第三章

生物信息的傳遞（上）

——從DNA到RNA轉(zhuǎn)錄后加工當(dāng)前第1頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)第一節(jié)tRNA和rRNA的加工一.原核的tRNA和rRNA的加工參與蛋白質(zhì)合成的tRNA和rRNA都不是最初的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(1)它們的5`端都是單磷酸，而原始的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5`端應(yīng)是三磷酸；(2)分子比初始轉(zhuǎn)錄物小；(3)tRNA含有特殊的堿基，這些堿基只有通過一些化學(xué)修飾才可以得到。當(dāng)前第2頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(一)tRNA的加工tRNA一般首先合成一條前體鏈，其一側(cè)或兩側(cè)具有額外組分。額外的序列被核酸內(nèi)切酶和核酸外切酶作用共同去除。大多數(shù)tRNA的一個(gè)共同特點(diǎn)是它們?cè)?`端有一個(gè)三核苷酸(總是CCA)，它們不是由基因組編碼的，而是在tRNA加工過程中被添加上去的。當(dāng)前第3頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)三種tRNA前體分子當(dāng)前第4頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(一)tRNA的加工tRNA的加工分成3個(gè)階段(1)“斬頭”，形成5`末端；(2)去尾，形成3`-OH末端。缺-CCA的tRNA要用tRNA核酸轉(zhuǎn)移酶加-CCA。(3)修飾：通過甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等進(jìn)行修飾，如氨基酸臂的4-硫尿嘧啶，D臂的二氫尿嘧啶，TψC臂的假尿嘧啶（ψ）。當(dāng)前第5頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第6頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)（二）原核生物rRNA的加工在E.coli中rRNA有7個(gè)轉(zhuǎn)錄單位分散于基因組中，名為rrnA-G。rRNA序列是保守的,每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位都含有16S、23S、5SRNA，4個(gè)rrn基因座包含一條在16SRNA和23rRNA之間的tRNA基因，其他的包含兩條tRNA基因。另外的tRNA基因可能在或不在5S序列和3`端之間。每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位中含有等比例的16S、23S、5SRNA，因?yàn)樗鼈儍H存在于核糖體中且是等比例的，因此串聯(lián)轉(zhuǎn)錄單位保障了它們的等量關(guān)系。當(dāng)前第7頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)原核生物rRNA的加工當(dāng)前第8頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)RNaseⅢ由2個(gè)亞基組成，起內(nèi)切酶的作用。它可能識(shí)別一級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的某種特征。在30S前體RNA中，P16S和P23S各自的5`和3`都能互補(bǔ)配對(duì)，形成含有1600nt和2900nt的莖環(huán)，RNaseⅢ在二者的莖上交錯(cuò)切割（而不在單鏈泡上切開）產(chǎn)生了P16S，P23S和P5SrRNA前體。再進(jìn)一步由外切酶進(jìn)行修正，切除多余的部分形成各種成熟的rRNA分子。當(dāng)前第9頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)二、真核的tRNA和rRNA的加工真核tRNA的基因和原核不同：(1)真核的前體分子tRNA是單順反子，但成簇排列，基因間有間隔區(qū)；(2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多得多，如酵母約有400個(gè)tRNA基因；(3)5`端單磷酸核苷酸，表明已被加工過；(4)tRNA的前體分子中含有內(nèi)含子。當(dāng)前第10頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)真核tRNA內(nèi)含子的特點(diǎn)：在酵母272條左右的tRNA基因中，有59條為斷裂基因。每條只含有一個(gè)內(nèi)含子。①位置相同，都在反密碼子環(huán)的下游相距一個(gè)核苷酸；②不同tRNA的內(nèi)含子長(zhǎng)度（14～60bp）和序列各異；③外顯子和內(nèi)含子交界處無保守序列；④內(nèi)含子和反密碼子配對(duì)形成莖環(huán)⑤內(nèi)含子的多數(shù)突變不影響正常剪接有何意義？當(dāng)前第11頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)體外tRNA剪接反應(yīng)需要ATP。