生物信息傳遞上

生物信息傳遞上第一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

DNA是遺傳信息的儲存者。蘊藏于DNA的遺傳信息先傳遞到RNA分子，然后再傳給蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是遺傳的體現(xiàn)者?；蜣D(zhuǎn)錄是基因表達的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。一個基因能否表達的關(guān)鍵是在轉(zhuǎn)錄階段。

一、基因的轉(zhuǎn)錄概述

1958年Crick提出中心法則第二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)錄：生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

□

轉(zhuǎn)錄(transcription)定義：第三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其它輔助因子□

RNA合成方向：5'

3‘

第四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄示意圖第五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

●編碼鏈(codingstrand)：又稱有義鏈，與mRNA序列相同的那條DNA鏈。(mRNA:T→U)●模板鏈(templatestrand)：又稱反義鏈，一條根據(jù)堿基互補原則指導mRNA合成的DNA鏈?！褶D(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。第六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。

（σ因子有選擇模板鏈的作用。）轉(zhuǎn)錄方向5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向第七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件（一）RNA聚合酶

□每個細胞中約有7000個RNA聚合酶分子，時刻都有約2

000-5

000個RNA聚合酶分子在執(zhí)行轉(zhuǎn)錄。●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子①全酶：α２ββ’σ②σ：起始因子，負責模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄。（別構(gòu)效應物）③核心酶：α２ββ’

（核心酶只催化鏈的延長，對起始無作用。）第八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能αrpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別βrpoB1510001核心酶

β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多種σ因子，用于識別不同的啟動子第十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日RNA聚合酶（大腸桿菌）是一種多功能酶：

識別和結(jié)合啟動子；

解開DNA雙螺旋，恢復雙螺旋；

能與分離的DNA鏈以及轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈結(jié)合；

選擇正確的底物NTP，按5'→3'方向催化合成RNA鏈；

識別轉(zhuǎn)錄的終止信號，等。第十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA（5.8SrRNA18SrRNA28SrRNA）50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)mRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA5SrRNAsnRNA約10%存在物種特異性真核細胞的三種RNA聚合酶特征比較※

RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別？第十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（二）啟動子(promoter)定義：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。第十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日1、原核生物啟動子結(jié)構(gòu)1975，Pribnow足跡法（footprint）確定啟動子的序列第十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識別的啟動子區(qū)-35區(qū)：T85T83G81A61C69A52-10區(qū)：T89A89T50A65A50T96第十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（1）典型原核生物啟動子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點TTGACA

16-19bp

TATAAT5-9bp-35區(qū)～-10區(qū)的間隔+1第十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

①TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開，并決定轉(zhuǎn)錄起始位置）。（-10區(qū),Pribnow區(qū)）

②TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識別的信號。（-35區(qū)，與RNA聚合酶全酶結(jié)合有關(guān)，以及與啟動子的強弱活性有關(guān)。）※

細菌啟動子的保守序列特征第十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日③轉(zhuǎn)錄起始點：通常為嘌呤堿基（＞90%，CAT），但僅憑這個三聯(lián)體堿基保守性還不足以構(gòu)成專有信號。④-35區(qū)～-10區(qū)的間隔：在90%的啟動子中，

-35區(qū)和-10區(qū)之間的分隔距離在16～18bp之間。個別例外的可以小于15bp或大于20bp。盡管間隔區(qū)的真實序列并不重要，但其距離大小對幫助幾何對稱的RNA聚合酶結(jié)合到一定間隔的兩個DNA位點是很重要的。第十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）兩類啟動子突變：

◆下降突變（downmutation):降低其結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的啟動子突變。如在細菌中，把pribnow區(qū)的TATAAT變成AATAAT就大大降低其結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平?！羯仙蛔儯╱pmutation):提高其結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的啟動子突變。如在乳糖操縱子中，將pribnow區(qū)從TATGTT變成TATATT，就會提高啟動子的效率，提高乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄水平。第十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、真核生物啟動子□真核有三種不同的啟動子和有關(guān)的元件□啟動子Ⅱ最為復雜，它和原核的啟動子有很多不同第二十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)

◆核心啟動子（corepromoter）◆上游啟動子元件（upstreampromoterelement，UPE）第二十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（1）、核心啟動子●定義：指保證RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游TATA區(qū)。（Hogness區(qū)）●作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精確起始。（DNA雙鏈開始解開）TATA常在-25bp左右，相當于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50第二十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）、上游啟動子元件

