《RNA剪切加工》PPT课件.ppt

第第6 6章章 RNARNA剪切加工剪切加工1 1精选课件精选课件pptppt本次内容1 1、转录后加工、转录后加工2 2、RNARNA剪切剪切3 3、真核生物与原核生物、真核生物与原核生物mRNAmRNA比较比较2 2精选课件精选课件pptppt转录后加工转录后加工 多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进行加工处理后才具有生物活性。行加工处理后才具有生物活性。转录后加工转录后加工（post-transcriptional modification）（post-transcriptional processing）:是指将各种前体是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、分子加工转变成有功能的、成熟的各种成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或或tRNA等等)的过程的过程 3精选课件ppt加工的三种形式是：加工的三种形式是：减少部分片段减少部分片段：如切除：如切除5端前导序列，端前导序列，3端尾巴和中部的内含子；端尾巴和中部的内含子；增加部分片段增加部分片段：5加帽加帽,3加加ploy(A)和通过编辑加入一些碱基；和通过编辑加入一些碱基；修饰：修饰：对某些碱基进行甲基化等对某些碱基进行甲基化等4精选课件ppto原核生物tRNA和rRNA加工o真核生物tRNA和rRNA加工1.1 tRNA 1.1 tRNA 和和 rRNA rRNA 的加工的加工5精选课件ppt1 1.1.1 tRNA.1.1 tRNA加工加工 原核生物原核生物tRNA初始转录本有三种初始转录本有三种（1）多数为串连在一起的）多数为串连在一起的多顺反（多顺反（polycistron）（2）少数为单顺反子少数为单顺反子（3）由）由tRNA和和rRNA串连组成串连组成原核生物原核生物tRNAtRNA和和rRNArRNA的加工的加工6精选课件ppt7精选课件ppt原核生物有两种类型的原核生物有两种类型的tRNAtRNA基因基因：1、具具CCA序列序列 型型tRNA CCA下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除 2、无、无CCA序列序列 型型tRNA 需在酶的作用下添加需在酶的作用下添加CCA序列序列8精选课件ppt9 9精选课件精选课件pptppt1010精选课件精选课件pptppt（1）RNaseP(由蛋白质和由蛋白质和RNA组成的复组成的复合体合体)可切除可切除E.coli前体前体tRNA 5的前导序的前导序列（列（41nt）。）。该酶不识别特殊的序列，而该酶不识别特殊的序列，而是识别二级结构是识别二级结构发夹所组成的发夹所组成的tRNA。（2）去尾，形成去尾，形成3OH末端。由内切酶和末端。由内切酶和外切酶共同参与。外切酶共同参与。11精选课件ppt（3）修饰修饰修饰修饰。在前体的一些专一部位的碱基需要通。在前体的一些专一部位的碱基需要通。在前体的一些专一部位的碱基需要通。在前体的一些专一部位的碱基需要通过过过过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作等的作等的作等的作用进行修饰成为特殊的碱基。用进行修饰成为特殊的碱基。用进行修饰成为特殊的碱基。用进行修饰成为特殊的碱基。1212精选课件精选课件pptppt2.rRNA2.rRNA的加工的加工 在在E.coli中中rRNA有有7个转录单位个转录单位,每个转录单位含每个转录单位含有有16S、23S、5S rRNA 及一个或几个及一个或几个tRNA。rRNA前体的加工由前体的加工由RNase 负责。负责。13精选课件ppt1414精选课件精选课件pptppt1515精选课件精选课件pptppt1616精选课件精选课件pptppt真核生物真核生物 tRNA tRNA 和和 rRNArRNA的加工的加工 1.tRNAtRNA的加工的加工 真核真核tRNAtRNA的基因与原核不同：的基因与原核不同：1 1）真核的前体分子）真核的前体分子tRNAtRNA数目多、单顺反子、成簇排列、数目多、单顺反子、成簇排列、有基因间隔区。有基因间隔区。例如：爪蟾例如：爪蟾 tRNAtRNA基因数目基因数目200200拷贝，酵母约有拷贝，酵母约有400400个个tRNAtRNA基因，是一种重复序列；基因，是一种重复序列；2 2）真核的前体分子）真核的前体分子 tRNAtRNA中含有内含子。