(diǎn)主要在核糖2-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，約1-2%的核苷酸被甲基化。 真核生物的核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場(chǎng)所，大、小亞基分別組裝后，通過(guò)核孔轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中參與核糖體循環(huán)。第四

21、十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 真核tRNA前體的加工真核tRNA基因的數(shù)目比原核tRNA的要多的多。例如，E.coli有60個(gè)tRNA基因，啤酒酵母250個(gè)，果蠅850個(gè)，爪蟾1150個(gè)，人1300個(gè)。真核tRNA基因也成簇排列，被間隔區(qū)分開(kāi)，tRNA基因由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄。真核tRNA前體的剪切、修飾過(guò)程與原核相似。第四十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月真核生物mRNA前體的加工 mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過(guò)程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。 hnRNA半壽期很短

22、，比細(xì)胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時(shí)。而細(xì)胞質(zhì)mRNA的半衰期為1-10小時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞mRNA最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)年。 hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過(guò)程主要包括：5末端形成帽子結(jié)構(gòu)3末端切斷并加上polyA剪接除去內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的序列甲基化第四十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5 “帽子”PolyA 3 順?lè)醋?cistron ) m7G5ppp5N1 pN2pAAAAAAA-OHmRNA的加工加帽子第四十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由于甲基化的程度不同，有三種類型的帽子：CAP O型：m7Gppp CAP I型

23、：N1核苷酸2-OH甲基化 CAP II型：N2核苷酸2-OH也被甲基化5帽子也出現(xiàn)于hnRNA，說(shuō)明加帽過(guò)程可能在轉(zhuǎn)錄的早期階段或轉(zhuǎn)錄終止前就已完成。5帽子的功能在翻譯過(guò)程中起信號(hào)識(shí)別作用，協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合，使翻譯從AUG開(kāi)始。保護(hù)mRNA，避免5端受核酸外切酶的降解。第四十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3端加polyA hnRNA鏈由RNase切斷，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP為供體。 高等真核生物和病毒的mRNA在靠近3端區(qū)都有一段非常保守的序列AAUAAA，這一序列離多聚腺苷酸加入位點(diǎn)的距離在11-30nt范圍之內(nèi)。 核內(nèi)hnRNA的3端也有多

24、聚腺苷酸，表明加尾過(guò)程早在核內(nèi)已經(jīng)完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略長(zhǎng)，平均150-200nt(mRNA 的polyA為：20-200)。第四十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月polyA的功能: 防止核酸外切酶對(duì)mRNA信息序列的降解， 起緩沖作用。 與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。mRNA甲基化 某些真核mRNA內(nèi)部有甲基化的位點(diǎn)，主要是在N6-甲基腺嘌呤（m6A）。第四十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. RNA的拼接、編輯和再編碼 大多數(shù)的真核基因都是斷裂基因，斷裂基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)物需要通過(guò)拼接，去除插入部分（即內(nèi)含子，intron），使編碼區(qū)（

25、即外含子，Exon）成為連續(xù)序列，這是基因表達(dá)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 RNA編碼序列的改變稱為編輯（ editing）， RNA編碼和讀碼方式的改變稱為再編碼（recoding）。 由于存在選擇性的拼接、編輯和再編碼，一個(gè)基因可以產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。第四十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA1977，Robert & Sharp 發(fā)現(xiàn)斷裂基因（1993年獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）第四十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 RNA的拼接和催化作用（內(nèi)含子的切除） 多數(shù)真核基因是斷裂基因，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過(guò)拼接，去除內(nèi)含子，使編碼區(qū)（外顯子）成

26、為連續(xù)序列。 有些內(nèi)含子可以催化自身的拼接（self-splicing）,有些內(nèi)含子需要在有關(guān)酶的作用下才能拼接。RNA的拼接有4種方式：類型I自我拼接：如：四膜蟲rRNA前體的拼接類型II自我拼接：如：植物葉綠體基因的拼接hnRNA的拼接核內(nèi)tRNA前體的酶促拼接第五十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA的拼接方式 類型I自我拼接 類型II自我拼接 核hnRNA的拼接體的拼接 核內(nèi)tRNA的酶促拼接GT AGU第五十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 類內(nèi)含子的剪接機(jī)制p 3 HO-GpMg 2+或Mn 2+GMP,GDP,GTP53外顯子I外顯子II3 pP-GOH5

