第十一章 RNA 的生物合成 (Biosynthesis of RNA)

第一节 RNA 转录合成的特点

第二节 RNA 转录合成的条件

第三节 RNA 转录合成的基本过程

第四节 RNA 转录后的加工修饰

◆◆ 定义：定义：在 RNA 聚合酶的催化下 , 以一段 DNA 链为模板合成 RNA, 从而将 DNA 所携带的遗传信息传递给 RNA 的过程称为转录。

模 板模 板 原 料原 料 酶酶 产 物产 物 配 对配 对 方 向方 向 引 物引 物

DNA(DNA( 不对称转录）不对称转录）NTPNTP

RNARNA 聚合酶聚合酶 tRNA,rRNA, mRNA,snRNA,tRNA,rRNA, mRNA,snRNA,hnRNA

A-U,T-A,G-CA-U,T-A,G-C 5’ 3’5’ 3’ 不需不需要要

第一节 RNA 转录合成的特点

◆◆以双链 DNA 中的一条链作为模板进行转录 , 从而将遗 传信息由 DNA 传递给 RNA ；◆◆对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而每个基因的转录都受到相对独立的控制。

一 . 转录的不对称性

转录方向 5’ 3’

模板链

无意链

有意链5’

5’3’3’

5’

5’

◆◆ 对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的 DNA 链上。与 mRNA 序列完全相同的那条 DNA 链称为有意义链 (编码链），而与 mRNA 互补的另一条 DNA 链称为反意义链（模板链）。

◆◆ 有意义链与反意义链并非固定不变。

gene1

gene2

二 .转录的连续性且不需要引物◆◆RNA 转录合成时，以 DNA 作为模板，在 RNA 聚合酶的催化下，连续合成一段 RNA 链，各条 RNA 链之间无需再进行连接。

◆◆ 合成的 RNA 中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。

三 .转录的单向性◆◆RNA 转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板 DNA 链的方向为 3'→5' ，而 RNA 链的合成方向为 5'→3' 。

四 .有特定的起始和终止位点◆◆RNA 转录合成时 ,只能以 DNA 分子中的某一段作为模板 ,故存在特定的起始

位点和特定的终止位点 ,特定起始点和特定终止点之间的 DNA 链构成一个转录单位 ,通常由转录区和有关的调节顺序构成。

◆◆ 转录起点转录起点：指与新生新生：指与新生新生 RNARNA 链第一个核苷酸相对应的链第一个核苷酸相对应的 DNADNA 链上的碱基。链上的碱基。◆◆ 上游（上游（ Upstream ） : 转录起点前面即 5’ 末端的序列◆◆ 下游（下游（ Downstream ） : 转录起点后面即 3’ 末端的序列

转录起点 (startpoint) ：指 RNA 开始转录的第一个碱基，此点通常用 +1表示

上游 (upstream) ：转录起点的左侧，用负的数码表示

下游 (downstream) ：转录起点右侧（转录区），用正的数码表示

正链： 与 mRNA 序列相同的链为正链。（编码链）负链： 与 mRNA 序列互补的链为负链。（模板链）

转录起点5/ 负（模） 3/

上游（—） 下游（ + ）3/ -1 +1 正（编） 5/

mRNA 互补于负链

RNA 合成不同于 DNA 合成之处• RNA 聚合酶不需要引物• RNA 聚合酶没有核酸酶的活性，在 RNA 合成过程中不起较对作用

• 转录是不对称的 即仅用 DNA 双链中某一条链作为模板进行转录，有时是这条链的某区段，有时是另一条链的某区域具有模板作用，对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基因，而且每一个基因的转录都受到相对独立的控制。

