核糖体(ribosome).ppt

第九章 核糖体,RIBOSOME,第九章 核糖体(ribosome),核糖体是合成蛋白质的细胞器；核糖体几乎存在于一切细胞内，不论是原核细胞还是真核细胞。核糖体的类型与结构 多聚核糖体与蛋白质的合成 反义RNA与核酶,第一节 核糖体的类型与结构,核糖体是合成蛋白质的细胞器，其唯一的 功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确 地合成多肽链。核糖体的基本类型与成分 核糖体的结构 核糖体蛋白质与rRNA的功能分析,一、核糖体的基本类型与成分,核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome)基本类型附着核糖体游离核糖体70S的核糖体80S的核糖体主要成分 r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA:60%,，核糖体内部 发现核糖体的两个关键技术,二、核糖体的结构,结构与功能的分析方法 蛋白质合成过程中很多重要步骤 与50S核糖体大亚单位相关,结构与功能的分析方法,离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白；纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装，显示核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系双向电泳技术可显示出E.coli核糖体在装配各阶段中，与rRNA结合的蛋白质的类型双功能的交联剂和双向电泳分离可用于研究r蛋白在 结构上的相互关系 电镜负染色与免疫标记技术结合，研究r蛋白在核糖 体的亚单位上的定位。对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究 70S核糖体的小亚单位中rRNA与全部的r蛋白关系 的空间模型,同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构 均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。不同生物同一种类r蛋白之间具有很高 的同源性，并在进化上非常保守。,蛋白质结合到rRNA上具有先后层次性。核糖体的重组装是自我装配过程 二十世纪六十年代初期Robert Perry用紫外微光束破坏活细胞的核仁，发现破坏了核仁的细胞丧失合成rRNA的能力，这一发现提示核仁与核糖体的形成有关。后来Perry又发现低浓度的放线菌素D能够抑制3H-尿嘧啶掺入rRNA中，而不影响其他种类的RNA合成。显微放射自显影也显示放线菌素D能够选择性阻止核仁RNA的合成，表明核仁与rRNA的合成有关。,16SrRNA的一级结构是非常保守的16SrRNA的二级结构具有更高的保守性：臂环结构(stem-loop structure)rRNA臂环结构的三级结构模型,蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关,涉及的多数因子为G蛋白(具有GTPase活性)，核糖体上与之相关位点称为GTPase相关位点。最近人们成功地制备L11-rRNA复合物的晶体，获得了其空间结构高分辨率的三维图象。这一结果证实了前人用各种实验技术所获得的种种结 论提出直观、可靠且比人们的预料更为精巧复杂和可 能的作用机制，从而为揭开核糖体这一具有30多亿 年历史的古老的高度复杂的分子机器的运转奥秘迈出 了极重要的一步。,三、核糖体蛋白质与rRNA的功能分析,核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点 在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究,核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点,与mRNA的结合位点与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site)与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点肽酰转移酶的催化位点与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点,核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点,与mRNA的结合位点与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site)与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G)的结合位点肽酰转移酶的催化位点与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点,在蛋白质合成中肽酰转移酶的活性研究,核糖体蛋白 在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分r蛋白质的主要功能,核糖体蛋白,很难确定哪一种蛋白具有催化功能：在E.coli中核糖体蛋白突变甚至缺失对蛋白 质合成并没有表现出“全”或“无”的影响。