真核生物的转录和后加工.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,真核生物,RNA,的转录和后加工,转录：以,DNA,为模板合成,RNA,的过程。,参与转录的物质,原料,:NTP,（,ATP,UTP,GTP,CTP,）,模板,:DNA,酶,:RNA,聚合酶（,RNA polymerase,RNA-,pol,）,其他蛋白质因子,真核生物,RNA,聚合酶,三种,RNA-pol,I,、,II,、,III,真核生物,RNA,聚合酶的特性,类别,I,II,III,细胞内位置,核仁,核质,核质,转录产物,除,5S-rRNA,外其余,rRNA,hnRNA,tRNA,snRNA,5S-RNA,占,RNA,转录总量,50-70%,20-40%,10%,对,-,鹅膏蕈（,xun,）碱的敏感性,耐受,高度敏感,中等敏感,(,物种特异性,),注：鹅膏覃碱是真核生物,RNA-,pol,的特异性抑制剂,真核生物的转录过程,（一）,转录起始,真核生物的转录起始上游区段比原核生物,多样化，转录起始时，,RNA-pol,不直接结,合模板,DNA,，而是借助众多转录因子，其起始过程比原核生物复杂。,真核生物的转录起始是在转录因子,(TF),的协助下，,RNA,聚合酶辨认结合转录起始点上游的,DNA,序列,(,启动子,),，生成起始前复合物。,1.,转录起始前的上游区段,顺式作用元件,(cis-acting element),顺式作用元件是指与结构基因串联的特定,DNA,序列,，是转录因子的结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。,转录起始点,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,AATAAA,转录终止点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1,：,ATTTGCAT,八聚体,2.,转录因子,能直接或间接辨认和结合转录上游区段,DNA,的蛋白质，统称为,反式作用因子,(trans-acting factors),。,反式作用因子中，直接或间接结合,RNA,聚合酶的，则称为,转录因子,(trans-criptional factors,TF),。,参与,RNA,聚合酶,转录的转录因子（,TF,）,转录因子,亚基和,(,或,),分子量（,kDa,）,功能,TFD,TBP,，,38,结合,TATA,盒,TAF,辅助,TBP-DNA,结合,TFA,12,，,19,，,35,稳定,D-DNA,复合物,TFB,33,促进,RNA-,pol,结合,TFF,30,，,74,解螺旋酶,TFE,57(,),，,34(,),ATPase,TFH,蛋白激酶，使,CTD,磷酸化,3.,转录起始前复合物,(pre-initiation complex,PIC),真核生物,RNA-pol,不与,DNA,分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。,TBP,TAF,TF II H,4.,拼板理论,(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要,3,至,5,个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性和专一性的复合物，再与,RNA,聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,（二）转录延长,真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。,RNA-pol,前移处处都遇上核小体。,转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。,转录延长中的核小体移位,RNA-,Pol,RNA-,Pol,RNA-,Pol,核小体,转录方向,（三）转录终止,终止过程：酶停止添加底物释放,RNA,链酶解离,终止反应,杂合双链的氢键断裂，,重新形成双螺旋，酶的解离。,终止子（,terminator,）：在转录的过程中，提供转录终止信号的,RNA,序列,真正起终止作用的是,RNA,序列，与启动子不同,真核生物的转录后修饰,Post-transcriptional Modification,在细胞内，原初转录产物经过一系列变化转变,为成熟的,RNA,分子的过程，称为,转录后加工（,post-,transcriptional processing,）,RNA,加工反应的分类,加工反应,举例,剪切,使,rRNA,和,tRNA,从多顺反子转录本中释放，终止真核生物,mRNA,转录,内切降解,加工,rRNA,和,tRNA,产生成熟末端,核酸转移,转移,CCA,到某些,tRNA,的,3,末端,碱基化学修饰,mRNA,和,rRNA,的甲基化，,tRNA,和,snRNA,普遍碱基修饰,核酸切除和替换,tRNA,鸟嘌呤的过度修饰产生二氢尿嘧啶,(Q),和假尿嘧啶,(W),加帽,在真核生物,mRNA 5,末端加上,7-,甲基鸟嘌呤,多腺苷酸化,在大多数真核生物和少数细菌,mRNA 3,末端加上多腺苷酸尾巴,剪接,(,转接,),去除大多数内含子,(,经常是顺式，偶尔反式,),剪接,(,连接,),去除,tRNA,内含子,编辑,通过碱基修饰改变,mRNA,所携带信息，在编码区中插入或缺失碱基,引自,Advanced Molecular,Biologiy:A,Concise,Reference,tabl,27.1,，,Richard