• 转录后 DNA 模板成分无改变

第二节 RNA 转录合成的条件

一 . 底物 四种核糖核苷酸，即 ATP ， GTP ， CTP ， U

TP 。

二 . 模板 以一段单链 DNA 作为模板。

◆◆ 以 DNA 为模板；◆◆ 都以四种三磷酸核苷为底物（原料）；◆◆ 都遵循 DNA 与 RNA 之间的碱基配对；◆◆ RNA 链的延长方向是 5’→3’ 的连续合成；◆◆ 需要 Mg2+或 Mn2+离子；◆◆ 并不需要引物；

三 . 依赖 DNA 的 RNA 聚合酶（ DDRP ）( 一 ) RNA 聚合酶的特点：

RNA 聚合酶催化的反应

A

C

G

A

C

G

U

U

模板 DNA

5´

3´5´

3´

新合成 RNA

◆◆全 酶： α2ββ’σω ， 465kD ，与 RNA 链的起始有关◆◆核心酶 :α2ββ’ω ，与 RNA 链的延长有关◆◆σ亚基与转录起始点的识别有关

（二）大肠杆菌的 RNA 聚合酶 （ 7000 个分子 /细胞）

亚基 功能

β’ βσ α

与模板 DNA 结合（开链）（开链）起始和催化合成（催化）（催化）识别起始点，稳定全酶决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 , ( 转录的特异性 )

枯草杆菌中：σ43 ， σ37 ， σ32 ， σ29 ，

σ28 ， σ54

◆◆按其对α- 鹅膏蕈碱敏感性而分为三种；◆◆均由 10～ 12 个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。

( 三 ) 真核生物 RNA 聚合酶

类型 类型

◆◆ Ⅰ Ⅰ◆◆ Ⅱ Ⅱ◆◆ Ⅲ Ⅲ

转录产物转录产物

rRNA:18s,5.8s,28srRNA:18s,5.8s,28s

hnRNA, snRNAhnRNA, snRNA

tRNA ,5srRNAtRNA ,5srRNA

对鹅膏蕈碱 对鹅膏蕈碱 的反应的反应 不敏感不敏感 高度敏感高度敏感 中度敏感中度敏感

定 位定 位

核 仁 核 仁 核基质核基质核基质 核基质

◆◆ 12 or more subunit◆◆ All contain subunits homologous to the subunits of the E. coli RNA Pol core (2’).◆◆ at least five other subunits are common ◆◆ Each RNA Pol contain additional four or seven specific subunit

酵母 RNA 聚合酶Ⅰ和Ⅱ

某些常用的转录抑制剂

抑制剂 靶酶 抑制作用

利福霉素 细菌的全酶 与 β 亚基结合，阻止起始

链霉溶菌素 细菌的核心酶 与 β 亚基结合，阻止延长

放线菌素 D真核 RNA 聚合酶Ⅰ

与 DNA 结合，并阻止延长

α-鹅膏蕈碱 真核 RNA 聚合酶Ⅱ

与 RNA 聚合酶Ⅱ结合

四 . 启动子和转录因子

启动子 (promoter) ： 指 RNA 聚合酶识别，结合和开始转录的一段

DNA 序列。

Promoter 确定方法： 足迹法（ footprint ） +DNA 测序法

足迹法确定启动子

序列

• sextama box(-35 区 ) ： RNA 聚合酶识别位点，该序列提供了 RNA 聚合酶识别的信号。

• Pribnow box(-10 区 ) ： RNA 聚合酶牢固结合位点，此处 AT含量多，有助于 DNA局部双链解开。

真核生物的启动子 • 1 ） -25bp~-30bp TATA box DNA 解链开始

转录位置• 2 ） CAAT box -75 左右，与 RNA 聚合酶结

合有关• 3 ） 更上游 GC box 转录因子结合其上

转录因子： RNA 聚合酶在进行转录时常需一些辅助因子（蛋白质）参与作用，称之为转录因子。

五 . 终止子和终止因子 1、终止子 (terminator)　　提供转录停止信号的 DNA 序列称终止子。

终止子的特点 ( 原核生物 ) ：1）在终止点之前均有一个廻文结构 → RNA可形成发夹结构

2） E.coli 的两类终止子： a. 不依赖于 ρ的终止子； b. 依赖于 ρ的终止子

1) ． ρ 蛋白：这是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为 50kD 。该蛋白因子能识别终止信号，并能与 RNA 紧密结合，导致 RNA的释放。