中含有内含子。其加工过程要剪接内含子，都要加其加工过程要剪接内含子，都要加CCACCA 17精选课件ppt1818精选课件精选课件pptppt酵母酵母tRNA前体前体的体外剪接的体外剪接在未处理前电泳在未处理前电泳只出现一条带只出现一条带加入核酸内切酶加入核酸内切酶出现两条带出现两条带1919精选课件精选课件pptppttRNA半分子tRNA半分子半分子2020精选课件精选课件pptppt2121精选课件精选课件pptppt真核真核tRNAtRNA内含子的切除和其他内含子的切内含子的切除和其他内含子的切除是不同的：除是不同的：1 1）没有交界序列，没有内部引导序列）没有交界序列，没有内部引导序列;2 2）切除是依赖于蛋白质的）切除是依赖于蛋白质的RNaseRNase;3 3）不是转酯反应；）不是转酯反应；4 4）其剪切原则上是依赖于对）其剪切原则上是依赖于对tRNAtRNA共同的二级结构的识别。共同的二级结构的识别。22精选课件ppt2323精选课件精选课件pptppt 2.真核真核rRNArRNA的加工的加工 真核生物的真核生物的18S、5.8S和和28S rRNA基因串联在一基因串联在一起形成一个转录本，初级转录本为起形成一个转录本，初级转录本为45S前体，前体，5S RNA与它们分开转录，这和原核的与它们分开转录，这和原核的rRNA基因不同。基因不同。1 1）真核）真核rRNArRNA基因中没有内含子。基因中没有内含子。2 2）在转录时或转录后有）在转录时或转录后有110110个甲基化酶立即结合个甲基化酶立即结合导转录本上：保持到导转录本上：保持到rRNArRNA加工成熟。加工成熟。18S RNA 结合结合39个甲基化酶（胞质中加上个甲基化酶（胞质中加上4个）个）28S RNA 结合结合74个甲基化酶个甲基化酶 表明甲基化用于标明转录本的加工区域表明甲基化用于标明转录本的加工区域24精选课件ppt2525精选课件精选课件pptppt1.2 前体前体mRNAmRNA的加工的加工1.2.1 原核前体原核前体mRNAmRNA的加工的加工1.2.2 真核前体真核前体mRNAmRNA的加工的加工27精选课件ppt1.2.1 原核前体原核前体mRNAmRNA的加工的加工 原核生物的原核生物的mRNAmRNA一般不经过加工，由一般不经过加工，由于转录和翻译偶联，中间没有加工的时间。于转录和翻译偶联，中间没有加工的时间。少数情况：多顺反子少数情况：多顺反子mRNAmRNA先被内切酶先被内切酶切成较小的单位再作为翻译的模板。切成较小的单位再作为翻译的模板。28精选课件ppt2929精选课件精选课件pptppt1.2.2 真核真核mRNAmRNA的加工的加工 真核真核mRNAmRNA的加工一般要经过四个步骤：的加工一般要经过四个步骤：1 1）mRNAmRNA的的55端加帽端加帽 2 2）mRNAmRNA的的33端多聚腺苷酸化（加尾）端多聚腺苷酸化（加尾）3 3）切除内含子）切除内含子 4 4）修饰（对某些碱基进行甲基化）修饰（对某些碱基进行甲基化）30精选课件ppt1.2.2.11.2.2.1 mRNAmRNA的的55加帽加帽n成熟的真核生物并没有游离的成熟的真核生物并没有游离的55端，只有所谓的帽子结构端，只有所谓的帽子结构，该，该结构是通过转录加工加上去的。结构是通过转录加工加上去的。nmRNA的的5加帽是一个多步加工过程，加帽是一个多步加工过程，第一步是鸟苷转移酶（第一步是鸟苷转移酶（guanylyl transferase）将一个）将一个鸟苷酸鸟苷酸加在加在5 RNA5 RNA的前端的前端，产生，产生5-5对接的对接的磷酸二酯键磷酸二酯键。第二步由鸟嘌呤甲基转移酶（第二步由鸟嘌呤甲基转移酶（quanine methyl transferase）将一个）将一个甲基基团甲基基团加到嘌呤环的加到嘌呤环的7位氮原子使位氮原子使5帽子鸟嘌呤转变帽子鸟嘌呤转变为为7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤。1.2.2 真核真核mRNA的加工的加工31精选课件ppt存在于各类帽子中存在于各类帽子中存在于存在于类帽子中类帽子中存在于存在于类帽子中类帽子中真核生物的帽子结构有三类真核生物的帽子结构有三类真核生物的帽子结构有三类真核生物的帽子结构有三类Type 0 cap:mType 0 cap:m7 7GpppXGpppXTypeTypecap:mcap:m7 7GpppXmGpppXmTypeTypecap:mcap:m7 7GpppXmYmGpppXmYm 帽结构的形成与甲基化位点帽结构的形成与甲基化位点帽结构的形成与甲基化位点帽结构的形成与甲基化位点CH3CH33232精选课件精选课件pptpptmRNA 5mRNA 5加帽的功能主要表现在加帽的功能主要表现在4 4个方面：个方面：1 1）保护）保护mRNA5mRNA5端不被降解端不被降解 细胞内存在许多细胞内存在许多RNA酶酶（RNase），），它们可攻击游离的它们可攻击游离的RNA分子。