反應(yīng)包括需要ATP和不需要ATP兩種情況說明剪接反應(yīng)的兩個(gè)階段是由不同的酶催化的。第一步不需要ATP。由一種非典型的核酸內(nèi)切酶切斷磷酸二酯鍵。第二步需要ATP，包括鍵的形成，是一個(gè)連接反應(yīng)，由RNA連接酶將斷端連接，形成成熟的tRNA。當(dāng)前第12頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)酵母的內(nèi)切酶是一種異源四聚體蛋白質(zhì)，Sen34亞基和Sen2亞基分別切割3`和5`剪接位點(diǎn)。Sen54亞基通過“測(cè)量”成熟tRNA結(jié)構(gòu)中某個(gè)點(diǎn)的距離來確定切割位點(diǎn)的位置。盡管Sen15亞基的功能未知，但其在酵母中是必需的。反密碼子環(huán)的第一個(gè)堿基和3`剪接位點(diǎn)前的堿基之間的AI堿基配對(duì)對(duì)3`剪接位點(diǎn)的切割是必需的。tRNA的切割當(dāng)前第13頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)tRNA的連接當(dāng)前第14頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)真核細(xì)胞中rRNA的加工途徑真核生物的18S，5.8S和28SrRNA基因是串聯(lián)在一起形成一個(gè)轉(zhuǎn)錄本，初始轉(zhuǎn)錄本為45S前體（高等真核生物）或更?。ǖ偷日婧松锶缃湍钢袨?5S）5SRNA是由RNA聚合酶III從單獨(dú)的基因轉(zhuǎn)錄的，這和原核的rRNA基因不同。在真核的rRNA加工中rRNA和其他的真核基因也不同，它沒有內(nèi)含子，因此加工時(shí)，無需剪切內(nèi)含子這一步。當(dāng)前第15頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)酵母rRNA前體的剪切(轉(zhuǎn)引自Russell,1992)

(轉(zhuǎn)引自Lewin,2005)

當(dāng)前第16頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)rRNA加工需要小RNA在rRNA加工和修飾中需要一組稱為小核仁RNA(SmallnucleolarRNAs，snoRNA)的小RNA參與。它們與核仁(核中rRNA基因的轉(zhuǎn)錄區(qū))中大量存在的纖維蛋白相連接。RNA前體切割時(shí)需要一些snoRNA，如在酵母和非洲爪蟾中的第一次切割就需要U3snoRNA.snoRNA在切割中具體的作用機(jī)制還不清楚，可能是由于其與rRNA配對(duì)后形成可被核酸內(nèi)切酶識(shí)別的二級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第17頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)rRNA的堿基修飾需要小RNA[1]rRNA堿基修飾需要兩類snoRNA，每一類中的成員都含有非常短的保守序列和二級(jí)結(jié)構(gòu)的共同特征。核糖2`位點(diǎn)甲基化作用需要C／D型snoRNA的參與。rRNA中假尿苷(pseudouridine，ψ)的合成需要H/ACA型snoRNA。[1]馬偉超,李一婧,王會(huì)寧.腦特異性表達(dá)的snoRNA研究進(jìn)展[J].天水師范學(xué)院學(xué)報(bào),2010,30(5):29-32.當(dāng)前第18頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)在脊椎動(dòng)物rRNA中的保守位置上有100種以上的2`-O-甲基基團(tuán)。核糖2`位點(diǎn)甲基化作用需要C／D型snoRNA的參與,這些基團(tuán)的名稱來自兩個(gè)短保守序列的基序，名為C盒(boxC)和D盒(boxD)，每個(gè)snoRNA都含有一個(gè)位于D盒附近且能與需甲基化的18S或28SrRNA互補(bǔ)的序列。特殊snoRNA的缺失會(huì)阻止rRNA互補(bǔ)區(qū)域的甲基化。snoRNA堿基與rRNA配對(duì)，形成雙鏈體區(qū)域，以此來作為甲基化底物。甲基化發(fā)生在互補(bǔ)區(qū)域內(nèi)D盒5`端的5個(gè)固定堿基?？赡苊總€(gè)甲基化特異對(duì)應(yīng)于不同的snoRNA。迄今為止，大約17018個(gè)[1]snoRNA已經(jīng)被鑒定出來了，但甲基化酶還未被鑒定，一種可能是snoRNA自身提供了甲基化酶的部分活性。當(dāng)前第19頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)酵母rRNA含有43個(gè)假尿苷殘基，脊髓動(dòng)物rRNA含有約100個(gè)假尿苷殘基。假尿苷合成：與核糖連接的尿苷酸N1鍵斷裂，接著堿基旋轉(zhuǎn)，并把C5重連到核糖上。當(dāng)前第20頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)rRNA中假尿苷的形成需要在約20個(gè)snoRNA中所含有的H／ACA短序列。它的命名是由于在3`端有一個(gè)ACA核苷酸三聯(lián)體，以及在兩個(gè)莖－環(huán)發(fā)卡結(jié)構(gòu)之間的部分保守序列(H盒)。