定義：TATA區(qū)上游的保守序列，稱為~?！癜–AAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等●作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70--80bp，與RNA聚合酶的結(jié)合有關(guān)。（轉(zhuǎn)錄因子

CTF識別位點并與之結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄。）GGGCGG：-80--110bp，與某些轉(zhuǎn)錄因子（如SPⅠ因子）結(jié)合有關(guān)。（SP1有鋅指區(qū)可以與DNA結(jié)合，在N端有激活轉(zhuǎn)錄的作用）第二十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（三）增強子增強子（Enhancer）包括啟動子上游或下游的一段DNA序列，可以增強啟動子發(fā)動轉(zhuǎn)錄，提高轉(zhuǎn)錄效率。

其特點：遠距離效應無方向性有組織特異性，等。（P80）

首先被發(fā)現(xiàn)的增強子是SV40增強子。兩個增強子位于基因組的兩個串連的72bp重復中，約在轉(zhuǎn)錄起始點上游200bp處，每個72bp重復中有一個。缺失實驗顯示兩個重復缺失一個并不產(chǎn)生什么影響，而如兩個均缺失即將大大降低活體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄。有人發(fā)現(xiàn)，如果將β珠蛋白基因放在含有72bp重復的DNA分子中，它的轉(zhuǎn)錄作用在活體內(nèi)將增高約200倍以上，甚至當此72bp順序位于離轉(zhuǎn)錄起點上游1400bp或下游3000bp時仍有作用。各個基因中的增強子順序差別較大，但有一個基本的核心順序(coresequence)：AAAGGTGTGGGTTTGG第二十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（四）轉(zhuǎn)錄起始復合物●原核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物三元起始復合物：RNA聚合酶DNA新生RNA

第二十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復合體TBP或TFIIDTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始●真核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物第二十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□真核生物RNA聚合酶不能直接識別基因的啟動子區(qū)，需要一些被稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的輔助蛋白按特定順序結(jié)合于啟動子上，RNA聚合酶才能與之結(jié)合并形成復雜的轉(zhuǎn)錄起始復合物，以保證有效的起始轉(zhuǎn)錄。第二十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日三、轉(zhuǎn)錄的基本過程（以大腸桿菌為例）1、模板識別

RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。2、轉(zhuǎn)錄起始●轉(zhuǎn)錄起始：RNA鏈上第一個核苷酸鍵的產(chǎn)生。●轉(zhuǎn)錄起點：與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應DNA鏈上的堿基。●轉(zhuǎn)錄起始過程：RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈結(jié)合形成三元起始復合物（RNA聚合酶-DNA-新生RNA）。（具體同前）

第二十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日▲轉(zhuǎn)錄起始不需要引物?！D(zhuǎn)錄起始位點的堿基序列常為CAT，RNA的第一個堿基通常為嘌呤，ATP/GTP）?！ㄟ^啟動子階段：轉(zhuǎn)錄起始后直到形成9個核苷酸短鏈的過程。第二十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第三十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、RNA鏈的延伸●亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；●在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。

注：①大腸桿菌RNA聚合酶的活性一般為50-90個/秒。②轉(zhuǎn)錄與翻譯的速度基本相等，2500個核苷酸/min，（14個密碼子/S，15AA/s)。第三十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日核心酶

····DNA

····RNA第三十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日4、轉(zhuǎn)錄終止終止子（terminator，t）

●強終止子－內(nèi)部終止子（不依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止。）

●弱終止子－需要ρ因子（rhofactor）又稱為ρ依賴性終止子（Rho-dependentterminator）第三十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（１）強終止子－－不依賴因子的終止

①終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。

②在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，RNA的3’端為寡聚U。第三十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復合物中解離出來。第三十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關(guān)，長度效率第三十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（２）弱終止子－－依賴因子的終止因子：六聚體蛋白、水解各種核苷三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。第三十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第三十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日(b)Whenthehairpinformsinthetranscript,thepolymerasepauses,givingRhoachancetocatchup.

modelofrho-dependenttermination(a)Rhobindstothetranscriptandpursuesthepolymerase.(c)RhohelicaseunwindstheRNA-DNAhybridandreleasesthetranscript.第三十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日5、RNA合成的抗終止(1)抗終止的定義

RNA聚合酶越過一個或多個終止子實現(xiàn)通讀。(2)抗終止的兩種作用方式①抗終止蛋白作用于RNA聚合酶。②破壞終止點RNA的莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，即破壞mRNA終止子特定的二級結(jié)構(gòu)。第四十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日Terminationoftranscriptioncanberegulated□