分子。RNA酶的降解从酶的降解从5端起始，端起始，当在当在mRNA的的5端加上端加上m7GpppG帽子后，带有帽子后，带有3个连接磷酸的个连接磷酸的5帽可阻止帽可阻止RNase切割。切割。2 2）为核糖体识别）为核糖体识别mRNAmRNA提供信号，提高翻译效率提供信号，提高翻译效率 真核生物真核生物mRNA必须通过必须通过5帽结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少帽结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少加帽的加帽的mRNA由于不能被由于不能被5帽结合蛋白识别，其翻译效率比加帽的帽结合蛋白识别，其翻译效率比加帽的mRNA低二十倍。低二十倍。33精选课件ppt 3 3）作为进出细胞核的识别标记。）作为进出细胞核的识别标记。凡由凡由凡由凡由PolPol II II转录的转录的转录的转录的RNARNA均在均在均在均在55端加帽，包括端加帽，包括端加帽，包括端加帽，包括snRNAsnRNA，这是，这是，这是，这是RNARNA分子分子分子分子进出细胞核的识别标记。进出细胞核的识别标记。进出细胞核的识别标记。进出细胞核的识别标记。大多数大多数大多数大多数snRNAsnRNA转录后在细胞核中接收转录后在细胞核中接收转录后在细胞核中接收转录后在细胞核中接收55端单甲基端单甲基端单甲基端单甲基m7Gm7G加帽，然后转加帽，然后转加帽，然后转加帽，然后转移到细胞质与移到细胞质与移到细胞质与移到细胞质与snRNPsnRNP蛋白结合。蛋白结合。蛋白结合。蛋白结合。在细胞质中在细胞质中在细胞质中在细胞质中snRNAsnRNA 5 5帽需再修饰成为三甲基带帽结构帽需再修饰成为三甲基带帽结构帽需再修饰成为三甲基带帽结构帽需再修饰成为三甲基带帽结构m2m2，2 2，7G7G，随后重新返回细胞核参与，随后重新返回细胞核参与，随后重新返回细胞核参与，随后重新返回细胞核参与mRNAmRNA的剪接加工。的剪接加工。的剪接加工。的剪接加工。U6 U6 snRNAsnRNA由由由由PolIIIPolIII转录，在其转录，在其转录，在其转录，在其55端保留的三磷酸基团无帽子结构，端保留的三磷酸基团无帽子结构，端保留的三磷酸基团无帽子结构，端保留的三磷酸基团无帽子结构，因而不能输出细胞核。某些突变型中被输送到细胞质中的因而不能输出细胞核。某些突变型中被输送到细胞质中的因而不能输出细胞核。某些突变型中被输送到细胞质中的因而不能输出细胞核。某些突变型中被输送到细胞质中的snRNAsnRNA由于由于由于由于不能合成三甲基带帽结构，不能返回细胞核。不能合成三甲基带帽结构，不能返回细胞核。不能合成三甲基带帽结构，不能返回细胞核。不能合成三甲基带帽结构，不能返回细胞核。4 4）提高提高mRNAmRNA的剪接效率。的剪接效率。5 5帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成，直接影响帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成，直接影响帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成，直接影响帽结合蛋白涉及第一个内含子剪接复合物的形成，直接影响mRNAmRNA的剪接效率。的剪接效率。的剪接效率。的剪接效率。34精选课件ppt1.2.2.21.2.2.2 mRNAmRNA的加尾（的加尾（33端多聚腺苷酸化）端多聚腺苷酸化）n几乎所有真核生物成熟的几乎所有真核生物成熟的mRNAmRNA末端都有一串约末端都有一串约250250个腺嘌呤核苷酸个腺嘌呤核苷酸尾巴。尾巴。它们并非模板它们并非模板DNA编码，而是在转录完成后由编码，而是在转录完成后由poly(A)多聚酶合成。多聚酶合成。加尾位置不在转录物的最末端，而是在接近末端的内部位点。加尾位置不在转录物的最末端，而是在接近末端的内部位点。在切除在切除mRNA 3末端的一段序列后，再加上多聚腺苷酸。