《分子生物学与基因工程》课程教学课件（讲稿）第四章 转录——RNA剪接加工

一、从DNA到RNA基因表达出蛋白质控制生命现象基因表达包括转录和翻译两个阶段。转录：是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤翻译：是指以新生成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的

一、从DNA到RNA n 基因表达出蛋白质控制生命现象 n 基因表达包括转录和翻译两个阶段。 n 转录：是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同的RNA单链 的过程，是基因表达的核心步骤。 n 翻译：是指以新生成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传 密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达 的最终目的

(一)基因表达(Gene Expression)Gene:ATGAGTAACGCGNontemplatestrandTACTCATTGCGC TemplatestrandTranscriptionmRNA:AUGAGUAACGCGTranslationProtein:MetSerAsnAla

（一）基因表达(Gene Expression)

Template strandCoding strandATGCGCCATGCCAGITACGTACATGGATACGCGGTACGGTCAATGCATCTACCTRNA sequenceisTRANSCRIPTIONcompiemertarytotemplatestrandeguwaienttocodingstrandACGCGGUACGGUCAAUGCAUCUACCURNAtranscript■DNA双链：模板链/反义链编码链/有意义链

n DNA双链：模板链/反义链 编码链/有意义链

1Classes of RNA(二) (ClassPositionFunction核内hnRNA成熟RNA的前体核内参与hnRNA的剪接、转运SnRNA（核小RNA）蛋白质内质网定位合成的信号识胞内ScRNA（胞质小RNA）别体的组成成分rRNA核蛋白体组成成分tRNA转运氨基酸mRNA蛋白质合成模板

（二）Classes of RNA Class Function Position hnRNA 成熟RNA的前体 核内 snRNA（核小RNA） 参与hnRNA的剪接、转运 核内 scRNA（胞质小RNA） 蛋白质内质网定位合成的信号识 别体的组成成分 胞内 rRNA 核蛋白体组成成分 tRNA 转运氨基酸 mRNA 蛋白质合成模板

Most RNAs are Exportedfrom the NucleusCYTOPLASMProteinsRNA主要以单链的形式存Assembly在于生物体内，高级结构很复杂。U-SnRNA除了少数RNA病毒外，所5C有RNA分子都来自于DNA。它们既担负着储藏和传递MRNA遗传信息的功能，又能作SplicingU-SnRNAtRNA为核酶直接在细胞内发挥TRNARibosomalINTRON代谢功能。NUCLEUSsubunitshnRNAwwwergitora

n RNA主要以单链的形式存 在于生物体内，高级结构 很复杂。 n 除了少数RNA病毒外，所 有RNA分子都来自于DNA。 n 它们既担负着储藏和传递 遗传信息的功能，又能作 为核酶直接在细胞内发挥 代谢功能

(三) RNA病毒复制的几儿种方式（1）含正链RNA(+)的病毒（例如噬菌体Q、新冠）：（+)RNA充当mRNA，合成蛋白。即以(+)RNA为模板进行复制合成(-)RNA，再以(-)RNA为模板合成(+)RNA组装成病毒颗粒。（2）含负链RNA(-)的病毒(例如狂犬病毒)：由(-)RNA合成(+)RNA，再由(+)RNA合成蛋白质、(-)RNA，组装成病毒。（3）含双链RNA的病毒(例如呼肠孤病毒)：以(-)RNA为模板合成(+)RNA，以(+)RNA为模板合成(-)RNA和蛋白，组装病毒颗粒。(4)逆转录病毒（例如白血病毒）：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成RNA，翻译蛋白质

（三）RNA病毒复制的几种方式 n （ 1）含正链RNA(+)的病毒(例如噬菌体Q、新冠)：(+)RNA充当mRNA，合成 蛋白。即以(+)RNA为模板进行复制合成(-)RNA，再以(-)RNA为模板合成 (+)RNA组装成病毒颗粒。 n （ 2）含负链RNA(-)的病毒(例如狂犬病毒)：由(-)RNA合成(+)RNA，再由 (+)RNA合成蛋白质、(-)RNA，组装成病毒。 n （ 3）含双链RNA的病毒(例如呼肠孤病毒)：以(-)RNA为模板合成(+)RNA，以 (+)RNA为模板合成(-)RNA和蛋白，组装病毒颗粒。 n （ 4）逆转录病毒(例如白血病毒)：由RNA反转录为DNA，以DNA为模板合成 RNA，翻译蛋白质