2) ． nusA 蛋白：为一分子量 69kD 的酸性蛋白，它能与 RNA 及 RNA 聚合酶相结合，在终止部位使两者被释放。

2、终止因子（ terminator factors ）

　　协助 RNA 聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质），如 ρ因子。

• 终止子和终止因子

六 . 激活因子

目前已知激活因子为降解产物基因激活蛋

白 (CAP), 又称为 cAMP 受体蛋白 (CRP) 。是

一种二聚体蛋白质，亚基分子量为 23kD 。

该蛋白与 cAMP 结合后，刺激 RNA 聚合酶与

起始部位结合，从而起始转录过程。

第三节 RNA 转录合成的基本过程

一 . 原核生物 RNA 转录合成的基本过程

• 启动子序列的识别• RNA 转录的起始• RNA 链的延伸• 转录的终止

◆◆启动子（ promoter) 位于基因上游 ,与 RNA 聚合酶识别 ,结合并起始转录有关的一些

DNA 序列 (双链 )。◆◆原核生物启动子的特点 : (1)DNA 序列在转录起始点的 5’端区 (上游区 ) (2)-10 区： TATAAT(pribnow box) ，牢固结合位点，解链区 (3)-35 区： TTGACA(sextama box) ， σ因子识别位点 (4) 相距 16-19bp ：为聚合酶提供合适的空间结构

1.启动子序列的识别

上升突变： TATGTT→TATATT lac 转录水平↑

下降突变： TATAAT→AATATT rrnD1、 rrnE1 转录水平↓

一致序列

（ Sextama box ）

17bp最佳

◆◆CAPCAP 位点位点（（ Catabolite Activator ProteinCatabolite Activator Protein binding sit binding sitee ））

CRPCRP 位点位点（（ cAMP receptor proteincAMP receptor protein binding site binding site ）） 在启动子上游，可与在启动子上游，可与 CAPCAP 蛋白结合，促进蛋白结合，促进 RNARNA 聚合酶与聚合酶与启动子区结合或诱导解链启动子区结合或诱导解链

具有反向重复序列 具有反向重复序列

◆◆识别过程 全酶与 DNA 分子随机结合，形成松弛复合物 σσ 因子在因子在 DNADNA 双链寻找启动子双链寻找启动子 σ因子识别转录起始点（ -35 区），促使形成 封闭复合物，并滑动到 -10 区

2 起始◆◆ RNA 聚合酶全酶促使局部双链解开◆◆ “关闭”复合体转变为“开放”复合体◆◆ 并催化 ATP或 GTP与另外一个三磷酸核苷聚合，形

成第一个 3',5'-磷酸二酯键。

GpN

Also called transcription complex ( 转录复合物 ), including core enzyme, template, and transcripts.

Transcription bubble （转录空泡）

3 延长• σ 因子从全酶上脱离 .

• DNA 的解链和重复螺旋化

•余下的核心酶继续沿 DNA 链移动，连续聚合 RNA.