抗終止作用決定RNA聚合酶在終止子位點處終止還是讀下去。第四十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日Antiterminationextendsthetranscriptionunit□抗終止蛋白可作用在RNA聚合酶上，使之越過特定終止子而通讀。第四十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日NusAbindstopolymerase,andNbindstobothNusAandboxBofthenutsiteregionofthetranscript,creatingaloopinthegrowingRNA.Thiscomplexisrelativelyweakandcancauseantiterminationonlyatterminatorsnearthenutsite(Theseconditionsexistonlyinvitro.).第四十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

S10bindstopolymerase,andNusBbindstoboxAofthenutsiteregionofthetranscript.Thisprovidesanadditionallinkbetweenthepolymeraseandthetranscript,strengtheningthecomplex.NusGalsocontributestothestrengthofthecomplex.Thiscomplexisprocessiveandcancauseanti-terminationthousandsofbasepairsdownstreaminvivo(openarrow).S10bindstopolymerase,andNusBbindstoboxAofthenutsiteregionofthetranscript.Thisprovidesanadditionallinkbetweenthepolymeraseandthetranscript,strengtheningthecomplex.NusGalsocontributestothestrengthofthecomplex.Thiscomplexisprocessiveandcancauseanti-terminationthousandsofbasepairsdownstreaminvivo(openarrow).第四十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄的基本過程第四十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日6、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：

經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的RNA有多種，主要的是rRNA，tRNA，mRNA和hnRNA等。

第四十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日□其他RNA：

snRNA：核內(nèi)小分子RNA，mRNA加工剪接和成熟。

snoRNA:核仁小分子RNA，rRNA的切割和修飾。

asRNA:反義RNA，抑制RNA的加工與翻譯，是原核基因表達的一種重要調(diào)控方式。

dsRNA:雙鏈RNA，可誘發(fā)與該RNA高度同源的基因序列的特異性“沉默”。

siRNA：小分子干擾RNA，由細胞中較長的外源雙鏈RNA（30個核苷酸以上）降解而成，特異地降解目標

mRNA。（介導RNAi技術(shù)，即RNA干涉技術(shù)）

miRNA:微RNA,內(nèi)源性(細胞發(fā)育過程中產(chǎn)生),降解mRNA.第四十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日7、轉(zhuǎn)錄的抑制劑（1）RNA生物合成的抑制劑（之一）：模板抑制劑①烷化劑：使DNA發(fā)生烷基化，發(fā)生在G-N7，A-N1、N3N7；C-N1。易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干擾復制或轉(zhuǎn)錄；或引起堿基錯配。②放線菌素D：放線菌素D與DNA形成非共價的復合物，真核和原核生物RNA聚合酶的專一抑制劑,抑制其模板功能（低濃度抑制轉(zhuǎn)錄，較高濃度抑制復制）。具有類似作用的還有色霉素A3、橄欖霉素、光神霉素。③嵌入染料：可插入雙鏈DNA分子相鄰的堿基對之間，一般具有芳香族發(fā)色團。溴化乙錠（EB）是一種高靈敏的熒光試劑，常用來檢測DNA和RNA。與DNA結(jié)合后抑制其復制和轉(zhuǎn)錄。第四十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第四十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）RNA生物合成的抑制劑（之二）：

NH2OHNFNH2SHNH2

作為代謝拮抗物抑制合成酶類或直接摻到核酸分子中，形成異常RNA或DNA。第五十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（3）RNA聚合酶抑制劑（之三）：RNA聚合酶抑制劑①利福霉素：抑制細菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制結(jié)核桿菌，殺死麻瘋桿菌，在體外有抗病毒作用。②利迪鏈霉素：與細菌RNA聚合酶亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄的起始。③-鵝膏蕈堿：抑制真核生物RNA聚合酶活性。第五十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日四、轉(zhuǎn)錄后加工第五十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●5’端加帽●3’端加尾●RNA的剪接●RNA的編輯●RNA的再編碼●RNA的化學修飾第五十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

