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伶戊鲍
4 years ago
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1 分子生物学第三章生物信息的传递 ( 上 ) 从 DNA 到 RNA 第五节原核和真核生物转录产物比较第六节原核和真核生物 MRNA 的特征比较第七节真核生物 RNA 的转录后加工第八节 RNA 的编辑再编码及化学修饰夏玉琼 10/12/2017

2 2 目录原核和真核生物转录产物比较原核和真核生物 mrna 的特征比较真核生物 RNA 的转录后加工 RNA 的编辑再编码及化学修饰

3 3 原核生物和真核生物转录产物比较原核生物真核生物 RNA 聚合酶 1 种 3 种以上转录产物编码序列含有内含子序列后加工不需要需要转录和翻译的时间同时先后

4 4 目录原核和真核生物转录产物比较原核和真核生物 mrna 的特征比较原核生物 mrna 的特征真核生物 mrna 的特征真核生物 RNA 的转录后加工 RNA 的编辑再编码及化学修饰

5 5 原核生物 mrna 的特征 1. 半衰期短 mrna 的转录和翻译几乎同时同地发生转录开始 1min 后, 降解就开始了 E.g. 大肠杆菌色氨酸合成酶基因, 平均每分钟有 15 次转录开始, 这些 mrna 链从生成到降解平均被翻译 10 次 1970s 才分离出来

6 6 原核生物 mrna 的特征 2. 以多顺反子形式存在顺反子 : 功能基因, 通过顺式 ( 基因序列 ) 及反式 ( 所编码的蛋白质 ) 试验所确定的一个遗传学单位多顺反子是指能编码多个蛋白质的 mrna 多顺反子是操纵子 ( 一组相邻或相互重叠基因 ) 的转录产物 5 上游非编码区 + 编码区 +3 下游非编码区

7 7 原核生物 mrna 的特征 2. 以多顺反子形式存在例如 : 大肠杆菌乳糖操纵子的转录产物是编码三条多肽的多顺反子, 这三个多肽是 β- 半乳糖苷酶,β- 半乳糖苷透过酶,β- 半乳糖苷乙酰基转移酶

8 下游顺反子有时受上游顺反子的调控不受调控受调控 8

9 9 原核生物 mrna 的特征 3. 5 端无帽子结构,3 端没有或有较短的 poly A SD 序列 ( 代替帽子结构的作用 ) 起始密码子 AUG 上游 7~12 个核苷酸与 16S rrna ( 核糖体中 )3 端反向互补在核糖体 -mrna 的结合过程中起作用

10 10 细菌 16S rrna 3 端的发卡式结构 16S rrna 3 端 Me 2 Me 2 3 配对 ФX17 4 基因 D E J F G A B mrna 序列 (5-3 ) 的 5 端非编码序列 CCACUAUAGGAAGAAA UCAUGAGU CUGCGUUGAGGCUUGC GUUUAUGGUA CGUGCGGAAGGAGUGA UGUAAUGUCU CCCUUACUUGAGGAUA AAUUAUGUCU UUCUGCUUAGGAGUUU AAUCAUGUUU CAAAUCUUGGAGGCUU UUUUAUGGUU AAAGGUCUAGGAGCUA AAGAAUGGAA

11 11 真核生物 mrna 的特征起始密码子 AUG 单顺反子 5 端帽子 3 端 poly A 基因的分子生物学定义 5 3 产生一条多肽链或功能 RNA 所必需的全部核苷酸序列

12 12 5 帽子 3 5 帽子甲基化鸟嘌呤, 是 5-5 接到第一个核苷酸上帽子常常被甲基化

13 13 5 帽子 0 号帽子所有真核生物都有单细胞真核生物主要是这个结构 1 号帽子真核生物中以这类为主 2 号帽子 <10%-15% 帽子结构可能使 mrna 免遭核酸酶的破坏

14 3 poly A 大多数真核生物都有 poly A( 多聚 A 尾巴 ),40-200 base 终止位点上游 15-30 bp 处的 AAUAAA

14 14 3 poly A 大多数真核生物都有 poly A( 多聚 A 尾巴 ), base 终止位点上游 bp 处的 AAUAAA 对于切割和加上 poly A 是必需的 Poly A 是 mrna 从细胞核进入细胞质的必需形式 polya - 没有 polya, 主要编码组蛋白 ; 其它 polya +

