21 13.转录后加工.ppt

第1页：第十三章转录后加工转录后的加工

第十三章转录后加工转录后的加工（posttranscriptional modification）（1）减少部分片段：如切除5′端前导序列，3′端拖尾序列和中部的内含子；（2）增加部分片段：5′加帽，3′加poly(A),归巢和通过编辑加入一些碱基；（3）修饰：对某些碱基进行甲基化等。

第2页：第一节tRNA和rRNA的加工

第一节tRNA和rRNA的加工一.原核的tRNA和rRNA的加工参与蛋白质合成的tRNA和rRNA都不是最初的转录产物(1)它们的5′端都是单磷酸，而原始的转录产物5′应是三磷酸；(2)分子比初始转录物小；(3)tRNA含有特殊的碱基，这些碱基只有通过一些化学修饰才可以得到。

第3页：表13-1 E.coli中含有的小分子核

表13-1 E.coli中含有的小分子核

表13-1 E.coli中含有的小分子核酸酶酶基因底物功能RNasePrnpAtRNA 5′端内切RnaseOrnpBRnaseBN?tRNA 3′端外切RnaseDrndtRNA 3′端外切RnaseT?tRNA 3′CCA外切RnaseⅢ rncrRNA和mRNA内切RnaseR?rRNA和mRNA外切RnaseErne5S rRNA内切RnaseⅠ rna大部分RNA内切RnaseⅡrnbRNA外切多核苷酸磷酸化酶pnpRNA外切RnaseH rnhRNA-DNA杂合链内切《GENES》IV，1990.B.Lewin,Table14.2

说明：本页原表由课件图片提取，文字与数字粘连、列边界无法安全切分，此处保留原文；表格结构需对照课件原图人工补录。

第4页：表13-1 E.coli中含有的小分子核

(一) tRNA的加工tRNA的加工分成3个阶段(1) “斩头”，形成5′末端；(2) 去尾，形成3′-OH末端。缺-CCA的tRNA要用tRNA核酸转移酶加-CCA。(3)修饰：通过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等进行修饰，如氨基酸臂的4-硫尿苷（4tu），D臂的2甲基鸟苷（2mG），TψC臂的假尿苷（ψ）和反密码子环上的2异戊腺苷（2ipA)

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第6页：真核tRNA内含子的特点

真核tRNA内含子的特点：①位置相同，都在反密码子环的下游；②不同tRNA的内含子长度和序列各异；③外显子和内含子交界处无保守序列；④内含子的剪切是依靠RNase异体催化；⑤内含子和反密码子配对形成茎环。有何意义？

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第8页：二真核的tRNA和rRNA的加工真核t

二真核的tRNA和rRNA的加工真核tRNA的基因和原核不同：(1)真核的前体分子tRNA是单顺反子，但成簇排列，基因间有间隔区；(2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多得多，如酵母约有400个tRNA基因；(3) 5′端单磷酸核苷酸，表明已被加工过；(4) tRNA的前体分子中含有内含子。

第9页：真核tRNA内含子切除的特点

真核tRNA内含子切除的特点：(1)没有交界序列，也没有内部引导序列；(2)剪切反应的信号是二级结构，而不是一级结构；(3)是依赖于蛋白质性的RNase，而不是核糖拟酶或snRNP；(4)反应的本质不是转酯反应。

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第11页：酵母tRNA前体内含子3’和5’端的剪

酵母tRNA前体内含子3’和5’端的剪切是由内切酶的不同亚基催化的。亚Sen34,Sen15剪切3’端，Sen54可能通过量度成熟结构的距离来决定5’端剪切位点的位置。

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第13页：真核tRNA的加工和原核的区别

真核tRNA的加工和原核的区别(1)真核tRNA前体中无二聚体和多聚体；(2)增加了剪接内含子的过程；(3)都要加CCA。

第14页：真核细胞中rRNA的加工途径

真核细胞中rRNA的加工途径(1) 切除5′端的前导序列；(2) 从41S的中间产物中先切下18S的片段。Hela细胞的切点在18S和5.8S之间的ITS（内部转录间隔序列）；L细胞的切点在18S序列和ITS的交界处，

称为先成熟。(3) 部分退火，形成发夹结构；(4) 最后修正。

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第16页：第二节前体mRNA的加工mRNA前体

第二节前体mRNA的加工mRNA前体分子的加工主要是真核mRNA，原核的mRNA一般不经过加工。真核mRNA的加工一般要经过四步：(1)5′加帽；(2)3′加尾；(3)切除内含子；(4)修饰：对某些碱基进行甲基化。

