第3章生物信息的傳遞(上)

1、第第3章章 生物信息的傳遞生物信息的傳遞(上上)從從DNA到到RNA教學(xué)目的：教學(xué)目的： 1. 掌握掌握RNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程。轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程。 2. 熟悉熟悉RNA聚合酶的催化特點(diǎn)。聚合酶的催化特點(diǎn)。 3. 熟悉原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的異同。熟悉原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的異同。 4. 熟悉原核生物與真核生物熟悉原核生物與真核生物mRNA的特征。的特征。 5. 了解真核生物了解真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工方式與過(guò)程。的轉(zhuǎn)錄后加工方式與過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： RNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程和轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程和RNA聚合酶的催化特點(diǎn)。聚合酶的催化特點(diǎn)。第第3章章 生物信息的傳遞生物信息的傳遞(上上)從從

2、DNA到到RNA 3.1 RNA的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和功能的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和功能 3.2 DNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程 3.3 RNA聚合酶聚合酶 3.4 啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始 3.5 原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較 3.6 原核生物與真核生物原核生物與真核生物mRNA的特征比較的特征比較 3.7 真核生物真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 3.8 RNA的編輯、再編碼和化學(xué)修飾的編輯、再編碼和化學(xué)修飾DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成信使得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成信使RNA、翻譯生成

3、、翻譯生成蛋白質(zhì)的過(guò)程來(lái)控制生命現(xiàn)象。蛋白質(zhì)的過(guò)程來(lái)控制生命現(xiàn)象?；虮磉_(dá)包括基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄和和翻譯翻譯兩個(gè)階段。兩個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同的鏈序列完全相同的RNA單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的核心步驟。單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的核心步驟。翻譯翻譯是指以新生的是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)為模板，把核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過(guò)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的最終目的。程，是基因表達(dá)的最終目的。編碼鏈編碼鏈(有意義鏈有意義鏈)與與mRNA序列相同的序列相同的DNA單鏈。單鏈。模板鏈模板鏈(反義鏈

4、反義鏈)指導(dǎo)指導(dǎo)mRNA合成的合成的DNA單鏈。單鏈。不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄：不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄：RNA只轉(zhuǎn)錄只轉(zhuǎn)錄DNA的模板鏈。的模板鏈。DNA模板-mRNA-多肽鏈 之間的共線(xiàn)性關(guān)系3.1 RNA的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和功能的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)和功能RNA主要以單鏈形式存在于細(xì)胞中。堿基主要有主要以單鏈形式存在于細(xì)胞中。堿基主要有A、G、C、U。RNA鏈可自身折疊形成局部雙螺旋。主要是鏈可自身折疊形成局部雙螺旋。主要是A-U、G-C配對(duì)，偶而有配對(duì)，偶而有G-U配對(duì)。配對(duì)。RNA雙螺旋的大小雙螺旋的大小溝差異不大，不適合與蛋白質(zhì)進(jìn)行序列特異性相溝差異不大，不適合與蛋白質(zhì)進(jìn)行序列特異性相互作用。互作用。RNA可折疊形成復(fù)雜的三

5、級(jí)結(jié)構(gòu)?？烧郫B形成復(fù)雜的三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA主鏈上的主鏈上的未配對(duì)區(qū)可自由旋轉(zhuǎn)，以及不規(guī)則的堿基配對(duì)。未配對(duì)區(qū)可自由旋轉(zhuǎn)，以及不規(guī)則的堿基配對(duì)。3.1.1 RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1.2 RNA的種類(lèi)和功能的種類(lèi)和功能mRNA：編碼了一個(gè)或多個(gè)多肽鏈序列。：編碼了一個(gè)或多個(gè)多肽鏈序列。tRNA：把：把mRNA上的遺傳信息變?yōu)槎嚯闹械陌被系倪z傳信息變?yōu)槎嚯闹械陌被嵝畔?。酸信息。rRNA：是核糖體中的主要成分。：是核糖體中的主要成分。hnRNA：由：由DNA轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。snRNA：核?。汉诵NA，在前體，在前體mRNA加工中，參與去加工中，參與去除內(nèi)含子

6、。除內(nèi)含子。snoRNA：核仁?。汉巳市NA，主要參與，主要參與rRNA及其它及其它RNA的修飾、加工、成熟等過(guò)程。的修飾、加工、成熟等過(guò)程。scRNA：細(xì)胞質(zhì)小：細(xì)胞質(zhì)小RNA在蛋白質(zhì)合成過(guò)程起作用。在蛋白質(zhì)合成過(guò)程起作用。3.2 DNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程RNA鏈合成的特點(diǎn)：鏈合成的特點(diǎn)：新鏈合成方向新鏈合成方向5 3 。DNA模板鏈方向模板鏈方向3 5 。以以DNA雙鏈中的反義鏈雙鏈中的反義鏈(模板鏈模板鏈)為模板。為模板。RNA聚合酶以四種核苷三磷酸聚合酶以四種核苷三磷酸(NTP)為底物。為底物。DNA模板鏈與模板鏈與RNA鏈之間的堿基配對(duì)規(guī)則：鏈之間的堿基配對(duì)規(guī)則：A-U、