每個(gè)snoRNA在發(fā)卡的莖部有一個(gè)和rRNA互補(bǔ)的序列。在每個(gè)snoRNA－rRNA配對(duì)區(qū)域都有兩個(gè)不配對(duì)的堿基，其中一個(gè)尿苷轉(zhuǎn)變成假尿苷。H／ACA型snoRNA與稱作Gar1p的核仁蛋白有關(guān)，這是假尿苷形成所必需的，但是功能仍未知。已知的假尿苷合成酶是不需要RNA輔因子的蛋白質(zhì)。snoRNA介導(dǎo)的假尿苷合成所需的合成酶還沒有被鑒定出來。當(dāng)前第21頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)幾種生物中鑒定的snoRNA數(shù)目統(tǒng)計(jì)[1-6]

[5]卓敏,屈良鵠.snoRNA及其結(jié)構(gòu)與功能研究新進(jìn)展[J].自然科學(xué)進(jìn)展,2007,17(7):858-863.[6]XIEJ,ZHANGM,ZHOUT,etal.Sno/scaRNAbase:acurateddatabaseforsmallnucleolarRNAsandcajalbody-specificRNAs[J].NucleicAcidsResearch,2007,35(Databaseissue):D183-D187.[7]BACHELLERIEJ-P,CAVAILLJ,QUL-H.NucleotidemodificationsofeukaryoticrRNAs:theworldofsmallnucleolarRNAguidesrevisited[M]//GARRETTRA,DOUTHWAITESR,LILJASA,etal.Theribosome:structure,function,antibioticsandcellularInteractions.Washington,DC:AmericanSocietyforMicrobiologyPress2000:191-203.當(dāng)前第22頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)第二節(jié)前體mRNA的加工mRNA前體分子的加工主要是真核mRNA，原核的mRNA一般不經(jīng)過加工。其轉(zhuǎn)錄和翻譯是緊密耦聯(lián)的，中間沒有可加工的間歇時(shí)間。當(dāng)前第23頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)原核生物mRNA的加工當(dāng)前第24頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第25頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)真核mRNA前體的加工在真核細(xì)胞核內(nèi)可以分離到一類含量很高，分子量很大但不穩(wěn)定的RNA，稱為核內(nèi)不均一RNA，其平均分子長(zhǎng)度為8～10kb，長(zhǎng)度變化的范圍從2Kb左右到14kb左右。比mRNA的平均長(zhǎng)度（1.8-2kb）要大4～5倍。估計(jì)hnRNA僅有總量的1/2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，其余的都在核內(nèi)被降解掉。人們經(jīng)分析認(rèn)為它是mRNA的前體，證據(jù)是：當(dāng)前第26頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)核內(nèi)不均一RNAhnRNA和mRNA有相同的序列。hnRNA在體外能作為模板翻譯蛋白，這也是hnRNA的mRNA前體的直接證據(jù)；兩者5`端都有帽子結(jié)構(gòu)，其他的RNA分子和前體都沒有這種特殊的結(jié)構(gòu)；兩者的合成同樣不為低劑量放線菌素D所抑制，但能被高劑量放線菌素D所抑制，表明兩者為相同的聚合酶所合成；兩者的3`端都有多聚腺苷尾巴，這也是其他的RNA分子所沒有的。當(dāng)前第27頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)用小鼠核內(nèi)hnRNA分離出的1.5kb（15S）的RNA分子和10Sβ-珠蛋白mRNA分別與小鼠的β-珠蛋白基因都可進(jìn)行分子雜交，形成R環(huán)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明hnRNA中存在與mRNA相同的序列，但比mRNA更為復(fù)雜。此是hnRNA是mRNA前體的最有力的證據(jù)當(dāng)前第28頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)hnRNA的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)5`端有帽結(jié)構(gòu)；3`端有poly（A）尾巴；帽結(jié)構(gòu)后有3個(gè)寡聚U區(qū)，每個(gè)長(zhǎng)約30nt；有重復(fù)序列，位于寡聚U區(qū)后面；有莖環(huán)結(jié)構(gòu)，可能分布于編碼區(qū)（非重復(fù)序列）的兩側(cè)；非重復(fù)序列中有內(nèi)含子區(qū)。