第17页：原核生物mRNA的加工

原核生物mRNA的加工

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第21页：二真核mRNA前体的加工

二真核mRNA前体的加工(一)核内不均一RNA（heterogenousnuclearRNA,hnRNA）平均分子长度为8-10Kb(2Kb~14Kb)左右。比mRNA的平均长度（1.8-2Kb）要大4-5倍。hnRNA仅有总量的1/2转移到细胞质内，其余的都在核内被降解掉。hnRNA是mRNA的前体，证据是：(1)hnRNA和mRNA有相同的序列；(2)hnRNA在体外能作为模板翻译蛋白；(3)两者5′端都有帽子结构；(4)表明二者为相同的聚合酶所合成；(5)两者的3′端都有多聚腺苷有尾巴。

第22页：hnRNA的结构的特点

hnRNA的结构的特点

• hnRNA的结构的特点
• (1)5′端有帽结构；
• (2)3′端有poly（A）尾巴；
• (3)帽结构后有3个寡聚U区，每个长约30nt；
• (4)有重复序列，位于寡聚U区后面；
• (5)有茎环结构，可能分布于编码区（非重复序列）的两侧；
• (6)非重复序列中有内含子区。

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第24页：加帽

1．加帽(1) 剪接前加帽如呼肠病毒，牛豆病毒(2) 剪切后加帽如疱疹病毒和口炎病毒

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第27页：帽子的类型

帽子的类型

• 帽子的类型
• 在末端鸟苷的第7位上存在单个甲基化位点的称O型帽子（capO）；
• 在次末端核苷酸的核糖上的2′-0位点上还有一个甲基位点的称1型帽子(cap1)；
• 此外，在第三个核苷酸的核糖上（2′-0）有甲基化位点的称2型帽子（cap2）。
• 这三种帽子都有特殊面对面核苷酸结构（confrontdenucleotidestructure）。

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第29页：帽子结构的功能

帽子结构的功能

• 帽子结构的功能
• (1)有助于mRNA越过核膜，进入胞质；
• (2)保护5′不被酶降解；
• (3)翻译时供IFⅢ（起始因子）和核糖体识别。

第30页：帽子结构的功能（续）

帽子结构的功能（续）

• (2) 加尾
• (1)特殊组分(CPSF)识别AAUAAA并指导其它的活性
• (2) 剪切因子(CF)在加尾位点AAUAAA下游11－30nt 处剪切RNA；
• (3)末端腺苷转移酶[poly(A)聚合酶]合成poly(A)尾巴；
• (4)PBP与poly(A)结合，反应停止。

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第32页：加Poly

加Poly(A)的反应第一步加一个短的寡聚A序列（10nt），此反应依赖于AAUAAA序列；反应由poly（A）聚合酶在特殊因子指导下完成的。第二步是寡聚A尾巴延伸到240nt的长度。此反应并不需要AAUAAA序列，但需要一个识别寡聚A并指导poly（A）聚合酶延伸的刺激因子。

第33页：有些mRNA的3’端无poly

有些mRNA的3’端无poly(A)尾，如在爪蟾卵母细胞中组蛋白H3的mRNA.成熟时要切除一段3’端序列。加工的要素是：(1)热敏因子，功能不祥；(2)剪切位点的发夹结构（和序列无关，与二级结构有关）；(3)U7snRNA,长56nt,其5’端有一保守序列和H3mRNA剪切点下游的GAAAGA互补。

第34页：rRNA的加工和修饰需要snoRNAs

rRNA的加工和修饰需要snoRNAs(smoall nucleolar RNAs)在酵母和爪蟾转录间隔区5’的剪切需要U3 snoRNA.脊椎动物rRNA含>1002’-O-甲基位点，它们的甲基化需要snoRNA的C/D Box, snoRNA和RNA的配对区将成为甲基化的催化区

第35页：snoRNA的另一些区域涉及到的产生

snoRNA的另一些区域涉及到的产生。酵母rRNA 43 的产生即为一例。它需要CAC snoRNA，当CACsnoRNA发生缺失或突变则不能产生

第36页：第三节内含子的剪接

第三节内含子的剪接一.核酶(Ribozyme)1981年T.Cech和S.Atman等在研究四膜虫rRNA时发现的；T.Cech由核糖核酸（ribonucleicacid）和酶（enzyme）这两个词“重组”成一个新的词：“Ribozyme”；

是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。

第37页：和传统酶的区别

和传统酶的区别

• 和传统酶的区别：
• (1)一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带有蛋白的RNA；
• (2)核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应。

第38页：核酶发现的意义

核酶发现的意义

• 核酶发现的意义
• （1）突破了酶的概念. 是一种自体催化；
• （2）揭示了内含子自我剪接的奥秘；促进了RNA的研究。
• （3）为生命的起源和分子进化提供了新的依据。

