第11章-核酸的生物合成課件

1、 第三篇 基因信息的傳遞DNA的生物合成(復(fù)制)RNA的生物合成(轉(zhuǎn)錄)蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)基因表達(dá)調(diào)控基因重組與基因工程中心法則 第十一章 核酸的生物合成 (Nucleic acid Biosynthesis) 第一節(jié) DNA的復(fù)制 第二節(jié)RNA的生物合成第一節(jié)DNA的生物合成(復(fù)制)DNA Biosynthesis，Replication 一、DNA復(fù)制的基本規(guī)律 二、DNA復(fù)制的酶學(xué) 三、DNA生物合成過程 四、逆轉(zhuǎn)錄 五、DNA損傷與修復(fù)一、 復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制親代DNA子代DNA復(fù)制的化學(xué)反

2、應(yīng) (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi （一）、半保留復(fù)制 (semiconservative replication)（二）、雙向復(fù)制 (bidirectional replication)（三）、半不連續(xù)復(fù)制 (semi-discontinuous replication)（一） 半保留復(fù)制(semiconservative replication)1、概念：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整接受過來，另一股單鏈則完全重新合成，兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列

3、一致，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。2、 實(shí)驗(yàn)依據(jù)： 密度梯度實(shí)驗(yàn) （Meselson and Stahl） 密度梯度實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液 第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液 第二代梯度離心結(jié)果重DNA普通 DNA3、生物學(xué)意義： （1）、保證遺傳信傳遞的忠實(shí)性 （2）、遺傳和變異的統(tǒng)一復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。 復(fù)制中的放射自顯影圖象（二 ）、雙向復(fù)制(bidirectional replication)A. 環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B. 復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C. 復(fù)制接近終止點(diǎn)(t

4、ermination, ter)oriterA B C原核生物DNA雙向復(fù)制53oriorioriori535533553復(fù)制子3真核生物DNA多復(fù)制子復(fù)制（三）、半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication)順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。復(fù)制方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazaki fragment)。 3535解鏈方向35335領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈(lagging strand)岡崎片段(okazaki fragment)35

5、35解鏈方向35335領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈(lagging strand) 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制 復(fù)制的半不連續(xù)性 二、DNA復(fù)制的酶學(xué)The Enzymology of DNA Replication參與DNA復(fù)制的物質(zhì) 模板(template) : 解開成單鏈的DNA母鏈底物(substrate): dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合聚合酶(polymerase): 依賴DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫 為 DNA-pol其他的酶和蛋白質(zhì)因子復(fù)制的化學(xué)反應(yīng) (dNMP)n +

6、 dNTP (dNMP)n+1 + PPi 53CGA（一）、解螺旋酶(helicase) 利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈（二）、單鏈DNA結(jié)合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) 復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈完整 10 8 局部解鏈后（三）、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 (DNA topoisomerase) 解鏈過程中正超螺旋的形成拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵 拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶分 類拓?fù)洚悩?gòu)酶切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需AT

7、P。拓?fù)洚悩?gòu)酶切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛，不需要ATP。利用ATP供能， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)，連接斷端。作用機(jī)制 （四）、引物酶(primase)： 由Ecoli dnaG編碼 特殊的RNA 聚合酶 復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶 （五）、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1. 53 的聚合活性：以DNA為模板合成DNA 2. 核酸外切酶活性： 53 35 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C

8、G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5外切酶活性 5 3外切酶活性切除引物和突變的 DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 核酸外切酶活性 1、原核生物的DNA聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 功能： 53聚合酶活性、 53 和35外切酶活性 復(fù)制中的錯(cuò)誤校讀，復(fù)制和修復(fù)中的空隙填補(bǔ)。DNA-pol （109kD）323個(gè)氨基酸小片段5 核酸外切酶活性大片段/Klenow 片段 604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性N 端C 端木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。 5核

9、酸外切酶活性即時(shí)校讀53聚合酶活性即時(shí)校讀DNA pol: 53聚合活性和53外切酶活性缺刻平移(nick translation)DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。 它可能參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。 功能：原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶 DNA-pol (250kD)為核心酶： ：53聚合活性 ：35外切酶活性 ：維系二聚體作用：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板滑動(dòng)復(fù)合物：促進(jìn)全酶組裝到模板上，增強(qiáng)核心酶的活性原核生物的DNA聚合酶2、真核生物的DNA聚合酶DNA-pol 起始引發(fā)，有引物酶 活性。復(fù)制的主要酶，兼有解螺旋酶活性。參與低保真度的

10、復(fù)制 。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)空隙的作用（DNA-pol)。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 真核生物的DNA聚合酶目 錄HO5335DNA連接酶ATPADP5353六、DNA連接酶1.斷端的3-OH末端， 5- P末端2.連接的是雙鏈中的單鏈缺口3.需要ATP DNA連接酶作用條件：復(fù)制中起最后接合缺口作用。DNA修復(fù)、重組及剪接中起縫合缺口作用?；蚬こ痰闹匾ぞ呙钢弧?DNA連接酶功能三、DNA生物合成過程The Process of DNA Replication（一）、原核生物的DNA生物合成 1、復(fù)制的起始：需

