第三章 基因1

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第三章 从DNA到RNA——转录
第五节 RNA的转录后加工
一、戴帽与加尾
二、内含子的切除
三、RNA编辑
四、核苷酸修饰
1．戴帽(adding cap)：
真核细胞mRNA转录后会在5’-端加上m7GTP结构。戴帽的过程发生在细胞核内。
帽子结构的意义 ：
（1） 对翻译起识别作用------为核糖体识别RNA提供信号
（2） 增加mRNA 的稳定性，使5’端免遭外切核酸酶的攻击
一、戴帽与加尾
Pi
5 ppGp…
磷酸酶
5 pppGp…
5 GpppGp…
pppG
ppi
鸟苷酸转移酶
5 m7GpppGp…
甲基转移酶
SAM
帽子结构的生成
2．加尾(adding tail)：
真核细胞mRNA转录终止后，首先由核酸外切酶切去3'端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。
加尾的意义：
（1）polyA结构与mRNA的半衰期有关。
（2）可能与核质转运有关
加尾的位点与识别序列
5 ------AAUAAA-
5 ------AAUAAA--
核酸酶
-GUGUGUG
RNA-pol
AATAAA GTGTGTG
转录终止的修饰点
5
5
3
3
3 加尾
鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图
mRNA
DNA
二、RNA的剪接
1. 断裂基因(splite gene)
B
A
C
编码区 A、B、C
非编码区
真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
外显子(exon)和内含子(intron)
外显子
结构基因中多肽链的编码序列
内含子
结构基因中的非编码序列，在mRNA成熟过程中被切除。
RNA剪接
去除原始转录产物——hnRNA中的内含子，将外显子拼接成成熟mRNA的过程。
鸡卵清蛋
白基因
hnRNA
首、尾修饰
hnRNA剪接
成熟的mRNA
鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰
RNA剪接方式的多样性
RNA剪接方式主要可分为三类：
机制一：由拼接装置完成（核mRNA内含子）
可供识别的特异序列
拼接装置由多种蛋白质和核蛋白组成
机制二：自我拼接（两类内含子Ⅰ 、Ⅱ ）
形成特定的二级结构
RNA具有催化拼接的能力
机制三：需要蛋白质酶参与的拼接（tRNA内含子）
Breathnach-Chambon rule （GU－AG规则）
● 5’---exon--- GU--------intron--------AG ------exon----3’
供点 100% 94% 受点
● 7Nt 分支位点 3’拼接点的上游
py X py U pu A py
机制一——拼接装置
序列特征：
多数核mRNA前体中内含子5’边界序列是GU，3’边界序列是AG，这一序列模式称为GU-AG规则
snRNA为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如U1、U2等。snRNA与核内蛋白质组装形成小核蛋白体（snRNP），参与hnRNA的剪接加工。
snRNP与hnRNA结合成为剪接体。
剪接体结构
机制二——核酶
UpA
GpU
外显子1
内含子
外显子2
pG-OH
(ppG-OH, pppG-OH)
U-OH
GpU
pGpA
第一次转酯反应
第二次转酯反应
G-OH
UpU
pGpA
四膜虫rRNA内含子的二级结构
四膜虫rRNA的剪接采用自身剪接方式
5 -端核苷酸序列
四膜虫前rRNA的自身剪接过程
tRNA前体的转录合成
机制三——核酸内切酶
三、RNA的编辑(RNA editing)
RNA编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。
RNA 编辑现象的发现：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。
T
U
A
U
A
U
G
UUUU
G
UU
G
UUU
A
UU
A
U
G
U
GA
UU
A
U
GG
UUUU
G
UUUUUU
A
UU
GGUA
UUUUUU
AUA
UUU
A
UUU
AA
UUU
G
UU
GA
U
AAA
U
ACA
UUUU
AUUUG
UU
UG
UU
AA
UUUUUUU
G
UUUU
G
U
GUUUUUGG
UU
TT
TTTT
U
AGG
UUUUUUU
G
UU
GUUG
UU
G
UUUU
G
U
A
UU
A
U
GA
UU
GAG
UUU
G
UU
G
UUU
GG
UUUUUU
G
UUUU
TT
TTTT
UU
G
U
GAAACCAG
UU
AUGAGAGUUUGCA
UU
G
UU
A
UUU
A
UU
ACA
UU
AAG
UU
GGUG
UUUUU
GG
UU
C
图
13-44
锥虫
(
T.brucei
)
cox
Ⅱ
基因的部分
RNA
顺序。很多
U(
红色
)
在
DNA
中未编码，而另一些在
DNA
中编码的
T(
紫色
)
在
mRNA
中被删除了。
(
参考
B.Lewin:
《
GENES
》
Ⅵ
,1997
，
Fig31.16)
锥虫 coxII 基因的编辑
RNA编辑的分子机制
通过gRNA（guide RNA）的指导作用。gRNA可和被辑的前体RNA分子的编辑区序列互补结合。在互补区中gRNA的“A”的相应位置留下了空缺，通过转酯反应，插入“U”。
RNA编辑与RNA剪接异同
相同点：都是转录后的加工形式，增加了遗传信息，都通过转酯反应完成。
不同点：RNA剪接的方式由自身序列决定，RNA编辑的方式由gRNA决定
RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)，RNA编辑增加了遗传信息。
四、化学修饰
有些RNA，特别是rRNA与tRNA，有特异的化学修饰。
主要修饰类型：
甲基化
去氨基化（鸟嘌呤 次黄嘌呤）
硫代
核苷酸的替代
二价键的饱和化（二氢尿嘧啶）
同分异构化（尿嘧啶 假尿嘧啶）
核仁RNA（snoRNA）参与RNA的化学修饰，确定修饰位点。
tRNA的碱基修饰
（2）还原反应
如：U DHU
（3）核苷内的转位反应
如：U ψ
（4）脱氨反应
如：A I
如：A Am
（1）甲基化
（1）
（1）
（3）
（2）
（4）
转录的基本特征
RNA聚合酶的种类与功能
原核启动子与真核启动子的特点
原核转录起始与真核转录起始机制
原核终止子的类型、特点与终止机制
戴帽与加尾过程及其生理意义
三种RNA剪接机制
RNA编辑分子机制及生理意义
总结：原核与真核细胞转录过程的区别
本章要点