RNA的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后加工課件

1、RNA的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后加工第1頁(yè)，共141頁(yè)。RNA的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后加工2第2頁(yè)，共141頁(yè)。 第一節(jié)：轉(zhuǎn)錄概述 第二節(jié)：RNA合成的酶學(xué) 第三節(jié)：?jiǎn)?dòng)子和終止子 第四節(jié)：轉(zhuǎn)錄過(guò)程 第五節(jié)：RNA轉(zhuǎn)錄后的加工第3頁(yè)，共141頁(yè)。第一節(jié) 轉(zhuǎn)錄概述第4頁(yè)，共141頁(yè)。一、轉(zhuǎn)錄生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程叫做轉(zhuǎn)錄(transcription) ?；虮磉_(dá)(gene expression):基因所貯存的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)生具有生物功能的多肽和蛋白質(zhì)的過(guò)程。 階段特異性（時(shí)間特異性）組織特異性（空間特異性）第5頁(yè)，共141頁(yè)。 轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白(Regul

2、atory protein)決定了一個(gè)基因能否被RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄。生物體基因表達(dá)調(diào)控的第一步也就是決定是否要讓該基因轉(zhuǎn)錄。對(duì)于大多數(shù)基因來(lái)說(shuō)，這是最重要的調(diào)控機(jī)制，在有些情況下甚至是唯一的調(diào)控機(jī)制。第6頁(yè)，共141頁(yè)。RNA分為3種:（1）信使RNA分子(mRNA)，含有一條或多條多肽鏈的氨基酸順序的信息；（2）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA),可以閱讀mRNA中的信息,并在蛋白質(zhì)合成中攜帶和轉(zhuǎn)移特定的氨基酸到生長(zhǎng)中的多肽鏈上；（3）核糖體RNA(rRNA),它與蛋白質(zhì)結(jié)合,形成蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所 核糖體。第7頁(yè)，共141頁(yè)。二、轉(zhuǎn)錄單位(Transcription unit)DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能

3、指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈（template strand），也稱作反義鏈（antisense strand）或負(fù)鏈。相對(duì)的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈（coding strand），也稱為有義鏈（sense strand）或正鏈。 第8頁(yè)，共141頁(yè)。5GCAGTACATGTC 33 c g t c a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈模板鏈蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯第9頁(yè)，共141頁(yè)。DNA模板與mRNA分子及多肽鏈之間存在共線性關(guān)系。第10頁(yè)，共141頁(yè)。RNA合成由RNA聚合酶(RNA polymerase)催化。當(dāng)RNA聚

4、合酶結(jié)合到稱為啟動(dòng)子(Promoter)的DNA特異轉(zhuǎn)錄起始區(qū)時(shí)，轉(zhuǎn)錄就開始了。啟動(dòng)子通常在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近，即位于RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的第一個(gè)堿基對(duì)附近。RNA聚合酶從轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(Start point)開始沿模板邊移動(dòng)邊合成RNA，直至終止序列。從啟動(dòng)子延伸到終止子(Terminator)所跨越的部分稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。 第11頁(yè)，共141頁(yè)。第12頁(yè)，共141頁(yè)。位于起始位點(diǎn)之前的序列稱為轉(zhuǎn)錄單位的上游(Upstream)，起始位點(diǎn)之后(在轉(zhuǎn)錄序列之內(nèi))的序列被稱為下游(Downstream)。按照書寫規(guī)范，轉(zhuǎn)錄是從左(上游)向右(下游)進(jìn)行的，與mRNA 的通常書寫形式：5-3方向一致。堿基的位

5、置以起始位點(diǎn)為準(zhǔn)，轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)被定為+1，位于其下游的堿基序數(shù)按順序值遞增。起始位點(diǎn)前的一個(gè)堿基的位置被定義為-1，越靠近轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游，堿基負(fù)值也越大。 第13頁(yè)，共141頁(yè)。轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物被稱為初始轉(zhuǎn)錄本(primary transcript) 。它包含一條從啟動(dòng)子延伸到終止子含有5端及3端的RNA。 初始轉(zhuǎn)錄本通常不穩(wěn)定:在原核生物中，它或被迅速降解(對(duì)于mRNA)，或被剪接成為成熟產(chǎn)物(對(duì)于rRNA和tRNA).在真核生物中,它或被末端修飾(主要對(duì)于mRNA)，或被剪接成為成熟產(chǎn)物(對(duì)于所有RNA). 第14頁(yè)，共141頁(yè)。轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物被稱為初始轉(zhuǎn)錄本(primary transc