27、p外顯子 P-G3HO15414 ntPOG-OH395 nt15 nt第五十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月類內(nèi)含子的剪接機(jī)制Mg 2+ p-A p3OH套環(huán)的形成pP-AHO 3外顯子連接p 2HO-Ap53第五十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月hnRNA剪接反應(yīng)是在剪接體（splicesome)上進(jìn)行的剪接體由5種U系列snRNA和50多蛋白質(zhì)組成（U1、U2、U4、U5、U6）與II型內(nèi)含子剪接相似，只是由剪接體完成真核生物所有編碼蛋白質(zhì)的核結(jié)構(gòu)基因，其內(nèi)含子的左端均為GT，右端均為AG。此規(guī)律稱GT-AG規(guī)律，對(duì)于mRNA就是GU-AG此規(guī)律不適合于線粒體、葉

28、綠體的內(nèi)含子，也不適合于tRNA和某些rRNA的核結(jié)構(gòu)基因hnRNA的拼接第五十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 真核細(xì)胞內(nèi)存在許多種類的小分子RNA，大小在100-300nt，有些由聚合酶III轉(zhuǎn)錄，有些由聚合酶II轉(zhuǎn)錄。 核內(nèi)小RNA（snRNA）主要存在于核內(nèi)，細(xì)胞質(zhì)小RNA（scRNA）主要存在于細(xì)胞質(zhì)。 重要的snRNA有U系列snRNA，因其尿嘧啶含量高而得名。U系列snRNA通常都與多肽或蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖核蛋白顆粒（RNP）。 U-snRNA參與hnRNA的拼接過(guò)程。U3-snRNA與rRNA前體的加工有關(guān)，U1、U2、U4、U5、U6都與hnRNA的加工有關(guān)。第五

29、十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月tRNA前體的拼接 酵母tRNA前體的拼接研究的最清楚。 酵母tRNA約有400個(gè)基因，有內(nèi)含子的基因約占1/10，長(zhǎng)度14-46bp，沒(méi)有保守性。 切除內(nèi)含子的酶識(shí)別的是tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，而不是保守序列。拼接過(guò)程：第一步切除內(nèi)含子第二步RNA連接酶將兩個(gè)tRNA半分子連接第五十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 酵母tRNAPhe及其前體的結(jié)構(gòu)第五十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酵母和植物tRNA前體的拼接過(guò)程第五十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月反式拼接 內(nèi)

30、含子的拼接一般都是發(fā)生在同一個(gè)基因內(nèi)，切除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接，稱為順式拼接（cis-splicing），但也有另一種情況，即不同基因的外顯子剪接后相互連接，此稱為反式拼接（trans-splicing）。 反式拼接的情況較為稀少，較典型的例子是錐蟲表面糖蛋白基因VSG(variable surface glycoprotein)，線蟲的肌動(dòng)蛋白基因（actin genes），和衣藻（Chlamydomonas）葉綠體DNA中含有的psa基因。第六十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月選擇性拼接（alternative splic

31、ing )一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過(guò)不同的拼接方式，得到不同的mRNA和翻譯產(chǎn)物，稱為選擇性拼接。所產(chǎn)生的多個(gè)蛋白質(zhì)即為同原體（isoform).第六十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（降鈣素類）（降鈣素相關(guān)蛋白,具有舒張血管作用）（甲狀腺）降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物 的選擇性加工第六十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA拼接的生物學(xué)意義 是生物有機(jī)體在進(jìn)化歷史中形成的，是 進(jìn)化的結(jié)果。 增加了基因產(chǎn)物。 是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)，是真核生 物遺傳信息精確調(diào)節(jié)和控制的一種方式。第六十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA編輯的不同類型和分布 編輯類型 機(jī)制 存在U的插入

32、與刪除 gRNA的轉(zhuǎn)酯反應(yīng) 錐蟲線粒體mRNAC、A或U的插入 多頭絨孢菌線粒體的 mRNA和tRNAG的插入 RNA聚合酶重復(fù)轉(zhuǎn)錄 副粘病毒的P基因C轉(zhuǎn)變?yōu)閁 酶促脫氫 哺乳類腸的Apo mRNAC轉(zhuǎn)變?yōu)閁或U轉(zhuǎn)變?yōu)镃 脫氫或氨基化 植物線粒體mRNA和tRNA 牛心線粒體tRNAA轉(zhuǎn)變?yōu)镮 脫氨 腦谷氨酸受體亞基mRNARNA的編輯DNA的正鏈序列 GA G A A mRNA的序列 GAU UGU AUA蛋白質(zhì)序列 Asp Csy Ile 錐蟲線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基IIRNA編碼序列的改變稱為編輯（ editing）。第六十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA的再編碼 在正