(四)核酶核酶（Ribozyme）是80年代初期发现的具有催化功能的RNA分子。1982年切赫（Cech）等人在研究四膜虫前体rRNA拼接机制时发现，在没有任何蛋白酶参与下，含有413bp干扰序列（IVS）的前体rRNA发生了①自切割，但反应体系需镁离子和鸟苷参与。类病毒(Virusoid)的小RNA能进行一种自我剪接反应

（四）核酶 n 核酶（Ribozyme）是80年代初期发现的具有催化功能的RNA分子。 n 1982年切赫（Cech）等人在研究四膜虫前体rRNA拼接机制时发 现，在没有任何蛋白酶参与下，含有413bp干扰序列（IVS）的前 体rRNA发生了①自切割，但反应体系需镁离子和鸟苷参与。 n 类病毒(Virusoid)的小RNA 能进行一种自我剪接反应

■②核糖核酸酶P（Rnase，P）53是负责tRNA前体5“端成熟的NN酶，它由蛋白质(维持结构)和NNN.NRNA两种亚单位组成。IIN·NN·N③！类和类内含子具有把自N·N网SubstrateRibozyme已从包含它们的pre-mRNA中GAAAAn-NNNNNGGACNNNG剪接掉的功能UNNNCCUGAG5UCG由于他们具有类似核糖核酸酶IⅡ功能，而化学本质为核酸，因此被切赫称之为核酶

n ②核糖核酸酶P（Rnase，P） 是负责tRNA前体5‘端成熟的 酶，它由蛋白质(维持结构)和 RNA两种亚单位组成。 n ③I 类和II 类内含子具有把自 己从包含它们的pre-mRNA中 剪接掉的功能。 n 由于他们具有类似核糖核酸酶 功能，而化学本质为核酸，因 此被切赫称之为核酶

核酶的分类锤头核酶发夹核酶剪切型核酶丁型肝炎病毒（HDV)核酶RNaseP根据催化反应Substrat5xxxxxxxxxXXXXXXXXXXXX..GUCXXXXXXCAxxxxxxxx1内含子AUGAU剪接型核酶RibozymGAGCⅡ内含子A-UGG8GGLHammerkopf-Ribozyme konnen auch so gestaltet werden, dass sie SubstrateauchanGUAGUUCUCundUUCspaltenFreffizientenEinsatzzurTherapie:ExpressiondesRibozymsuntekontrollierbaremPromctorin.der:ZeileErfalgreiches Beispiel Ausschalten eines differenzierenden Gens in DrosophilaExperimentemit Ribozymen zurgezielten Inhibierungvon viralerReplikationHlV.lymphocytischeChoriomengitis-Viren,etc

核酶的分类 剪切型核酶 剪接型核酶 根据催化反应 锤头核酶 I内含子 II内含子 发夹核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶 RNase P

核酶在医学上的应用1、核酶抗肝炎病毒的研究目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）以及丁型肝炎病毒（HDV）作用的研究。人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶2、抗人类免疫缺陷病毒I型（HIV- I)核酶1998年，美国加利福尼亚大学Wong-Staal等利用发夹核酶抑制HIV-I基因表达，并率先进入临床I期。3、抗肿瘤治疗核酶能在特定位点准确有效地识别和切割肿瘤细胞的mRNA，抑制肿瘤基因的表达，达到治疗肿瘤的自的

1、核酶抗肝炎病毒的研究 目前人们已进行了核酶抗甲型肝炎病毒（HAV)、乙型肝炎病毒 （ HBV）、丙型肝炎病毒（ HCV）以及丁型肝炎病毒（ HDV）作用的研 究。人工设计核酶多为锤头状结构，少部分是采用发夹状核酶。 2、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV- Ⅰ)核酶 1998年，美国加利福尼亚大学Wong-Staal等利用发夹核酶抑制HIV- Ⅰ基因表达，并率先进入临床Ⅰ期。 3、抗肿瘤治疗 核酶能在特定位点准确有效地识别和切割肿瘤细胞的 mRNA，抑制肿瘤基因的表达，达到治疗肿瘤的目的。 核酶在医学上的应用