真核生物的转录和后加工

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（RNApolymerase,RNA-pol）•其他蛋白质因子真核生物RNA聚合酶——三种RNA-polI、II、III真核生物RNA聚合酶的特性类别IIIIII细胞内位置核仁核质核质转录产物除5S-rRNA外其余rRNAhnRNAtRNAsnRNA5S-RNA占RNA转录总量50-70%20-40%10%对α-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-actingelement)•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-1OCT-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-actingfactors)。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-criptionalfactors,TF)。参与RNA聚合酶Ⅱ转录的转录因子（TF）Ⅱ转录因子亚基和(或)分子量（kDa）功能TFⅡDTBP，38结合TATA盒TAF辅助TBP-DNA结合TFⅡA12，19，35稳定ⅡD-DNA复合物TFⅡB33促进RNA-polⅡ结合TFⅡF30，74解螺旋酶TFⅡE57()，34(β)ATPaseTFⅡH蛋白激酶，使CTD磷酸化3.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,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。TATADNARNApolIITFIIFTBPTAFTATADNATFIIATFIIBTFIIE转录前起始复合物TFIIH4.拼板理论(piecingtheory)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-PolRNA-PolRNA-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-transcriptionalModification•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-•transcriptionalprocessing）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mRNA5’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mRNA3’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《AdvancedMolecularBiologiy:AConciseReference》tabl27.1，RichardM.Twyman,BIOSScintificpublisherslimited,1998一、mRNA的转录后加工(一)首尾的修饰1.5´-端加帽：m7GpppG——2.3´-端加尾：多聚腺苷酸(polyA)3.剪接：外显子和内含子、断裂基因(interruptedgene)4.编辑5`pppN5`pNppipppGpi5`GpppN5`m7GpppN（S-腺苷甲硫氨酸）CH3磷酸酶甲基化酶mRNAmRNAmRNAmRNA5`-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•polyApolymerase催化，转录后修饰点序列（AAUAAA）提供信号•一般长度为100~200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(smallnuclearribonucleoprotein，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(splitegene)•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。ABCDEFGL1234567非编码区A~G编码区1~72.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-OH3`。•（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(differentialRNAprocessing)。5.mRNA的编辑(mRNAediting)——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），TψC臂上的假尿苷（ψ）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TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、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ψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（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-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S45S-rRNA精品课件！精品课件！初级转录产物，45S18S5.8S28S成熟产物，rRNA32S20SrRNA转录后加工——拼接