內(nèi)含子當(dāng)前第29頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)hnRNA的物理結(jié)構(gòu)是一個(gè)核糖核蛋白顆粒(ribonucleoproteinparticle，hnRNP)，顆粒中蛋白質(zhì)包圍著hnRNA。體外研究表明，hnRNA的形狀是一個(gè)球體和一個(gè)與之相連的纖維狀結(jié)構(gòu)。顆粒中絕大多數(shù)為核心蛋白質(zhì)，但也有其它蛋白質(zhì)少量存在，蛋白質(zhì)的種類在20種左右。每個(gè)核中，與106個(gè)分子的hnRNP相比，這些蛋白質(zhì)的拷貝數(shù)約有108。其中一些具有包裹hnRNA的結(jié)構(gòu)，還有一些被認(rèn)為能在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)間穿梭，起輸出RNA或者是控制RNA活性的作用。當(dāng)前第30頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)真核mRNA的加工真核mRNA的加工一般要經(jīng)過四步：(1)5`加帽；(2)3`加尾；(3)切除內(nèi)含子；(4)修飾：對(duì)某些堿基進(jìn)行甲基化當(dāng)前第31頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第32頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(1)加帽mRNA的5`端的修飾是在細(xì)胞核中進(jìn)行的，所有的真核生物都是如此。轉(zhuǎn)錄開始是用一個(gè)三磷酸核苷（通常是一個(gè)嘌呤，A或G），這第一個(gè)核苷酸的5`端仍保留3磷酸基因，其3`端和下一個(gè)核苷酸的5`位點(diǎn)形成磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)錄本的起始序列可能是：但當(dāng)人們?cè)隗w外用酶來處理成熟的mRNA，并未產(chǎn)生預(yù)期的pppA或pppG，而是得到了5`-5`三磷酸連接的2個(gè)核苷酸，而且未端的堿基總是一個(gè)G.這說明什么？當(dāng)前第33頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)1．加帽它是在轉(zhuǎn)錄后加在原來RNA分子上的，鳥苷是由鳥苷轉(zhuǎn)移酶催化的。這個(gè)反應(yīng)在轉(zhuǎn)錄后立即發(fā)生，開始時(shí)在RNA的5`端不能檢測(cè)出微量的三磷酸。反應(yīng)是在GTP和原來的RNA5`端三磷酸之間進(jìn)行縮合(condensation)反應(yīng)。然后再進(jìn)行甲基化。此反應(yīng)是在S-腺苷基甲硫氨酸的作用下進(jìn)行甲基化的位點(diǎn)當(dāng)前第34頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)1．加帽(1)剪接前加帽:如呼腸病毒，牛豆病毒當(dāng)前第35頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)1．加帽(2)剪切后加帽:如皰疹病毒和口炎病毒當(dāng)前第36頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)帽子的類型當(dāng)前第37頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)帽子結(jié)構(gòu)的功能(1)有助于mRNA越過核膜，進(jìn)入胞質(zhì)；(2)保護(hù)5`不被酶降解；(3)翻譯時(shí)供IFⅢ（起始因子）和核糖體識(shí)別。當(dāng)前第38頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(2)加尾mRNA的共同特點(diǎn)是在高等生物中（酵母中無此特點(diǎn)）在poly（A）上游11～30nt處有一特殊序列AAUAAA，這一序列是高度保守的當(dāng)前第39頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(2)加尾特殊組分(cleavagepolyadenylationspecificityfactor,CPSF)識(shí)別AAUAAA并指導(dǎo)其它的活性剪切因子(CFI和CFII)在加尾位點(diǎn)AAUAAA下游11－30nt處剪切RNA；末端腺苷轉(zhuǎn)移酶(poly(A)聚合酶,PAP)合成poly(A)尾巴；PABP與poly(A)結(jié)合，添加約200A后反應(yīng)停止。當(dāng)前第40頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)3`加工復(fù)合體專一性因子(specificityfactor，SF)含有4個(gè)亞基，它們一起與含有AAUAAA序列的RNA特異性結(jié)合。每一個(gè)亞基都是含有普通RNA結(jié)合域的蛋白質(zhì)，通過這些結(jié)合域只能非特異地與RNA結(jié)合。亞基間蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)的相互作用對(duì)產(chǎn)生專一性AAUAAA結(jié)合位點(diǎn)是必要的。