当前课程知识点：分子生物学 > 第五章 转录及转录后加工 > 5.4 转录后的加工 > 5.4 转录后加工
同学们好
我们今天讲一下最后一个部分
转录后的加工
转录后的加工一般是对真核生物而言
原核生物没有细胞核的结构
转录和翻译在同一空间
两者相互偶联
即一边转录一边翻译
其转录产物几乎不需要加工
真核生物有细胞核
转录在细胞核内完成
翻译在细胞质完成
存在时空上的差异
同时
真核生物的基因是断裂基因
编码序列的外显子
被非编码序列的内含子所隔开
而转录出来的前体mRNA
包含了内含子的部分
这需要通过剪接来完成
内含子的切除和外显子的拼接
真核生物mRNA转录后的加工
包括三个过程
5’端加帽
3’端加尾和剪接
首先
我们看一下5’端加帽
真核生物成熟mRNA 5’端的
第一个核苷酸
总是7-甲基鸟苷三磷酸（m7Gppp）
这种结构称为帽子
现在知道
这个帽子是转录后额外加上去的
下图是真核生物
mRNA 5’端的加帽的过程
加帽反应是由鸟苷酸转移酶催化完成的
这个反应非常迅速
mRNA几乎一诞生就戴上帽子
帽子结构是GTP与
原始mRNA的第一个
ATP或GTP缩合的产物
但新加上的GTP与
原有的核苷酸方向相反
不是以5’ppp—3’OH的方式缩合连接
而是以5’—5’三磷酸基团相连
就像一顶帽子倒扣在mRNA 5’端
帽子结构常常被甲基化
第一个甲基出现在
所有真核细胞mRNA中
由鸟嘌呤-7-甲基转移酶催化
称为零类帽
下一步是在第二个核苷酸的
2’-OH位上添加甲基
这步反应由2’-O-甲基转移酶完成
含以上两个甲基的结构称为1类帽
真核生物以这类帽子为主
某些生物细胞内
会在第三个核苷酸的
2’-OH位上再加甲基
含有三个甲基的结构称为3类帽
这类帽比较少见
那为什么真核生物的mRNA要进行加帽呢
加了帽有什么作用呢
现在我们知道
真核生物mRNA的帽子
结构是有重要功能的
它包括以下几个方面
帽子结构能被核糖体小亚基识别
促使mRNA与核糖体结合
有助于翻译起始
帽子结构能有效地封闭mRNA 5’末端
保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解
增强mRNA的稳定性
因为真核生物的转录和翻译不同步
是在不同空间 不同时间进行
而mRNA容易降解
因此需要通过加帽来增强其稳定性
接下来我们看一下3’端加尾
除组蛋白基因外
真核生物mRNA的3’端都有多A尾巴
多A尾巴也是转录后加上去的
目前还不清楚RNA聚合酶II
所转录基因的精确终止位点
但研究发现
几乎所有真核生物基因的
转录终止位点上游15-30bp处
都有一个保守序列
AAUAAA
它对于初始转录产物的
精确切割和加多A尾巴是必需的
如果切除这个保守序列
基因的转录活性就会消失
如果点突变AAUAAA为AAGAAA
虽然维持了基因的转录活性
却发现转录后的剪接加工受阻
不能产生有功能性的mRNA
因此
这段保守序列AAUAAA
在加尾过程中起非常重要的作用
这是真核生物mRNA3’
端加尾的示意图
RNA聚合酶以DNA为模板
转录出前体mRNA
其中包括其3’端的保守序列AAUAAA
内切酶先识别到此位点
然后在其下游大约10-30个
核苷酸处切开mRNA链
最后由腺苷酸多聚酶催化加尾反应
那同学们思考一下
真核生物mRNA为什么要进行3’端加尾
加尾有什么作用
同样
真核生物mRNA的多
A尾结构也具有重要功能
首先
多A尾巴是mRNA进入
细胞质所必需的形式
也就是加尾后才能出核
其次
它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性
当成熟mRNA刚进入细胞质时
其多A尾一般比较长
但随着时间的延长
多A逐渐被3’外切酶消化变短
甚至消失
此外
它还可以跟翻译起始因子相互作用
使真核mRNA保持环状
增强了mRNA的可翻译能力
讲完了5’端加帽和3’端加尾
我们接下看一下更复杂的RNA的剪接
它是从mRNA前体分子中切除内含子
并把外显子拼接起来的过程
如图
前体mRNA中
绿色的外显子被黄色的内含子隔开
剪接就是要把内含子切除
把外显子拼接起来
那怎么知道哪一段是内含子
哪一段是外显子呢 如何区分
分析不同内含子的序列发现
内含子的内部序列并无保守性
但其边界往往存在相似的核苷酸序列
一般5’ 端以GU开始
3’ 端以AG结束