5’端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的這種結(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）。1、在5’端加帽（1）5′端形成特殊的帽子結(jié)構(gòu)，有三類：①帽子0：m7GpppX單細胞生物（如酵母）②帽子1：m7GpppXm多細胞生物，主要形式③帽子2：m7GpppXmpYm占10-15%第五十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日m7Gppp鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶第五十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）帽子結(jié)構(gòu)功能：①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；②m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA5’末端，以保護mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。第五十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、3’-端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★準確切割★加poly（A）第五十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第五十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。第五十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、RNA的剪接內(nèi)含子剪切異?？梢鸺膊?，如地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4第六十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（1）mRNA前體的主要剪接方式:

（ＧＵ－ＡＧ類)，即GU-AG法則,又稱Chambon法則。第六十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日①參與RNA剪接的物質(zhì)：snRNA（核內(nèi)小分子RNA）snRNP（與snRNA結(jié)合的核蛋白）第六十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolypyrimidineＡＧ前一位核苷酸可影響剪接效率：CAG=UAG>AAG>GAG②剪接的過程：

第六十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日U1snRNA含與內(nèi)含子５’-端互補序列U2snRNA含與分支處互補序列第六十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（２）Ⅰ類內(nèi)含子的自我剪接（如四膜蟲、細菌）借助與鳥苷酸或鳥苷的作用，內(nèi)含子自我催化，通過兩次轉(zhuǎn)酯反應完成拼接。第六十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（３）Ⅱ類內(nèi)含子的自我剪接（主要存在于真核生物的線粒體和葉綠體的rRNA基因）也是由內(nèi)含子自我催化完成，但轉(zhuǎn)酯反應無鳥苷的參與，兩次轉(zhuǎn)酯反應后內(nèi)含子形成套索結(jié)構(gòu)而切下。第六十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日附：RNA拼接的意義

RNA拼接現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，給生物學家一系列令人困惑的疑問：為什么生物機體要先轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子，然后將其切除？RNA合成后再拼接是一個非常耗能的過程，對細胞其收益是什么？內(nèi)含子由何而來？內(nèi)含子有無生物功能？圍繞以上問題，提出一些看法或觀點，但爭議很大，目前尚無定論：第六十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●RNA的拼接是生物機體在進化歷史中形成的，是進化的結(jié)果；●RNA的拼接是基因表達的重要環(huán)節(jié)。RNA轉(zhuǎn)錄后通過拼接而抽取有用信息，形成連續(xù)的編碼序列，并可通過選擇性拼接而控制生物機體生長發(fā)育。因此，這是真核生物遺傳信息精確調(diào)節(jié)和控制的方式之一。第六十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●基因由模塊裝配而成，模塊間的間隔序列也就演變成內(nèi)含子，因此外顯子和內(nèi)含子有著同樣的古老歷史。而現(xiàn)今存在的幾類內(nèi)含子也各自有其起源和進化歷史，從它們的拼接方式和分布可以大致推測其起源時間?！馬NA的拼接主要存在于真核生物，原核生物極為少見，但并非完全沒有。一種合理的解釋是原核生物為適應快速生長的需要，在進化中已將內(nèi)含子丟掉。事實上，快速生長的單細胞如酵母，其編碼的基因也幾乎沒有內(nèi)含子。然而內(nèi)含子的存在和拼接作用對生物機體的進化十分重要?！駜?nèi)含子和外顯子是相對的，有些內(nèi)含子具有編碼序列，能產(chǎn)生蛋白質(zhì)和功能RNA。第六十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日五、RNA的編輯、RNA的再編碼、

RNA的化學修飾和核酶1、RNA的編輯（１）定義

RNA的編輯（RNAediting）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、添加或缺失等現(xiàn)象。第七十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日如C

U（2）編輯機制：

①堿基的突變AI第七十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日②尿苷酸的缺失和添加在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時發(fā)現(xiàn)mRNA的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象?！鳵.Benne.1986.錐蟲線粒體基因組coxII,coxIII,cobmRNAUdeleted第七十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日---Uinserted&deletedinmRNA---CtransitionintoUinmammal---多頭絨泡菌線粒體中C,A,U,的插入---小麥線粒體ND3mRNA中CU,GA;GU;AI---somegeneseditedwithhighfrequency錐蟲mtcoxIIImRNA407Uinsertedin145loci19Udeletedin9loci絨泡菌mRNAofATPsynthetaseαsubunit54siteCinserted□相繼在真核生物及病毒中發(fā)現(xiàn)第七十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日錐蟲coxII基因的編輯第七十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第七十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（3）RNA編輯的生物學意義校正作用：消除移碼突變等基因突變的危害；擴充遺傳信息：增加了基因產(chǎn)物的多樣性，有于生物進化；調(diào)控翻譯：通過編輯可以構(gòu)建或去除起始密碼子和終止密碼子，是基因調(diào)控的一種重要方式。（形成/刪除AUG,UAA,UAG,UGA…）第七十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、RNA的再編碼(1)定義：把RNA編碼和讀碼方式的改變稱為RNA的再編碼（RNArecoding)。(2)RNA再編碼的主要表現(xiàn)：①核糖體程序性+1/-1移碼②核糖體跳躍③終止子通讀第七十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、RNA的化學修飾(1)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的化學修飾對象：前體rRNA和tRNA(2)參與rRNA化學修飾的物質(zhì)：