6、ript) 。新生的RNA鏈與模板形成的雜交雙鏈很短 ;模板:以一條DNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)規(guī)律，在轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄；在每1000 個(gè)堿基中可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)N6甲基腺嘌呤，這樣在典型的高等真核mRNA（平均長(zhǎng)度18002000bp）中存在1-2個(gè)甲基腺嘌呤，其功能還不知道。相反，得到一個(gè)以5-5三磷酸二酯鍵相連的二核苷酸，且?guī)в屑谆?，而?末端的一個(gè)核苷酸總是N7甲基鳥嘌呤核苷酸。RNAase把tRNA前體切成片段后，tRNA分子5端和3端仍有多余的核苷酸不需要引物: RNA聚合酶能起始一條新鏈的合成，起始的核苷酸一般是嘌呤核苷酸（占90%左右） ，而且將在RNA鏈的5末端保持這一三磷酸基團(tuán)；原核或

7、真核生物的RNA剪接沒(méi)有單一的剪接機(jī)制，形式很多。第三節(jié) 啟動(dòng)子和終止子作用后生成比16s rRNA和23s rRNA略大的前體。按照書寫規(guī)范，轉(zhuǎn)錄是從左(上游)向右(下游)進(jìn)行的，與mRNA 的通常書寫形式：5-3方向一致。原核生物啟動(dòng)子有4 個(gè)保守特征：起始位點(diǎn)、-10 區(qū)、-35 區(qū)以及-10 和-35 區(qū)之間的間隔距離。轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物被稱為初始轉(zhuǎn)錄本(primary transcript) 。三、不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription) DNA分子的雙鏈均有轉(zhuǎn)錄功能，但對(duì)于一個(gè)特定的DNA區(qū)域或?qū)σ粋€(gè)特定的mRNA，只能有一條鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，這種現(xiàn)象叫轉(zhuǎn)錄的不對(duì)

8、稱性,即在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。 RNA合成過(guò)程，天然雙鏈DNA為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄，但體外條件下，一般DNA的2條鏈都可以作為模板鏈轉(zhuǎn)錄RNA，稱為對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。 第15頁(yè)，共141頁(yè)。5335模板鏈編碼鏈（coding strand）結(jié)構(gòu)基因(structural gene)編碼鏈模板鏈（template strand） DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一條鏈可轉(zhuǎn)錄，另一條鏈不轉(zhuǎn)錄，但模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。第16頁(yè)，共141頁(yè)。四、轉(zhuǎn)錄的一般特征1. 底物: 4種核糖核苷三磷酸，ATP,GTP, CTP, UTP;2.與DNA復(fù)制一樣，轉(zhuǎn)錄的方向總是從53；

9、3. 模板:以一條DNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)規(guī)律，在轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄；4. 不需要引物: RNA聚合酶能起始一條新鏈的合成，起始的核苷酸一般是嘌呤核苷酸（占90%左右） ，而且將在RNA鏈的5末端保持這一三磷酸基團(tuán)； 第17頁(yè)，共141頁(yè)。RNA合成主要包括四個(gè)步驟：（1）RNA聚合酶結(jié)合于DNA上的特定位點(diǎn)（2）起始（3）鏈的延長(zhǎng)（4）鏈的終止和釋放 第18頁(yè)，共141頁(yè)。第19頁(yè)，共141頁(yè)。第二節(jié) RNA合成的酶學(xué)第20頁(yè)，共141頁(yè)。 RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過(guò)程中最關(guān)鍵的酶，主要以雙鏈DNA為模板，以四種核苷三磷酸作為活性前體，并以Mg2+/Mn2+為輔助因子，催化RNA鏈的起始、延伸和終止，它