多数抗蛋白质合成抑制剂的突变株，并非由 于r蛋白的基因突变而往往是 rRNA基因突变。在整个进化过程中rRNA的结构比核糖体蛋白 的结构具有更高的保守性。,在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分,具有肽酰转移酶的活性；为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)；为多种蛋白质合成因子提供结合位点；在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结 合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proofreading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等 都与rRNA有关。,r蛋白质的主要功能,对rRNA 折叠成有功能的三维结构是十分重要的；在蛋白质合成中,某些r蛋白可能对核糖体的构象 起“微调”作用；在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中,核 糖体蛋白与rRNA共同行使功能。,第二节 聚核糖体与蛋白质的合成,多聚核糖体(polyribosome或polysome)蛋白质的合成 蛋白质合成的起始(initiation)、多肽链的延伸(elongation)、终止(termination)RNA在生命起源中的地位及其演化过程,一、多聚核糖体(polyribosome或polysome),概念 核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由多个 甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽 链的合成，这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与 mRNA的聚合体称为多聚核糖体。多聚核糖体的生物学意义细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小 或是mRNA的长短如何，单位时间内所合成的 多肽分子数目都大体相等。以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA 的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。,三、RNA在生命起源中的地位及其演化过程,生命是自我复制的体系 DNA代替了RNA的遗传信息功能蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能,生命是自我复制的体系,三种生物大分子，只有RNA既具有信息载体 功能又具有酶的催化功能。因此，推测RNA 可能是生命起源中最早的生物大分子。核酶(ribosome)：具有催化作用的RNA。由RNA催化产生了蛋白质,DNA代替了RNA的遗传信息功能,DNA双链比RNA单链稳定；DNA链中胸腺嘧啶代替了RNA链中的尿嘧啶，使之易于修复。,蛋白质取代了绝大部分RNA酶的功能,蛋白质化学结构的多样性与构象的多变性；与RNA相比，蛋白质能更为有效地催化多种生化反应，并提供更为复杂的细胞结构成分，逐渐演化成今天的细胞。,核糖体的类型 按存在的部位:有三种类型核糖体，细胞质核糖体、线粒体核糖体、叶绿体核糖体。按存在的生物类型:分为两种类型，即真核生物核糖体和原核生物核糖体。原核细胞的核糖体较小，沉降系数为70S，相对分子质量为2.5x103 kDa，由50S和30S两个亚基组成；而真核细胞的核糖体体积较大，沉降系数是80S，相对分子质量为3.94.5x103 kDa，由60S和40S两个亚基组成。,从两个不同角度观察的E.coli 核糖体的三维结构,Mg2+的浓度对于大小亚基的聚合和解离有很大的影响，体外实验表明:70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mmol/L的溶液中易解离；当Mg2+浓度大于10mmol/L，两个核糖体通常形成100S的二聚体；在低浓度的Mg2时，完整的核糖体将分成大小两个亚基。,不同类型核糖体的大小比较,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,典型的原核细胞和真核细胞质核糖体的化学组成,发现核糖体及核糖体功能鉴定的两个关键技术,核糖体最早是Albert Claude于1930s后期用暗视野显微镜观察细胞的匀浆物时发现的，当时称为微体(Microsomes)，直到1950s中期，George Palade在电子显微镜下观察到这种颗粒的存在。并进一步研究发现多种生物的细胞质中有类似的颗粒存在，尤其在进行蛋白质合成的细胞中特别多；Philip Siekevitz用亚细胞组份分离技术分离了这种颗粒，并发现这些颗粒总是伴随内质网微粒体一起沉积。