70~100個核苷酸的核仁RNA（snoRNA),

一般認為，snoRNA上的D盒是甲基化酶的識別位點.(3)化學修飾的主要類型:甲基化、去氨基化、硫代、堿基的同分異構(gòu)等。第七十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日例如，siRNA的化學修飾：RNA的2′-O-甲基化可以提高結(jié)合親和力和抗核酸酶的穩(wěn)定性,并且在雙螺旋中有很好的相容性,這些優(yōu)點使其成為應用最為廣泛的修飾之一。第七十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日4、核酶（ribozyme）

(1)核酶定義

核酶：具有催化功能的RNA為核酶。（一般不需與蛋白質(zhì)結(jié)合，是一種金屬依賴酶，如Mg2+

）

1981年CechT在研究四膜蟲(Tetrahymenathermophila)rRNA前體拼接過程中發(fā)現(xiàn)，此類的拼接無需蛋白質(zhì)的酶參與作用，它可自我催化完成。

1989年cechT和AltmanS共同獲諾貝爾化學獎，AltmanS的貢獻是發(fā)現(xiàn)RnaseP中的M1RNA單獨也具有催化功能。核酶的發(fā)現(xiàn)改變了酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，被認為是近二十年來生物化學領(lǐng)域中最令人鼓舞的成就之一。第八十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）核酶的類型

核酶的催化活性有剪接酶、核苷酸轉(zhuǎn)移酶、RNA限制性內(nèi)切酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶和磷酸酯酶等多種酶活性。可分為兩類：◆剪接型核酶：是指RNA被磷酸二酯酶水解、切割后，伴隨形成新的磷酸二酯鍵，也即磷酸二酯鍵的轉(zhuǎn)移。該酶具有特異核酸內(nèi)切酶、RNA連接酶等多種酶活性。如Ⅰ類內(nèi)含子和Ⅱ類內(nèi)含子、四膜蟲rRNA前體等。◆剪切型核酶：只剪不接。如M1RNA（RNaseP，在高濃度Mg2+存在時，特異性地剪切tRNA前體５，端片段。

）、錘頭核酶、發(fā)夾核酶、丁型肝炎病毒（HDV)核酶、T4噬菌體的RNA前體、四膜蟲rRNA前體剪接產(chǎn)物L19（RNA）等。第八十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（3）核酶的結(jié)構(gòu)“錘頭結(jié)構(gòu)”（hammerheadstructure)，具有一個由11-13個保守核苷酸構(gòu)成的催化中心。第八十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（4）核酶的應用

◆核酶抗肝炎病毒的研究

目前人們已進行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）以及HDV作用的研究。人工設(shè)計核酶多為錘頭狀結(jié)構(gòu)，少部分是采用發(fā)夾狀核酶?！艨谷祟惷庖呷毕莶《劲裥停℉IV-Ⅰ)核酶

1998年，美國加利福尼亞大學Wong-Staal等利用發(fā)夾核酶抑制HIV-Ⅰ基因表達，并率先進入臨床Ⅰ期。◆抗腫瘤治療

核酶能在特定位點準確有效地識別和切割腫瘤細胞的mRNA,抑制腫瘤基因的表達，達到治療腫瘤的目的。

另外，利用核酶防治動、植物病毒侵害：馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒負鏈的多價核酶構(gòu)建，馬鈴薯卷葉病毒復制酶基因負鏈的突變核酶的克隆等。第八十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（5）核酶技術(shù)面臨的問題核酶催化切割反應的可逆性問題提高催化效率尋找合適載體將核酶高效、特異地導入靶細胞使核酶在細胞內(nèi)有調(diào)控地高效表達增強核酶在細胞內(nèi)的穩(wěn)定性對宿主的損傷問題有待進一步考察第八十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日補充：脫氧核酶