The cycle

5’

RNA

DNA

4 终止◆◆终止子： DNA 转录的终止信号 (terminator) ◆◆不依赖 ρ因子的终止子 :内在终止子（ intrinsic terminator ）

DNA 顺序有双重对称 (dyad),富含 GC, 可形成茎环结构DNA

模板链中有一串约 6 个 A，转录为 RNA3' 端的 U5’ 3’

自动终止

大肠杆菌两类终止子的回文结构不依赖于 Rho （）的终止子 依赖于 Rho （）的终止子

系列 U

◆◆依赖 ρ因子的终止子（ ρ-dependent terminator ） 有发夹结构，但 GC含量少 无 U 串

依赖 ρ因子的终止

ρfactor

◆◆ Binding the C-rich region of transcripts ◆◆ ATPase ◆◆ helicase

functions

AUCGCUACCUCAUAUCCGCACCUCCCUCAAACGCUACCUCGACCAGAAAGGCGUCUCUU

5 抗终止（ 1 ）破坏终止位点 RNA 的茎环结构 如一些控制氨基酸合成的操纵元。

（ 2 ）依赖于蛋白质因子的转录抗终止 λ 噬菌体 N 基因编码的 N蛋白具有抗转录作用，但必需有寄主所产生的几种蛋白质的同时存在才能发挥其功能．它们是 NusA ， NusB， S10 和 2.5*104蛋白等，上述几种蛋白质结合到终止子附近的 Nut 位点是实现抗转录终止的必要条件． Nut 位点中含有 CGCTCTTA 的 box A 和一个二重对称序列， N蛋白能识别后者转录所形成的茎 -环结构并与之结合． NusA 以二聚体的形式存在，一个亚基与此同时 RNA 聚合酶结合，另一个亚基与Ｎ蛋白结合．

终止

抗终止

的释放与循环

3

起始位点 PPPP

PP 终止位点RNA

DNA3

5 3

5

NTP

酶

PPPP

PP

酶

酶

酶

酶

识加起始位点

3

5

5

与酶结合

RNA 聚合酶

转录开始

酶

NTPPP

PPPP

RNA 链延长

与 RNA 结合

RNA 、 及酶的释放

PPPP PP

原核 RNA 的转录过程 圆圈表示 RNA 聚合酶的核心酶部分（ α2ββ’ ）。 σ 因子参与识别特异的启动子，它与核心酶一起结合到 DNA 模板的起始位置上。以 NTP 为原料，全酶催化 RNA 合成。当 RNA 链延长到大约 10 核苷酸时， σ 因子从全酶上脱离，参与另外一次循环。核心酶沿着 DNA 模板移动，继续延长 RNA 链。当 RNA 聚合酶遇到了终止信号不能再继续前进，便在 ρ 因子作用下与模板链脱离， RNA 合成终止。核心酶参与另外一次循环。

End for transc.

GCGC-CAAT-TATA-ATG AATAAA

Signal for processing

exonintron

Start for translation

Start for transcriptionTATA box (Hogness box)

CAAT boxGC box

Enhancer （增强子）

Cleavage, polyadenylation

structure of gene transcribed by RNA pol Ⅱ

End for transl.

二二 .. 真核生物的转录过程真核生物的转录过程

◆顺式作用元件（ cis-acting element ） 与基因表达调控有关的 DNA 序列 如 :启动子 ,增强子 TATA 区上游的保守序列称为上游启动子元件（ upstream promoter element ， UPE）或上游激活序列（ upstream activating sequence ， UAS）

◆反式作用因子（ transacting factor ） 转录因子： TF 识别并作用于顺式作用元件的蛋白质因子

1 1 真核生物启动子真核生物启动子 ◆ ◆ RNARNA 聚合酶聚合酶 II的启动子：的启动子：转录转录 5.8S,18S,28S rRNA5.8S,18S,28S rRNA 在转录起始点的在转录起始点的 5’5’ 端区端区 (( 上游区上游区 )) 上游控制元件和核心启动子上游控制元件和核心启动子

NTS

ETS ITS1 ITS2

18S 5.8S 28SNTS

ETS ITS1 ITS2

18S 5.8S 28S

-180 -107 -45 +1

上游控制元件增强转录效率

核心启动子起始转录

◆ RNA 聚合酶 II的启动子 (mRNA 和 SnRNA) DNA 序列在转录起始点的 5’端区 (上游区 ) -25bp:TATA盒（ Hogness box） ,识别起始位点 -75bp:CAAT 盒 (CAATCT) -110bp:GC 盒 (GGGCGG)