末端的一段序列后，再加上多聚腺苷酸。n真核生物真核生物mRNA poly(A)mRNA poly(A)长度并非固定不变。长度并非固定不变。细胞核中的细胞核中的poly(A)长度平均为长度平均为21020 nt，细胞质，细胞质poly(A)长度长度19020 nt。输送到细胞质中的输送到细胞质中的mRNA其其poly(A)可由可由RNase切短，但又能经细胞质切短，但又能经细胞质poly（A）酶重新加长，保持有限的长度。）酶重新加长，保持有限的长度。细胞质中细胞质中mRNA的的poly(A)长度总的趋势是逐渐变短，直到丢失大部分或长度总的趋势是逐渐变短，直到丢失大部分或全部全部poly（A），此时），此时mRNA的寿命亦接近终点。的寿命亦接近终点。1.2.2 真核真核mRNA的加工的加工35精选课件ppt加尾信号加尾信号新合成的新合成的mRNAmRNA的的3-3-端含两个明显的加尾信号。端含两个明显的加尾信号。第一个加尾信号位于第一个加尾信号位于poly(A)上游约上游约10 20个核苷酸处。个核苷酸处。其一致顺序为其一致顺序为5 AAUAAA 3。该加尾信号中最多的变异。该加尾信号中最多的变异发生在第二个碱基，其它位置的碱基代换将使发生在第二个碱基，其它位置的碱基代换将使Poly(A)加尾加尾效率急剧下降。效率急剧下降。第二个加尾信号位于第二个加尾信号位于5 AAUAAA 3顺序下游约顺序下游约15-24 bp位置处，有一段富位置处，有一段富GU序列，紧随其后通常有一串富序列，紧随其后通常有一串富T的顺的顺序：序：5-AAUAAA-24 bp-GTGTGTTGGAATTTTTTGTGT-3 36精选课件pptCPSF:cleavage and polyadenylation specifity factorCstF:cleavage stimulation factor3737精选课件精选课件pptppt3838精选课件精选课件pptppt如果改变如果改变5 AAUAAA 3位置，加尾位点改位置，加尾位点改变。变。缺失缺失5 AAUAAA 3顺序，则不发生顺序，则不发生加尾。加尾。富富GU序列和紧随其后的富序列和紧随其后的富T序列对正常的加尾不序列对正常的加尾不可缺一，如保留富可缺一，如保留富GU顺序，除去富顺序，除去富T顺序，加尾顺序，加尾效率仅及对照的效率仅及对照的30%。如保留富如保留富T顺序，除去富顺序，除去富GU顺序，加尾效率降至顺序，加尾效率降至10%。同时缺失。同时缺失GU序序列和富列和富T序列，即使保留序列，即使保留5 AAUAAA 3顺序顺序也不能进行加尾。此外，也不能进行加尾。此外，GU/T序列与序列与5 AAUAAA 3顺序的相对位置也很重要，顺序的相对位置也很重要，如在如在5 AAUAAA 3顺序的下游插入顺序的下游插入16 bp，加尾效率只有正常的，加尾效率只有正常的10%。如在。如在GU序列和富序列和富T序列之间插入序列之间插入5 bp，加尾效率丧失，加尾效率丧失70%。39精选课件ppt4040精选课件精选课件pptpptmRNA的多聚腺苷酸化的多聚腺苷酸化mRNA的多聚腺苷酸化涉及两个步骤的多聚腺苷酸化涉及两个步骤，首先必须在加尾的核苷酸位置，首先必须在加尾的核苷酸位置切断切断RNA，然后在游离的，然后在游离的3末端进行多聚腺苷酸化。末端进行多聚腺苷酸化。有许多蛋白质参与有许多蛋白质参与poly(A)的加尾事件。的加尾事件。1 1）参与参与Poly(A)加尾的蛋白质称为加尾的蛋白质称为切割与多聚腺苷酸化专性因子切割与多聚腺苷酸化专性因子（cleavage and polyadenylation specificity factor,CPSF），），CPSF专一性与加尾信号专一性与加尾信号5 AAUAAA 3结合。结合。2 2）另一个蛋白即另一个蛋白即切割激发因子切割激发因子CstF（cleavage stimulation factor,CstF）特异附着在富）特异附着在富GU区。因此区。因此CPSF和和CstF实际结合的实际结合的位置处于切割与多聚腺苷酸化位点两侧。位置处于切割与多聚腺苷酸化位点两侧。CPSF或或CstF单个因子与信单个因子与信号顺序结合都是不稳定的，只有两者同时附着在两个信号位置才保持号顺序结合都是不稳定的，只有两者同时附着在两个信号位置才保持稳定状态。稳定状态。3 3）此外还有另两个蛋白对此外还有另两个蛋白对RNA的切割必不可少，它们分别是切割因的切割必不可少，它们分别是切割因子子I和和II（cleavage factors I and II，CFI和和CFII），可与），可与RNA结合。