10、不需要任何引物，催化生成的產(chǎn)物是與DNA模板鏈互補(bǔ)的RNA。第21頁(yè)，共141頁(yè)。一、 RNA聚合酶 RNA聚合酶由6個(gè)亞基組成（5個(gè)多肽鏈），即2 四個(gè)亞基的分子量分別為、150 KDa、160KDa和82 KDa，整個(gè)酶分子的分子量為465KDa； 分別是基因rpoA、rpoB、rpoC和rpoD的產(chǎn)物；與RNA聚合酶相結(jié)合的一個(gè)很小的蛋白質(zhì)(MW10KDa)，叫做亞基，其功能尚不清楚，有人認(rèn)為亞基對(duì)于RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)和功能沒(méi)有太大的影響。 第22頁(yè)，共141頁(yè)。原核生物的 RNA聚合酶亞單位分子量亞單位數(shù)組分功能365122核心酶決定哪種基因被轉(zhuǎn)錄1506181核心酶與轉(zhuǎn)錄全過(guò)程有關(guān)1

11、556131核心酶結(jié)合DNA模板110001核心酶未知702631因子辨認(rèn)起始點(diǎn)第23頁(yè)，共141頁(yè)。這樣的酶稱為全酶，RNA聚合酶是指全酶。從全酶中去除亞基后的其余部分（2 ）稱為核心酶； 核心酶 core enzyme全酶 holoenzyme第24頁(yè)，共141頁(yè)。亞基的最主要功能是識(shí)別啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)DNA雙鏈的哪條鏈被轉(zhuǎn)錄，即轉(zhuǎn)錄的方向、轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的選擇都與亞基有關(guān)； 不同的亞基識(shí)別不同類型的啟動(dòng)子，可借以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，而核心酶相同，即哪條鏈被轉(zhuǎn)錄，起始點(diǎn)在什么地方靠亞基識(shí)別，與核心酶無(wú)關(guān)。 亞基是酶的別構(gòu)效應(yīng)物，使酶專一性識(shí)別模板上的啟動(dòng)子。第25頁(yè)，共141頁(yè)。 核心酶在T7噬菌體DN

12、A上約有1300個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，平均結(jié)合常數(shù)為2X1011；亞基（因子）可以極大地提高RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子區(qū)DNA序列的親和力，酶底結(jié)合常數(shù)提高103倍，酶底復(fù)合物的半衰期可達(dá)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)。因子還能使RNA聚合酶與模板DNA上非特異性位點(diǎn)的結(jié)合常數(shù)降低104倍，使酶底復(fù)合物的半衰期小于1秒。第26頁(yè)，共141頁(yè)。 枯草桿菌中有6種不同相對(duì)分子質(zhì)量的因子，其中55是主要存在形式，出現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中，29則主要出現(xiàn)在胞子形成階段，參與胞子形成期基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。在大腸桿菌中，最常見的調(diào)控因子是由rpoD基因所編碼的70。第27頁(yè)，共141頁(yè)。 由rpoH編碼的32是與熱休克啟動(dòng)子所控制的基因轉(zhuǎn)錄密切

13、相關(guān)。由rpoN編碼的54則參與細(xì)胞的氮代謝。由T4噬菌體所編碼的55能與大腸桿菌RNA聚合酶的核心酶結(jié)合，啟動(dòng)T4晚期基因的轉(zhuǎn)錄。第28頁(yè)，共141頁(yè)。亞基參與底物的結(jié)合（包括前體核苷三磷酸以及已經(jīng)形成的RNA鏈），催化磷酸二酯的形成； 在E.coli 細(xì)胞里，某些藥物如利福霉素類藥物（抑制RNA合成的起始）和鏈霉溶菌素（抑制RNA鏈的延伸）能有效抑制RNA合成，試驗(yàn)證明，這2種藥物均作用于亞基；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)亞基與前體核苷三磷酸有很強(qiáng)的親和力 。第29頁(yè)，共141頁(yè)。亞基參與反義鏈結(jié)合。在離體轉(zhuǎn)錄試驗(yàn)中，肝素(heparin)能抑制轉(zhuǎn)錄作用，人們發(fā)現(xiàn)肝素是與亞基緊密結(jié)合的。亞基是堿性最強(qiáng)的亞基