只有CstF與富含G-U的位點(diǎn)結(jié)合后，CPSF才能與AAUAAA強(qiáng)烈地結(jié)合。切割和多聚腺苷酸化反應(yīng)都需要專一性因子，它和核酸內(nèi)切酶、poly(A)聚合酶一起位于一個(gè)復(fù)合體內(nèi)，此復(fù)合體通常執(zhí)行其切割功能，以一種緊密的耦聯(lián)方式進(jìn)行多聚腺苷酸化。切割因子(cleavagefactor，CF)CFI和CFⅡ與專一性因子一起成為核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割反應(yīng)的充分必要條件。當(dāng)前第41頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)加Poly(A)的反應(yīng)第一步加一個(gè)短的寡聚A序列（～10nt），此反應(yīng)依賴于AAUAAA序列；反應(yīng)由poly（A）聚合酶在特殊因子指導(dǎo)下完成的。第二步是寡聚A尾巴延伸到～200nt的長(zhǎng)度。此反應(yīng)并不需要AAUAAA序列，但需要一個(gè)識(shí)別寡聚A并指導(dǎo)poly（A）聚合酶延伸的刺激因子（PABP）。當(dāng)前第42頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)有些mRNA的3’端無poly(A)尾，如在爪蟾卵母細(xì)胞中組蛋白H3的mRNA.成熟時(shí)要切除一段3’端序列。3`端有一個(gè)高度保守的莖－環(huán)結(jié)構(gòu)。切割的位點(diǎn)在莖－環(huán)下游4～5個(gè)堿基處。切割需要兩個(gè)因子參與：(1)莖－環(huán)結(jié)合蛋白（stem-loopbindingprotein,SLBP)識(shí)別；(2)U7snRNA和H3mRNA剪切點(diǎn)下游10個(gè)nt處嘌呤富含區(qū)－組蛋白下游元件（histonedownstreamelement,HDE）互補(bǔ)配對(duì)（通常為GAAAGA）。當(dāng)前第43頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(3)內(nèi)含子的剪接Ⅰ類內(nèi)含子Ⅰ型自我剪接內(nèi)含子在線粒體基因組中發(fā)現(xiàn)，也存在于極少數(shù)單細(xì)胞真核生物(如嗜熱四膜蟲的rRNA)的核基因組中。原核體系中少數(shù)內(nèi)含子也是Ⅰ型內(nèi)含子（如T4噬菌體胸苷酸合成酶基因）；Ⅱ型內(nèi)含子Ⅱ型內(nèi)含子在植物和低等真核生物的細(xì)胞器基因組中發(fā)現(xiàn)核mRNA內(nèi)含子當(dāng)前第44頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)一.核酶(Ribozyme)1981年T.Cech和S.Altman等在研究四膜蟲rRNA時(shí)發(fā)現(xiàn)的；T.Cech由核糖核酸（ribonucleicacid）和酶（enzyme）這兩個(gè)詞“重組”成一個(gè)新的詞：“Ribozyme”；是指本質(zhì)為RNA或以RNA為主含有蛋白質(zhì)輔基的一類具有催化功能的物質(zhì)。和傳統(tǒng)酶的區(qū)別：(1)一般的酶是純的蛋白質(zhì)，而核酶是RNA或帶有蛋白的RNA；(2)核酶既是催化劑又是底物。而酶僅催化反應(yīng)。當(dāng)前第45頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)核酶發(fā)現(xiàn)的意義（1）突破了酶的概念.是一種自體催化；（2）揭示了內(nèi)含子自我剪接的奧秘；促進(jìn)了RNA的研究。（3）為生命的起源和分子進(jìn)化提供了新的依據(jù)。當(dāng)前第46頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)遺傳信息的進(jìn)化路線可能是：RNA→（DNA→表達(dá)）→(DNADNA)→(DNA→表達(dá))↑↓↓↗↓RNARNA表達(dá)||RNA病毒反轉(zhuǎn)錄病毒HBVDNA病毒當(dāng)前第47頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)酶組成的進(jìn)化路線可能是：純RNA→RNA為主→RNA和→蛋白為主→純蛋白蛋白為輔蛋白并重RNA為輔

核酶RNaseP？端粒酶一般酶類當(dāng)前第48頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)Chambon等發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子切割位點(diǎn)有2個(gè)特點(diǎn)內(nèi)含子的兩個(gè)末端并不存在同源或互補(bǔ)。這就排除了存在二級(jí)結(jié)構(gòu)的可能。連接點(diǎn)具有很短的保守序列，稱為邊界順序。其規(guī)律稱為GU-AG法則（GU-AGrule)或Chambon法則。左邊的剪接位點(diǎn)稱供體（donor）位點(diǎn)，右邊的剪接位點(diǎn)稱受體（acceptor）位點(diǎn)。當(dāng)前第49頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)I類內(nèi)含子的剪接Cech等1981年用四膜蟲分離得到了35S的前體rRNA，它含有一個(gè)長(zhǎng)413bp的內(nèi)含子。