（一）概念

脫氧核酶（deoxyribozyme）是利用體外分子進化技術(shù)合成的一種具有催化功能的單鏈DNA片段，具有高效的催化活性和結(jié)構(gòu)識別能力。（二）脫氧核酶的發(fā)現(xiàn)

1994年，等報道了一個人工合成的35bp的多聚脫氧核糖核苷酸能夠催化特定的核糖核苷酸或脫氧核糖核苷酸形成的磷酸二酯鍵，并將這一具有催化活性的DNA稱為脫氧核酶或DNA酶（DNAenzyme,DE）。

第八十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

1995年，Cuenoud等在Nature報道了一個具有連接酶活性的DNA，能夠催化與它互補的兩個DNA片斷之間形成的磷酸二酯鍵。迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種脫氧核酶。盡管到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)自然界中存在天然的脫氧核酶，但脫氧核酶的發(fā)現(xiàn)仍然使人類對于酶的認識又產(chǎn)生了一次重大飛躍，是繼核酶發(fā)現(xiàn)后又一次對生物催化劑知識的補充。這將有助于了解有關(guān)生命的一個最基本問題，即生命如何由RNA世界演化為今天的以DNA和蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的細胞形式。這項發(fā)現(xiàn)也揭示出RNA轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA過程的演化路徑可能也存在于其它與核酸相似的物質(zhì)中，有助于了解生命基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其進化過程。第八十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

（三）脫氧核酶的分類根據(jù)催化功能的不同，可以將脫氧核酶分為5大類：切割RNA的脫氧核酶、切割DNA的脫氧核酶、具有激酶活力的脫氧核酶、具有連接酶功能的脫氧核酶、催化卟啉環(huán)金屬螯合反應的脫氧核酶。其中以對RNA切割活性的脫氧核酶更引人注意，不僅能催化RNA特定部位的切割反應，而且能從mRNA水平對基因進行滅活，從而調(diào)控蛋白的表達。（四）脫氧核酶的研究展望對于脫氧核酶的研究有望成為基因功能研究、核酸突變分析、治療腫瘤、對抗病毒及腫瘤等疾病的新型基因治療藥物的新型核酸工具酶。

第八十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日六、原核生物與真核生物mRNA的特征比較

1、原核生物mRNA的特征●半衰期短●多以多順反子的形式存在多順反子mRNA：編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA。單順反子mRNA：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA。第八十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第八十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●5’

端無“帽子”結(jié)構(gòu)，3’

端沒有或只有較短的poly（A）結(jié)構(gòu)。SD序列：mRNA中用于結(jié)合原核生物核糖體的序列。第九十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、真核生物mRNA的特征●5’

端存在“帽子”結(jié)構(gòu)●多數(shù)mRNA

3’

端具有poly（A）尾巴（組蛋白除外）●以單順反子的形式存在“基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。第九十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較第九十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日補充：

□原核生物與真核生物基因轉(zhuǎn)錄的差異●原核生物只有一種RNA聚合酶負責轉(zhuǎn)錄所有類型的基因，而真核生物有三種以上的RNA聚合酶，負責不同基因類型的轉(zhuǎn)錄，合成不同類型的RNA，在細胞核內(nèi)的位置也不同。●轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的差異。真核生物的初始產(chǎn)物很長，包含有內(nèi)含子序列，成熟mRNA其中的小部分。而原核生物的初始產(chǎn)物大多數(shù)為編碼序列，與蛋白質(zhì)序列成線性關(guān)系。第九十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日●真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)歷加工、修飾過程，即內(nèi)含子剪切，5，端加帽和3，多聚A化?！衽c基因結(jié)構(gòu)相吻合，原核生物mRNA是多順反子；而真核生物的大多數(shù)是單順反子結(jié)構(gòu)?！裨思毎校D(zhuǎn)錄產(chǎn)物直接可以成為蛋白質(zhì)合成的模板，因而一邊轉(zhuǎn)錄合成mRNA，一邊合成蛋白質(zhì)。注：原核生物的其他各類RNA仍以前體的方式合成，然后加工成成熟的rRNA、tRNA等。第九十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日七、RNA合成與DNA合成異同點

（1）相同點：1、都以DNA鏈作為模板2、合成的方向均為5’→3’

3、聚合反應均是通過核苷酸之間形成的3’,5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長。第九十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日（2）不同點：復制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA（半保留復制）mRNA，tRNA，rRNA配對A-T