-75bp-110bp

Mutations in promoter sequence have serious consequences

◆ ◆ RNARNA 聚合酶聚合酶 IIIIII的启动子（的启动子（ 5SrRNA5SrRNA 、、 tRNAtRNA 和部分和部分 SnRSnRNANA ）） 内部启动子（内部启动子（ internal promoterinternal promoter ）） :: 5SrRNA5SrRNA 、、 tRNAtRNA 的启动子位于转录起始点下游的启动子位于转录起始点下游

2 增强子（ enhancer ）◆概念：增强真核生物启动子活性的 DNA 顺序。长约 100～ 200bp ， 核心组件常为 8 ～ 12bp ，可以单拷贝或多拷贝串联形式存在。

◆特点： 增强效应明显； 可以远距离调控，可位于基因的上游或下游； 增强作用与其序列方向无关； 有组织和细胞特异性； 无基因专一性；受外部信号调控

   SV40 virus - 5 enhancer regions

up- regulate transcription, bind to "activator proteins", 50 000 bp from TIS

3 转录因子（ transcriptional factor, TF)

(1) 通用转录因子：它们与 RNA 聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始，如 TF D Ⅱ 、 TF AⅡ 、 TF FⅡ 、TF EⅡ 、 TF H Ⅱ 等。

(2) 组织细胞特异性转录因子和可诱导性转录因子：这些 TF 是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。

TF involved in transc. by RNA-pol Ⅱ Ⅱ

members functions

TF AⅡ Stabilize binding of TF DⅡ

TF BⅡ Promote binding of RNA pol Ⅱ

TF DⅡ Binding TATA box

TF EⅡ ATPase

TF FⅡ helicase

4 真核生物转录的起始

第四节 RNA 转录后的加工修饰一 . 原核生物 RNA 的转录后加

工◆◆ 转录后加工转录后加工（（ Post-transcriptional processingPost-transcriptional processing）） 在转录中新合成的在转录中新合成的 RNARNA 往往是较大的前体分子，需要经 往往是较大的前体分子，需要经 过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、成成 熟的熟的 RNARNA 分子，这一过程称为转录后加工或分子，这一过程称为转录后加工或 RNARNA 的成熟。的成熟。 主要包括剪接、剪切和化学修饰。主要包括剪接、剪切和化学修饰。◆◆ 绝大多数绝大多数 mRNAmRNA 可直接作为翻译的模板可直接作为翻译的模板 ,, 不需加工不需加工◆◆ rRNArRNA 和和 tRNAtRNA 的转录产物要加工、修饰的转录产物要加工、修饰 成熟的成熟的 rRNArRNA 和和 tRNA5’tRNA5’ 端是端是 5’-5’-单磷酸；单磷酸； 比原初转录产物小；比原初转录产物小； 所有所有 tRNAtRNA 都含有稀有碱基都含有稀有碱基

1.mRNA 前体的加工◆◆少数多顺反子 mRNA须通过核酸内切酶切成较小的单位，然后

再进行翻译，加工的意义在于可对 mRNA 的翻译进行调控。

甲基化作用

专一核酸内内切酶

30S 前体

17S

tRNA

25S

专一核酸外切酶

16S rRNA tRNA 23S rRNA 5S rRNA

专一核酸外切酶

原核生物中原核生物中 rRNArRNA 前体的加工前体的加工

2. 大肠杆菌 rRNA 前体的加工

◆ ◆ 共有共有 77 个个 rRNArRNA 转录单位，它们分散在基因组各处转录单位，它们分散在基因组各处◆ ◆ rRNArRNA 基因和基因和 tRNAtRNA 基因混合组成一个操纵子：基因混合组成一个操纵子： 16SrDNA-tDNA-23SrDNA-5SrDNA-tDNA16SrDNA-tDNA-23SrDNA-5SrDNA-tDNA◆◆加工过程加工过程核酸酶：核酸酶： 核酸内切酶：核酸内切酶： RNaseIIIRNaseIII和和 RNaseERNaseE 核酸外切酶：核酸外切酶：专一核酸外切酶专一核酸外切酶特定位点进行甲基化，产生甲基化修饰成分 特定位点进行甲基化，产生甲基化修饰成分