结合。poly（A）多聚酶，）多聚酶，CFI和和CFII与与RNA结合的位置处于结合的位置处于两个加尾信号之间。虽然切割与加尾是两个性质不同的事件，但实际两个加尾信号之间。虽然切割与加尾是两个性质不同的事件，但实际进行时几乎同时发生，实验设计很难将其分开。进行时几乎同时发生，实验设计很难将其分开。41精选课件ppt4242精选课件精选课件pptppt严格说来严格说来切割信号和加尾信号是不相同的切割信号和加尾信号是不相同的。前体前体mRNA切割的位置处于切割的位置处于5 AAUAAA 3下游下游15-25 nt之间，由切割酶专一性识别。之间，由切割酶专一性识别。poly（A）多聚酶只是利用已产生的）多聚酶只是利用已产生的3游离末端将腺苷酸逐个游离末端将腺苷酸逐个连接，加尾信号实际上是连接，加尾信号实际上是5 AAUAAA 3以及下游一段不以及下游一段不能少于能少于8 nt的顺序。一旦的顺序。一旦mRNA前体被切断之后，多聚腺苷酸前体被切断之后，多聚腺苷酸化立即开始。化立即开始。多聚腺苷酸化可细分为两个阶段，首先依赖多聚腺苷酸化可细分为两个阶段，首先依赖5 AAUAAA 3信号和与之结合的信号和与之结合的CPSF缓慢合成约缓慢合成约10个个核苷酸，然后依赖已合成的寡聚腺苷酸迅速在其末端加上核苷酸，然后依赖已合成的寡聚腺苷酸迅速在其末端加上200或更多个腺苷酸。或更多个腺苷酸。43精选课件pptCleavage of the 3 end of histone mRNA may require a small RNA Histone mRNAs are not polyadenylated;their 3 ends are generated by a cleavage reaction that depends on the structure of the mRNA.The cleavage reaction requires the SLBP to bind to a stem-loop structure,and the U7 snRNA to pair with an adjacent single-stranded region.44精选课件ppt4545精选课件精选课件pptpptpolypoly（A A）的功能）的功能增加增加mRNAmRNA的稳定性的稳定性 将携带或缺少将携带或缺少poly（A）的球蛋白）的球蛋白mRNA注入到蛙卵中，结果发现，在注入到蛙卵中，结果发现，在6小小时后缺少时后缺少poly（A）的球蛋白）的球蛋白mRNA不再进行翻译，而携带不再进行翻译，而携带poly（A）的处）的处理仍然正常合成球蛋白。最简单的解释是，理仍然正常合成球蛋白。最简单的解释是，poly（A）有助于增加）有助于增加mRNA的的稳定性稳定性提高提高mRNAmRNA翻译效率翻译效率 mRNA的翻译需要的翻译需要PAB I（poly（A）binding protein I，poly（A）结合蛋白结合蛋白I）的蛋白参与，它们与）的蛋白参与，它们与poly（A）的结合可提高）的结合可提高mRNA的翻译效率。的翻译效率。如果在如果在mRNA样品中加入过量的样品中加入过量的poly（A），可急剧降低蛋白质合成的数量。），可急剧降低蛋白质合成的数量。原因在于大量原因在于大量poly（A）与）与PAB I因子竟争性结合，使因子竟争性结合，使mRNA缺少必需的缺少必需的PAB I，因而不能有效翻译。此外适当延长，因而不能有效翻译。此外适当延长poly（A）核苷酸数目可控制）核苷酸数目可控制mRNA的翻译。活细胞中很少的翻译。活细胞中很少mRNA的的poly（A）长度少于）长度少于30 nt，低于这，低于这一长度一长度mRNA不能翻译。不能翻译。polypoly（A A）可影响）可影响mRNAmRNA前体最后一个内含子的剪切前体最后一个内含子的剪切，缺少缺少poly（A）使剪接效率降低）使剪接效率降低5-10倍。倍。46精选课件ppt播放动画播放动画:1 1、mRNA Splicing 2 2、Life Cycle of an mRNA47精选课件ppt本次内容本次内容1 1、转录后加工、转录后加工2 2、RNARNA剪切剪切3 3、真核生物与原核生物、真核生物与原核生物mRNAmRNA比较比较4848精选课件精选课件pptppto1 1、核酶、核酶o2 2、RNARNA中的内含子中的内含子o3 3、RNARNA的剪切的剪切o4 4、RNARNA的编辑和修饰的编辑和修饰 RNA RNA的剪接的剪接49精选课件ppt 转录后加工是产生各种成熟转录后加工是产生各种成熟RNA分子的重要过分子的重要过程程 在在真核生物的真核生物的mRNAmRNA前体中，将内含子（前体中，将内含子（intronintron）去除，而把外显子（去除，而把外显子（exonexon）连接起来形成成熟）连接起来形成成熟RNARNA分分子的过程子的过程，称为，称为RNARNA剪接（剪接（RNA splicingRNA splicing）。）