化学分析揭示，这种微粒富含核苷酸，随之命名为ribosome，主要成分是核糖体RNA(rRNA)，约占60%、蛋白质(r蛋白质)约占40%。核糖体的蛋白质合成功能是通过放射性标记实验发现的。将细胞与放射性标记的氨基酸短暂接触后进行匀浆，然后分级分离，发现在微粒体部分有大量新合成的放射性标记的蛋白质。后将微粒体部分进一步分离，得到核糖体和膜微粒，这一实验结果表明核糖体与蛋白质合成有关。两个关键技术是亚细胞组份分离技术和放射性标记技术。,E.coli核糖体小亚单位中rRNA与r蛋白的相互关系示意图线条表示相互作用及作用力的强（粗线）与弱（细线）（引自Alberts et al，1989）,核糖体蛋白通过电泳和层析等技术，已经鉴定了E.coli核糖体小亚基的21种蛋白质和大亚基的34种蛋白质。小亚基的蛋白分别命名为S1S21，大亚基的核糖体蛋白命名为L1L33。核糖体中的蛋白质除了一种具有四个拷贝外，其余都是一个拷贝。图示为E.coli小亚基21种蛋白质的排列。,E.coli 核糖体结构模型,E.coli 小亚基的装配图粗箭头表示结合力强，细箭头表示力弱。如S4与16S rRNA之间是粗箭头，表示S4可直接与16S rRNA结合而不需要其他蛋白的存在。而S7与16S rRNA的结合力很弱，并且需要S4、S8、S9、S19、S20蛋白的存在。,自组装(self-assembly):1968年，Masayasu Nomura把拆开的大肠杆菌核糖体的30S小亚基的21种蛋白质与16S rRNA在体外混合后重新装配成30S小亚基，然后把重建的小亚基同50S大亚基以及其他辅助因子混合后，进行蛋白质合成实验，发现重建的核糖体具有生物活性，能催化氨基酸掺入到蛋白质多肽链中。这一实验表明，核糖体是一种自组装(self-assembly)的结构，即没有样板或亲体结构所组成的结构。但是在组装过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能组装上去，即组装过程有先后层次,有人用核糖体重组实验得到一些重要的结论：30S亚基的蛋白质专同16S rRNA结合;50S 亚基的蛋白质只同23S rRNA结合，如果把30S亚基rRNA和50S 亚基的蛋白质相混合，则不能装配成有功能的亚基。从不同种细菌提取30S 亚基的rRNA和蛋白质，可装配成有功能的30S 亚基，这表明不存在种间差异。原核生物核糖体与真核生物核糖体的亚基彼此不同，由二者的rRNA和蛋白质重组后的核糖体没有功能。大肠杆菌的核糖体与玉米叶绿体核糖体亚基重组后具有功能。由于不同生物的线粒体核糖体大小不同，由55S到80S不等，而原核生物的核糖体基本稳定，所以线粒体的核糖体亚基同原核生物核糖体亚基相互交换形成的杂合核糖体没有功能。,E.coli（a）核糖体小亚单位中的部分r蛋白与rRNA的结合位点）（b）及其在小亚单位上的部位（引自Albert et al.，1989，图a;Lewin,1997,图b）,核糖体小亚单位rRNA的二级结构(a)E.coli 16S rRNA；（红色为高度保守区）(b)酵母菌18S rRNA，它们都具有类似的40个臂环结构(图中140)，其长度和位置往往非常保守；P、E分别代表仅在原核或真核细胞中存在的rRNA的二级结构。(Darnell et al.，1990),核糖体rRNAHarry Holler测定了E.coli 16S rRNA序列，一共有1542个核苷酸。通过计算机分析，发现不同生物来源的16S rRNA的序列组成具有进化上的保守性。推测16S rRNA结构有四个结构域，每个结构域都有46%的碱基配对，形成螺旋的柄状结构。每一个柄状结构都很短，不到8 bp，且并不都是完全配对的。16S rRNA的电子显微照片的形态与30S核糖体亚基相似，因此认为30S核糖体亚基的形态主要是由16S rRNA决定的。折叠主要是由序列中互补碱基配对引起的,SD序列(SD sequence)典型的细菌核糖体与mRNA的结合位点，mRNA中的SD序列与核糖体16S rRNA3端互补。在SD序列的下游510个碱基处是起始密码AUG或GUG。在原核生物中,核糖体中与mRNA结合位点位于16S rRNA 的3端,mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence),它是1974年由J.Shine 和 L.Dalgarno发现的,故此而命名。SD序列是mRNA中5端富含嘌呤的短核苷酸序列,一般位于mRNA的起始密码AUG的上游510个碱基处,并且同16S rRNA 3端的序列互补。,L11-rRNA复合物的三维结构(引自Porse et.al.,1999),在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体(polysome 或polyribosomes),图中所示是蚕的丝心蛋白mRNA3端多聚核糖体，箭头所示是丝心蛋白多肽；多聚核糖体形成的意义何在:同一条mRNA被多个核糖体同时翻译成蛋白质，大大提高了蛋白质合成的速率，更重要的是减轻了细胞核的负荷，减少了基因的拷贝数，也也减轻了细胞核进行基因转录和加工的压力。