15 15 3 poly A RNA 聚合酶 II 并不在 polya 位点终止, 而往往继续转录大部分已知基因的初级转录产物拥有 polya 位点下游 0.5-2kb 核苷酸序列

16 16 3 poly A 的特征用于分离真核生物 mrna

17 17 原核和真核 mrna 特征比较原核真核多顺反子 mrna 单顺反子 mrna 半衰期短半衰期稍长 SD 序列负责与 rrna 结合 5 帽子负责与核糖体结合, 3 polya 尾巴负责帮助 mrna 进入细胞质

18 18 原核生物和真核生物转录产物比较原核生物真核生物 RNA 聚合酶 1 种 3 种以上转录产物编码序列含有内含子序列后加工不需要需要转录和翻译的时间同时先后

19 19 目录原核和真核生物转录产物比较原核和真核生物 mrna 的特征比较真核生物 RNA 的转录后加工真核生物 RNA 中的内含子真核生物 trna 前体的转录后加工真核生物 rrna 前体的转录后加工真核生物 mrna 的剪接 RNA 的编辑再编码及化学修饰

20 RNA 中的内含子 20

21 21 Pre-mRNA 的剪接加 5 帽子切除内含子加 3 端 poly A 尾巴

22 22 RNA 加工过程及其生理功能加工过程推测的生理功能加帽子反应 mrna 从细胞核细胞质基质转运, 翻译起始加 polya 反应转录终止, 翻译起始,mRNA 降解 RNA 的剪接从 mrna, trna, rrna 分子中切除内含子 RNA 的切割从前体 RNA 中释放成熟 trna 和 rrna 分子

23 23 剪接信号 : GU-AG 法则 mrna 前体中内含子两端边界存在共同序列剪接信号内含子的 5 端 GU,3 端 AG GU- AG 法则 (Chambon 法则 ) 内含子的内部也可能参与, 如分支点 A 5 A/C AG GUPuAGU A Py rich AG G 3 外显子内含子外显子

24 24 RNA 剪接中的两步转酯反应

25 25 RNA 剪接大多发生在剪接体上剪接体 :150 种蛋白质和 5 种 RNA 的大型复合体, 大小与核糖体差不多 RNA:U1-snRNA, U2-snRNA, U4-snRNA, U5-snRNA, U6-snRNA 蛋白 :U1-snRNP, U2-snRNP, U4-snRNP, U5-snRNP, U6-snRNP

26 26 snrnp 在剪接中的功能识别 5 剪接位点和分支点按需要把这两个位点集结到一起催化或协助催化 RNA 的剪接和连接反应

27 27 mrna 的剪接 U1 识别 5 剪接点 U2AF(U2 辅助因子 ) 识别 3 剪接点 U2AF 引导 U2 snrnp 与分支点结合进一步与 U4 U5 U6 snrnp 三聚体结合

28 mrna 的剪接 28

29 29 mrna 的剪接内含子的变位剪接个体发育或细胞分化时, 选择性越过某些外显子或某个剪接位点进行变位剪接 E.g. 果蝇中发现的与性别分化相关基因的特异性基因雄性无 SXL 蛋白无 TRA 蛋白雄性特异性 DSX 蛋白雌性 SXL 蛋白 TRA 蛋白雌性特异性 DSX 蛋白

30 30 SXL 蛋白的合成 sxl pre-mrna 雄性没有 SXL 蛋白的合成 SXL SXL 蛋白合成雌性

31 31 TRA 蛋白的合成 1 2 tra pre-mrna 雄性 SXL Part of 2 无 TRA 蛋白的合成 TRA 有 TRA 蛋白的合成雌性

32 32 DSX 蛋白的合成 dsx pre-mrna 雄性 3 5 雄性特异的 DSX 蛋白 3 4 雌性特异的 DSX 蛋白 3 4 TRA 5 雌性 SR 蛋白

33 33 mrna 的剪接借助其它蛋白质形成剪接体 GU-AG 类 ( 普通和变位剪接 ) 无需借助形成剪接体, 自我剪接 I 类内含子 II 类内含子

34 34 I 类内含子的自我剪接过程原生动物四膜虫 pre-mrna 中发现, 细菌中也有, 需要游离鸟苷或鸟苷酸 1 游离的鸟苷或鸟苷酸的 3 -OH 亲核进攻内含子 5 端的磷酸二酯键 2 上游外显子的 3 -OH 亲核进攻内含子 3 端的磷酸二酯键