7、T-A、G-C、C-G。各核苷酸之間通過(guò)各核苷酸之間通過(guò)3 , 5 磷酸二酯鍵相連。磷酸二酯鍵相連。RNA聚合酶不需要引物，可從頭合成聚合酶不需要引物，可從頭合成RNA。RNA鏈帶有與鏈帶有與DNA編碼鏈相同的序列編碼鏈相同的序列(UT)。RNA轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程：模板識(shí)別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程：模板識(shí)別、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄延伸和轉(zhuǎn)錄終止。錄延伸和轉(zhuǎn)錄終止。3.2.1 模板識(shí)別模板識(shí)別模板識(shí)別是指模板識(shí)別是指RNA聚合酶與啟動(dòng)子聚合酶與啟動(dòng)子DNA雙鏈相互雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過(guò)程。作用并與之相結(jié)合的過(guò)程。啟動(dòng)子是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段啟動(dòng)子是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列。序列。真核

8、細(xì)胞中模板識(shí)別與原核細(xì)胞不同。真核細(xì)胞中模板識(shí)別與原核細(xì)胞不同。真核生物真核生物RNA聚合酶不能直接識(shí)別基因的啟動(dòng)子聚合酶不能直接識(shí)別基因的啟動(dòng)子區(qū)，需要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子區(qū)，需要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子(輔助蛋白輔助蛋白)按特定順序結(jié)按特定順序結(jié)合于啟動(dòng)子上，合于啟動(dòng)子上，RNA聚合酶才能與之結(jié)合并形成聚合酶才能與之結(jié)合并形成復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄前啟始復(fù)合物。復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄前啟始復(fù)合物。3.2.2 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子上后，使啟動(dòng)子附近的聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子上后，使啟動(dòng)子附近的DNA雙鏈解旋并解鏈，形成轉(zhuǎn)錄泡以便底物核苷雙鏈解旋并解鏈，形成轉(zhuǎn)錄泡以便底物核苷酸與模板上的堿基配對(duì)。酸與模板上的堿基配對(duì)。轉(zhuǎn)錄

9、起始是轉(zhuǎn)錄起始是RNA鏈上第一個(gè)磷酸二酯鍵的產(chǎn)生。鏈上第一個(gè)磷酸二酯鍵的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)錄起始可分為轉(zhuǎn)錄起始可分為3個(gè)階段：個(gè)階段：RNA聚合酶全酶與啟動(dòng)子結(jié)合形成封閉復(fù)合物。聚合酶全酶與啟動(dòng)子結(jié)合形成封閉復(fù)合物。DNA構(gòu)象改變，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開(kāi)放復(fù)合物。構(gòu)象改變，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開(kāi)放復(fù)合物。開(kāi)放復(fù)合物與最初兩個(gè)開(kāi)放復(fù)合物與最初兩個(gè)NTP結(jié)合形成磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)結(jié)合形成磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)變成變成RNA聚合酶、聚合酶、DNA和新和新RNA三元復(fù)合物。三元復(fù)合物。3.2.3 轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸當(dāng)當(dāng)RNA聚合酶催化新生聚合酶催化新生RNA鏈長(zhǎng)達(dá)鏈長(zhǎng)達(dá)910核苷酸時(shí)，核苷酸時(shí)，因子從全酶上脫落下來(lái)。因子從全酶上脫落

10、下來(lái)。核心酶沿核心酶沿DNA模板鏈移動(dòng)使新生模板鏈移動(dòng)使新生RNA鏈不斷伸長(zhǎng)，鏈不斷伸長(zhǎng)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄延伸。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄延伸。全酶構(gòu)象是與全酶構(gòu)象是與DNA專(zhuān)一結(jié)合所要求的，核心酶就失專(zhuān)一結(jié)合所要求的，核心酶就失去了對(duì)去了對(duì)DNA特異性序列的識(shí)別和結(jié)合能力。特異性序列的識(shí)別和結(jié)合能力。在延伸階段，底物在延伸階段，底物NTP不斷被添加到不斷被添加到RNA鏈的鏈的3 -OH端。端。DNA雙鏈不斷解開(kāi)，雙鏈不斷解開(kāi)，RNA新鏈繼續(xù)延伸。新鏈繼續(xù)延伸。由核心酶、由核心酶、DNA和新生和新生RNA組成的延伸復(fù)合物直組成的延伸復(fù)合物直到遇到轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)時(shí)，才停止加入新的核苷酸。到遇到轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)時(shí)