,多聚核糖体的形成 在mRNA的起始密码子部位，核糖体亚基装配成完整的起始复合物，然后向mRNA的3端移动，直到到达终止密码子处。当第一个核糖体离开起始密码子后，空出的起始密码子的位置足够与另一个核糖体结合时，第二个核糖体的小亚基就会结合上来，并装配成完整的起始复合物，开始蛋白质的合成。同样，第三个核糖体、第四个核糖体、依次结合到mRNA上。根据电子显微照片推算，多聚核糖体中，每个核糖体间相隔约80个核苷酸。,A位点(A site)即氨酰基位点，是与新掺入的氨酰tRNA(aminoacyl-tRNA)结合的位点,又叫受位(entry site)，主要位于大亚基，是接受氨酰tRNA的部位；P位点(P site)即肽酰tRNA位点(peptidyl-tRNA site),又叫供位(donor site),或肽酰基位点,主要位于大亚基,是肽基tRNA移交肽链后肽酰tRNA所占据的位置,即与延伸中的肽酰tRNA结合位点；E 位点(exit site,E site)E位点是脱氨酰tRNA(deaminoacyl-tRNA)离开A位点到完全从核糖体释放出来的一个中间停靠点,只是作暂时的停留。当E位点被占据之后,A位点同氨酰tRNA的亲和力降低,防止了氨酰tRNA的结合,直到核糖体准备就绪,E位点腾空,才会接受下一个氨酰tRNA。,如何根据嘌呤霉素实验的结果判断核糖体中的A、P是两个分开的独立位点:在第一组实验中，只有起始tRNA占据P位，如果A位点是一个独立位点的话，此时的A位点就是空闲的，嘌呤霉素当然能够结合上去，如果A位点与P位点是同一位点，那么嘌呤霉素就不能与核糖体结合，实验结果是嘌呤霉素能够结合；在第二组实验中，由于A位点已经被二肽酰tRNA占据，所以嘌呤霉素无法与A位点结合，只有加入延伸因子和GTP后，使A位点腾空，嘌呤霉素才能结合到核糖体上。因此两根据这两组实验结果可以断定A、P是两个独立的功能位点。,IRES进入位点：真核生物蛋白质合成的起始，IRES是内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site)；mRNA结合位点 真核生物的mRNA同核糖体的结合主要靠5端的帽子结构，有时也通过IRES同核糖体结合,蛋白质合成的基本过程蛋白质合成，或称mRNA翻译是细胞中最复杂的合成活动。蛋白质的合成需要携带氨基酸的各种tRNA、核糖体、mRNA、不同功能的蛋白质、阳离子、GTP等的参与。蛋白质合成过程之所以复杂，是因为构成蛋白质的20种氨基酸要按照密码精确地掺入到多肽中，不能有丝毫的差错。蛋白质的合成，是三种不同类型的RNA通力合作的结果,在核糖体上合成多肽链，分为三个完全不同的过程:链的起始、链的延伸、链的终止,蛋白质合成的起始(initiation)蛋白质合成的起始涉及到mRNA、起始tRNA和核糖体小亚基之间的相互作用，最后装配成完整的核糖体，起始过程分三步完成；起始过程涉及多步反应，在原核生物中需要三个起始因子，在真核生物中涉及多个起始因子；参与的因子包括起始因子1-3，以及mRNA、转运tRNA、GTP等,多肽链的延伸(elongation)一旦起始复合物形成，蛋白质的合成随即开始，此过程称为蛋白质合成的延伸。延伸涉及四个重复的步骤氨酰tRNA进入核糖体的A位点；肽键形成；转位;脱氨酰tRNA释放。上述四步的循环，使肽链不断延长。在整个过程中，需要GTP和一些延长因子的参与,终止(termination)蛋白质合成的终止是指核糖体沿着mRNA移动，如果进入A位的是终止密码子，由于没有与之匹配的反密码子，而终止蛋白质的合成。一共有三种终止密码子:UAA、UAG、UGA，其中任何一种进入A位都会终止蛋白质的合成，并导致多肽链从核糖体释放出来，原核细胞使用几种不同的释放因子与终止密码子作用，而真核细胞中所有的终止密码子都是与相同的释放因子作用。,在肽链延伸过程中tRNA的转位是是如何进行的?（答案）答:通过足迹法(footprinting)分析，揭示在蛋白质合成的延伸循环中，tRNA的转位是分两步进行的，并且相互独立(图Q6-1)。肽键的形成引起新形成的肽酰tRNA大亚基的受体部分从A位向P位偏移，而它的小亚基的反密码子部分仍然与A位的密码子相连(此时的状态称为A/P结合状态)。新形成脱氨酰tRNA的受体从大亚基的P位向E位偏移，而它的反密码子部分仍然在小亚基的P位，此时的状态称为P/E结合状态；核糖体与EF-G-tRNA复合物结合，引起这些tRNA的反密码子的末端与它们结合的mRNA一起相对于小亚基移动，使得肽酰-tRNA完全占据大、小亚基的P位点(P/P结合状态)，而脱氨酰tRNA则完全移到大亚基的E位点。,附录：反义RNA与核酶,小分子RNA与反义RNA核酶 内含子的切除:核酶的作用机理 RNA编辑,小分子RNA与反义RNA,小分子RNA的类型 真核生物中，除了mRNA，rRNA和tRNA外，细胞核和细胞质中含有许多其它类型的小分子RNA(small RNA),虽然它们的相对分子质量很小,但却有非常重要的作用;反义RNA与蛋白质合成的抑制 反义RNA(antisense RNA)是指与mRNA互补的RNA分子,也包括与其它RNA互补的RNA分子，原核细胞中反义RNA作用方式的不同分为三类：I类反义RNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和/或编码区；类反义RNA 与mRNA的SD序列的上游非编码区结合，从而抑制靶mRNA的翻译功能；类反义RNA可直接抑制靶mRNA的转录。