11、要解決兩個(gè)問題：1. DNA解開成單鏈，提供模板。2. 合成引物，提供3-OH末端。復(fù)制E.coli復(fù)制起始點(diǎn) oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 245 串聯(lián)重復(fù)序列 反向重復(fù)序列5353（1）.DNA解鏈:有固定的復(fù)制起點(diǎn)OriC反向重復(fù)序列復(fù)制叉DNA雙鏈解開分成兩股，各自作為模板進(jìn)行復(fù)制，形成在顯微鏡下可看到的叉狀結(jié)構(gòu)。復(fù)制叉的形成 Dna B、 Dna CDna A3

12、5353535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。 引物3 HO5引物酶 Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶SSB含有解螺旋酶(Dna B) 、DnaC、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。 （2）.引發(fā)體和引物（3）、 起始的過程辨認(rèn)并結(jié)合起始位點(diǎn)打開雙螺旋防止復(fù)螺旋單鏈結(jié)合蛋白解鏈酶引物引物酶DnaA合成2、復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33DNA-pol（1）、領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈：順著

13、解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。（2）. 隨從鏈的合成隨從鏈：復(fù)制方向與解鏈方向相反，為不連續(xù)復(fù)制，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中位于隨從鏈上的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazaki fragment)。復(fù) 制 過 程 動(dòng) 畫原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriter E.coli8232 ori terSV405003、復(fù)制的終止555RNA酶OHP5DNA-poldNTP55PATP ADP+Pi55DNA連接酶 隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM（二）、真核生物的DNA生物合成

14、細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。多復(fù)制子 復(fù)制子(replicon)：相鄰兩個(gè)復(fù)制起點(diǎn)之間的距離。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。 1、復(fù)制的起始參與者： DNA-pol (引物酶活性) pol (聚合酶、解螺旋酶活性) 拓?fù)涿?復(fù)制因子 (replication factor, RF) 增殖細(xì)胞核抗原 (proliferation cell nuclear antigen, PCNA) (相當(dāng)于原核生物DNA-pol 亞基，在復(fù)制起始和延長(zhǎng)中起關(guān)鍵作用)3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體2、復(fù)制的延長(zhǎng)DNA-p

15、ol DNA-pol染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。3、復(fù)制的終止53355335+5333355端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。功能 維持染色體的穩(wěn)定性 維持DNA復(fù)制的完整性生命的時(shí)鐘 結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。 末端DNA序列是多次重復(fù)的富含T、G堿基的短 序列。TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶的催化延長(zhǎng)作用爬行模型端粒酶(telomerase) 端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 模板 端粒酶協(xié)同蛋白(human telomera

16、se associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)端粒酶的催化延長(zhǎng)作用爬行模型DNA聚合酶復(fù)制子鏈目 錄進(jìn)一步加工1.親代DNA為模板，嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)規(guī)律；2.復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)聚合酶對(duì)堿基的選擇功能；3. 復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的即時(shí)校讀功能；4.錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制DNA復(fù)制具有保真性至少要依賴三種機(jī)制： 四、逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways（一）、概念 逆轉(zhuǎn)錄指遺傳信息從RNA流向DNA，是R

17、NA指導(dǎo)下的DNA合成過程，即以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈。RNADNA 逆轉(zhuǎn)錄酶（二）、逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 催化逆轉(zhuǎn)錄過程的酶稱逆轉(zhuǎn)錄酶，RNA病毒中都含有此酶。具有三種酶活性： RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶 RNA酶 DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶RNA 模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA（三）、逆轉(zhuǎn)錄過程逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASI核酸酶 DNA聚合酶堿水解 T T T T獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。 以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRN

18、A堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈。 試管內(nèi)合成cDNAcDNA complementary DNAcDNA（四）、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義 逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。 至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論。 （五）、滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制 原核生物： 復(fù)制 滾環(huán)復(fù)制（單鏈DNA病毒） 真核生物：多個(gè)復(fù)制起點(diǎn) D環(huán)復(fù)制（線粒體）3-OH5-P55533335滾環(huán)復(fù)制55335dNTPDNA-pol D環(huán)復(fù)制(D-loop replication) 線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。 五、DNA損

19、傷（突變）與修復(fù)DNA Damage (Mutation) and Repair遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNA damage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。 （一）、突變的意義 1、突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ) 2、突變導(dǎo)致基因型改變 3、突變導(dǎo)致死亡 4、突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ) （二）、引發(fā)突變的因素物理因素 紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射 UV化學(xué)因素（三）、突變的分子改變類型錯(cuò)配 (mismatch)缺失 (deletion)插入 (insertion)重排 (rearra

