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1、3.4 原核与真核生物 mRNA特征比较,原核生物mRNA特征,1、半衰期短；2、许多mRNA以多顺反子的形式存在；多顺反子-指一条mRNA可以编码多条蛋白质肽链。一般是一组相邻或相互重叠基因的转录产物构成一个操纵子。3、mRNA的5/端无帽子结构，3/段没有多聚A的尾巴结构或只有较短多聚A的尾巴。4、5/端的AUG上游有712核苷酸的保守区-SD序列。作用:是与核糖体30S小亚基内的16SrRNA的3/端序列互补，是起始的tRNA正确的定位于mRNA的5/端结构的起始密码子上,原核mRNA 的SD序列,真核生物mRNA特征,1、半衰期相对较长；2、许多mRNA以单顺反子的形式存在；3、mRN
2、A的5/端存在帽子结构；4、绝大多数mRNA 3/段有多聚A的尾巴结构。,（1）帽子的结构,（2）帽子的功能,、有助于mRNA穿过核孔进入 细胞质；、保护5不被酶降解；、有助于在翻译时起始因子IF 和核糖体识别。,（3）帽子的类型及加帽位点,在末端鸟苷的第7位上存在单个甲基化位点的称0号帽子（cap0）；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号帽子(cap 1)；在第三个核苷酸的核糖上（2-0）有甲基化位点的称2号帽子（cap2）。,帽子的类型,（4）加帽生化过程,剪切前加帽 如呼肠病毒，牛豆病毒 剪切后加帽 如疱疹病毒和口炎病毒,加尾,（1）加尾作用和时间多聚A是 m R
3、NA由细胞核进入细胞质所必需的形式。多聚A是转录后加上去的。,（2）加尾过程,特殊组分(CPSF)识别AAUAAA并指导其它的活性 剪切因子(CF)在加尾位点 AAUAAA下游11 30nt(核苷酸)处剪切RNA；末端腺苷转移酶poly(A)聚合酶合成poly(A)尾巴；结合蛋白（PBP）与poly(A)结合，反应停止。,加尾生化反应,第一步加一个短的寡聚A序列（10nt），此反应依赖于AAUAAA序列（加尾信号）；此反应由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
4、激因子。,3.5 RNA合成的延伸 终止和抗终止,RNA合成的延伸,3.5.1 延伸速度快慢和转录暂停,1、延伸速度延伸速度快慢与DNA模板含G、C的区域有关；在富含G、C区慢或暂停。2、转录暂停 当RNA聚合酶转录过程遇到特殊序列，转录速度变慢为0.1b/s或0称为暂停；这段序列称为暂停信号.,3.5.2 RNA合成的终止,1、一旦RNA聚合酶启动了基因转录，它就会沿着模板53方向不停地移动合成RNA链，直到遇到终止信号时才释放新生的RNA链，并与模板DNA脱离。2、模板DNA上都有终止转录的特殊信号-终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子，一个终止子。3、在新生RNA中出现发卡式结构会导致
5、RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。,原核转录的终止,以大肠杆菌为例（体外实验）1、终止子（terminator,t）弱终止子需要因子（rho factor）又称为依赖因子终止子 强终止子内在终止子（intrinsic terminators）又称为不依赖因子终止子,依赖于因子的终止 因子是一个相对分子质量为2.0105的六聚体蛋白。它能水解各种核苷三磷酸，实际上是一种NTP酶。由于催化了NTP的水解，因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。作用：因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解
6、产生的能量，沿着53方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程。终止过程需要消耗能量，所以，因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。,b、不依赖于 因子的终止 若终止点上游存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构；在终止点前面有一段由4-8个A组成的序列，导致转录产物的3端为寡聚U。这两种结构特征的存在同样决定了转录的终止。在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。,
7、强终止子的结构,NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNNNNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN DNANNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN RNA,强终止子的结构特点,(1)有回文结构存在；（2）茎的区域富内含G-C；(3)强终止子3端上有6个U；,N N N N N G C C G C G G C C G G C C U NNNNC U UUUU-OH 3 强终止子结构的模式图,3.5.3 抗终止,主要有两种方式：1、破坏终止位点RNA的茎环结构；例如：色氨酸操纵子结构基因前的一段序列-衰减子2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止；例如：