P5P23P16

3．大肠杆菌 tRNA 的加工

◆ ◆ tRNAtRNA 基因：约基因：约 6060 个个 多数多数：：多顺反子多顺反子 (( 几个相同几个相同 (( 不同不同 )tRNA)tRNA 连在一起，成簇存连在一起，成簇存

在；与在；与 rRNArRNA 基因或蛋白基因相连，组成混合转录单位基因或蛋白基因相连，组成混合转录单位 )) 少数少数：：单顺反子单顺反子◆Ⅰ◆Ⅰ型型 --- tRNA --- tRNA 有 有 3’-CCA-OH3’-CCA-OH Ⅱ Ⅱ型型 --- tRNA --- tRNA 无 无 3’-CCA-OH3’-CCA-OH

◆◆加工过程加工过程 剪切、修剪和剪接（斩头、去尾 ）剪切、修剪和剪接（斩头、去尾 ）◆◆ 核酸内切酶 : 在 tRNA 两端切断（ cutting ） RNase P: 核糖核蛋白 , 使 tRNA 5’ 端成熟 RNase F ：切除多余的 3’ 端序列

◆◆ 核酸外切酶 : 从 3’ 端逐个切去附加的顺序 , 进行修剪 RNaseD: 切除Ⅰ型 tRNA 3’-CCA-OH 下游序列 则露出 CCCA-OH

◆◆ tRNA 核苷转移酶： 催化Ⅱ型 tRNA形成稳定的 3’CCA-OH

◆◆ 核苷的修饰（成熟 tRNA众多修饰成分） 甲基化： tRNA甲基化酶，甲基供体： SAM 假尿苷： tRNA假尿苷合酶催化糖苷键移位， N1→C5

tRNAtRNA 前体分子的加工前体分子的加工a、切除 tRNA 前体两端多余的序列： 5’—端切除几到 10个核苷酸。

b、末端添加： 3’- 端添加 CCA 序列。

c、修饰：形成稀有碱基如 DH2 。

RNAase PRNAase F RNAase P

RNAase F

RNAase DRNAase D

ACC

表示核酸内切酶的作用

表示核苷酸转移酶的作用

表示核酸外切酶的作用

表示异构化酶的作用

RNase P ：是由蛋白和 RNA 组成的复合体。分子量为 130kDa RNA 长 375nt 内切酶的活性 识别二级结构

◆◆ exon (外显子 )

在真核生物结构基因中，编码区叫外显子

◆◆ intron (内含子 ) ： 非编码区叫内含子

◆◆断裂基因 (split gene )

编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开

二 . 真核生物 RNA 的转录后加工

三种不同的内含子◆内含子的剪接需形成剪接体的形式，除各种蛋 白因子外还需各种 snRNP的参与。如真核的核 mRNA 。

◆内含子的剪接需要蛋白酶的参与，如 tRNA 。

◆◆内含子可自我剪接 ,不需任何蛋白质参与 I ：真核的细胞器基因，低等真核的 RNA 基因 II：真菌的线粒体和植物叶绿体基因

hnRNA (heterogeneous nuclear RNA) ：核内不均一RNA ，指核内含有内含子的未拼接的 mRNA 前体。由转变成的加工过程包括：由转变成的加工过程包括：