。50精选课件ppt5151精选课件精选课件pptppt加工过程加工过程推测的生理功能推测的生理功能加帽反应加帽反应mRNAmRNA从核内向胞质运输从核内向胞质运输加尾反应加尾反应转录终止，翻译起始和转录终止，翻译起始和mRNAmRNA降解降解RNARNA剪接剪接从从mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA分子中切除内含子分子中切除内含子RNARNA切割切割从前体从前体RNARNA中释放成熟中释放成熟tRNAtRNA和和rRNArRNARNARNA加工过程及其生理功能加工过程及其生理功能52精选课件ppt1.1.核酶核酶(ribozyme)ribozyme)o核酶核酶(ribozyme)ribozyme)有的译为核糖拟酶，核酶等。有的译为核糖拟酶，核酶等。o核酶是核酶是TCech和和SAltman(1981年年)在研在研究四膜虫究四膜虫rRNA时发现的，时发现的，1982年年TCech由由核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid)和酶和酶(enzyme)这两个词这两个词“重组重组”成一个新的词：成一个新的词：“ribozyme”。o它是指它是指本质为本质为RNARNA或以或以RNARNA为主含有蛋白质辅基的、为主含有蛋白质辅基的、具有催化功能的一类物质。具有催化功能的一类物质。53精选课件ppt一、核酶一、核酶核酶和酶的区别，主要在：核酶和酶的区别，主要在：1.一般的酶是纯的蛋白质，而一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是核酶是RNARNA或带有蛋白或带有蛋白的的RNARNA；2.核酶既是催化剂又是底物，随着反应的进行，本核酶既是催化剂又是底物，随着反应的进行，本身也消失了。身也消失了。而酶却不同，仅催化反应，反应前而酶却不同，仅催化反应，反应前后其本身的质和量都不发生改变。后其本身的质和量都不发生改变。54精选课件ppt5555精选课件精选课件pptppt核酶催化的反应分为两类：核酶催化的反应分为两类：自体催化自体催化包括：包括：第一组内含子的自我剪接；第一组内含子的自我剪接；第二组内含子的自我剪切；第二组内含子的自我剪切；植物类病毒和拟病毒的自我剪切。植物类病毒和拟病毒的自我剪切。半自体催化半自体催化包括：包括：核核mRNA内含子的剪切；内含子的剪切；锥虫锥虫SLRNA的反式拼接；的反式拼接；tRNA 5加工加工 （不属于转酯反应内含子的剪接，但也是核酶的活性之一）（不属于转酯反应内含子的剪接，但也是核酶的活性之一）除核酶之外，核酸酶和由内含子本身编码的成熟酶也参与某除核酶之外，核酸酶和由内含子本身编码的成熟酶也参与某些内含子的剪切，如真核些内含子的剪切，如真核tRNA内含子和酵母内含子和酵母cob基因的内含子基因的内含子的的2的剪接。的剪接。56精选课件ppt2.RNA2.RNA中的内含子中的内含子基因基因长度长度/kb/kb内含子数量内含子数量内含子所占比例内含子所占比例 /%/%胰岛素 1.42 67球蛋白 1.42 69血清蛋白 1813 89胶原蛋白组分 31117 71因子 18625 95萎缩性肌强直因子 2 40078 99部分人类基因中，内含子序列所占比重的分析57精选课件ppt内含子去除、内含子去除、RNARNA的剪接基本方式：的剪接基本方式：在高等真核生物，在高等真核生物，核核RNA内含子内含子的去除由的去除由剪接装置剪接装置(splicing apparatus)完成完成，在外显子和内含子，在外显子和内含子交界处交界处和和内含子内含子内部内部有有可供识别的特异序列可供识别的特异序列，剪接装置由多种，剪接装置由多种蛋白质和核蛋白组成；蛋白质和核蛋白组成；有两类内含子的去除属有两类内含子的去除属自剪接自剪接，具有，具有中部核心结构中部核心结构，形成特定的形成特定的二级结构二级结构，RNA具有具有催化剪接的作用催化剪接的作用；酵母酵母tRNAtRNA的剪接需要蛋白质酶的参与的剪接需要蛋白质酶的参与，该酶与，该酶与tRNA后加工过程中的酶有后加工过程中的酶有相似之处。