生化 第17章 RNA生物合成學(xué)習(xí)課件

糖苷鍵(glycosidicbond)

一個(gè)糖半縮醛羥基與另一個(gè)分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羥基、胺基或巰基之間縮合形成的縮醛或縮酮鍵，常見的糖苷鍵有O-糖苷鍵和N-糖苷鍵Theesterificationreactionisbothslowandreversible轉(zhuǎn)脂反應(yīng)4

第三節(jié)

RNA的加工

RNAProcessing

5由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄直接產(chǎn)生的新生RNA分子被稱為初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物，一般需要經(jīng)過(guò)加工才能成為有功能的成熟RNA分子。真核細(xì)胞中，幾乎所有的初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過(guò)加工；原核生物mRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄物無(wú)需加工就可作為翻譯的模板。大部分加工發(fā)生在真核細(xì)胞mRNA，以及真核和原核細(xì)胞的tRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工成熟過(guò)程中。6一、真核細(xì)胞mRNA由hnRNA經(jīng)轉(zhuǎn)錄后加工成為成熟分子核不均一RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)：真核細(xì)胞mRNA的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，也稱為mRNA前體。hnRNA通常只包含一個(gè)基因的序列，而且這些編碼多肽鏈的序列是不連續(xù)的。7mRNA前體的加工過(guò)程合成5′帽子結(jié)構(gòu)由核酸內(nèi)切酶切除3′端的一段序列，代之以由polyA聚合酶催化形成的3′多聚腺苷酸(polyA)尾通過(guò)剪接去除內(nèi)含子，拼接外顯子，形成成熟的mRNA8

真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾intronintronexonexonexonPolyAsignalTranscriptionterminationTranscriptionDNAPrimarytranscript5′5′5′(A)100-2503′3′3′Remove3’endAddPoly(A)tailSplicing3’5’(A)100-250mRNAcapcapcapcap外顯子內(nèi)含子初級(jí)轉(zhuǎn)錄物9（一）mRNA的5＇末端加帽（m7Gppp）結(jié)構(gòu)

5′端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp-)真核mRNA5′末端與7-甲基鳥嘌呤核苷以5′，5’三磷酸連接鍵相連105′端帽子結(jié)構(gòu)功能保護(hù)mRNA使其不被核酸酶降解與特異的帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-bindingcomplexofproteins)結(jié)合，并參與mRNA與核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成11（二）mRNA前體在3＇端加poly(A)尾5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5

5

3

33加尾AAAAAAA······3mRNA123′端poly(A)尾形成過(guò)程需要一種包含核酸內(nèi)切酶、多聚腺苷酸聚合酶(poly(A)polymerase，PAP)和若干多亞基蛋白質(zhì)組成的多酶復(fù)合體，參與起始位點(diǎn)識(shí)別、切割和poly(A)長(zhǎng)度控制

mRNA前體在3′端含有切割信號(hào)序列

多聚腺苷酸化的快速期有一種多聚腺苷酸結(jié)合蛋白Ⅱ(poly(A)bindingproteinⅡ，PABⅡ)參與13（三）mRNA前體通過(guò)剪接加工除去內(nèi)含子真核生物中的基因是不連續(xù)的

DNAhnRNAmRNA

外顯子1外顯子2外顯子3外顯子1內(nèi)含子1外顯子2內(nèi)含子2外顯子3DNAhnRNAmRNA

14外顯子（exon）：在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子（intron）：隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。剪接(splicing)：將內(nèi)含子剪切除去，外顯子連接起來(lái)，這種mRNA前體的加工過(guò)程即為剪接。15剪接部位（splicesite）真核生物從酵母至哺乳動(dòng)物大多數(shù)內(nèi)含子剪接部位具有共同的結(jié)構(gòu)基序：5′端從GU開始，3′端終止于AG脊椎動(dòng)物中內(nèi)含子5′剪接部位的共有序列是AGGUAAGU，3′剪接部位的共有序列是10個(gè)嘧啶(U或C)的延伸，后面緊接任意堿基，再接C，最后終止于AG

70608010010095708045809080100808010010060GUA/GAGUCUA/GAC/UA/CAGNCAGG

5’外顯子5’剪接位點(diǎn)分支點(diǎn)內(nèi)含子3’剪接位點(diǎn)