33、常情況下，mRNA的三聯(lián)體密碼子可以被的反密碼子識(shí)別， mRNA攜帶的遺傳信息得以正確表達(dá)，但是，基因的錯(cuò)義、無(wú)義和移碼突變，改變了編碼信息，使得蛋白質(zhì)的活性降低或喪失。 校正tRNA通常是一些變異的tRNA，它們或是反密碼子環(huán)堿基發(fā)生改變，或是決定特異性即個(gè)別堿基發(fā)生變化，從而改變了譯碼規(guī)則，故而使錯(cuò)誤的編碼信息受到校正。 這是mRNA再編碼的一種重要方式。第六十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基因間的校正突變GluH2NCOOH 第一個(gè)突變：由于DNA突變使mRNA分子中GAG變?yōu)閁AGGAG(Glu) UAG（終止密碼）H2NCOOHTyrH2NCOOH 第二個(gè)突變： tRN

34、A Tyr的反密碼子GUA突變成CUA突變tRNATyr可以將終止密碼 UAG讀作Tyr3-A-U-C- 5 5-U-A-G- 3突變tRNA Tyr 的反密碼子（正常時(shí)應(yīng)為3-A-U-G- 5）此終止密碼被讀作Tyr第六十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 此外，核糖體在mRNA上移動(dòng)時(shí)，在某些mRNA的一定位點(diǎn)上發(fā)生打嗝，由此改變閱讀框，此過(guò)程稱核糖體移碼(ribosomal frame shifting),或叫程序性閱讀框架移位（programmed reading frame shift),簡(jiǎn)稱翻譯移碼（translational frameshifting)。這一機(jī)制可以從

35、一個(gè)mRNA產(chǎn)生兩個(gè)或更多不同的蛋白質(zhì)。 有時(shí)核糖體在mRNA上還可發(fā)生跳躍，如：T4噬菌體基因60的mRNA，核糖體在其上移動(dòng)時(shí)跳過(guò)50個(gè)核苷酸片段。第六十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA編輯的生物學(xué)意義 消除移 碼突變等基因突變的危害 增加了基因產(chǎn)物的多樣性 與生物發(fā)育與分化有關(guān)，是基因調(diào)控的一 種重要方式第六十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. RNA生物功能的多樣性 RNA在遺傳信息的翻譯中起著決定作用。 RNA具有重要的催化功能和其它持家功能。 RNA轉(zhuǎn)錄后加工和修飾依賴于各類小RNA和其它蛋 白質(zhì)復(fù)合物。 RNA對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞功能具有重要調(diào)節(jié)作用。

36、 RNA在生物進(jìn)化中起重要作用。第七十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.RNA的降解 RNA降解是涉及到基因表達(dá)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 rRNA和tRNA是穩(wěn)定的RNA ，其更新率低； mRNA是不穩(wěn)定的RNA，其更新率非常高。因?yàn)閙RNA與其編碼基因的表達(dá)活性直接有關(guān)，不同的RNA需要以不同的速度進(jìn)行降解。脊椎動(dòng)物細(xì)胞mRNA的平均半衰期約為3 h, 細(xì)胞每一世代中各類mRNA約周轉(zhuǎn)10次。細(xì)菌mRNA的半衰期大約只有1.5min，以適應(yīng)快速生長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境作出快速反應(yīng)的要求。 所有細(xì)胞中都存在各種核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途徑首先是poly(A)尾巴的縮短，去

37、腺苷酸化能誘發(fā)脫去5端帽子結(jié)構(gòu)，然后由53方向和35 方向降解mRNA。第七十一張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) RNA指導(dǎo)下的RNA和DNA的合成 以RNA為模板合成RNA ，是病毒RNA的特殊繁殖方式。當(dāng)病毒RNA侵入寄主細(xì)胞后，這些病毒在RNA復(fù)制酶催化下即可自行復(fù)制產(chǎn)生新的病毒RNA。 RNA復(fù)制酶需要專一性的RNA模板，例如Q噬菌體的RNA復(fù)制酶只能用Q病毒RNA為模板，它不用寄主的RNA為模板。一.RNA的復(fù)制第七十二張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. 噬菌體QRNA的復(fù)制 噬菌體Q：直徑20nm的正十二面體，含30% RNA，其余為蛋白質(zhì)，單鏈RNA，

