原核与真核生物mRNA的特征比较

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(codingregion)：从起始密码子AUG开始经一连串编码氨基酸的密码子直至终止密码子。•5’端上游非编码区(5’UTR)：位于AUG之前不翻译的区域。•3’端下游非编码区(3’UTR)：位于终止密码子之后不翻译的区域。原核生物mRNA的特征•半衰期短。•许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在。•原核生物mRNA的5’端无帽子结构，3’端没有或只有较短的多聚（A）结构。1.半衰期短原核生物mRNA的特征•原核生物中，mRNA的转录和翻译是在同一个细胞空间里同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发了。•大多数细菌mRNA在转录开始1分钟后就开始降解。mRNA降解的速度大概只有转录或翻译速度的一半。2.许多以多顺反子的形式存在：原核细胞的mRNA(包括病毒)有时可以同时编码几个多肽。原核生物mRNA的特征ProkaryoticmRNA(polycistrionic)单顺反子mRNA(monocistronicmRNA):只编码一个蛋白质的mRNA。多顺反子mRNA(polycistronicmRNA):编码多个蛋白质的mRNA。3.原核生物mRNA的5’端无帽子结构，3’端没有或只有较短的多聚（A）结构。原核生物mRNA的特征原核生物起始密码子AUG上游有一被称为RibosomeBindingSite(RBS)或SD序列（Shine–Dalgarnosequence）的保守区，因为该序列与16S-rRNA3’端反向互补，所以被认为在核糖体-mRNA的结合过程中起作用。4.原核生物常以AUG（有时GUG，甚至UUG）作为起始密码子;真核生物几乎永远以AUG作为起始密码子。原核生物mRNA的特征•单顺反子形式存在。•5’端存在“帽子”结构。•绝大多数具有多聚(A)尾巴。真核生物mRNA的特征真核生物mRNA的结构模式EukaryoticmRNA(monocistrionic)“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列！Agenecanbedefinedasfollowing:TheentirenucleicacidsequencethatisnecessaryforthesynthesisofafunctionalpolypeptideorRNAmolecule.1.真核生物mRNA的5’端存在“帽子”结构。真核生物基因转录一般从嘌呤起始，其5’端大都经过修饰。真核生物mRNA的特征5’Capping•通过5′→5′磷酸二酯键在原初mRNA的5’端倒扣一个“G”。•包括三个连续的酶促反应。•5′末端加上鸟苷是由鸟苷转移酶催化的。•帽子结构是GTP和原5’三磷酸腺苷(或鸟苷)缩合反应的产物。•mRNA的帽子结构常常被甲基化,是蛋白质合成起始信号的一部分。•加帽反应发生的很早。真核生物mRNA的“帽子”结构鸟苷酸-7甲基转移酶2’-O-甲基转移酶mRNA的帽子结构常常被甲基化零类帽子（cap0）：第一个甲基出现在所有真核细胞的mRNA中（单细胞真核生物mRNA主要是这个结构），由鸟苷酸-7甲基转移酶催化，称为零类帽子。1类帽子(cap1)：如在第二个核苷酸(原mRNA5’第一位)的2’-OH位上加另一个甲基，这步反应由2’-O-甲基转移酶完成。一般把有这两个甲基的结构称为1类帽子。真核生物中以这类帽子结构为主。2类帽子(cap2):在某些生物细胞内，mRNA链上的第三个核苷酸的2’-OH位也可能被甲基化，因为这个反应只以带有1类帽子的mRNA为底物，所以被称为2类帽子。只占有帽mRNA总量的10%-15%以下。帽子结构的功能(1)有助于mRNA越过核膜，进入胞质；(2)保护5′不被核酶降解；(3)翻译时供IFⅢ（起始因子）和核糖体识别，是翻译所必需的。2.绝大多数真核生物mRNA具有多聚(A)尾巴。•除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3’末端都有多聚(A)序列，其长度因mRNA种类不同而变化，一般为40-200个左右。•由多聚(A)聚合酶催化的；•它是在转录后加上的；•Poly(A)被特异的蛋白质PABP结合。真核生物mRNA的特征•在高等生物中(酵母除外)在poly(A)上游11-30nt处有一特殊序列AAUAAA，这一序列是高度保守的。•对于初级转录产物的准确切割及加多聚(A)是必需的。1.CPSF(cleavageandpolyadenylationspecificityfactor)&CstF(cleavagestimulationfactor)bindtothepoly-Asignal,leadingtotheRNAcleavage.2.Poly-Apolymerase(PAP)adds~200Asatthe3’endoftheRNA,usingATPasasubstrate.Polyadenylationandtermination多聚腺苷化(polyadenylation)反应要经过2个阶段(1)首先将一个短的寡聚A序列(10nt)加到3’端，此反应绝对依赖于AAUAAA序列，这是由poly(A)聚合酶在特殊因子指导下完成的。(2)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）聚合酶延伸的刺激因子。•是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式；多聚(A)的功能•它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性。mRNA刚从细胞核进入细胞质时，其多聚(A)尾巴一般比较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间延长，多聚(A)逐渐变短消失，mRNA进入降解过程。