11、，才停止加入新的核苷酸。3.2.4 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止當(dāng)當(dāng)RNA鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，RNA聚合酶不聚合酶不再形成磷酸二酯鍵，再形成磷酸二酯鍵，RNA-DNA雜合雙鏈分離，雜合雙鏈分離，DNA恢復(fù)雙鏈狀態(tài)，而恢復(fù)雙鏈狀態(tài)，而RNA聚合酶和聚合酶和RNA鏈從模鏈從模板上釋放出來(lái)，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。板上釋放出來(lái)，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。轉(zhuǎn)錄的終止信號(hào)存在已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的終止信號(hào)存在已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的RNA序列中，提供序列中，提供終止信號(hào)的這段終止信號(hào)的這段DNA序列稱(chēng)為終止子。序列稱(chēng)為終止子。終止子的主要特征：轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)前有一段富含終止子的主要特征：轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)前有一段富含G-C堿基對(duì)的回

12、文序列，能形成莖環(huán)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)；其后堿基對(duì)的回文序列，能形成莖環(huán)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)；其后有一段有一段48個(gè)寡聚個(gè)寡聚A序列。序列。轉(zhuǎn)錄終止分為不轉(zhuǎn)錄終止分為不依賴(lài)依賴(lài)因子和因子和依賴(lài)依賴(lài)因子兩類(lèi)。因子兩類(lèi)。有時(shí)轉(zhuǎn)錄遇到終止信號(hào)仍繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱(chēng)為抗終止。有時(shí)轉(zhuǎn)錄遇到終止信號(hào)仍繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱(chēng)為抗終止。原核細(xì)胞中的原核細(xì)胞中的RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程3.3 RNA聚合酶聚合酶大多數(shù)原核生物大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的。聚合酶的組成是相同的。大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶由聚合酶由2個(gè)個(gè)亞基、一個(gè)亞基、一個(gè)亞基、一亞基、一個(gè)個(gè) 亞基和一個(gè)亞基和一個(gè)亞基組成，稱(chēng)為核心酶。加上一亞基組成，稱(chēng)為核心酶。加上一個(gè)個(gè)

13、亞基后則成為聚合酶全酶亞基后則成為聚合酶全酶(見(jiàn)見(jiàn)P82表表3-2)。轉(zhuǎn)錄起始需要全酶，延伸過(guò)程僅需核心酶。轉(zhuǎn)錄起始需要全酶，延伸過(guò)程僅需核心酶。亞基與核心酶的組裝及啟動(dòng)子識(shí)別有關(guān)，并參與亞基與核心酶的組裝及啟動(dòng)子識(shí)別有關(guān)，并參與RNA聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。由由和和 亞基組成了聚合酶的催化中心。亞基組成了聚合酶的催化中心。因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始。因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始。3.3.1 原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶3.3.2 真核生物生物真核生物生物RNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物RNA聚合酶有聚合酶有3種種(見(jiàn)見(jiàn)

14、P83表表3-4)。RNA聚合酶聚合酶存在于細(xì)胞核的核仁中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在于細(xì)胞核的核仁中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是是45S rRNA前體，經(jīng)剪接修飾后生成除前體，經(jīng)剪接修飾后生成除5S rRNA外的各種外的各種rRNA。RNA聚合酶聚合酶存在于細(xì)胞核質(zhì)內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為存在于細(xì)胞核質(zhì)內(nèi)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為hnRNA，經(jīng)加工后生成，經(jīng)加工后生成mRNA。RNA聚合酶聚合酶 存在于細(xì)胞核質(zhì)內(nèi)，主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在于細(xì)胞核質(zhì)內(nèi)，主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為為tRNA、5Sr RNA、snRNA。真核生物真核生物RNA聚合酶一般由聚合酶一般由816個(gè)亞基所組成，個(gè)亞基所組成，相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)5105 。3.4 啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始啟

15、動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子是一段位于結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子是一段位于結(jié)構(gòu)基因5 端上游區(qū)的端上游區(qū)的DNA序列，序列，能活化能活化RNA聚合酶，使之與模板聚合酶，使之與模板DNA準(zhǔn)確地結(jié)合，準(zhǔn)確地結(jié)合，并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。轉(zhuǎn)錄單位是一段從啟動(dòng)子開(kāi)始至終止子結(jié)束的轉(zhuǎn)錄單位是一段從啟動(dòng)子開(kāi)始至終止子結(jié)束的DNA序列。啟動(dòng)子區(qū)是序列。啟動(dòng)子區(qū)是RNA聚合酶的結(jié)合區(qū)，其結(jié)構(gòu)關(guān)聚合酶的結(jié)合區(qū)，其結(jié)構(gòu)關(guān)系到轉(zhuǎn)錄效率。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)為嘌呤，多數(shù)為系到轉(zhuǎn)錄效率。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)為嘌呤，多數(shù)為A。-10區(qū)保守序列區(qū)保守序列TATAAT，RNA聚合酶結(jié)合部位，聚合酶結(jié)合部位，形成開(kāi)放啟動(dòng)復(fù)合體，使形成開(kāi)放啟動(dòng)