38、4500個(gè)核苷酸，編碼3-4個(gè)蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)：5端成熟蛋白（A或A2蛋白）外殼蛋白 （或A1蛋白）復(fù)制酶亞基3端Q復(fù)制酶：四個(gè)亞基，只有是自己編碼，其余三個(gè)亞基來(lái)自寄主細(xì)胞(:核糖體S1蛋白，：EF-Tu，：EF-Ts)。 進(jìn)入E.coli細(xì)胞后，其RNA即為mRNA，可以直接合成與病毒繁殖有關(guān)的蛋白質(zhì)（復(fù)制酶亞基）。 QRNA為正鏈RNA第七十三張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A. 負(fù)鏈的合成B. 正鏈的合成病毒的正鏈復(fù)制中間體復(fù)制中間體新合成的正鏈新合成的負(fù)鏈負(fù)鏈?zhǔn)删wQ的合成第七十四張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2. QRNA翻譯和復(fù)制的自我調(diào)節(jié) QRNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)

39、（雙螺旋區(qū)的結(jié)構(gòu)）參與翻譯的調(diào)節(jié)控制（1）只有剛復(fù)制的QRNA，成熟蛋白（A）基因才能翻譯。（2）核糖體能直接啟動(dòng)外殼蛋白基因的翻譯（3）復(fù)制酶亞基基因只有在外殼蛋白合成時(shí)雙鏈打開(kāi)才能進(jìn)行翻譯。 第七十五張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 QRNA的翻譯、復(fù)制受寄主細(xì)胞調(diào)節(jié)，以正鏈RNA為模板復(fù)制負(fù)鏈RNA時(shí)，另需寄主細(xì)胞的HF和HF因子。而以負(fù)鏈RNA 為模板復(fù)制正鏈RNA時(shí)，不需這兩個(gè)因子，感染后期大量合成的是正鏈RNA。第七十六張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3. 病毒RNA復(fù)制的主要方式 正鏈RNA病毒（mRNA）：噬菌體Q、灰質(zhì)炎病毒等 進(jìn)入寄主細(xì)胞后，利用寄主的

40、翻譯系統(tǒng)，首先合成復(fù)制酶及有關(guān)的蛋白質(zhì)，然后進(jìn)行病毒RNA的復(fù)制，最后由病毒RNA和蛋白質(zhì)裝配成病毒顆粒。 負(fù)鏈RNA病毒（帶有復(fù)制酶）：狂犬病毒等 此類病毒帶有復(fù)制酶，侵入后，復(fù)制酶首先合成出正鏈RNA（mRNA），再以正鏈RNA為模板，合成負(fù)鏈RNA及蛋白質(zhì)，然后裝配。第七十七張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 雙鏈RNA病毒（帶有復(fù)制酶）：呼腸孤病毒等 以雙鏈RNA為模板，在復(fù)制酶作用下先轉(zhuǎn)錄正鏈RNA（mRNA），從而翻譯出蛋白質(zhì)，然后合成負(fù)鏈RNA，形成雙鏈RNA，再包裝。 反轉(zhuǎn)錄病毒（含反轉(zhuǎn)錄酶）：白血病病毒、肉瘤病毒等致癌RNA病毒 正鏈RNA病毒，它們的復(fù)制需要經(jīng)過(guò)DN

41、A前病毒階段。不同RNA病毒合成mRNA的途徑第七十八張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二.RNA的逆轉(zhuǎn)錄作用概念:以RNA為模板合成DNA，這與通常轉(zhuǎn)錄過(guò)程中遺傳信 息從DNA到RNA的方向相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄作用（reverse transcription)。逆轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase)。依賴DNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶活力依賴RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力三種功能第七十九張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合酶第八十張，PPT共八十九頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組 逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組通常由兩條+RNA鏈組成，因此是二倍體。5有“帽子”，3polyA,近5帶有一個(gè)分子的tR