sn RNA在pre-rRNA加工中的作用转录后的加工中,由这种RNP将5端的转录物切除。反义sn RNA 长度为1021个核苷酸，并且能够与rRNA转录物的特定序列互补，所以属于反义snRNA。,核酶,核酶的发现内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质。50S核糖体中23S rRNA的核酶活性 肽酰转移酶是催化肽键形成的酶。核酶的组成分类 RNA和蛋白质复合物的核糖核酸P(ribonuclease P)；小分子的RNA 各种具有催化作用的小分子RNA，能够进行分子内自我切割反应，且不需蛋白质参与；、型内含子,内含子的切除:核酶的作用机理,内含子的切除:核酶的作用机理 除了rRNA前体中有内含子,tRNA和mRNA前体中都有内含子的存在,这些内含子都要通过加工被切除,才能得到成熟的rRNA、tRNA或mRNA。虽然这些RNA中内含子切除的机理各不相同,但都涉及到核酶的作用。外显子重新连接成一个成熟的mRNA的过程称为RNA剪接(RNA splicing)I型内含子(group I intron)和II型内含子(group II introns)的剪接,RNA编辑,RNA编辑的意义 RNA编辑是基因转录后在mRNA中插入、缺失或核苷酸的替换而改变DNA模板来源的遗传信息，翻译出多种氨基酸序列不同的蛋白质，RNA编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物更好地适应生存环境。向导RNA(guide RNA,gRNAs)在编辑中的作用 在编辑时,形成一个编辑体(editosome),以gRNAs内部的序列作为模板进行转录物的校正,同时产生编辑的mRNA。gRNA3端的oligo(U)尾可作为被添加的U的供体。,小分子RNA(small RNA)小分子RNAmicroRNA。MicroRNAs(miRNAs)是一种大小约2123个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，不同于siRNA（双链）但是和siRNA密切相关。据推测，这些非编码小分子RNA（miRNAs）参与调控基因表达，但其机制区别于siRNA介导的mRNA降解。第一个被确认的miRNA是在线虫中首次发现的lin-4 和let-7，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNAs。,小分子RNA(small RNA)存在于真核生物细胞核和细胞质中，它们的长度为100到300个碱基(酵母中最长的约1000个碱基)。多的每个细胞中可含有105 106 个这种RNA分子，少的则不可直接检测到,它们由RNA聚合酶或RNA聚合酶所合成,其中某些象mRNA一样可被加帽。主要有两种类型的小分子RNA:一类是snRNA(small nuclear RNA),存在于细胞核中；另一类是scRNA(small cytoplasmic RNA)，存在于细胞质中。Comparison of gene silencing system at a new transcription level with that at a conventional post-transcription level,Primary miRNA transcripts are processed to miRNA precursors in the nucleus by the RNase-III-like enzyme Drosha.The miRNA precursor is subsequently exported to the cytoplasm by means of the export receptor exportin-5.The miRNA precursor is further processed by Dicer to siRNA-duplex-like intermediates.The duplex is unwound while assembling into miRNP/RISC.Mature miRNAs bind to Ago proteins,which mediate translational repression or cleavage of target mRNAs.Other sources of long dsRNA in the cytoplasm of a cell are viral RNAs,artificially introduced dsRNA,dsRNAs generated by RdRPs,and genomic sense and antisense transcripts.Like miRNA precursors,long dsRNA is processed by the RNase III enzyme Dicer into 2123 nucleotide dsRNA intermediates.Assisted by the RNA helicase Armitage and R2D2,the single-stranded siRNA-containing RISC is formed.The stability of the dsRNA and its recognition by Dicer can be regulated by specific ADARs and the exonuclease ERI-1.,pre-rRNA的修饰(a)在pre-rRNA分子中最常见的修饰是将尿苷转变成假尿苷和在核糖的2位进行甲基化。