第三章生物信息的傳遞(上)—轉(zhuǎn)錄

1、第三章 生物(shngw)信息的傳遞（上） 從DNA到RNA共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本過程 轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成(hchng)與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程(guchng) 。轉(zhuǎn)錄(zhun l)(transcription) ：共九十三頁參與轉(zhuǎn)錄(zhun l)的物質(zhì)原料(yunlio): NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板:DNA酶: RNA聚合酶其他蛋白質(zhì)因子RNA合成方向：5 3共九十三頁共九十三頁轉(zhuǎn)錄(zhun l)的不對稱

2、性： 在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄(zhun l)的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。編碼鏈與模板鏈與mRNA序列相同的那條DNA鏈稱為編碼鏈；將另一條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈。共九十三頁共九十三頁模板(mbn)鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上轉(zhuǎn)錄方向5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向DNA分子上轉(zhuǎn)錄(zhun l)出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因：共九十三頁幾個(gè)(j )概念共九十三頁轉(zhuǎn)錄(zhun l)單位RNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以(ky)是一個(gè)基因（真核），

3、也可以(ky)是多個(gè)基因（原核）?；虻霓D(zhuǎn)錄是有選擇性的，細(xì)胞不同生長發(fā)育階段和細(xì)胞環(huán)境條件的改變，將轉(zhuǎn)錄不同的基因。轉(zhuǎn)錄的起始由DNA上的啟動(dòng)子區(qū)控制，轉(zhuǎn)錄的終止由DNA上的終止子控制，轉(zhuǎn)錄是通過DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶來實(shí)現(xiàn)的 共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本過程(guchng) 轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵(gunjin)酶與元件（一） RNA聚合酶原核生物(shngw)RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+ 因子共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁

4、大腸桿菌(d chn n jn)RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能rpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動(dòng)子識別rpoB1510001核心酶和共同形成RNA合成的活性中心rpoC1550001核心酶？110001核心酶？rpoD700001因子存在多種因子，用于識別不同的啟動(dòng)子共九十三頁 真核生物(shngw)RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核質(zhì)tRNA約10%存在物種特異性真核細(xì)胞的三種(sn zhn)RNA聚合酶特征比較共九十三頁RNA聚合酶與DNA聚

5、合酶的區(qū)別(qbi)RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物無有產(chǎn)物較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時(shí)進(jìn)行外切酶活性無5 3，3 5校對合成能力無有修復(fù)能力無有共九十三頁（二） 啟動(dòng)子(promoter)啟動(dòng)子定義：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合(jih)并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。 共九十三頁 原核生物(shngw)啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp共九十三頁開始(kish)轉(zhuǎn)錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A P

6、y-10 區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核(yun h)生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33共九十三頁 TTGACA區(qū)：提供(tgng)了RNA聚合酶全酶識別的信號 TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合(jih)位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開） 共九十三頁編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT35DNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)Probnow盒子啟動(dòng)子35 10 +1轉(zhuǎn)錄區(qū)53RNA轉(zhuǎn)錄(zhun l)起點(diǎn)與新生(xnshng)RNA鏈第一個(gè)核甘酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基。共九十三頁大腸桿菌(d chn n jn)RNA聚合酶全酶所識別

7、的啟動(dòng)子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100共九十三頁典型(dinxng)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu) -35 -10 轉(zhuǎn)錄(zhun l)起點(diǎn)TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp共九十三頁Initiation共九十三頁 真核生物(shngw)啟動(dòng)子真核有三種不同(b tn)的啟動(dòng)子和有關(guān)的元件啟動(dòng)子最為復(fù)雜，它和原核的啟動(dòng)子有很多不同真核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)核心啟動(dòng)子（core promoter）上游啟動(dòng)子元件（upstream promoter element，UPE）共九十三頁1、核心(hxn)啟動(dòng)子 定義：指保證(bozhng)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄正常起始所