•它可促进核糖体的有效循环。Poly-Ainthe3’endpromotestheefficientrecyclingofribosomesPoly(A)-•尽管大部分真核mRNA有poly(A)尾巴，细胞中仍有多大1/3没有poly(A)的mRNA，将其称为Poly(A)–•约1/3的Poly(A)–mRNA编码了不同形式的组蛋白。Poly(A)+RNAcanbeseparatedfromotherRNAsbyfractionationonSepharose-oligo(dT)在动物细胞中，mRNA的表达需转录、修饰、加工、核质转运和翻译。内含子的剪接、编辑及化学修饰RNA中的内含子非编码区编码区真核基因大多是断裂的:•一个基因可由多个内含子和外显子间隔排列而成。•内含子在真核基因中所占的比例很高，甚至超过99%。Exons(外显子):thecodingsequencesIntrons(内含子):theinterveningsequences部分人类基因中内含子序列所占的比重分析基因长度（kb）内含子数量内含子所占比重（%）胰岛素1.4267ß-球蛋白1.4269血清蛋白181389胶原蛋白组分VII3111771VIII因子1862595萎缩性肌强直因子24007899剪接(Splicing)RNAsplicing:removalofintronsandjoiningofexons.•IttakesplaceinthenucleusbeforethematuremRNAcanbeexportedtothecytoplasm.•Catalyzedbyspliceosome(RNA+protein)5’加“帽”和3’酶切加多聚腺苷酸mRNA的前体(核不均一RNA,hnRNA)RNA的剪接连续的可译框(ORF)(openreadingframe）蛋白质合成的模板通过核孔进入细胞质RNAsplicing可通过体外凝胶电泳进行分析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从细胞核向细胞质运转，翻译起始加多聚A反应转录终止，翻译起始和mRNA降解RNA的剪接从mRNA,tRNA和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•真核基因平均含有8-10个内含子，前体分子一般比成熟mRNA大4-10倍。•不同生物细胞内含子的边界存在相似的核苷酸序列。•内含子的“功能”及其在生物进化中的地位是一个引人注目的问题。例如：地中海贫血病人的珠蛋白基因中，大约有1/4的核苷酸突变发生在内含子的5’或3’边界保守序列上，或者直接干扰了前体mRNA的正常剪接。内含子剪接异常引起疾病生物体内的各种内含子内含子类型细胞内定位GU-AG细胞核，前体mRNA（真核）AU-AC细胞核，前体mRNA（真核）I类内含子细胞核，前体rRNA（真核），细胞器RNA，少数细菌RNAII类内含子细胞器RNA，部分细菌RNAIII类内含子细胞器RNA双内含子细胞器RNAtRNA前体中的内含子细胞核，tRNA前体（真核）GU-AG或AU-AC分别代表了不同内含子的5’和3’边界序列。断裂基因发现不久，Crick（1978年）就提出了一系列发人深思的问题：（1）剪切作用若是通过酶来进行的，那么这种剪接酶是怎样识别RNA上特定的位点？（2）剪切酶有没有特异性？对不同的RNA是否需要不同的酶？（3）切除的RNA是以线状还是环状存在的？切下的RNA的命运将如何？Chambon等分析比较了大量结构基因的内含子切割位点，发现有2个特点：（1）内含子的两个末端并不存在同源或互补。（2）连接点具有很短的保守序列,亦称边界序列。100种内含子的5′端都是GU；3′端都是AG，因此称为GU-AG法则（GU-AGrule），又称为Chambon法则。脊椎动物前体mRNA中常见内含子剪接所必需的保守序列A两个剪接位点的序列是不同的：•左边的剪接位点称供体(donor)位点，•右边的剪接位点称受体(acceptor)位点。GU-AG法则（GU-AGrule）不适用于线粒体、叶绿体的内含子，也不适用于酵母的tRNA基因。除了边界序列之外，外显子与内含子交界处的序列，内含子内部的部分序列都有可能参与内含子的剪接。核mRNA结构特点1.边界序列:其边界序列是完全符合GU-AG法则2.分枝点序列：具有分枝点序列，位于内含子3’端上游18-50nt处，序列为Py80NPy87Pu75APy95，其中A为百分之百的保守，且具有2’-OH。3.内含子5′端有一保守序列(5′GUAAGUA3’)可以和U1snRNA的5’端的保守序列3’CAUUUCAU5’互补。核mRNA的剪接•转录产生的核内mRNA前体分子与蛋白质结合，形成RNA和蛋白质组成的snRNP复合物（ribonucleo-proteinprotein）。•随着RNA链的延伸，每个内含子5’和3’两端的复合物成对联结，产生60S的颗粒—剪接体（spliceosome），进行RNA前体分子的剪接。•细胞核中的小分子RNA称为细胞核小RNA（smallnuclearRNA,snRNA);•位于细胞质中的称为细胞质小RNA(smallcytoplasmicRNA,scRNA)。•在自然状态下，它们以核糖核蛋白颗粒（SnRNP和scRNP）的形式存在，俗称snurps和scyrps。•在核仁中也存在着一类小的RNA，称为核仁小RNA(smallnucleolarRNA,snoRNA),它们在rRNA的加工中起作用。•snRNA参与剪接过程，并与其它蛋白一起构成一个大的颗粒复合体,称为剪接体(splicesome)。Spliceosome(剪接体)•Catalyzespre-mRNAsplicinginnucleus.•Thespliceosomecomprisesabout150proteins(splicingfactorsetc.)andfivesnRNAs(U1,U2,U4,U5andU6