20、ngement)框移(frame-shift) DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。（1）轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。（2） 顛換1、錯(cuò)配鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb (HbS) 亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈CAC GTG基因正常成人Hb (HbA)亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈CTC GAG基因2、缺失、插入和框移缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入

21、到DNA大分子中間?？蛞仆蛔兪侵溉?lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變 。谷 酪 蛋 絲5 G C A G U A C A U G U C 丙 纈 組 纈正常5 G A G U A C A U G U C 缺失C缺失引起框移突變3、重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。 由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目 錄（四）、DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing) 是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(light repairing)切除修復(fù)(excision repairing)重組修復(fù)(recombinat

22、ion repairing)SOS修復(fù) 修復(fù)的主要類型1、光修復(fù)光修復(fù)酶(photolyase) UVUvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶OHP 2、切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制，主要由DNA-pol和連接酶完成。DNA連接酶ATPE.coli的切除修復(fù)機(jī)制切 除 修 復(fù) 動(dòng) 畫3、重組修復(fù)4、SOS修復(fù)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。在E. coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較

23、廣泛、長(zhǎng)期的突變。附 錄催化DNA聚合參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)修復(fù)合成、切除引物、填補(bǔ)空隙功能2040400分子數(shù)/細(xì)胞1011亞基數(shù)+-+5 外切酶活性+ 5外切酶活性+5 聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE. Coli中的DNA聚合酶RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）RNA Biosynthesis, Transcription第二節(jié)本節(jié)內(nèi)容 一、轉(zhuǎn)錄的酶和模板 二、轉(zhuǎn)錄過程 三、真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以DNA為模板合成RNA的過程 。 轉(zhuǎn)錄RNADNA 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP

24、) 模板: 單鏈 DNA酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子一、模板和酶Templates and Enzymes（一）、轉(zhuǎn)錄模板 1、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription) （1）.結(jié)構(gòu)基因(structural gene): DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段 。 （2）.模板鏈(template strand): DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，也稱作有意義鏈或Watson鏈。 編碼鏈(coding strand): DNA雙鏈中與模板鏈相對(duì)的單鏈，不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，也稱為反義鏈或Crick鏈。 5GC

25、AGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向2、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄含義在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄 模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。（二）、RNA聚合酶1、原核生物的RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 2、真核生物的RNA聚合酶 （三）、模板與酶的辨認(rèn)、結(jié)合原核生物一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可視為

26、一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。 5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-pol與RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的DNA序列，稱為啟動(dòng)子(promoter)。RNA聚合酶保護(hù)法目 錄開始轉(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 Py-10 區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognition site) 55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增

27、強(qiáng)子 順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因-GCGC-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列二、轉(zhuǎn)錄過程The Process of Transcription（一）、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程1、轉(zhuǎn)錄起始（1）、RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。（2）、DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。（一）、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄起始需解決的問題：（2）. DNA雙鏈解開（1）. RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合 （3）. 在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pp

28、pG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi轉(zhuǎn)錄起始過程2、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（1）. 亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶變構(gòu)，沿著DNA模板前移； （2）. 在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi轉(zhuǎn)錄空泡(transcription bubble)：RNA-pol(核心酶)DNARNA53DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止3、轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。 分類A

29、T P（1）. 依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止（2）. 非依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止區(qū)，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCU

30、GACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理 使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓； 使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5pppG5 335RNA-pol（二）、真核生物的轉(zhuǎn)錄（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒 增強(qiáng)子順式作用元件(cis-acting element)1. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段 AATAAA切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 修飾點(diǎn) 外顯子 翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體

31、順式作用元件(cis-acting element) ：可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列。反式作用因子(trans-acting factors)：能直接或間接辨認(rèn)、結(jié)合順式作用元件并反式激活另一基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱為反式作用因子。 2. 轉(zhuǎn)錄因子 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factors, TF)。 鋅指(zinc finger)C CysH His常結(jié)合GC盒ZnCysHis參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的TF 3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物RNA-pol不與DNA分

32、子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 POL-TFFAB由RNA-Pol 催化轉(zhuǎn)錄的PIC Pol-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA復(fù)合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC組裝完成，TFH使CTD磷酸化4. 拼板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性，有專一性的復(fù)合物，再與RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。 （二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過程中可以觀察到核小體移

33、位和解聚現(xiàn)象。 RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）轉(zhuǎn)錄終止 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)三、真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptional Modification（一）、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工1、首、尾的修飾 5端形成 帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)帽子結(jié)構(gòu)5 pppG5 GpppGpppG pi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5 m7Gppp

34、G甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5 pG磷酸酶 PPi帽子結(jié)構(gòu)2、mRNA的剪接（1）. hnRNA 和 snRNA 核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)snRNA (small nuclear RNA)核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核蛋白體（snRNP）snRNA真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 斷裂基因(splite gene)CABD編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)（2）. 外顯子(exon)和內(nèi)含子（intron) 外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。 雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目