8、必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游TATA區(qū)作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，保證精確起始TATA 常在-25bp左右，相當(dāng)于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50共九十三頁共九十三頁2、上游(shngyu)啟動(dòng)子元件包括(boku)CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70 - -80bpGGGCGG：-80 - -110bp共九十三頁SV40 早期(zoq)啟動(dòng)子組蛋白H2B TATACAATGC共九十三頁（三） 轉(zhuǎn)錄(zhun l)起始復(fù)合物 原核生物(shngw)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物共九十三頁 轉(zhuǎn)錄因子

9、(ynz) 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的轉(zhuǎn)錄起始 真核生物轉(zhuǎn)錄(zhun l)起始復(fù)合物共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本(jbn)過程 轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁三、轉(zhuǎn)錄(zhun l)的基本過程1、起始(q sh)位點(diǎn)的識別：RNA聚合酶與啟動(dòng)子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。2、轉(zhuǎn)錄起始RNA鏈上第一個(gè)核甘酸鍵的產(chǎn)生共九十三頁共九十三頁3、RNA鏈的延伸(ynshn) 亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶

10、變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不斷(bdun)聚合，RNA鏈不斷延長。核心酶 DNA RNA共九十三頁4、轉(zhuǎn)錄(zhun l)終止 終止子（terminator，t） 強(qiáng)終止子內(nèi)部(nib)終止子 弱終止子 需要因子（rho factor） 又稱為依賴性終止子 （Rho-dependent terminator）不依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止共九十三頁不依賴因子(ynz)的終止 終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重(r zhn)對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；在終止位點(diǎn)前面有一段由4-8個(gè)A組成的序列，RNA的3端為寡聚U共九

11、十三頁發(fā)夾式結(jié)構(gòu)(jigu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來。共九十三頁 終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短(chngdun)有關(guān)，長度 效率共九十三頁依賴因子(ynz)的終止因子：六聚體蛋白(dnbi)、水解各種核甘三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本(jbn)過程 轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁四、轉(zhuǎn)錄(zhun l)后加工共九十三頁5端加帽3端加尾RNA的剪接(jinji)R

12、NA的編輯共九十三頁 5端的一個(gè)核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5端的這種結(jié)構(gòu)(jigu)稱為帽子（cap）。1、在5端加帽共九十三頁m7Gppp鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶共九十三頁 帽子結(jié)構(gòu)功能： 能被核糖體小亞基識別(shbi)，促使mRNA和核糖體的結(jié)合； m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA 5末端，以保護(hù)mRNA免受5核酸外切酶的降解，增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定。共九十三頁2、3端加尾多聚腺苷酸尾巴(wi ba)AAUAAA：準(zhǔn)確(zhnqu)切割加poly（A）共九十三頁共九十三頁多聚腺苷酸尾巴功能(gngnng)：提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。共九十三頁3、RNA的剪接(j

13、inji)地中海貧血病人(bngrn)的珠蛋白基因，1/4共九十三頁真核mRNA的剪輯(jinj)共九十三頁共九十三頁共九十三頁生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要(zhyo)類型：GU-AG、AU-AC、類內(nèi)含子、類內(nèi)含子5.AAGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidine共九十三頁 5.AAGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidineCAG = UAG AAG GAG共九十三頁參與(cny)RNA剪接的物質(zhì)：snRNA（核內(nèi)小分子(fnz)

14、RNA）snRNP（與snRNA結(jié)合的核蛋白） 共九十三頁共九十三頁UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5共九十三頁共九十三頁類內(nèi)含子的自我(zw)剪接共九十三頁類內(nèi)含子的自我(zw)剪接共九十三頁4、RNA的編輯(binj)編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄(zhun l)后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象。共九十三頁C變?yōu)閁堿基的突變(tbin)共九十三頁尿苷酸的缺失(qu sh)和添加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(jir)或丟失尿苷酸，199