14、，而肝素是一種酸性的粘多糖，正好與核酸競(jìng)爭(zhēng)亞基，從而妨礙亞基與反義鏈的結(jié)合。第30頁(yè)，共141頁(yè)。亞基可能參與全酶和啟動(dòng)子的牢固結(jié)合。這一牢固結(jié)合需要DNA雙螺旋的局部解鏈；當(dāng)RNA聚合酶核心酶沿著模板移動(dòng)、進(jìn)行RNA鏈的延伸時(shí)，需要不斷地在前面解開雙螺旋，在后面恢復(fù)雙螺旋，這些作用可能與兩個(gè)亞基的功能有關(guān)。 RNA聚合酶僅僅是復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)的核心部分。除了RNA聚合酶之外，還需要其他一些輔助的蛋白質(zhì)因子。如在轉(zhuǎn)錄終止時(shí)發(fā)生作用的釋放因子(因子)和抗終止因子等。參與起始作用的因子習(xí)慣上算作RNA聚合酶的成分，其實(shí)也是一種輔助因子。第31頁(yè)，共141頁(yè)。二、真核生物的RNA聚合酶真核細(xì)胞中有三種

15、RNA聚合酶，即RNA聚合酶、RNA聚合酶、RNA聚合酶； 這些名稱最早是依據(jù)它們從DEAE纖維素柱上洗脫的先后順序而定出來(lái)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)不同生物的三種RNA聚合酶的洗脫順序并不相同，因而改用三種不同的RNA聚合酶對(duì)于-鵝膏蕈堿(-amanitine)的敏感性不同來(lái)進(jìn)行區(qū)別。RNA聚合酶I基本不受-鵝膏蕈堿的抑制，在大于103 mol/L時(shí)才表現(xiàn)出輕微的抑制作用；RNA聚合酶對(duì)于-鵝膏蕈堿最為敏感，在10-9-10-8mol/L濃度下就會(huì)被抑制；RNA聚合酶的敏感性介于RNA聚合酶和之間，在10-5-10-4 mol/L時(shí)表現(xiàn)抑制作用。第32頁(yè)，共141頁(yè)。 真核生物的RNA聚合酶 種類 對(duì)鵝膏

16、蕈堿的反應(yīng) rRNAsnRNAmRNA 5S-rRNA tRNA耐受極敏感中度敏感轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物第33頁(yè)，共141頁(yè)。RNA聚合酶主要存在于核仁中，其功能是合成5.8 S rRNA、18S rRNA和28S rRNA；RNA聚合酶存在于核質(zhì)中，其功能是合成mRNA以及snRNA；RNA聚合酶也存在于核質(zhì)中，其功能是合成tRNA和5S rRNA以及轉(zhuǎn)錄Alu序列。 第34頁(yè)，共141頁(yè)。在細(xì)胞質(zhì)中也能發(fā)現(xiàn)一些RNA聚合酶，它是從細(xì)胞核中滲漏出來(lái)的。 三種主要的RNA聚合酶的分子量都在500 KDa左右(14S-15S)，每種酶分子含有兩個(gè)大亞基和48個(gè)小亞基，每個(gè)小亞基的分子量為10 KDa-90KD

17、a。 像原核生物一樣，不同種類的基因需要不同的蛋白質(zhì)輔助因子協(xié)助RNA聚合酶進(jìn)行工作 。第35頁(yè)，共141頁(yè)。30第36頁(yè)，共141頁(yè)。細(xì)菌RNA聚合酶的核心酶可以獨(dú)立合成RNA，它由亞基的兩個(gè)拷貝和、各一個(gè)拷貝組成；該酶與真核生物的聚合酶有密切聯(lián)系： 大亞基和與Pol 的大亞基RPB1及RPB2同源；亞基與RPB11及RPB3同源；亞基與RPB6同源。原則上，細(xì)菌的核心酶能夠在DNA分子的任何一點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄，但在細(xì)胞內(nèi)，聚合酶只在啟動(dòng)子處起始轉(zhuǎn)錄由于起始因子的加入。此為全酶。第37頁(yè)，共141頁(yè)。大腸桿菌最常見的因子為70。70 識(shí)別的啟動(dòng)子有以下共同特征：兩段6個(gè)核苷酸長(zhǎng)的保守序列,其中心分