16、復(fù)合體，使RNA聚合酶定向轉(zhuǎn)錄。聚合酶定向轉(zhuǎn)錄。-35區(qū)保守序列區(qū)保守序列TTGACA，RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)。聚合酶識(shí)別位點(diǎn)。 亞基識(shí)別亞基識(shí)別-35序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板鏈。序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板鏈。3.4.1 啟動(dòng)子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)3.4.2 RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的識(shí)別和結(jié)合聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的識(shí)別和結(jié)合RNA聚合酶并不直接識(shí)別啟動(dòng)子區(qū)的堿基對(duì)，而是聚合酶并不直接識(shí)別啟動(dòng)子區(qū)的堿基對(duì)，而是通過(guò)氫鍵互補(bǔ)的方式加以識(shí)別。通過(guò)氫鍵互補(bǔ)的方式加以識(shí)別。在在RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用的過(guò)程中，聚合酶聚合酶與啟動(dòng)子相互作用的過(guò)程中，聚合酶首先與啟動(dòng)子區(qū)雙

17、鏈?zhǔn)紫扰c啟動(dòng)子區(qū)雙鏈DNA結(jié)合，形成二元閉合復(fù)合結(jié)合，形成二元閉合復(fù)合物，再經(jīng)解鏈生成二元開(kāi)鏈復(fù)合物。物，再經(jīng)解鏈生成二元開(kāi)鏈復(fù)合物。解鏈區(qū)一般在解鏈區(qū)一般在- -9+13之間，之間，RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合的主要區(qū)域在其上游。合的主要區(qū)域在其上游。RNA聚合酶既是雙鏈聚合酶既是雙鏈DNA結(jié)合蛋白，又是結(jié)合蛋白，又是DNA單鏈單鏈結(jié)合蛋白。結(jié)合蛋白。-10區(qū)與區(qū)與-35區(qū)之間小于區(qū)之間小于15bp或大于或大于20bp都會(huì)降低啟都會(huì)降低啟動(dòng)子的活性。將動(dòng)子的活性。將TATAAT變成變成AATAAT將會(huì)大降低將會(huì)大降低轉(zhuǎn)錄水平，將轉(zhuǎn)錄水平，將TATGTT變?yōu)樽優(yōu)門(mén)ATATT則提高效

18、率。則提高效率。3.4.3 增強(qiáng)子及其功能增強(qiáng)子及其功能能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列稱(chēng)為增強(qiáng)子，其特點(diǎn)：序列稱(chēng)為增強(qiáng)子，其特點(diǎn)：遠(yuǎn)距離效應(yīng)。一般位于上游遠(yuǎn)距離效應(yīng)。一般位于上游-200bp處。處。無(wú)方向性。可位于靶基因的上游、下游或內(nèi)部。無(wú)方向性?？晌挥诎谢虻纳嫌?、下游或內(nèi)部。順式調(diào)節(jié)。只調(diào)節(jié)位于同一染色體上的靶基因。順式調(diào)節(jié)。只調(diào)節(jié)位于同一染色體上的靶基因。無(wú)物種和基因特異性。可接到異源基因上發(fā)揮作用。無(wú)物種和基因特異性。可接到異源基因上發(fā)揮作用。有組織特異性。需要特定的蛋白因子參與。有組織特異性。需要特定的蛋白因子參與。有相位性。其作用與有相位性。其作用與DNA的構(gòu)象有關(guān)。

19、的構(gòu)象有關(guān)。有的增強(qiáng)子可以對(duì)外部信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。有的增強(qiáng)子可以對(duì)外部信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)。3.4.4 真核生物啟動(dòng)子對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響真核生物啟動(dòng)子對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響真核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)包括核心啟動(dòng)子和上游啟真核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)包括核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子元件。動(dòng)子元件。核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子 指保證指保證RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄正常起始轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游-25-35區(qū)區(qū)TATA序列序列(TATA盒盒)。其作用是選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，保證精。其作用是選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，保證精確起始。確起始。上游啟動(dòng)子元件

20、上游啟動(dòng)子元件 包括包括-70-80區(qū)區(qū)CCAAT序列序列(CAAT盒盒)和和-80-110區(qū)區(qū)GGGCGG序列序列(GC盒盒)。其作用是控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。其作用是控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。3.4.5 轉(zhuǎn)錄的抑制轉(zhuǎn)錄的抑制轉(zhuǎn)錄抑制劑根據(jù)其作用性質(zhì)可以分為兩大類(lèi)：轉(zhuǎn)錄抑制劑根據(jù)其作用性質(zhì)可以分為兩大類(lèi)：DNA模板功能抑制劑模板功能抑制劑 與與DNA結(jié)合改變模板的功能。結(jié)合改變模板的功能。RNA聚合酶抑制劑聚合酶抑制劑 與與RNA聚合酶結(jié)合抑制其活力。聚合酶結(jié)合抑制其活力。抑制劑抑制劑 靶酶靶酶 抑制作用抑制作用利福霉素利福霉素細(xì)菌的全酶細(xì)菌的全酶與與亞基結(jié)合，阻止起始亞基結(jié)合，阻止起始鏈霉溶菌素鏈霉溶菌

