林谦第8章转录后加工.ppt

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1、分子生物学玉林师范学院生命科学与技术学院林谦2013.9.第8章转录后加工基因转录的直接产物即初级转录物通常没有功能，必须经历转录后加工才会转变成有活性的RNA分子。三种主要的RNA(mRNA,rRNA,tRNA)在原核细胞和真核细胞中所经历的后加工反应并不完全相同，而且同一种RNA前体也可能有不同的加工路线，导致一个基因产生几种终产物，这种选择性的后加工已成为基因表达调控的一种很重要的手段。8.1原核细胞RNA前体的后加工8.1.1mRNA前体的后加工原核细胞的mRNA很少经历后加工。大多数mRNA一旦转录就被当作翻译模板，核糖体结合到5'-端翻译，并形成多聚核糖体的结

2、构。近来发现某些原核生物和某些噬菌体的mRNA也有内含子，需要经过相对复杂的拼接反应才能成熟。8.1.2rRNA前体的后加工原核细胞的三种rRNA和两个tRNA是作为一个共转录物被转录的。转录前体的沉降系数为30S，需要剪切、修剪，和核苷酸的修饰。(1)剪切和修剪rRNA前体能够形成茎环结构，核糖核酸酶III、M16和M23进行剪切、修剪，产生成熟的16SrRNA和23SrRNA。5SrRNA由核糖核酸酶E和M5释放，tRNA由核糖核酸酶P、F释放。(2)核苷酸的修饰主要形式为2'-OH的甲基化，一般发生在剪切和修剪前。甲基供体是S-腺苷蛋氨酸。图8-1原核细胞rRNA前

3、体的后加工8.1.3tRNA前体的后加工典型的tRNA有80nt，其中的多数核苷酸受到修饰。所有tRNA的3'-端都是CCA。(1)剪切和修剪参与大肠杆菌tRNA前体剪切和修剪的为核糖核酸酶P、F、D。核糖核酸酶P负责5-端剪切，F、D切割tRNA的3-端。(2)核苷酸的修饰tRNA上的核苷酸修饰主要集中在碱基上，如碱基的甲基化、脱氨和还原等。图8-2E.colitRNA前体的后加工8.2真核细胞RNA前体的后加工8.2.1mRNA前体的后加工真核细胞的mRNA需要经历多种形式的后加工：5'-加帽、3'-端加尾、内部甲基化、拼接和编辑。8.2.1.15'-端加帽绝大多数真

4、核生物的细胞核mRNA和某些snRNA的5'-端含有帽子结构，本质上是与第一个被转录的起始核苷酸通过5',5'三磷酸酯键相连的7-甲基鸟苷酸。帽子的功能包括：(1)有助于某些mRNA前体的正确拼接；(2)有助于成熟mRNA转运出细胞核；(3)保护mRNA，避免核酸酶降解；(4)增强mRNA的可翻译性。图8-3真核细胞mRNA的三种形式的帽子结构8.2.1.23'-端加尾尾巴的本质是一段多聚腺苷酸序列(polyA)，它位于绝大多数真核细胞核mRNA的3-端，约250个腺苷酸。参与加尾反应的顺式元件是位于mRNA前体内部的特殊核苷酸序列，充当加尾信号；参与加尾反应的反式因子是

5、与顺式元件相互作用的蛋白质或催化加尾反应的酶。尾巴的功能包括：(1)提高mRNA的稳定性；(2)增强mRNA的可翻译性，提高mRNA翻译的效率；(3)影响最后一个内含子的切除；(4)某些缺乏终止密码子的mRNA通过加尾获得终止密码子；(5)通过选择性加尾调节基因的表达。图8-6加尾反应需要的顺式元件图8-7真核细胞mRNA前体加尾反应模式图8.2.1.3内部甲基化主要是指mRNA分子内部的某些腺嘌呤碱基C6被甲基化修饰。修饰既可以发生在内含子上，也可以发生在外显子上，大概占总腺苷酸的0.1%。8.2.1.4拼接基因断裂在真核生物及其病毒的基因组中很普遍，在高等生物基因组中

6、，绝大多数的蛋白质基因是断裂的，只有少数是连续的。断裂基因含有的内含子数目不一定相同，内含子大小也会有差别。哺乳动物的磷酸丙糖异构酶基因有8个内含子、9个外显子，每一个外显子对应一个结构域。抗肌营养不良基因共有78个内含子，mRNA前体长度大于2×106nt，但成熟的mRNA只有1.4×104nt。图8-8磷酸丙糖异构酶基因结构及其mRNA前体的后加工图8-9参与真核细胞核mRNA前体拼接反应的顺式元件许多真核细胞mRNA前体在不同的细胞或组织中或在不同的生理条件下可发生不同方式的拼接。同一种mRNA前体发生的不同方式的拼接称为选择性拼接或可变拼接。mRNA前体的选择性拼

7、接可导致少量的基因编码出更多的蛋白质。人类基因组计划的结果表明人体内只有3万个左右的蛋白质基因，却能制造出几十万种蛋白质，这主要归功于选择性拼接。据估计，人体内超过50%的基因产生的mRNA前体会发生选择性拼接。发生在同一个mRNA前体分子上的拼接称为顺式拼接。发生在两种不同的mRNA分子之间的拼接称为反式拼接。通过反式拼接，一种mRNA前体上的外显子可与另一种mRNA前体上的外显子连接得到一种杂合的mRNA。锥体虫细胞内所有成熟的mRNA5'-端都带有一段由36nt的微外显子或称被拼接的前导序列(SL)，其序列来自于另一种R