此35SrRNA要加入一價(jià)或二價(jià)陽(yáng)離子及GTP就可以在體外釋放出413nt的線性的內(nèi)含子，若繼續(xù)保溫，那么線形內(nèi)含子又可形成環(huán)狀的RNA。這就意味著35SRNA在GTP的作用下可以自我剪接。當(dāng)前第50頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第51頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第52頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)I類內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其邊界序列為5`U↓-G↓3`；具有中部核心結(jié)構(gòu)（Centralcorestructure）內(nèi)部引導(dǎo)順序（internalguidesequence,IGS）當(dāng)前第53頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第54頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)Ⅱ類內(nèi)含子的剪接(一)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)邊界序列為5`↓GUGCG……YnAG↓3`；符合GU-AG法則有6個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成使兩個(gè)并列的功能區(qū)靠近，功能區(qū)5和功能區(qū)6被2堿基隔離開。功能區(qū)6含有1個(gè)不配對(duì)A殘基(分支位點(diǎn)），其上帶有2`-OH首先進(jìn)行轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。當(dāng)前第55頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第56頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)Ⅱ類內(nèi)含子的剪接無需鳥苷的輔助，但需鎂離子的存在。分支點(diǎn)A的2`-OH對(duì)5`端交界處的磷酸二酯鍵發(fā)動(dòng)親核進(jìn)攻，產(chǎn)生了套索（lariat）結(jié)構(gòu)；切下的外顯子1其3`-OH繼續(xù)對(duì)內(nèi)含子3`端的交界序列進(jìn)行親核進(jìn)攻，同時(shí)釋放出套索狀的內(nèi)含子。當(dāng)前第57頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)核mRNA的剪接(一)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：邊界順序:符合GU-AG法則。分支位點(diǎn)位于一個(gè)稱為分支點(diǎn)順序（branch-pointsequence）的短共有序列上，距內(nèi)含子3`端18-40nt，且具有2`-OH。在動(dòng)物中的共有序列為Py80NPy80Py87Pu75APy95（酵母中是高度保守，為UACUAAC）。當(dāng)前第58頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)(二)剪接機(jī)制剪接裝置是由細(xì)胞核小RNA（smallnuclearRNA,snRNA）和多種蛋白質(zhì)組成的一個(gè)大的顆粒復(fù)合體，稱為剪接體（splicesome）。snRNPs:U1,U2,U4,U5和U6當(dāng)前第59頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)剪接與mRNA出核相關(guān)聯(lián)在完成合成和加工后，mRNA以核蛋白復(fù)合體的形式被載體蛋白從細(xì)胞核內(nèi)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。一個(gè)重要的問題是，這些蛋白質(zhì)如何識(shí)別它們的底物RNA，又是什么確保只有加工過的mRNA被轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核。部分答案可能是：剪接體可能形成于轉(zhuǎn)錄完成之前以去除內(nèi)含子，但剪接和出核之間應(yīng)該具有直接聯(lián)系。因內(nèi)含子與剪接裝置聯(lián)系在一起，故可以阻止mRNA的出核，剪接體也能提供和出核裝置的接觸起始點(diǎn)。當(dāng)前第60頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)幾種不同內(nèi)含子剪接反應(yīng)的區(qū)別

酵母tRNAI類內(nèi)含子Ⅱ類內(nèi)含子核mRNA前體邊界順序無5′U↓-G↓3′5′↓GU-AG↓3′5′↓GU-AG↓3′特殊順序C（莖上）－G(環(huán)上)內(nèi)部引導(dǎo)序列分支點(diǎn)順序分支點(diǎn)順序,5′外顯子順序二級(jí)結(jié)構(gòu)莖環(huán)構(gòu)象核心結(jié)構(gòu)5、6功能區(qū)剪接體基因外的成分內(nèi)切酶，連接酶GTP，鎂離子鎂離子U1,U2,U4,U5,U6能量要求ATP不不ATP中間型分子半分子tRNA環(huán)狀L-19RNA套索套索