为了将尿苷转变成假尿苷，必须切开N1-C1键,并将尿嘧啶环旋转1800,使C5与核糖的C1共价连接；(b)U20 snRNA与部分pre-rRNA形成部分双链,导致2核糖甲基化。在任何情况下,甲基化的部位都是与snoRNA氢键连接的pre-rRNA第五位的尿嘧啶(从snoRNA D盒开始)，D盒是snRNA中含有固定的CUGA的序列部分,它的作用是指导pre-rRNA的甲基化；(c)U80 snRNA与pre-rRNA形成部分双链,指导将尿苷转变成假尿苷()。假尿苷的形成也是在固定的位置,同snoRNA的发夹结构有关。指导假尿苷形成的snoRNA都有相同的3末端:ACA。,四膜虫26S rRNA前体内含子的二级结构以及内含子、外显子的剪接点(如箭头所指):核酶的发现:1981年，Thomas Cech和他的同事在研究四膜虫的26S rRNA前体加工去除基因内含子时获得一个惊奇的发现内含子的切除反应发生在仅含有核苷酸和纯化的26S rRNA前体而不含有任何蛋白质催化剂的溶液中，可能的解释只能是:内含子切除是由26S rRNA前体自身催化的，而不是蛋白质:核酶的证实:为了证明这一发现，他们将编码26S rRNA前体DNA克隆到细菌中并在无细胞系统中转录成26S rRNA前体分子。结果发现这种人工制备的26S rRNA前体分子在没有任何蛋白质催化剂存在的情况下，切除了前体分子中的内含子。这种现象称为自我剪接(self-splicing),肽酰转移酶(peptidyl transferase)肽酰转移酶是催化肽键形成的酶。在蛋白质合成过程中，它催化核糖体A位tRNA上末端氨基酸的氨基与P位肽酰-tRNA上氨基酸的羧基间形成肽键。其结果,使A位的氨酰-tRNA上的多肽延长了一个氨基酸,而P位的氨酰-tRNA形成脱氨酰-tRNA。,鸡的卵清蛋白基因中有7个内含子，转录后需要被切除，8个外显子连接起来形成有功能的mRNA；核剪接是指发生在细胞核中，主要是对hnRNA中内含子的剪接。有三个主要特点：在pre-mRNA中内含子与外显子间有特征性序列，即GT-AG规则；剪接过程中需要snRNA参与，并要形成剪接体；形成套索结构。,核剪接的套索模型的机理:内含子的剪接分为两个主要的阶段。第一阶段是从内含子的5端开始切割，将左边的外显子与右边的内含子-外显子分开，左边的外显子是一个线性分子，右边的内含子-外显子形成一个套索结构，在套索结构中，内含子的5端同内含子右侧一个碱基相连形成一个环。第二个阶段是在剪接位点的3端切割，释放套索中的内含子，同时右边的外显子与左边的外显子连接起来，切割和连接反应不是独立的，而是协同进行的。在这一过程中要由U1、U2、U4/U6、U5 snRNP装配成剪接体。首先是由U1和U2 snRNPs结合到内含子的两侧，然后U4/U6复合物和U5结合上来形成无活性的剪接体，无活性剪接体经过重排，将U1和U4排除出去，形成活性剪接体，然后将内含子切除。,I型内含子(group I intron)一类具有酶催化功能的内含子,转录成RNA后,可以自我剪接，I型内含子具有自我剪接的功能,在剪接反应中,要有一种鸟嘌呤核苷(含有游离的3-OH)G-OH；II型内含子(group II introns)主要存在于线粒体中的一类内含子，它的剪接位点类似于核编码结构基因的内含子,并同样遵从GT-AG规律。型内含子比型内含子更普遍,这两类内含子之间没有什么关系,它们有一个共同的特性,就是在体外能够自我剪接,而不需要任何蛋白质酶的催化。,I型内含子剪接，图中的pG可以是GTP、GDP或是GMP,型内含子剪接,引导RNA编辑的RNA分子,长度大约是6080个核苷酸,是由单独的基因转录的,具有3寡聚U的尾巴,中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列,5端是一个锚定序列,它同非编辑的mRNA序列互补;图示：gRNA指导Prytanosoma brucei线粒体细胞色素氧化酶亚基基因转录物的编辑,(a)四个U的插入;(b)在编辑过程中,gRNA的模板作用用,载脂蛋白(apolipoprotein B)的编辑人的载脂蛋白有两种表达形式:apoB-48和apoB-100。该基因的序列在肝、肠组织细胞中是相同的,但产物不同。在肝细胞中,产物为4563个氨基酸残基的肽：apoB-100;但在肠细胞中,产物为只含2152个氨基酸残基的apoB-48,缺失了apoB-100的N端同LDL受体结合的结构域。原因是在mRNA水平上将2153位的谷氨酰胺的密码子CAA中的C编辑成为U,形成一个终止密码子-UAA,结果使蛋白质的合成提前终止,合成一个新的相对分子质量约为250kDa的蛋白质,