除相似之处。除tRNA的剪接之外，其他的剪接之外，其他RNA的剪接尽管参与反应的要素不的剪接尽管参与反应的要素不同，但都属于转酯反应。同，但都属于转酯反应。58精选课件ppt2.1 内含子的边界顺序及类型内含子的边界顺序及类型1.内含子的边界顺序由保守的基序组成内含子的边界顺序由保守的基序组成比较大量的真核生物比较大量的真核生物mRNAmRNA内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即5-5-端为端为GUGU，3-3-端为端为AGAG，这类称为，这类称为GUGU AGAG的内含子的内含子均以相同方式剪切。均以相同方式剪切。59精选课件ppt6060精选课件精选课件pptppt在不同的真核生物中，内含子的一致顺序有不少变化，动物中典型的剪接位在不同的真核生物中，内含子的一致顺序有不少变化，动物中典型的剪接位置一致顺序组成为：置一致顺序组成为：5 AG GUAAGU-YNYURAY-Y10-20-YAG 3 其中其中Y为为U或或C，N为任何核苷酸，箭头所指为外显子与内含子的交界。为任何核苷酸，箭头所指为外显子与内含子的交界。55端剪接位称供体位（端剪接位称供体位（donor sitedonor site），），33端剪接位称受体位（端剪接位称受体位（acceptor acceptor sitesite）。）。仅仅仅仅GU AG边界顺序并不能保证内含子的正确剪切，因为在内含子中有边界顺序并不能保证内含子的正确剪切，因为在内含子中有不少相同不少相同的的GU AG顺序。顺序。内含子中还有另一段识别剪接边界必不可少的内含子中还有另一段识别剪接边界必不可少的序列称为分枝点，位于序列称为分枝点，位于3-3-端剪接位的上游，具有特征性组成端剪接位的上游，具有特征性组成：-YNCURAY-，Y表示嘧啶（表示嘧啶（U或或C），），R表示嘌呤（表示嘌呤（A或或G），），A A是剪接时参是剪接时参与形成分枝的特别位点。与形成分枝的特别位点。紧接在分枝点的下游有一段多嘧啶序列，也是参与紧接在分枝点的下游有一段多嘧啶序列，也是参与剪接事件蛋白接合的位置。剪接事件蛋白接合的位置。酵母中分枝点序列为酵母中分枝点序列为5 UACUAAC 3，位于，位于3剪接位上游剪接位上游18到到140 bp之间，其作用不同于高等真核生物。之间，其作用不同于高等真核生物。61精选课件ppt类型类型分布分布GU-AG内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体mRNAAU-AC内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体mRNAI型（型（Group）内含子）内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体rRNA细胞器细胞器RNA,少数细菌少数细菌RNAII型（型（Group）内含子）内含子细胞器细胞器RNA，某些原核，某些原核RNAIII型（型（Group）内含子）内含子细胞器细胞器RNA双内含子（双内含子（Twintron）细胞器细胞器RNA前体前体tRNA内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体tRNA古细菌内含子古细菌内含子不同的不同的RNA2.2 内含子的类型内含子的类型62精选课件ppt6363精选课件精选课件pptppt3 3、RNARNA的剪切的剪切o3.1 mRNA前体的剪切 3.1.1 核内小RNA 3.1.2 RNA的剪切过程o3.2 类内含子剪切o3.3 类内含子剪切o3.4 顺式剪切与反式剪切64精选课件ppt 3.1.1 核内小RNA 3.1.2 RNA的剪切过程3.1 mRNA前体的剪切前体的剪切65精选课件ppt3.1.1 剪接要求剪接要求snRNAs的参与的参与在高等生物中都含有很多不连接的小分子在高等生物中都含有很多不连接的小分子在高等生物中都含有很多不连接的小分子在高等生物中都含有很多不连接的小分子RNARNARNARNA片段，片段，片段，片段，限制在核内的称为小分子核内限制在核内的称为小分子核内限制在核内的称为小分子核内限制在核内的称为小分子核内RNA(small nuclear RNA(small nuclear RNA(small nuclear RNA(small nuclear RNAsRNAsRNAsRNAs，snRNAssnRNAssnRNAssnRNAs)。