在靠近3’ 端还有一个富含嘧啶的区段
除GU-AG类
还有一些AU-AC边界的内含子
以及一些具有自身催化活性的
I类和II类内含子
那我们先看一下最常见
的GU-AG类内含子的剪接
GU-AG内含子的剪接
需要两种物质参与
一是核内小分子RNA（snRNA）
包括U1 U2 U4 U5 U6五种
二是与核内小分子RNA结合的
细胞核小核糖核蛋白（snRNP）
细胞核小核糖核蛋白具有以下功能
识别5’剪接位点和分支点
能把这两个位点集结到一起
能催化或协助催化RNA的剪接和连接反应
GU-AG内含子的剪接过程大致如下
首先
内含子的5’和3’端分别与不同的
细胞核小核糖核蛋白（snRNP）相结合
形成RNA和RNP复合物
由U1 snRNA以碱基互补的
方式识别5’剪接点
由结合在3’剪接点上游
富含嘧啶区的U2辅助因子
（U2AF）识别3’剪接点
并引导U2细胞核
小核糖核蛋白（snRNP）与分支点结合
形成剪接前体
剪接前体进一步与
U4 U5 U6三聚体相结合
形成60S的剪接体
进行RNA前体分子的剪接
与前所述的mRNA前体中
GU-AG内含子剪接方式
不同的是I类和II类内含子
这两类内含子的RNA
本身具有催化活性
通过自身折叠成一种特殊的
构象来进行内含子的自我剪接
而不需要形成剪接前体
Ⅰ类内含子最早是在
原生动物四膜虫中发现的
后来在细菌中也发现存在这类内含子
I类内含子的自我剪接
也包括两次转酯反应
在I类内含子切除体系中
先由一个游离鸟苷或鸟苷酸
的3'-OH作为亲核基团攻击
内含子5'端的磷酸二酯键
从上游切开RNA链
再由上游外显子的自由3'-OH作为
亲核基团攻击内含子3’位
核苷酸上的磷酸二酯键
使内含子被完全切开
上下游两个外显子
通过新的磷酸二酯键相连
释放出线状内含子
Ⅱ类内含子主要存在于
真核生物的线粒体和
叶绿体rRNA基因中
在Ⅱ类内含子切除体系中
无需游离的鸟苷或鸟苷酸
而是以内含子本身靠近
3’端的腺苷酸2'-OH作为
亲核基团攻击内含子5'端的磷酸二酯键
从上游切开RNA链后形成套索状结构
再由上游外显子的自由3'-OH
作为亲核基团攻击内含子3'位核
苷酸上的磷酸二酯键
使内含子被完全切开
上下游两个外显子
通过新的磷酸二酯键相连
释放出套索状内含子
同学们
我们这节课学习了
真核生物mRNA转录后的加工过程
简要概括一下
真核生物RNA聚合酶
II以DNA为模板转录出前体mRNA
经5’端加帽
3’端加尾和剪接三个过程
把前体mRNA加工为成熟的mRNA
经核孔出到细胞质中
可作为后续翻译的模板
我们这节课就讲到这
下次课再见
-1.1 a brief history of molecular biology
--分子生物学的历史
-2.1 生物大分子
-2.2 生物大分子复合物
-第二章单元测试
-3.1 核酸的结构
-3.2 核酸的理化性质
-3.3 染色体的结构
-3.4 基因，基因组及人类基因组的特点
-第三单元测试
-4.1 the discovery of genetic material
--4.1 遗传物质的发现the discovery of genetic material
-4.2 半保留复制的过程和特点
-4.3 几种特殊的复制形式
-4.4 随机复制对半保留复制的补充
-第四章单元测试
-5.1 转录的起始及RNA聚合酶
-5.2 启动子的特点及转录因子
-5.3 转录的延伸和终止
-5.4 转录后的加工
-第五章单元测试
-6.1 遗传密码子的破解和密码子的“简并性”
-6.2 tRNA的结构特点
-6.3 核糖体的结构特点
-6.4 蛋白质的翻译过程
-6.5 蛋白质的翻译后修饰
-6.6 mRNA在细胞内的非随机分布与翻译
-第六章单元测试
-7.1 氨基酸与蛋白质
-7.2 蛋白质的四级结构
--蛋白质的四级结构
-7.3 蛋白质的理化性质
--蛋白质的理化性质
-7.4 蛋白质的结构域，蛋白质家族及种系进化分析
-第七章单元测试
-8.1 操纵子模式及原核基因表达的调控
-8.2 真核基因表达转录和转录后水平的调控
-第八章单元测试
-9.1 突变概述
--9.1 突变概述
-9.2 突变的后果及修复
-9.3 人工突变，表型筛选及育种
--9.3 诱突育种
-第九章单元测试
-10.1 DNA指纹与个体识别
-10.2 基因编辑与伦理
-第十章单元测试