15、0年在高等動(dòng)物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。共九十三頁 錐蟲coxII 基因(jyn)的編輯共九十三頁共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始(q sh)： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本過程 轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁五、原核(yun h)生物與真核生物mRNA的特征比較1、原核生物mRNA的特征(tzhng) 半衰期短 多以多順反子的形式存在 多順反子mRNA：編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA。單順反子mRNA：只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA。共九十三頁 結(jié)構(gòu)(jigu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透過(tu u)酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZY

16、AOPDNA共九十三頁 5 端無“帽子(mo zi)”結(jié)構(gòu)， 3 端沒有或只有較短的poly（A ）結(jié)構(gòu)。SD序列：mRNA中用于結(jié)合(jih)原核生物核糖體的序列。 共九十三頁2、真核生物(shngw)mRNA的特征 5 端存在(cnzi)“帽子”結(jié)構(gòu)多數(shù)mRNA 3 端具有poly（A ）尾巴（組蛋白除外）以單順反子的形式存在“基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。共九十三頁原核(yun h)生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較共九十三頁 基本概念 轉(zhuǎn)錄起始： RNA聚合酶、啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的基本過程 轉(zhuǎn)錄后加工 原核(yun h)生物與真核生物mRNA的特征比

17、較 RNA合成與DNA合成異同點(diǎn)Contents共九十三頁六、RNA合成(hchng)與DNA合成異同點(diǎn)相同點(diǎn)：1、都以DNA鏈作為模板2、合成的方向均為53 3、聚合反應(yīng)均是通過核苷酸之間形成(xngchng)的3,5-磷酸 二酯鍵，使核苷酸鏈延長。共九十三頁不同點(diǎn)：復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA（半保留復(fù)制）mRNA， tRNA， rRNA配對A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物無共九十三頁中國科學(xué)院2001年碩士(shush)研究生入學(xué)考試 ：名詞解釋：Transcription; Revers

18、e transcription 共九十三頁1、下列(xili)有關(guān)TATA盒(Hognessbox)的敘述,哪個(gè)是正確的:它位于第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因處它和RNA聚合酶結(jié)合它編碼阻遏蛋白它和反密碼子結(jié)合 B 共九十三頁 2. 轉(zhuǎn)錄需要(xyo)的原料是: dNTPB. dNDP C. dNMP D. NTP E . NMPD共九十三頁3、DNA模板鏈為 5-ATTCAG-3 , 其轉(zhuǎn)錄(zhun l)產(chǎn)物是: A. 5 -GACTTA-3 B. 5 -CTGAAT-3 C. 5 -UAAGUC-3 D. 5 -CUGAAU-3 D共九十三頁4、 DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程有許多相同點(diǎn),下列描述(mio sh

19、)哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的? A.轉(zhuǎn)錄以DNA一條鏈為模板,而以DNA兩條鏈為模板進(jìn)行復(fù)制 B. 在這兩個(gè)過程中合成均為5-3方向 C. 復(fù)制的產(chǎn)物通常情況下大于轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物 D. 兩過程均需RNA引物 D共九十三頁 5、真核生物的mRNA加工過程中,5端加上（ ），在3端加上（ ），后者由（ ）催化。如果被轉(zhuǎn)錄基因是不連續(xù)的，那么，（ ）一定要被切除(qich)，并通過（ ）過程將（ ）連接在一起。帽子(mo zi)結(jié)構(gòu)、多聚腺苷酸尾巴、poly(A)聚合酶、內(nèi)含子、剪接、外顯子共九十三頁6、10位的（ ）區(qū)和35位的（ ）區(qū)是RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)，能與因子相互(xingh)識別而具有很高的親和力。 TATA、TTGACA共九十三頁7、決定基因轉(zhuǎn)錄基礎(chǔ)(jch)頻率的 DNA 元件是 （ ） ，它是 （ ）的結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)子、RNA聚合酶 8、原核(yun h)生物 RNA 聚合酶核心酶由（ ）組成，全酶由 （ ）組成。2、2共九十三頁9、下面那一項(xiàng)不屬于原核生物mRNA的特征（ ） A：半衰期短 B：存在多順反子的形式(xngsh) C：5端有