18、別位于起始位點(diǎn)上游約10bp和35bp處，被1719個(gè)核苷酸的非特異序列隔開。第38頁(yè)，共141頁(yè)。第三節(jié) 啟動(dòng)子和終止子第39頁(yè)，共141頁(yè)。啟動(dòng)子是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列，一般位于結(jié)構(gòu)基因的上游，是DNA分子與RNA聚合酶特異結(jié)合而起始轉(zhuǎn)錄的部位。啟動(dòng)子本身不被轉(zhuǎn)錄。第40頁(yè)，共141頁(yè)。一、原核生物的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)原核生物啟動(dòng)子有4 個(gè)保守特征：起始位點(diǎn)、-10 區(qū)、-35 區(qū)以及-10 和-35 區(qū)之間的間隔距離。第41頁(yè)，共141頁(yè)。1. 起始位點(diǎn)通常都是嘌呤堿基 (90%)原核典型的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄啟始位點(diǎn)、-10 區(qū)、-35 區(qū) 第42頁(yè)，共141頁(yè)。 保守序列 （一致性序列）

19、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 A T A T T A -10 區(qū)1-30-5 010-10-40-205 3 3 5 第43頁(yè)，共141頁(yè)。2. Pribnow框Pribnow框：在原核生物啟動(dòng)子-10區(qū)域的一段核苷酸序列中，大多包含TATAAT序列或是稍有不同的變化形式，是RNA聚合酶牢固結(jié)合的位點(diǎn)，此段序列稱為Pribnow框。由于其中心在-10位點(diǎn)附近，所以又稱為-10序列。不同的啟動(dòng)子，其位置略有不同，一般都在-4到-13的范圍之內(nèi)。第44頁(yè)，共141頁(yè)。一致序列 ：T80A95T45A60A50T96第

20、45頁(yè)，共141頁(yè)。其中帶有底線的T稱為保守T,它存在于目前已知的幾乎所有啟動(dòng)子中,一般位于-6到-9位點(diǎn)。頭兩個(gè)核苷酸是TA的也占3/4以上； Pribnow框是RNA聚合酶的牢固結(jié)合位點(diǎn)（簡(jiǎn)稱結(jié)合位點(diǎn)）；由于RNA聚合酶的誘導(dǎo)作用，在富含AT的Pribnow框內(nèi)的DNA雙螺旋首先“熔解”。DNA雙螺旋在起始點(diǎn)周圍大約14 bp的距離內(nèi)分開以形成轉(zhuǎn)錄泡，即與RNA聚合酶形成開放式啟動(dòng)子復(fù)合體，使RNA聚合酶定向移動(dòng)而行使其轉(zhuǎn)錄功能。第46頁(yè)，共141頁(yè)。3. Sextama框 對(duì)于大多數(shù)啟動(dòng)子，在RNA聚合酶覆蓋的部分還有一個(gè)重要的區(qū)域，叫做Sextama框,其位置在-35附近，因此又叫 -

21、35序列。-35序列是RNA聚合酶初始結(jié)合位點(diǎn)，RNA聚合酶依靠其亞基(因子)識(shí)別該位點(diǎn)，因此又稱為RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)。 一致序列為：T82T84G78A65C54A45 第47頁(yè)，共141頁(yè)。RNA聚合酶先結(jié)合于-35序列，然后才結(jié)合于-10序列。 有實(shí)驗(yàn)表明，亞基識(shí)別-35序列并與之結(jié)合。由于RNA聚合酶分子很長(zhǎng)，大約能覆蓋70bp的DNA序列。因此酶分子上的一個(gè)適合部位就能達(dá)到-10 序列區(qū)域。酶分子一旦與-10序列結(jié)合以后，亞基就立即從識(shí)別位點(diǎn)上解離下來(lái) 。第48頁(yè)，共141頁(yè)。 -35序列的重要性還在于，這一序列的核苷酸結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了啟動(dòng)子的強(qiáng)度。RNA聚合酶很容易識(shí)別強(qiáng)啟

22、動(dòng)子,而對(duì)弱啟動(dòng)子的識(shí)別較差。Pribnow框和Sextama的堿基序列通過(guò)影響開放性啟動(dòng)子復(fù)合物的形成速度而控制轉(zhuǎn)錄。這兩個(gè)序列是決定啟動(dòng)子強(qiáng)度的重要因素，細(xì)胞可以由此來(lái)調(diào)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)錄的mRNA分子數(shù)，從而控制蛋白質(zhì)的合成速度。第49頁(yè)，共141頁(yè)。第三節(jié)：?jiǎn)?dòng)子和終止子用胰臟RNAase處理轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)時(shí),由于胰臟RNAase能切斷單鏈RNA而不能切斷RNADNA雜交分子,結(jié)果得到大約10個(gè)堿基的RNA片斷;hnRNA分子中大約只有10%的部分轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA，其余部分將在轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程中被降解掉。真核生物有四種rRNA，即5.真核生物mRNA 的5端帽子一個(gè)啟動(dòng)子含有其中的2或3