21、素細(xì)菌的核心酶細(xì)菌的核心酶與與亞基結(jié)合，阻止延長(zhǎng)亞基結(jié)合，阻止延長(zhǎng)放線(xiàn)菌素放線(xiàn)菌素D真核真核RNA聚合酶聚合酶與與DNA結(jié)合，并阻止延長(zhǎng)結(jié)合，并阻止延長(zhǎng)-鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿真核真核RNA聚合酶聚合酶與與RNA聚合酶聚合酶結(jié)合結(jié)合除上述抑制劑外，還有一些嘌呤和嘧啶的類(lèi)似物，除上述抑制劑外，還有一些嘌呤和嘧啶的類(lèi)似物，如如5-氟尿嘧啶等，可以作為核苷酸代謝拮抗物來(lái)抑氟尿嘧啶等，可以作為核苷酸代謝拮抗物來(lái)抑制核酸前體的合成。制核酸前體的合成。3.5 原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物與真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比較原核生物只一種原核生物只一種RNA聚合酶參與基因轉(zhuǎn)錄。真核生聚合酶參與基因轉(zhuǎn)錄。真核生物有物有

22、3種種RNA聚合酶負(fù)責(zé)不同基因轉(zhuǎn)錄，合成不同聚合酶負(fù)責(zé)不同基因轉(zhuǎn)錄，合成不同類(lèi)型和不同定位的類(lèi)型和不同定位的RNA。原核生物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大多是編碼序列。真核生物原核生物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大多是編碼序列。真核生物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物很大，含有內(nèi)含子序列。初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物很大，含有內(nèi)含子序列。原核初級(jí)產(chǎn)物不需剪接加工，可直接作為翻譯模板。原核初級(jí)產(chǎn)物不需剪接加工，可直接作為翻譯模板。真核初級(jí)產(chǎn)物需經(jīng)剪接、修飾等轉(zhuǎn)錄后加工。真核初級(jí)產(chǎn)物需經(jīng)剪接、修飾等轉(zhuǎn)錄后加工。原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)同地同步進(jìn)行，真核生原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)同地同步進(jìn)行，真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯不同步。物的轉(zhuǎn)錄和翻譯不同步。3.6 mRNA的特征的

23、特征原核生物原核生物mRNA半衰期短。半衰期短。原核生物原核生物mRNA以多順?lè)醋拥男问酱嬖凇Ｒ远囗樂(lè)醋拥男问酱嬖凇? 端無(wú)端無(wú)“帽子帽子”結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，3 端沒(méi)有或只有較短的端沒(méi)有或只有較短的poly A結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。原核生物起始密碼子原核生物起始密碼子(AUG)上游上游7-12bp核苷酸處核苷酸處有一個(gè)稱(chēng)為有一個(gè)稱(chēng)為SD序列的保守區(qū)，在核糖體序列的保守區(qū)，在核糖體-mRNA的結(jié)合過(guò)程中起作用。的結(jié)合過(guò)程中起作用。3.6.1 原核生物原核生物mRNA的特征的特征3.6.2 真核生物真核生物mRNA的特征的特征“基因基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能能

24、RNA所必需的全部核甘酸序列。所必需的全部核甘酸序列。真核生物真核生物mRNA的的5 端存在帽子結(jié)構(gòu)。端存在帽子結(jié)構(gòu)。5 端加帽反端加帽反應(yīng)在轉(zhuǎn)錄早期即已完成。帽子結(jié)構(gòu)可使應(yīng)在轉(zhuǎn)錄早期即已完成。帽子結(jié)構(gòu)可使mRNA免遭免遭核酸酶的破壞。核酸酶的破壞。真核生物多數(shù)真核生物多數(shù)mRNA3 端具有端具有poly(A)尾巴尾巴(組蛋白組蛋白除外除外)。尾巴是在轉(zhuǎn)錄后在。尾巴是在轉(zhuǎn)錄后在3 端的特定部位由內(nèi)切端的特定部位由內(nèi)切酶切開(kāi)，然后由酶切開(kāi)，然后由polyA聚合酶催化多聚腺苷酸反應(yīng)。聚合酶催化多聚腺苷酸反應(yīng)。PolyA是是mRNA進(jìn)入胞質(zhì)必需的形式，增強(qiáng)穩(wěn)定性。進(jìn)入胞質(zhì)必需的形式，增強(qiáng)穩(wěn)定性。真核