8、噬菌体中的N基因-N蛋白具有抗终止作用,3.6 内含子的剪接、编辑 及化学修饰,转录后RNA的加工成熟,RNA加工成熟主要包括：5加帽子结构；3加多聚A；切除内含子。,3.6.1 RNA中的内含子,三类转录产物加工的重要内容-切除内含子内含子概念和功能：被受关注，功能不清内含子剪切信号-GU-AG法则既内含子的5/边界序列为GU，3/边界序列为AG又称chambon法则。,剪切位点交界顺序,RNA内含子的3种剪接方式,第一类：自我剪接内含子（型、型）第二类：蛋白质（酶）参与剪接内含子第三类：snRNP参与剪接内含子,三类内含子的分布,I型内含子的剪接,Cech等1981年用四膜虫分离得到了35
9、S的前体rRNA，它含有一个长413bp的内含子。此35S rRNA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35S RNA在GTP的作用下可以自我剪接。,（一）I型内含子的结构特点,1.其边界序列为5U-G 3；2.具有中部核心结构（Central core strucature）3.内部引导顺序（internal guide seguence IGS）,(二)I型内含子的剪切机制,转酯反应(transesterification)酯键从一个位置转移到另一个位置。,（三）I型内含子与核酶,1、核酶（Rib
10、ozyme）提出 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（ribonucleic acid）和酶（enzyme）这两个词“重组”成一个新的词：核酶-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。,2、核酶和传统酶的区别：,(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。,3、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。,型内含子的剪接,(一)结构特点(
11、1)边界序列为5GUGCGYnAG；(2)有6个茎环结构；有分支点顺序。,(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；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。,I类与类内含子的剪接比较,蛋白质（酶）剪接的内含子-tRNA前体的剪切反应,1、真核tRNA的基因的特点：(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
12、加工过；(4)tRNA的前体分子中含有内含子。,2、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。,3、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。,4、tRNA内含子切除过程,3.6.2 真核mRNA前体内含子的 剪接反应,(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
13、，且具有2-OH。3.内含子5端有一保守序列可以和U1 snRNA的5端的保守顺序互补,内含子剪接位点及保守序列,（二）参与剪接的加工因子,剪接体：由snRNA和蛋白质因子组成核小分子RNA（snRNA）至少有：U1：5/剪切点结合 U2：U4/U5：U6：蛋白质因子：有20余种,(三)剪接机制,剪接因子snRNPsU1,U2,U5和U4/U6。,mRNA前体的 剪接过程第一步：转酯反应。5/剪接点磷酸基转移到分支点A 的2/-OH上，形成2/，5/-转酯化合物（套索RNA结构）第二步：剪接反应。5/外显子、3/外显子共价连接，形成成熟mRNA 和套索状内含子,3.6.3 RNA的编辑和化学修
14、饰,1、RNA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年R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现m RNA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。,线虫coxII 基因的编辑,2、RNA编辑的方式,（1）单碱基突变（2）U的缺失和添加,3、编辑的可能机制,1990年L.Simpsom等发现指导RNA（guide gRNA）。,4、RNA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。,5.碱基的化学修饰,方式：1、甲基化2、去氨基化3、硫化4、同分异构化5、二价
15、健的饱和化6、核苷酸替代,3.6.4 核酶,1、核酶概念2、核酶结构类型3、核酶催化功能,3.6.5 RNA在生物进化中的地位,1、RNA比相应DNA序列含有更多信息；2、RNA是获得性遗传的分子基础；3、RNA在生物进化中的地位 DNA是信息分子；蛋白质是功能分子；RNA既是信息分子，又是功能分子。,第三章 复习题,1,解释名词 基因表达 启动子 转录单位 Pribnow框 增强子 SD序列 RNA编辑 转录暂停 获得性遗传,2,简述转录的基本过程.3,试比较原核和真核基因转录起始点上游区结构的不同点有哪些?4,试比较原核生物和真核生物mRNA特征上的不同点?5,hnRNA 与mRNA有何差别?,