當(dāng)前第61頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)反式剪接反應(yīng)當(dāng)前第62頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)反式剪接反應(yīng)錐蟲表面糖蛋白基因VSG（variablesurfaceglycoprotein）線蟲的肌動(dòng)蛋白（actingenes）衣藻（chlamydomaonas）葉綠體DNA中含有的psa基因。當(dāng)前第63頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)錐蟲反式拼接的過程當(dāng)前第64頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)順式剪接（cis-splicing）：內(nèi)含子的剪接發(fā)生在同一個(gè)基因內(nèi)，切除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接反式剪接（trans-splicing）：不同基因的外顯子剪接后相互連接。為反式剪接提供5`端外顯子的RNA稱為剪接前導(dǎo)RNA（splicingleaderRNA，SLRNA），為SmsnRNP中的一員。

當(dāng)前第65頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)植物病毒和類病毒的自我剪切類病毒（viroids）感染性RNA分子，獨(dú)自具有功能，外面不包被任何蛋白外殼。擬病毒（virusoids）與此結(jié)構(gòu)相同。但包被在植物病毒內(nèi)。擬病毒本身不能復(fù)制，必須依賴病毒的幫助，這種擬病毒有時(shí)稱為衛(wèi)星RNA（satelliteRNA）。1986年Symons提出了錘頭（hammerhead）二級(jí)結(jié)構(gòu)模型來解釋類病毒，擬病毒和衛(wèi)星RNA的自我剪切機(jī)制。當(dāng)前第66頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第67頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第68頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)（4）編輯編輯的發(fā)現(xiàn)編輯（editing）是在mRNA水平上發(fā)生信息變化的過程，轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入，丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。1986.R.Benne在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時(shí)發(fā)現(xiàn)mRNA的多個(gè)編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動(dòng)物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。當(dāng)前第69頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)尿嘧啶的插入ThemRNAforthetrypanosomecoxIIgenehasaframeshiftrelativetotheDNA;thecorrectreadingframeiscreatedbytheinsertionof4uridines.當(dāng)前第70頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第71頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)當(dāng)前第72頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)尿嘧啶的插入及丟失當(dāng)前第73頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)RNA編輯發(fā)生在個(gè)別堿基哺乳動(dòng)物的腸道中載脂蛋白B中第2153各密碼子上的C變成了U，使得編碼谷氨酰胺的CAA變成了終止密碼子UAA。Sommer等人在谷氨酸受體時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)位置上的編輯使DNA中的谷氨酰胺密碼子（CAG）變成了RNA中的CIG，在翻譯時(shí)I總被讀作G，其為精氨酸密碼子（CGG）。從而使谷氨酰胺編碼為精氨酸。當(dāng)前第74頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)堿基的轉(zhuǎn)換當(dāng)前第75頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)對(duì)載脂蛋白B在體外系統(tǒng)中編輯的研究證明，編輯位點(diǎn)周圍的一段較短的序列(約26bp)是使酶能夠識(shí)別的靶位點(diǎn)。外顯子的編輯區(qū)和下游內(nèi)含子的一段互補(bǔ)序列配對(duì)，這種堿基配對(duì)對(duì)于靶位點(diǎn)的識(shí)別是必不可少的。特異性的識(shí)別還需要雙鏈體區(qū)域的一個(gè)非配對(duì)，所以，在不同的編輯系統(tǒng)中，對(duì)識(shí)別底物序列專一性會(huì)有不同的要求。當(dāng)前第76頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)RNA的編輯的生物學(xué)意義：校正作用有些基因在突變過程中丟失的遺傳信息可能通過RNA編輯修復(fù)。調(diào)控翻譯

