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1、第十章 RNA加工与核糖核蛋白复合体,一、rRNA加工与核糖体,1.RNA的加工类型,成熟的RNA分子很少是转录形成的大多数新生RNA分子经历多种修饰才成为成熟的产物,RNA加工是对初生转录物进行修饰的总称，常见的加工类型包括：内切核酸酶和外切酶对核苷酸的切除向初生RNA转录物或剪切产物的3端和5端添加核苷酸向某些特殊的核苷酸碱基或糖苷进行修饰,primary transcript,mature RNA.,Nucleus or Nucleolus,Cytoplasm,RNA processing,Romoval of nucleotides,addition of nucleotides to
2、 the 5-or 3-ends,modification of certain nucleotides,2.原核生物的rRNA加工,在E.coli中，有7种不同的rRNA操纵子分散在基因组中每一个操纵子都包含5S rRNA、16S rRNA、23S rRNA序列各一个，还包含14个 tRNA的编码序列初生转录物的沉降系数为30S（约6000nt），但存在时间很短,rRNA操纵子,大肠杆菌rRNA转录后加工要经历一系列步骤：转录物通过内部互补序列间的碱基配对折叠形成一些茎环结构。茎环结构的形成使得一些蛋白与之结合形成核糖核蛋白复合体（RNP）。在结合完成以后，一些修饰就开始了。,3.真核生物r
3、RNA的加工,真核生物中的rRNA也是由一个长的单链前体分子经过特定的修饰和剪切步骤后形成过程还不是十分清楚,在许多真核生物中，rRNA基因呈串联重复排列，包含100个或更多的转录单位，在核中由RNA聚合酶I转录。在各种生物体中前体有特定的大小（酵母菌中为7000nt，哺乳动物中为13500nt)，在不同的生物个体之间也有轻微的差异。,前体含18S、5.8S、及28S编码区域的各一拷贝，后两者和起来相当于原核生物中的23S rRNA。,真核生物的5S rRNA由聚合酶III转录散在基因产生出121nt转录物，而且几乎不需要加工。,4.核糖核蛋白复合体及其研究,在细胞内，RNA分子通常与蛋白复合
4、存在，特定的蛋白与特定的RNA结合。这种RNA与蛋白复合体称为核糖核蛋白（ribonucleoprotein，RNP）。,核糖体是最大且最复杂的RNP，在加工过程中由rRNA和特定的核糖体蛋白复合而成。,用于研究RNP的方法有：分离可将RNP纯化后分解为RNA分子与蛋白，然后在分别鉴定重装配用来发现组分相应结合在一起的规则，如果这些组分可以被修饰，就可以获得一些关于它们各自功能的线索电子显微镜直接观察RNPRNP或它们单一组分的抗体来纯化，也可以用来封闭RNP的功能，与电子显微镜联用可以确定特定的组分在整个结构中的大致位置,RNA结合实验显示一种特定蛋白与某一RNA的结合，然后用RNA酶处理R
5、NA-蛋白复合体可以显示出结合蛋白保护了RNA的哪一部分（Raase保护实验）运用紫外光照射经过和和未经过化学试剂交联的交联实验，可以显示出哪一部分RNA与蛋白分子在复合体中是紧密结合在一起的中子和X射线最终可以给出RNP完整的三维结构,5.原核生物的核糖体,大肠杆菌核糖体占干重的25%（总蛋白的10%和总RNA的80%）。70S核糖体约为2750KD由一个50S大亚基和一个30S小亚基组成,6.真核生物的核糖体,80S核糖体由一个60S大亚基和一个40S小亚基大亚基包含大约45种蛋白、一个5S rRNA分子、一个5.8 S rRNA及一个28S rRNA分子（后两者相当于原核生物23S rR
6、NA)小亚基包含18S rRNA和大约30种不同蛋白。每秒总共可以生成约100万个肽键。,二、tRNA的加工、RNA酶P和核酶,tRNA 3-D structure,1.原核生物的tRNA加工,成熟的tRNA分子可以从操纵子的前体转录物加工,初级转录本,RNase D,E,F and P,具有成熟末端的tRNA,碱基修饰,成熟的 tRNA,2.真核生物的tRNA加工,真核生物酵母菌tRNA前体含有：一个16nt 5端前导区一个14nt 内含子两个额外的3端核苷酸,初生的转录物形成一个具有特征茎环的二级结构，内切酶正是识别这种结构并切除5端前导区和2个额外的3端核苷酸。3端的两个核苷酸被切除后，