25、生物真核生物mRNA以單順?lè)醋拥男问酱嬖?。以單順?lè)醋拥男问酱嬖?。真核生物起始密碼子僅為真核生物起始密碼子僅為AUG。原核生物與真核生物原核生物與真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較結(jié)構(gòu)的比較3.7 真核生物真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工真核基因大多是斷裂的，一個(gè)基因由多個(gè)內(nèi)含子真核基因大多是斷裂的，一個(gè)基因由多個(gè)內(nèi)含子和外顯子間隔排列而成。和外顯子間隔排列而成。內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高。內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高。真核基因的表達(dá)都伴隨著真核基因的表達(dá)都伴隨著RNA的剪接。的剪接。從從hnRNA中切除內(nèi)含子的非編碼區(qū)，將外顯子的中切除內(nèi)含子的非編碼區(qū)，將外顯子的編碼區(qū)拼接形成成熟編碼

26、區(qū)拼接形成成熟mRNA(見(jiàn)見(jiàn)P99圖圖3-33)。3.7.1 真核生物真核生物RNA中的內(nèi)含子中的內(nèi)含子3.7.2 真核生物真核生物tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物真核生物tRNA基因有內(nèi)含子，前體需剪接?；蛴袃?nèi)含子，前體需剪接。tRNA基因內(nèi)含子的特點(diǎn)：長(zhǎng)度和序列沒(méi)有共同性，基因內(nèi)含子的特點(diǎn)：長(zhǎng)度和序列沒(méi)有共同性，位于反密碼子后，內(nèi)含子和外顯子間的邊界沒(méi)有保位于反密碼子后，內(nèi)含子和外顯子間的邊界沒(méi)有保守序列。守序列。tRNA的加工包括的加工包括3個(gè)方面：個(gè)方面：內(nèi)含子的剪接內(nèi)含子的剪接 tRNA核酸內(nèi)切酶切除前體中的內(nèi)含核酸內(nèi)切酶切除前體中的內(nèi)含子，子，RNA連接酶將外顯子

27、連接在一起。連接酶將外顯子連接在一起。3 端添加端添加CCA 在在tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化下從核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化下從3 端端添加添加-CCA-OH。核苷酸修飾核苷酸修飾 tRNA中稀有堿基較多，修飾很平繁。中稀有堿基較多，修飾很平繁。3.7.3 真核生物真核生物rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工前體的轉(zhuǎn)錄后加工大多數(shù)真核生物大多數(shù)真核生物rRNA基因無(wú)內(nèi)含子?；驘o(wú)內(nèi)含子。新生新生rRNA前體與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成巨大的核糖核前體與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成巨大的核糖核蛋白前體顆粒。蛋白前體顆粒。rRNA前體的剪切過(guò)程包括如下前體的剪切過(guò)程包括如下4個(gè)步驟：個(gè)步驟：在在rRNA前體前體5 端切除非編碼的序列，生成端切除

28、非編碼的序列，生成41S中間物。中間物。41S RNA被切割成兩段，被切割成兩段，32S RNA和和20S RNA。32S RNA切割產(chǎn)生成熟切割產(chǎn)生成熟28S rRNA和和5.8S rRNA。20S RNA切割產(chǎn)生成熟切割產(chǎn)生成熟18S rRNA。3.7.4 真核生物真核生物mRNA的剪接的剪接由由DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物hnRNA，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)5 端加帽、端加帽、3 端酶切加多聚腺苷酸；再經(jīng)端酶切加多聚腺苷酸；再經(jīng)RNA的剪的剪接，將編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分連接成一個(gè)連續(xù)接，將編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分連接成一個(gè)連續(xù)的可讀框，形成成熟的的可讀框，形成成熟的mRNA；通過(guò)核

29、孔進(jìn)入細(xì)；通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板。胞質(zhì)基質(zhì)，作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板。每個(gè)真核基因平均有每個(gè)真核基因平均有810個(gè)內(nèi)含子，前體分子一個(gè)內(nèi)含子，前體分子一般比成熟般比成熟mRNA大大410倍。倍。不同生物內(nèi)含子的邊界處存在相似的核苷酸序列，不同生物內(nèi)含子的邊界處存在相似的核苷酸序列，內(nèi)含子剪接過(guò)程在進(jìn)化上是保守的。內(nèi)含子剪接過(guò)程在進(jìn)化上是保守的。人類(lèi)的許多疾病是內(nèi)含子剪接異常引起的。人類(lèi)的許多疾病是內(nèi)含子剪接異常引起的。1)RNA序列決定了剪接的發(fā)生位點(diǎn)序列決定了剪接的發(fā)生位點(diǎn)在在mRNA前體中內(nèi)含子的兩端邊界存在共同的序前體中內(nèi)含子的兩端邊界存在共同的序列，列，5 邊

30、界序列為邊界序列為GU，3 邊界序列為邊界序列為AG。這些。這些序列結(jié)構(gòu)是序列結(jié)構(gòu)是mRNA前體產(chǎn)生剪接的信號(hào)。前體產(chǎn)生剪接的信號(hào)。內(nèi)含子與外顯子交界外的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部?jī)?nèi)含子與外顯子交界外的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序列也可能參與內(nèi)含子的剪接。分序列也可能參與內(nèi)含子的剪接。在在3 端端AG附近有一段富含嘧啶附近有一段富含嘧啶(1020)的區(qū)域。的區(qū)域。在在5 端有一保守序列端有一保守序列(5 -GUPuAGU-3 )。在分叉剪接保守序列中的在分叉剪接保守序列中的A具有具有2 -OH(分支點(diǎn)分支點(diǎn))。內(nèi)含子中的保守序列是內(nèi)含子中的保守序列是mRNA前體剪接過(guò)程中各前體剪接過(guò)程中各種核糖核蛋白剪