3’外顯子嘧啶富含區(qū)（15b)20-50b內(nèi)含子-外顯子連接部位及內(nèi)含子的特征序列出現(xiàn)幾率(%)hnRNA16mRNA前體中的內(nèi)含子是以所謂“套索”(lariat)結(jié)構(gòu)的形式被切除的1718mRNA前體中的內(nèi)含子是以所謂“套索”(lariat)結(jié)構(gòu)的形式被切除的19真核mRNA前體剪接機(jī)制

20(snRNPs)：

小分子核糖核蛋白顆粒21(snRNPs)：

小分子核糖核蛋白顆粒22(snRNPs)：

小分子核糖核蛋白顆粒23真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄物選擇性加工的兩種機(jī)制

24大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工

25二、rRNA和tRNA加工通過(guò)核酸酶催化和修飾完成原核rRNA前體加工：原核細(xì)胞rRNA有三種：16S、23S和5SrRNA，這三種rRNA是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，一起轉(zhuǎn)錄的，其前體是30SrRNA，中間還包含有tRNA序列加工過(guò)程包括：1.特異核苷酸的甲基化2.RNaseⅢ、RNaseP和RNaseE使30SrRNA前體分子斷裂，產(chǎn)生16S、23S和5SrRNA及tRNA的前體3.通過(guò)各種特異的核酸酶的作用，產(chǎn)生成熟的RNA（一）真核rRNA前體加工比原核復(fù)雜26原核rRNA前體加工1.標(biāo)記的位置是RNaseⅢ作用位點(diǎn)2.標(biāo)記的位置是RNaseP作用位點(diǎn)3.標(biāo)記的位置是RNaseE的作用位點(diǎn)27真核rRNA前體加工：真核細(xì)胞有4種rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRNA。

18S、5.8S和28SrRNA的前體是45S，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶I催化合成，而5SrRNA是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶Ⅲ催化合成。

加工過(guò)程：45SrRNA前體分子的加工過(guò)程與原核生物30SrRNA前體分子的加工過(guò)程基本相同，但需要小核仁RNA(smallnucleolarRNAs,snoRNAs)參與，5SrRNA是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，以類似于tRNA的方式進(jìn)行加工。28真核rRNA前體加工29真核rRNA前體加工30（二）原核生物與真核生物tRNA前體加工基本相同5′端的16個(gè)核苷酸序列由RNaseP切除3′端的兩個(gè)尿嘧啶核苷酸由RNaseD切除，再由核苷酸轉(zhuǎn)移酶(nucleotidyltransferases)加上CCA柄-環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸的堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀有堿基剪接切除14個(gè)核苷酸的內(nèi)含子(一般位于tRNA前體分子的反密碼子環(huán)

)tRNA在蛋白質(zhì)合成中起重要作用。細(xì)胞內(nèi)的tRNA有40-50種，編碼它們的基因種類和拷貝數(shù)量都很多。以酵母tRNA-tyr為例，其加工分為以下4步：①5’端的16個(gè)核甘酸前導(dǎo)序列由RNaseP切除；②3’端的兩個(gè)核苷酸由RNaseD切除，再由核苷酸轉(zhuǎn)移酶加上CCA；③柄-環(huán)結(jié)構(gòu)的一些核苷酸的堿基經(jīng)化學(xué)修飾為稀有堿基，甲基嘌呤、假尿嘧啶核苷（ψ

）、某些腺苷酸脫氨成為次黃嘌呤核苷酸（I）；④通過(guò)剪接切除中部為14個(gè)核苷酸的內(nèi)含子。ⅵ（二）原核生物與真核生物tRNA前體加工基本相同tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄RNAaseP、內(nèi)切酶目錄tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU

（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：A

I

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目錄36三、一些內(nèi)含子RNA具有自我剪接和催

化功能由RNA分子催化自身內(nèi)含子剪接的反應(yīng)稱為自我剪接(self-splicing)自身剪接內(nèi)含子的RNA具有催化功能，是一種核酶(ribozyme)