① ① 加帽加帽

② ② 加尾加尾

③③ 链内部核苷酸甲基化

④④ 通过拼接去除由内含子转录来的序列通过拼接去除由内含子转录来的序列

snRNA (small nuclear RNA) ：核内小型 RNA ，可与蛋白质结合形成拼接体， 参与 hnRNA 的拼接； types ： U1 ， U2 ， U3 ， U4 ， U5 ， U6, etc

1. 1. mRNA 的加工

hnRNA 的末端修饰

N

NH

N

N+

NH2

CH3

O

OH OH

O P

O

OH

O P

O

OH

O P

O

OH

OO

Base

OHO

P+

OH

OH

O-----AAAAAAAAA-OH

O

G

5’ 端加帽

3‘ 端加 poly(A)尾巴

帽帽 00

帽帽 11

帽帽 22

m7m7GpppGpNGpppGpN

m7m7GpppGGpppGmmpNpN

m7m7GpppGGpppGmmpNpNmm

5’ 端加帽

鸟苷酸转移酶

5’ 端帽子的功能：◆◆ 稳定成熟mRNA 的结构 ◆◆ 促进 mRNA 与核糖体的结合

hnRNA + nATPpoly A polymerase

Mg2+ mRNA-(A)n +nPPi

3’ 端加 poly(A)尾巴

3’poly(A)3’poly(A) 尾巴的作用：尾巴的作用：

◆◆ 稳定 mRNA◆◆ mRNA 转移到细胞质◆◆翻译调控

Mature mRNA

hnRNA

Insulin ( 胰岛素 ) gene

E1 E2 E35’— —3′S Pre B C C A

5’— —3′S Pre B C C A

Preproinsulin 前胰岛素原

mRNA 前体（ hnRNA ）的拼接

O—P-O-GU A AG-O—P-OE1 E2

OHE1 A AG-O —P-O

E2

UGO

PO

O-P-OE1 E2 +

A AG-OH

UGO

PO

intron

2’-OH

The first step oftransesterification

The second step oftransesterification

类型自我拼接 (B)

GU-AG rule

• GU always at 5' end of intron: Donor site: AG | GUAAGUAG always at 3' end of intron: Acceptor site: (Py...Py) 12 NCAG | N

碱基突变→剪接错误碱基突变→剪接错误→→贫血病贫血病

(1). 拼接体 (Spliceosome) 联结内含子的 5’ 和 3’ 末端

(2). 形成 套索 RNA (lariat RNA), 外显子相互靠近

(3). 两步转酯（ transesterification ）反应，切除内含子，连接外显子

(C)

CAUUCAU AUGAUGU

exon1 exon2

GUAAGUA UACUACA AG5’ 3’

intron

branch 分枝点

U1U2spliceosome

exon1

exon2

UG

A

GA

5’

3’

核 mRNA 的拼接体的拼接

◆◆ 与与原核有区别： 真核 tRNA 前体中无二聚体和多聚体 增加了剪接内含子的过程 都要加 CCA ◆◆加工过程 内含子的切除 连接外显子 修饰碱基

Primary transcripts of tRNA Mature tRNA

2. 2. tRNA 的加工

ligase

Nucleotidyl transferase

环磷酸二酯酶 激酶

tRNA 的特异碱基修饰

(rare base, 稀有碱基 )

(2) 还原 ： U DHU (dihydrouridine)(3)置换 ： U (pseudouridine)

(4)脱氨基 : A I (inosine)

(1)甲基化： m7GG

(5) 真核生物的 tRNA 除含有修饰碱基外，还含有 2-O- 甲基核 糖，含量约占核苷酸的 1%

3.3. rRNA 的转录后加工 真核生物中， rRNA 基因属于丰富基因 , 以中度重复串联基因形式存在 (拷贝数在几十到几千之间 ) 。多数真核生物的 rRN