31、接調(diào)節(jié)蛋白因子的結(jié)合位點(diǎn)。種核糖核蛋白剪接調(diào)節(jié)蛋白因子的結(jié)合位點(diǎn)。2)RNA剪接中的兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接中的兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)RNA剪接是由兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)完成，使前體剪接是由兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)完成，使前體RNA中中原有磷酸二酯鍵斷開(kāi)，并形成新的磷酸二酯鍵。原有磷酸二酯鍵斷開(kāi)，并形成新的磷酸二酯鍵。第一步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)由位于分支點(diǎn)第一步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)由位于分支點(diǎn)A上的上的2 -OH引發(fā)。引發(fā)。2 -OH作為親核基團(tuán)攻擊作為親核基團(tuán)攻擊5 剪接位點(diǎn)保守剪接位點(diǎn)保守G的磷酸的磷酸基團(tuán)，造成外顯子基團(tuán)，造成外顯子3 端的核糖與內(nèi)含子端的核糖與內(nèi)含子5 端磷酸端磷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。內(nèi)含子游離出來(lái)的內(nèi)含子游

32、離出來(lái)的5 端磷酸與分支點(diǎn)端磷酸與分支點(diǎn)A上的上的2 -OH連接，形成磷酸二酯鍵，產(chǎn)生一個(gè)三叉交匯。連接，形成磷酸二酯鍵，產(chǎn)生一個(gè)三叉交匯。第二步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)中，第二步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)中，5 外顯子作為親核基團(tuán)攻擊外顯子作為親核基團(tuán)攻擊3 剪接位點(diǎn)的磷酸基團(tuán)。導(dǎo)致二個(gè)結(jié)果。剪接位點(diǎn)的磷酸基團(tuán)。導(dǎo)致二個(gè)結(jié)果。一是將一是將5 和和3 外顯子連接越來(lái)，二是把內(nèi)含子作外顯子連接越來(lái)，二是把內(nèi)含子作為游離基團(tuán)釋放出去。為游離基團(tuán)釋放出去。釋放出來(lái)的內(nèi)含子的釋放出來(lái)的內(nèi)含子的5 端在第一次轉(zhuǎn)酯中與分支端在第一次轉(zhuǎn)酯中與分支點(diǎn)點(diǎn)A相連，形狀像一個(gè)套索。相連，形狀像一個(gè)套索。3)RNA剪接大多發(fā)生在剪接體上剪接大多發(fā)生在

33、剪接體上RNA剪接的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)是由大型剪接體介導(dǎo)的。剪接的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)是由大型剪接體介導(dǎo)的。這個(gè)大型復(fù)合物包含約這個(gè)大型復(fù)合物包含約150種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和5種種RNA。5種核小種核小RNA(snRNA)為：為：U1, U2, U4, U5, U6。與與snRNA相結(jié)合的蛋白質(zhì)稱(chēng)為核小核蛋白相結(jié)合的蛋白質(zhì)稱(chēng)為核小核蛋白(snRNPs)。 snRNA與與snRNPs形成的復(fù)合物稱(chēng)為核小核糖核蛋形成的復(fù)合物稱(chēng)為核小核糖核蛋白白(snRNP)。剪接體就是由這些剪接體就是由這些snRNP形成的巨型復(fù)合物。形成的巨型復(fù)合物。不同的不同的snRNP執(zhí)行不同的任務(wù)，不同剪接反應(yīng)的復(fù)執(zhí)行不同的任務(wù)，不同剪接反應(yīng)的

34、復(fù)合物中含有不同的合物中含有不同的snRNP。snRNP在剪接中的功能：識(shí)別在剪接中的功能：識(shí)別5 剪接位點(diǎn)和分支點(diǎn)，剪接位點(diǎn)和分支點(diǎn)，按需要將這兩個(gè)位點(diǎn)集合到一起，催化或協(xié)助催化按需要將這兩個(gè)位點(diǎn)集合到一起，催化或協(xié)助催化RNA的剪接和連接反應(yīng)。的剪接和連接反應(yīng)。(過(guò)程見(jiàn)過(guò)程見(jiàn)P104圖圖3-28)4)RNA的可變剪接的可變剪接在高等生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成型地從在高等生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成型地從mRNA前體中被剪接。前體中被剪接。在個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞分化時(shí)可選擇性地越過(guò)某些外在個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞分化時(shí)可選擇性地越過(guò)某些外顯子或某個(gè)剪接點(diǎn)進(jìn)行變位剪接，以產(chǎn)生組織或顯子或某個(gè)剪接點(diǎn)進(jìn)行變