四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪接方式37組Ⅰ內(nèi)含子(groupⅠintron):一類自身剪接的內(nèi)含子，以鳥嘌呤核苷或鳥嘌呤核苷酸作為輔因子，輔因子是游離的，并不是組Ⅰ內(nèi)含子RNA鏈的組成部分，而且也不是能量分子。組Ⅱ內(nèi)含子(groupⅡintron):

另一類自身剪接的內(nèi)含子，與前面介紹的mRNA前體內(nèi)含子剪接相同，但是沒有剪接體參與。383940四、通過(guò)轉(zhuǎn)錄后編輯一些基因可產(chǎn)生

多種產(chǎn)物

有些基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的序列并不完全對(duì)應(yīng),mRNA上的一些序列是經(jīng)過(guò)編輯(editing)過(guò)程發(fā)生改變的。RNA編輯最初是在某些原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶的亞基Ⅱ基因的轉(zhuǎn)錄后加工中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)RNA編輯在該基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中插入了4個(gè)尿嘧啶核苷酸，從而使原來(lái)的讀碼框架發(fā)生移動(dòng)。41原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基Ⅱ基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(a)原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基Ⅱ基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(b)指導(dǎo)RNA

在RNA的編輯中的作用(模板作用)42apo-B基因（載脂蛋白B基因）的組織特異性表達(dá)受到RNA編輯的調(diào)節(jié)5’3’5’3’apoB-100apoB-48CAAUAA

未編輯的RNA5’

3’脫氨基作用的RNA編輯（終止密碼子）1453612152CAA

第四節(jié)

RNA依賴的RNA合成

RNADependentRNASynthesis4344以RNA作為基因組的病毒稱為RNA病毒，這類病毒除反轉(zhuǎn)錄病毒外，在宿主細(xì)胞都是以病毒的單鏈RNA為模板合成RNA，這種RNA依賴的RNA合成又稱為RNA復(fù)制(RNAreplication)。

轉(zhuǎn)錄RNARNARNA復(fù)制酶一、病毒RNA基因組通過(guò)RNA依賴的RNA聚合酶進(jìn)行復(fù)制二、復(fù)制酶只特異識(shí)別和復(fù)制病毒RNA但缺乏校正功能催化RNA復(fù)制的酶是RNA依賴的RNA聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase，RDRP)，也稱為RNA復(fù)制酶(RNAreplicase),由病毒的RNA編碼。

RNA復(fù)制酶只能復(fù)制病毒RNA，不能以DNA為模板合成RNA。RNA噬菌體就是以這種方式進(jìn)行RNA復(fù)制。45RNA復(fù)制酶的組成大多數(shù)RNA噬菌體的RNA復(fù)制酶由4個(gè)亞基組成1個(gè)亞基(MW65,000)——噬菌體RNA復(fù)制酶基因編碼，是復(fù)制酶的活性部位

另外3個(gè)亞基——延長(zhǎng)因子Tu、延長(zhǎng)因子Ts和S1蛋白，都由宿主細(xì)胞自身的基因編碼，參與宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)合成?？赡茉趨f(xié)助復(fù)制酶定位和結(jié)合病毒RNA的3＇端的過(guò)程中起作用46RNA依賴的RNA合成機(jī)制和特點(diǎn)RNA依賴的RNA合成的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、機(jī)制與DNA依賴的RNA合成是相同的，合成的方向也是從5′到3′RNA復(fù)制酶不具有校正功能

47第五節(jié)

基因組RNA復(fù)制主要特點(diǎn)

TheCharacteristicsofGenomeRNAReplication48一、大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈RNA分子

單倍體細(xì)胞或病毒中的全套染色體稱為一個(gè)基因組(Genome)

絕大多數(shù)生物的基因組是DNA，只有少數(shù)病毒基因組是RNA

大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈RNA分子，如單鏈RNA噬菌體、脊髓灰質(zhì)炎病毒(Poliovirus)、鼻病毒(Rhinovirus)

少數(shù)病毒的基因組是雙鏈RNA分子，如呼腸孤病毒(Reovirus）49單鏈RNA基因組分類

根據(jù)單鏈RNA基因組與其mRNA序列之間的異同正鏈RNA(positive-strandRNA)(即與mRNA序列一致的RNA)負(fù)鏈RNA(negative-strand