A 基因不存在内含子；有些 rRNA 基因含有内含子但并不转录．

不同真核生物 rRNA 前体的加工过程可略有不同． RNaseШ以及其它核酸内切酶在 rRNA 前体的加工中起重要作用． rRNA 在成熟过程中可被甲基化，主要的甲基化位置也在核 糖的 2’-羟基上，真核生物 rRNA 的甲基化程度比原核生物 rRNA的甲基化程度高．

类型自我拼接 (A)

　　 四膜虫的核 rRNA 基因和酵母线粒体 rRNA 基因含有内含子，它们的转录产

物可以自动切去内含子，拼接不需要任何蛋白的参与 , 其自身作为酶起催化

作用，即核酶。这种拼接方式又称为类型自我拼接。

酵母rRNA前体的剪切

切除 5′ 端的前导序列

切下 18S 的片段 部分退火

修正

tRNA 除含有修饰碱基外，还含有 2-O- 甲基核糖，含量约占核苷酸的 1%

转录后的加工和与核糖体的装配同时进行转录后的加工和与核糖体的装配同时进行

反式剪接（ Trans-splicing ）◆ 顺式剪接（ Cis-splicing） 剪接过程发生在一个 RNA 分子的内部，即通过剪接将 一个 RNA 分子的内含子去除，使外显子连接在一起。◆反式剪接（ Trans-splicing） 以两种不同来源的 RNA 前体分子为底物，经过剪接在 成熟的 mRNA 非翻译部分接上一小段 RNA片段（剪接前 导序列或小外显子）

◆ 转录后的 RNA 在编码区发生碱基的加入 ,丢失 , 转换

◆ 一种与一种与 RNARNA加帽、加尾、剪接不同的加帽、加尾、剪接不同的 RNARNA加工形式。加工形式。◆转录后改变转录后改变 RNARNA 的序列，使成熟的序列，使成熟 RNARNA 的序列与基因组的序列与基因组 DNDNAA 序列不同。序列不同。◆生物学中心法则的补充，扩大了生物学中心法则的补充，扩大了 mRNAmRNA 遗传信息容量。遗传信息容量。

4. RNA 编辑（ editing ）

512kD 250kD

载脂蛋白 B(Apolipoprotein B) 基因： mRNA 上 C→U

酶促脱氨

谷氨酸受体基因mRNA ： A→I

脱氨

与酵母和人的 CoII比较：在 DNA 上有一个碱基缺失 在 gRNA 指导下，可在缺失前增加 4 个 UUU

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

cuting site G U G N N NNN

N N NNN

3' 5'

N C A A NNN A NNN A C N A

N

C U G

a. 3 stemsb. 1-3 loopsc. At least 13 conservative bases

5. 核酶 (ribozyme)

具有催化活性的 RNA ，呈槌头型结构。

四膜虫 26SrRNA 的自身剪接

413bp

15bp

前体 前体 6.4 kb6.4 kb

413bp413bp 内含子内含子

5.986kb 5.986kb

底物

催化部分

酶

底物

核酶的发现，具有重要生物学意义：

1.打破了酶是蛋白质的传统观念。

2. 在生命起源问题上，为先有核酸提供了依据。

3. 为治疗破坏有害基因、肿瘤等疾病提供手段。

附 RNARNA 生物合成的抑制剂生物合成的抑制剂

1、嘌呤和嘧啶类似物（ 383页）碱基类似物 (人工合成 ) ：抑制和干扰核酸的合成，代谢抑制物：直接抑制核苷酸生物合成的酶，或掺入核酸分子中去，形成异常 DNA ，RNA ，影响核酸功能。

2、 DNA 模板功能抑制剂

• (1) 烷化剂• (2) 放线菌 D （原、真）• (3) 嵌入染料

3、 RNA 聚合酶的抑制剂 • (1) 利福平：和原核生物 RNA 聚合酶的

β亚基结合，从而阻止合成。

• (2) α-鹅膏覃碱：通过作用于 RNA 聚合酶Ⅱ和Ⅲ阻断真核生物细胞m RNA 的合成。