M.,Twyman,BIOS,Scintific,publishers limited,1998,一、,mRNA,的转录后加工,(,一,),首尾的修饰,1.5-,端加帽,：,m,7,GpppG,2.3-,端加尾,：,多聚腺苷酸,(poly A),3.,剪接：外显子和内含子、断裂基因,(interrupted gene),4.,编辑,5pppN,5,p,N,ppi,pppG,pi,5,Gppp,N,5 m,7,Gppp,N,（,S-,腺苷甲硫氨酸）,CH,3,磷酸酶,甲基化酶,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA,5,-,末端帽子的生成,先于剪接加工,注：帽子结构中,G,未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变,mRNA,鸟苷酰,转移酶,帽子结构,3-,末端多聚腺苷酸的合成,先于剪接加工,poly A polymerase,催化,，转录后修饰点序列（,AAUAAA,）提供信号,一般长度为,100200,个腺苷酸,（二）,mRNA,的剪接,1.hnRNA,和,snRNA,hnRNA,成熟,mRNA,前身（含非编码内含子）,snRNP(small nuclear ribonucleoprotein,，小核核糖核蛋白体,),由,snRNA,和核内蛋白质组成，作为,RNA,剪接场所。,断裂基因,(splite gene),真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，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。,非编码区,AG,编码区,17,2.,外显子,(exon),和内含子,(intron),外显子,在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟,RNA,的核酸序列。,内含子,隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,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,3.,内含子的分类,I,：,主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的,rRNA,基因；,II,：,也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是,mRNA,；,III,：,是常见的形成套索结构后剪接，大多数,mRNA,基因有此类内含子；,IV,：,是,tRNA,基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及,ATP,。,4.mRNA,的剪接,除去,hnRNA,中的内含子，将外显子连接。,snRNP,与,hnRNA,结合成为并接体。,（,1,）剪接接口（边界序列）,内含子,5-,末端的,GU,和,3-,末端,AG,，也即,5 GU,AG-OH 3,。,（,2,）剪接体（,splicesome,）,由,snRNP,与,hnRNA,结合的复合体。其功能：致内含子形成套索，并使上、下游外显子靠近的。,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),。,5.mRNA,的编辑,(mRNA editing),指,在转录水平上发生改变,RNA,编码序列，致一种基因产生不止一种蛋白质的加工方式。,tRNA,的加工分成,3,个阶段,(1)“,斩头”，,形成,5,末端。,RNaseP,识别二级结构,发夹所组成的,tRNA(,外部引导区,),。,(2),去尾,，形成,3-OH,末端。由内切酶和外切酶的共同参与。前者识别发夹结构，后者识别,CCA,序列。,(3),修饰,：在前体,tRNA,的一些专一部位的碱基需要通过,甲基化酶,，,硫醇酶,，,假尿嘧啶核苷化酶,等的作用进行修饰成为特殊的碱基，如,氨基酸臂上,5,的,4-,硫尿苷（,4tu,），,D,臂上的,2,甲基鸟苷（,2mG,），,TC,臂上的假尿苷（,）,以及,反密码子环上的,2,异戊腺苷（,2ipA,）,二、,tRNA,的转录后加工,tRNA,前体,TGGCNNAGTGC,GGTTCGANNCC,DNA,RNAaseP,、内切酶,连接酶,tRNA,核苷酸,转移酶,碱基修饰,（,2,）还原反应,如：,U,DHU,（,3,）核苷内的转位反应,如：,U,（,4,）脱氨反应,如：,A,I,如：,A,A,m,（,1,）甲基化,（,1,）,（,1,）,（,3,）,（,2,）,（,4,）,三、,rRNA,的转录后加工,1.,甲基化,先于切割拼接，主要位置在核糖,-,2-OH,上，约占,2%(,真核,),左右。,真核,rRNA,甲基化程度比原核的高,2.rRNA,前体剪切成一定链长的,rRNA,分子；,3.rRNA,在修饰酶催化下进行碱基修饰,(,原核生物,),；,4.rRNA,与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基,rRNA,的转录后加工,转录,剪接,18S-,rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,45S-,rRNA,初级转录产物，,45S,18S 5.8S 28S,成熟产物，,rRNA,32S,20S,rRNA,转录后加工,拼接,