1、郜刚分子生物学教案1教学单元教案格式9 第 3 章 转录（之转录后加工- RNA 拼接 2） 课程教案授课题目：第 3 章 转录 转录后加工-小 RNA-RNA 拼接 1 第四周 第二次课教学时数： 2 授课类型： 理论课 实践课教学目的、要求：理解：真核生物 mRNA 前体的加工的意义和特征、RNA 编辑的意义掌握：内含子剪接的一般特征了解：内含子的主要类型核酶的功能和意义教学重点：重点阐明：内含子的剪接方式，较为详细的过程重点指出：三类内含子的间接方式和化学本质教学难点：绝对难点：内含子的剪接方式相对难点：无教学方法和手段：老师讲授为主：讲授 视频演示 PPT 演示 讨论。以电脑幻灯片边演
2、示边讲述为主， （白板课件）辅以板书（黑板板书）学生回答问题为辅：（如时间等条件许可的情况下）注：以下内容按实际需要进行取舍要求有多媒体，因为信息量大，许多结构图需要媒体放映，效果才好郜刚分子生物学教案2第 9 讲：之转录后加工-RNA 拼接 2 课程教案教学内容及过程 旁批教学内容与教学设计：接上节课对 RNA 拼接尤其是 mRNA 内含子的剪接进行详细介绍。multiple introns may be spliced differently in different circumstances, for example in different tissues354121235Heart
3、muscle1435Uterin muscle子 宫 的心 脏 的1.RNA剪接(RNA splicing)一个基因的外显子和内含子共同转录在一条原初转录产物中，将内含子去除而把外显子连接起来形成成熟 RNA 分子的过程。RNA 拼接的一般特点内含子的分 类 ，找重点的四种。： 酵母 tRNA I 类内含子 类内含子 核 mRNA前体 类内含子（group ）：含有中部核心结构的细胞器基因 核基因 类内含子（group ）：不含有中部核心结构细胞器线粒体基因内 核基因 类内含子 （group ）：具有 GUAG 特征的边界序列核基因 mRNA 前体 tRNA 基因的内含子： 均位于 tRNA
4、的反密码环上四种内含子的边界序列各有一定共同的特征图示复习知识铺垫复习上节课郜刚分子生物学教案3内含子类型 5拼接点 内含子 3拼接点 剪接方式 化学本质tRNA 类 无保守序 列 富含 AU 无保守序列 蛋白酶参 与 直接切割 和连接I 类 U GII 类 GUGCG AU 自我剪接III（真核mRNA） GU有可供识别的特异序列 AG 或者AC剪接装置复杂转脂反应2. 酵母 tRNA RNA splicingtRNA splicing 完整过程tRNA 的拼接特点（酵母为例） 1、链的断裂和连接是两个独立的过程2、tRNA 的内含子均位于反密码环的 3端 长 1416bp，其中含一段与反密
5、码环互补的序列反密码环处形成一个与成熟 tRNA 不同的构象 3、拼接酶系识别的就是这个二级结构前 体RNA 进 行 两 个连 接 反 应 成 熟 tRNAtRNAsplicng完 整 过 程内 切 酶 作 用 ， 释 放 一 条 线 状 内含 子 分 子 和 两 个 “tRNA半 分 子 ”两 个 tRNA半 分 子 采 取 成 熟t分 子 的 构 象 (切 刻 )两 个 半 分 子一 个 半 分 子 有 两个 磷 酸 末 端 ，另 一 个 半 分 子 有两 个 OH末 端3 第一类内含子的剪接I 类的内含子的拼接特点：15 拼接点和 3 拼接点-U G 2内含子自身形成明显的二级结构3拼接
6、属于自我拼接 ，由内含子本身完成，因为其具有酶的作用拼接过程：1、游离 G 发动的转酯反应， G 的 3-OH 攻击内含子的 5拼接点2、exon A 的 3-OH 攻击 3拼接点，同时释放线状的内含子,形成成熟 RNA 分子郜刚分子生物学教案4 两次转酯反应是紧密偶联的 释放出的内含子可继续进行转酯反应 而形成环状 四膜虫的 35SRNA 的内含子有自身催化的性质即 - 将一处已有的磷酸二酯键转变成另一处新的磷酸二酯键，不需要额外的能量。因此：内含子可以看作是 RNA 重排酶（RNA rearrangease）或 RNA 异构酶（RNA isomerase） 其中： 拼接反应中， “酶” 和
7、底物是同一个分子，且反应后变成了不同的分子4 第二类内含子的剪接第二类内含子的拼接 GU-AU 类 -自我剪接1、拼接点序列结构特征 7核 苷 酸 的 保 守 序 列 （ 分 枝 点 Branch Site ）3拼 接 点 上 游 6bp 12 处5-exon-GUC-PyAU -exon-3供 点 受 点-PyuPy y-10%拼接过程转酯反应是磷酸酯键的直接转移游 离 3OHExonAExonA ExonBExonBUGU-GGExonAExonBGG郜刚分子生物学教案55 第三类内含子的剪接真核 mRNA 类的内含子 GU-AG 类的拼接位点的特征： 5-exon-GU-intro-AG