7、tRNA核酸转移酶将5-CCA-3序列添加到tRNA的3端，产生出成熟的tRNA3端。（原核生物成熟tRNA3端的CCA是基因编码的，但真核生物编码tRNA不属于这种情况）切除内含子，由内切酶将内含子两端切除后，再将两个半个的tRNA分子连接在一起。,酵母菌前tRNA中的内含子可在脊椎动物细胞内加工，真核生物tRNA加工机制在进化中可能是高度保守的。,3.核糖核酸酶P,RNase P是由一个RNA分子和一个蛋白分子组成的一种内切酶，是一种很简单的RNP。作用：修剪前tRNA分子产生出成熟的5端。,在原核和真核生物中均有发现。真核生物中RNase P位于核内，是一种核内小分子RNP（snRNP)
8、。在大肠杆菌中，由一个377nt RNA和一个13.7kDa的碱性蛋白组成。,如果向试管中加入前tRNA，单独的RNA组分就可以行使内切核酸酶功能。这种RNA是一种具有催化活性的RNA，称为核酶，即使无蛋白存在也可催化化学反应。体外的RNase P催化反应比体内需更高的镁离子浓度，因此在细胞内蛋白组分可能有助于催化反应。,4.核酶（ribozyme）,核酶是一种可以催化特定生化反应的RNA分子。RNase P是一种广泛存在可使tRNA成熟的核酶。,自我 剪接（self-splicing)：四膜虫rRNA大亚基中有一个内含子，可在无蛋白条件下，对转录物进行体外自我剪接。需要鸟苷或磷酸化的衍生物作
9、为辅助因子。体外反应的效率只有体内反应的五十分之一。,核酶可用做治疗用试剂：纠正突变的mRNA抑制某些基因的表达杀死癌细胞抑制病毒的复制,三、mRNA加工、hnRNP和 snRNP,1.mRNA的加工,原核生物中mRNA转录物根本不需要或很少需要加工。核糖体在mRNA分子的合成未完成前就可以开始翻译。从5端开始降解,真核生物RNA聚合酶II 转录产物的群体统称为核内不均一RNA（hnRNA)即将被加工成mRNA分子的转录物被称为前mRNA前mRNA分子经过5端加帽、3端剪切及加多聚A尾巴、剪接和甲基化加工产出成熟的mRNA分子,真核 mRNA 加工,2.hnRNP,由RNA聚合酶II合成的hn
10、RNA主要是前mRNA，并很快被蛋白包裹形成核内不均一RNP(hnRNP)。hnRNP蛋白被认为有助于保持hnRNA的单链状态，并辅助各种RNA加工反应。,3.snRNP颗粒,snRNA常与特定蛋白形成snRNP富含尿嘧啶，因此被命名为U1、U2等大部分snRNP参与了前rRNA加工中甲基化位点的确定,snRNP的构成过程：RNA聚合酶II在核中合成，并具有一个正常的5帽子结构进入细胞质，与核心蛋白以及其他特定蛋白结合转运核中，行使剪接功能在5端帽子结构上得到两个碱基,4.5端加帽,RNA聚合酶开始转录后不久，在RNA链长度超过2030 nt之前，其5端经化学修饰被加上一个7-甲基鸟苷残基，这
11、种修饰被称为帽子结构。,与正常的3-5连接方式不同，通过一个GMP核苷酸以反方向加到新生的RNA转录物上，从而形成5-5三磷酸桥。催化这一添加核苷酸反应的酶是mRNA鸟苷转移酶,阻止降解（帽子结构对5外切核酸酶形成屏障，起到稳定转录物的作用）增加翻译的效率转运至细胞质中剪切第一个外显子,5.3端剪切及加尾,对于大多数前mRNA而言，成熟的 mRNA分子3端是经过剪切再加上一串多聚A残基即poluy(A)尾巴而形成的。剪切和聚腺苷酸化反应需要DNA和前mRNA转录物上的特定序列，即5-AAUAAA-3聚腺苷酸化信号序列。,增加mRNA的稳定性增加翻译效率剪切最后一个内含子,6.剪接,切除内含子将外显子连接在一起的过程称为剪接发生在核内，而且在成熟的mRNA分子转运到胞质之前,内含子：非编码序列外显子：编码序列RNA剪接：切除内含子并连接外显子的过程Splicing mechanism must be precise to maintain open reading frame由剪接体催化（mRNA与snRNP的复合物）,7.前mRNA的甲基化,许多前mRNA所经历的最终修饰或加工是某些碱基的甲基化成熟的mRNA中甲基化修饰是高度保守的,