通過編輯可以構(gòu)建和去除起始或終止密碼子，是基因表達(dá)調(diào)控的一種方式。擴(kuò)充遺傳信息

能是基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能，有利于生物進(jìn)化。當(dāng)前第77頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)小結(jié)剪接反應(yīng)完成內(nèi)含子的去除并把外顯子連在一起構(gòu)成成熟的RNA序列。根據(jù)體外反應(yīng)時(shí)需要的條件和形成的中間體，可以把剪接反應(yīng)分為四類，包括真核生物核mRNA內(nèi)含子、I類內(nèi)含子、II類內(nèi)含子和tRNA內(nèi)含子四種剪接系統(tǒng)。每一種剪接都是在一個(gè)RNA分子上結(jié)構(gòu)的變化，因此叫順式剪接反應(yīng)。核內(nèi)mRNA的剪接采取偏愛但不是專一性的途徑。只有非常短的一段共有序列是必須的，而內(nèi)含子中其他部分對(duì)剪接位點(diǎn)的識(shí)別沒有影響。與3`剪接點(diǎn)一樣5`剪接點(diǎn)也都是相同的。描述內(nèi)含子末端特征的GU-AG規(guī)則提供了剪接需要的序列。酵母中的UACUAAC分支位點(diǎn)，或者哺乳動(dòng)物內(nèi)含子中非常保守的共有序列都是必須的。5`剪接點(diǎn)的反應(yīng)包括套索結(jié)構(gòu)的形成，此套索結(jié)構(gòu)通過5`-2`磷酸二酯鍵把內(nèi)含子的GU末端與分支位點(diǎn)第6位上的A連接在一起。然后外顯子末端的3`-OH攻擊3`剪接點(diǎn)，最后，外顯子連在一起，內(nèi)含子以一個(gè)套索狀結(jié)構(gòu)被釋放。兩次反應(yīng)都是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，其中磷酸二酯鍵的數(shù)目不變。當(dāng)前第78頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)核mRNA的剪接需要形成一個(gè)剪接體。剪接體是一個(gè)大的顆粒，能把共有序列裝配到一個(gè)反應(yīng)性構(gòu)型中。剪接體含有U1、U2、U4/U6和U5snRNP及其它一些剪接因子。U1，U2和U5snRNP中各含有一個(gè)snRNA和幾種蛋白質(zhì)。snRNP識(shí)別共有序列。剪接經(jīng)常是分子內(nèi)反應(yīng)，但是有些情況下也會(huì)發(fā)現(xiàn)有反式(分子間)剪接。這些反應(yīng)可能是通過在每個(gè)分子的合適位點(diǎn)上形成剪接體發(fā)生的。II類內(nèi)含子與核內(nèi)mRNA內(nèi)含子剪接一樣，都形成一個(gè)套索狀的中間體，但是此類RNA有自我催化的性質(zhì)，能進(jìn)行自我剪接。這類內(nèi)含子也遵循GU-AG規(guī)則，但是形成一個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)從而可以識(shí)別合適位置上的剪接位點(diǎn)。酵母tRNA剪接包括內(nèi)切酶和連接酶分別作用的兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)。內(nèi)切酶識(shí)別前體的二級(jí)(或三級(jí))結(jié)構(gòu)，并切割內(nèi)含子的兩個(gè)末端。內(nèi)含子去除后釋放兩個(gè)RNA半分子，在ATP的參與下使之連接起來。RNA聚合酶II的終止能力尚不是完全清楚，其轉(zhuǎn)錄物的3`末端是通過切割產(chǎn)生的。位于切割位點(diǎn)上游11-30bp處的AAUAAA序列為切割和多聚腺苷酸化提供信號(hào)。內(nèi)切酶和poly(A)聚合酶與其它因子一起共同為AAUAAAA的專一性提供信息。當(dāng)前第79頁(yè)\共有88頁(yè)\編于星期五\3點(diǎn)幾種不同內(nèi)含子剪接反應(yīng)的區(qū)別

酵母tRNAI類內(nèi)含子Ⅱ類內(nèi)含子核mRNA前體邊界順序無5′U↓-G↓3′5′↓GU-AG↓3′5′↓GU-AG↓3′特殊順序C（莖上）－G(環(huán)上)內(nèi)部引導(dǎo)序列分支點(diǎn)順序分支點(diǎn)順序,5′外顯子順序二級(jí)結(jié)構(gòu)莖環(huán)構(gòu)象核心結(jié)構(gòu)5、6功能區(qū)剪接體基因外的成分內(nèi)切酶，連接酶GTP，鎂離子鎂離子U1,U2,U4,U5,U6能量要求ATP不不AT