8、 -exon-3供 点 10% 94% 受 点 供 点 受 点 7Nt branch site 3拼 接 点 的 上 游 拼 接 点 的 上 游pyX U puy拼接机制（Splicing mehanism ) SnRNA (or ScRNA) 与拼接点序列间存在互补区域并参与剪接, 形成拼接体( spliceosome)。 Spliceosome 逐级组装， 不同的SnRNA（U1 、 U2、U5 和U4U6）分步替代与 mRNA 形成一个完整的拼接体 内部核心结构的分枝点上保守的 A发动亲核攻击，发生两次转脂反应：第一次转酯左外显子、内含子剪切套索，第二次转酯exons 连接、套索状内含子
9、释放，剪接体解体与套索降解同步6 总结几种不同内含子剪接反应的区别酵母 tRNA I 类内含子 类内含子 核 mRNA 前体边界序列 无 5U-G3 5GU-G/U 3 5 GU-AG 3特殊序列 C（茎上） G(环上) 内部引导顺序 分支点顺序 分支点顺序5 外显子序列二级结构 茎环构象 核心结构 6 个功能区 剪接体基因外的成分 内切酶，连接酶 GTP，镁离子 镁离子 U1,U2,U4,U5,U6能量要求 ATP 不 不 ATP中间型分子 半分子 tRNA 环状 L-19 套索 套索催化类型 异体催化 自体催化 自体催化 半自体催化催化物质 蛋白酶 核酶 核酶 蛋白，小 RNA反应本质 酶
10、切连接反应 转酯反应 转酯反应 转酯反应P314 OH G A G 外 显 子 1 外 显 子 2 OH 外 显 子 1 UG O A G 外 显 子 1 外 显 子 2 图 13-2 核 RNA的 剪 接 反 应 (仿 B.Lewin: GENES ,197， Fig30.5) 郜刚分子生物学教案67 不连续转录、顺式拼接、反式拼接顺式拼接： 发生在一个 RNA 分子之内，通过拼接将一个 RNA 分子的内含子拼接掉，使外显子连接在一起（cis-splicing） 反式拼接： 发生在两个 RNA 分子之间的拼接（trans-spling）不连续转录的发现：1982 Vander Ploeg 等
11、人研究锥虫的可变表面糖蛋白基因时发现 在其 mRNA 的 5端有 35 个 bases 是其基因中所没有的锥虫的全部 mRNA 却都含有这个 35bases 序列，称其为前导序列（leader sequence） ，由位于基因组其它区域的连续重复序列转录而来，200 copies 左右 ，每个重复单位的 3端还有 100base 的一段序列（内含子） ，因此把这种一条完整 mRNA 的前导序列及特异基因编码的 mRNA 序列部分的转录是不连续的。 每个重复单位的前导序列后面存在一个真核生物典型的 5拼接点 GU 而完整 mRNA 的特异基因编码的 mRNA 序列的前面都有一个保守的 3拼接点
12、AG,以及分支点 A8 RNA 编辑 RNA 编辑（editing）是指转录后的 RNA 在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。生物学意义：1 校正基因突变造成的遗传信息的丢失-校正作用2 调控作用-通过编辑可以构建或者去除起始密码子和终止密码子，这是基因表达调控的一种方式3 扩充遗传信息-通过编辑可以使得基因产物获得新的结构和（这个字书上印错了page101）功能，有利于生物进化举例：。郜刚分子生物学教案7郜刚分子生物学教案8作业布置：1. 以四膜虫的大 rRNA 前体的拼接为例，说明第类内含子拼接的简单过程及特点？2. 请论述 RNA 的生物学功能？3. 简要说明真核生物 mRNA 内
13、含子的剪接特点？ 课后小结：按照传统的观点，RNA 只是基因表达的中间物，RNA 的主要功能是控制蛋白质的生物合成。1981 年 Cech T 发现四膜虫 rRNA 前体能通过自我拼接切除内含子，表明 RNA也具有催化功能，称之为核酶。随后 Altman S 证明，RNase P 中的 RNA（M1 RNA）在适当条件下（高浓度 Mg2+或存在多胺化合物）单独也具有加工 tRNA5端的催化活性。他们的研究结果不仅破除了“酶一定是蛋白质”的传统观点，而且也破除了 “RNA 的功能只是控制蛋白质的合成”这一传统观点。因此他们于 1989 年共同获诺贝尔化学奖。此后RNA 的重要功能不断有新的发现。从而认识到，DNA 是携带遗传信息分子，蛋白质是执行生命功能的分子，RNA 则既是信息分子，又是功能分子。归纳起来， RNA 的主要功能有以下几个方面：第一，RNA 在遗传信息的翻译中起着决定的作用。第二，RNA 具有重要的催化功能和其他持家功能。第三，RNA 转录后加工和修饰依赖于各类小 RNA 和其蛋白质复合物。第四，RNA 对基因表达和细胞功能具有重要调节作用。第五，RNA 在生物的进化中起重要作用。