第39页：遗传信息的进化路线可能

遗传信息的进化路线可能是：RNA→（DNA→表达）→(DNADNA)→(DNA→表达)↑↓↓↗↓RNARNA表达||RNA病毒反转录病毒EB,HBVDNA病毒

第40页：酶组成的进化路线可能

酶组成的进化路线可能是

纯RNA→RNA为主→RNA和→蛋白为主→纯蛋白蛋白为辅蛋白并重RNA为辅核酶RNAaseP？端粒酶一般酶类

第41页：生物体组成的进化

生物体组成的进化

蛋白（朊病毒）RNA→RNA+蛋白→RNA·DNA+蛋白DNA+蛋白→类病毒RNA病毒？DNA病毒

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第44页：Crick

Crick（1978年）提出了一系列问题（1）剪切若是通过酶，那么这种酶是怎样识别RNA上特定的位点？（2）剪切酶有没有特异性？（3）切除的RNA是以线状还是环状存在的？切下的RNA的命运将如何？（4）内含子有无调控作用？

第45页：Chambon等发现内含子切割位点有

Chambon等发现内含子切割位点有2个特点（1）内含子的两个末端并不存在同源或互补。这就排除了存在二级结构的可能。（2）连接点具有很短的保守序列，

称为边界顺序。其规律称为GT-AG法则（GT-AG rule) 或Chambon法则。左边的剪接位点称供体（donor）位点，右边的剪接位点称受体（acceptor）位点。

第46页：交界顺序

交界顺序

第47页：I类类含子的剪接Cech等1981

三．I类类含子的剪接Cech等1981年用四膜虫分离得到了35S的前体rRNA，它含有一个长413bp的内含子。此35SrRNA要加入一价或二价阳离子及GTP就可以在体外释放出413b的线性的内含子，若继续保温，那么线形内含子又可形成环状的RNA。这就意味着35SRNA在GTP的作用下可以自我剪接。

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第51页：第51页内容要点

(一)I类内含子的结构特点是1.其边界序列为5′U-G3′；2.具有中部核心结构（Centralcorestrucature）3.内部引导顺序（internalguideseguenceIGS）

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第53页：第53页内容要点

• (二) I类内含子的剪切机制
• 转酯反应(transesterification)酯键从一个位置转移到另一个位置。

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第56页：Ⅱ类内含子的剪接

四. Ⅱ类内含子的剪接(一)结构特点(1) 边界序列为5′↓GUGCG……YnAG↓；(2) 有6个茎环结构；有分支点顺序（branch-point seguence）

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第58页：第58页内容要点

第58页内容要点

• (二)剪接机制
• 无需鸟苷的辅助，但需镁离子的存在。
• 分枝点A的2′-OH对5′端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了套索（lariat）结构（图13-31）；
• 切下的外显子1其3′-OH继续对内含子3′端的交界序列进行亲核进攻，同时释放出套索状的内含子。

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第61页：核mRNA的剪接

五. 核mRNA的剪接(一)结构特点：1.边界顺序:符合GU-AG法则。2.分枝点顺序：为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH。3.内含子5′端有一保守序列可以和U1snRNA的5′端的保守顺序互补

第62页：核mRNA的剪接（续）

(二)剪接机制剪接因子snRNPsU1,U2,U5和U4/U6。

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第68页：反式剪接反应

反式剪接反应

• 六．反式剪接反应
• 顺式剪接（cis-splicing）
• 反式剪接（trans-splicing）
• 反式剪接较典型的例子是
• 锥虫表面糖蛋白基因VSG(variablesurfaceglycoprotein)，
• 线虫的肌动蛋白基因（actingenes），
• 衣藻（chlamydomonas）叶绿体DNA中含有的psa基因。

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第71页：第四节植物病毒和类病毒的自我剪切

第四节植物病毒和类病毒的自我剪切

• 第四节植物病毒和类病毒的自我剪切
• 类病毒（viroids）感染性RNA分子，独自具有功能，外面不包被任何蛋白外壳。
• 拟病毒（virusoids）与此结构相同。但包被在植物病毒内。拟病毒本身不能复制，必须依赖病毒的帮助，这种拟病毒有时称为卫星RNAs（satelliteRNAs）。
• 1986年Symosn提出了锤头二级结构模型来解释类病毒，拟病毒和卫星RNA的自我剪切机制。

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第76页：第四节编辑编辑的发现

第四节编辑编辑的发现

• 第四节编辑编辑的发现
• 编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。
• 1986.R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。

第77页：编辑的生物学意义

编辑的生物学意义

• 编辑的生物学意义：
• (1)校正作用；
• (2)调控翻译；
• (3)扩充遗传信息。

第78页：编辑的调控作用

编辑的调控作用

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线虫coxII 基因的编辑

第81页：编辑的机制

• 二．编辑的机制
• 1990年L.Simpsom等发现指导RNA（guide gRNA）。

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