35 35 II 类内含子的自我剪接过程存在真核生物的线粒体和叶绿体 rrna 基因中, 不需要游离的鸟苷或鸟苷酸, 由内含子靠 3' 端的腺苷酸 2'-OH 代替 1 内含子本身靠近 3 端的腺苷酸 2-OH 亲核进攻内含子 5 端磷酸二酯键 2 上游外显子的 3 -OH 亲核进攻内含子 3 端的磷酸二酯键

36 36 真核 mrna 的剪接小结目的 : 剪去内含子剪接法则 :GU-AG 法则依赖于剪接体的剪接 :U1,U2,U4,U5, U6 不依赖于剪接体的剪接 : 都是两步转酯反应 I 类内含子的剪接, 游离的鸟苷或鸟苷酸切开内含子 5 端, 第一个外显子 3 端切开内含子 3 端并与第二个外显子 5 端连接 II 类内含子的剪接, 内含子 3 端的 A 切开内含子 5 端, 第二步和 I 类相同

37 37 目录原核和真核生物转录产物比较原核和真核生物 mrna 的特征比较真核生物 RNA 的转录后加工 RNA 的编辑再编码及化学修饰 RNA 的编辑 RNA 的再编码 RNA 的化学修饰核酶 RNA 在生物进化中的地位

38 38 RNA 的编辑 RNA 的编辑是充分发挥生理功能所需要的插入删除或取代一些核苷酸残基

39 39 C U A I 机制 : 位置特异性脱氨基作用

40 40 C U 的例子 e.g. 哺乳动物载脂蛋白其基因编码区在所有组织中均相同, 为 4563 个密码子在肝脏中,4563 个氨基酸的蛋白质在肠中,2153 个氨基酸的蛋白质, 因为第 2153 个密码子从 CAA 突变为终止密码子 UAA

41 另一种机制 : 引导 RNA 介导的尿苷酸的缺失和添加 mrna 剪切点引导 RNA AGA 插入 UUU 引导 RNA 和 mrna 碱基配对 41 其中 AGA 是 mrna 合成 UUU 的模板

42 42 RNA 编辑的生物学意义校正作用恢复基因突变丢失的遗传信息调控翻译通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子扩充遗传信息使得基因产物获得新的结构和功能

43 43 RNA 的再编码 RNA 的再编码是指 RNA 编码和读码方式的改变表现方式 +1/-1 移位核糖体跳跃甚至可能跳过 50 个核苷酸终止子通读硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸意义产生许多相互关联却不同的蛋白质

44 44 RNA 的化学修饰甲基化硫代去氨基化同分异构化核苷酸的取代双键饱和化

45 45 核酶通过催化靶位点 RNA 链中磷酸二酯键的断裂, 特异性剪切底物 RNA 分子核酶 ribozyme = ribonucleic acid + enzyme I 类和 II 类内含子属于核酶

46 46 核酶的结构锤头型 : 三个茎结构和一个催化中心茎 II 茎 III A 13 G 12 A 14 A 9G8 A U H C 3 U 4 N 茎 I 7 G 5 A 6 切割位点剪切型 : 只剪不接剪接型 : 既剪又接

47 47 RNA 在生物进化中的地位 RNA 在基因表达过程中有一定的离散性, 再反转录影响后代的基因型 RNA 是获得性遗传的分子基础

48 48 第三章小结模板识别转录起始转录延伸转录终止后续加工启动子 :-35 区,-10 区增强子 RNA 聚合酶 RNA 聚合酶终止方式抗终止真核生物的加帽和加尾内含子的剪接编辑等

49 思考题简述 I II 类内含子的剪接特点核酶具有哪些结构特点? 49

50 50 下次课的内容第四章 mrna 翻译成蛋白质三联子遗传密码 trna 的结构和功能

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Microsoft PowerPoint _autumn-molecular_biology-05 原核与真核生物 mrna 的特征比较原核生物中 : mrna 的转录和翻译发生在同一个细胞空间, 这两个过程几乎是同步进行的真核细胞中 : 真核细胞 mrna 的合成和功能表达发生在不同的空间和时间范畴内 mrna 以较大分子量的前体 RNA 出现在核内, 只有成熟的相对分子质量明显变小并经化学修饰的 mrna 才能进入细胞质, 参与蛋白质的合成 mrna 的组成 : 编码区 (coding