在细胞质的称为小分子胞质内在细胞质的称为小分子胞质内在细胞质的称为小分子胞质内在细胞质的称为小分子胞质内RNARNARNARNA（small small small small cytoplasmiccytoplasmiccytoplasmiccytoplasmic RNAsRNAsRNAsRNAs，scRNAscRNAscRNAscRNA)在自然状态下，它们以核糖核蛋白（在自然状态下，它们以核糖核蛋白（在自然状态下，它们以核糖核蛋白（在自然状态下，它们以核糖核蛋白（RNPRNPRNPRNP）的形式存）的形式存）的形式存）的形式存在。在。在。在。剪接装置中的剪接装置中的剪接装置中的剪接装置中的snRNPssnRNPssnRNPssnRNPs和大量的附加蛋白，常称为剪接和大量的附加蛋白，常称为剪接和大量的附加蛋白，常称为剪接和大量的附加蛋白，常称为剪接因子。因子。因子。因子。66精选课件ppt在剪接过程中有在剪接过程中有在剪接过程中有在剪接过程中有5 5种种种种snRNAs snRNAs(small nuclear RNAs)(small nuclear RNAs)参加，参加，参加，参加，它们是它们是它们是它们是U1U1、U2U2、U5U5、U4U4、和、和、和、和U6U6。5 5种种种种 snRNAs+proteinssnRNAs+proteinsThe snRNPs The snRNPs splicesomesplicesome6767精选课件精选课件pptpptU1 snRNA 碱基互补配对方式识别mRNA前体5剪切点U2辅助因子辅助因子 与3剪切点上游的富嘧啶区结合识别mRNA前体3剪切点U2 snRNP 与分支点结合U2 snRNA 剪切前体剪切前体 60S剪切体剪切体spliceosome U4、U5、U6 snRNP三聚体三聚体 68精选课件pptU1 snRNAU1 snRNA自我配对形成了自我配对形成了自我配对形成了自我配对形成了多个茎环结构，从而构成了多个茎环结构，从而构成了多个茎环结构，从而构成了多个茎环结构，从而构成了不同的功能区。不同的功能区。不同的功能区。不同的功能区。SmSm结合位结合位结合位结合位点是和其他点是和其他点是和其他点是和其他snRNPsnRNP相互作用相互作用相互作用相互作用的区域。的区域。的区域。的区域。其其其其55端有一保守序列：端有一保守序列：端有一保守序列：端有一保守序列：3-CAUUCAU-53-CAUUCAU-5 这一序列可与这一序列可与这一序列可与这一序列可与核核核核mRNAmRNA内含内含内含内含子子子子55端的边界序列互补结合，端的边界序列互补结合，端的边界序列互补结合，端的边界序列互补结合，这对于剪接反应是很重要的。这对于剪接反应是很重要的。这对于剪接反应是很重要的。这对于剪接反应是很重要的。6969精选课件精选课件pptpptU2U2与分枝点配对；与分枝点配对；U6U6与与mRNA 5mRNA 5端配对端配对U5 U5 使两个外显子靠拢使两个外显子靠拢7070精选课件精选课件pptpptU6 snRNA既能与U4配对也能与U2配对7171精选课件精选课件pptppt3.1.2 核核mRNA的剪接的剪接n核核mRNA的剪接过程和的剪接过程和类内含子十分相似，类内含子十分相似，根本区别是：核根本区别是：核mRNA前体本身不能形成二级前体本身不能形成二级结构，必需依赖于结构，必需依赖于snRNP(U1,U2,U4,U5和和U6)的帮助才能形成剪接体，进行自我剪接。的帮助才能形成剪接体，进行自我剪接。n结构特点：结构特点：边界顺序边界顺序 完全符合完全符合GU-AG法则法则 含分枝点序列含分枝点序列 内含子内含子5端保守序列（端保守序列（5GUAAGUA3）和和U1snRNA的的5端保守序列端保守序列 3CAUUCAU5互补互补 72精选课件ppt剪接机制7373精选课件精选课件pptppt在剪接体的作用下通过转酯反应而完成形成一个套索（lariat）结构和剪接了的外显子snRNP的剪接功能和反应步骤是：U1结合形成E complex（下页图下页图）A complex(U2结合)B1 complex B2 complexC1complex C2 complex7474精选课件精选课件pptpptu1u2u5u4u6u1u4u5u4u6u2u5u5u2u6u1u1u2u2u2u6 E complex+U2 A complex(U2与分枝位结合与分枝位结合)B1 complex(U5/U4/U6三聚体三聚体结合，结合，U5结合在外