35、位剪接，以產(chǎn)生組織或發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性mRNA，這種現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)含子的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)含子的可變剪接或變位剪接。見(jiàn)可變剪接或變位剪接。見(jiàn)P104圖圖3-29。果蠅中與性別分化相關(guān)基因產(chǎn)物的特異性剪接過(guò)果蠅中與性別分化相關(guān)基因產(chǎn)物的特異性剪接過(guò)程見(jiàn)程見(jiàn)P105圖圖3-30。脊椎動(dòng)物中約有脊椎動(dòng)物中約有5%的基因以這種方式剪接。的基因以這種方式剪接。可變剪接能保證同源蛋白質(zhì)之間既有大致相同的可變剪接能保證同源蛋白質(zhì)之間既有大致相同的結(jié)構(gòu)，又有特定的性質(zhì)差異。結(jié)構(gòu)，又有特定的性質(zhì)差異。5)類(lèi)和類(lèi)和類(lèi)自剪接內(nèi)含子類(lèi)自剪接內(nèi)含子類(lèi)和類(lèi)和類(lèi)內(nèi)含子本身具有催化活性，能進(jìn)行內(nèi)類(lèi)內(nèi)含子本身具有催化活性，

36、能進(jìn)行內(nèi)含子的自我剪接。內(nèi)含子的類(lèi)型見(jiàn)含子的自我剪接。內(nèi)含子的類(lèi)型見(jiàn)P106表表3-11。類(lèi)自我剪接內(nèi)含子類(lèi)自我剪接內(nèi)含子 剪接過(guò)程主要是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，剪接過(guò)程主要是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，首先由游離鳥(niǎo)苷酸的首先由游離鳥(niǎo)苷酸的3 -OH攻擊內(nèi)含子的攻擊內(nèi)含子的5 剪接剪接點(diǎn)，上游切開(kāi)點(diǎn)，上游切開(kāi)RNA鏈；左外顯子的鏈；左外顯子的3 -OH 攻擊攻擊3 剪接點(diǎn)，上下游兩個(gè)外顯子相連，同時(shí)釋放線(xiàn)狀剪接點(diǎn)，上下游兩個(gè)外顯子相連，同時(shí)釋放線(xiàn)狀的內(nèi)含子的內(nèi)含子(見(jiàn)見(jiàn)P107圖圖3-31)。類(lèi)自我剪接內(nèi)含子類(lèi)自我剪接內(nèi)含子 主要存在于線(xiàn)粒體和葉綠體主要存在于線(xiàn)粒體和葉綠體rRNA基因中。剪接過(guò)程也是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，釋放出基因中。

37、剪接過(guò)程也是轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，釋放出套索狀內(nèi)含子套索狀內(nèi)含子(見(jiàn)見(jiàn)P107圖圖3-32) 。3.8 RNA的編輯、再編碼和化學(xué)修飾的編輯、再編碼和化學(xué)修飾RNA編輯編輯 某些某些RNA，特別是，特別是mRNA的一種加工方的一種加工方式，將導(dǎo)致式，將導(dǎo)致DNA所編碼的遺傳信息的改變，因?yàn)樗幋a的遺傳信息的改變，因?yàn)榻?jīng)過(guò)編輯的經(jīng)過(guò)編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板序列發(fā)生了不同于模板DNA的的變化。變化。介導(dǎo)介導(dǎo)RNA編輯的機(jī)制：?jiǎn)蝹€(gè)堿基的替換，堿基的編輯的機(jī)制：?jiǎn)蝹€(gè)堿基的替換，堿基的添加或缺失。添加或缺失。RNA編輯的生物學(xué)意義：編輯的生物學(xué)意義：校正作用校正作用 恢復(fù)基因突變丟失的遺傳信息?；謴?fù)基因突

38、變丟失的遺傳信息。調(diào)控翻譯調(diào)控翻譯 構(gòu)建或除去起始密碼子和終止密碼子。構(gòu)建或除去起始密碼子和終止密碼子。擴(kuò)充遺傳信息擴(kuò)充遺傳信息 使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能。使基因產(chǎn)物獲得新的結(jié)構(gòu)和功能。3.8.1 RNA的編輯的編輯3.8.2 RNA的再編碼的再編碼mRNA在某些情況下改變?cè)瓉?lái)的編碼信息，以不同在某些情況下改變?cè)瓉?lái)的編碼信息，以不同的方式進(jìn)行翻譯，將這種把的方式進(jìn)行翻譯，將這種把RNA編碼和讀碼方式的編碼和讀碼方式的改變稱(chēng)為改變稱(chēng)為RNA的再編碼。的再編碼。核糖體程序性位移核糖體程序性位移 進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯時(shí)，進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯時(shí)，mRNA的的讀碼信號(hào)在讀碼信號(hào)在tRNA、rRNA和其他蛋白質(zhì)因子作用下和其他