23、個(gè)元件?？菇K止及抗終止因子一個(gè)PABP(Poly A binding protein)單體分子量約70kDa，與poly(A)尾的10-20 堿基相結(jié)合。一、原核生物的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)剪接是在一系列酶催化下進(jìn)行的。兩類終止子的不同點(diǎn)是：抗終止是在細(xì)菌噬菌體感染中被發(fā)現(xiàn)的，是細(xì)菌操縱子和噬菌體調(diào)控回路中的一個(gè)調(diào)控機(jī)制。轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)與TATA框一起組成核心啟動(dòng)子，啟動(dòng)位于下游的任意基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的剪接是RNA水平上加工內(nèi)容之一，是基因表達(dá)調(diào)控的方式之一。真核生物有三種RNA聚合酶，每一種都有自己的啟動(dòng)子類型：如果一種酶或蛋白質(zhì)不再需要，只要簡(jiǎn)單地關(guān)閉其mRNA的合成就行了。人類的45s前體上有11

24、0多個(gè)甲基化位點(diǎn)，幾乎全部在核糖體上，這些甲基化的核苷酸序列全部進(jìn)入成熟的rRNA，18s rRNA上有39個(gè)，28s rRNA上有74個(gè)。啟動(dòng)子的強(qiáng)度指一個(gè)啟動(dòng)子在一定的時(shí)間內(nèi)可以起始轉(zhuǎn)錄物的多少；具有與共有序列近似序列的啟動(dòng)子“更強(qiáng)”。啟動(dòng)子的強(qiáng)度受以下因素影響：?jiǎn)?dòng)子最初與聚合酶的結(jié)合程度、對(duì)異構(gòu)化作用的支持效率，以及此后聚合酶逃離的難易程度。第50頁(yè)，共141頁(yè)。4. -10 和-35 區(qū)之間間隔距離 在90%啟動(dòng)子中，-35 和-10 區(qū)之間的分隔距離在16 到19bp 之間。個(gè)別例外的可以小于15 或者大于20bp。盡管間隔區(qū)的真實(shí)序列并不重要，但其距離大小保持兩個(gè)位點(diǎn)恰當(dāng)分隔，從

25、而在適合RNA 聚合酶的幾何結(jié)構(gòu)方面是很重要的。第51頁(yè)，共141頁(yè)。幾種啟動(dòng)子的Sextama框、Pribnow框以及二者之間的距離 第52頁(yè)，共141頁(yè)。二、真核生物的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu) 真核生物有三種RNA聚合酶，每一種都有自己的啟動(dòng)子類型：RNA聚合酶只轉(zhuǎn)錄rRNA（合成5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA），只有一種啟動(dòng)子類型。RNA聚合酶負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)編碼基因（合成mRNA和snRNA） ，其啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)最復(fù)雜。RNA聚合酶負(fù)責(zé)合成tRNA和5S rRNA，其啟動(dòng)子常位于轉(zhuǎn)錄的DNA序列之內(nèi)，稱為下游啟動(dòng)子。第53頁(yè)，共141頁(yè)。1. RNA聚合酶的啟動(dòng)子 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄rR

26、NA，大多數(shù)真核生物rRNA基因啟動(dòng)子可以分為兩個(gè)部分：核心元件，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)周圍（-40+5），又稱近啟動(dòng)子，其功能決定轉(zhuǎn)錄起始的精確位置；-165-40稱為遠(yuǎn)啟動(dòng)子（上游控制元件），其功能是影響轉(zhuǎn)錄的頻率。 每種生物都有特定的轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶結(jié)合，因此，RNA聚合酶的啟動(dòng)子具有明顯的種族特異性。 第54頁(yè)，共141頁(yè)。2. RNA聚合酶的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu) 1）轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)：具有基因表達(dá)所需的保守序列，該保守序列的共同序列為PyPyANT/APyPy（Py指嘧啶C或T，N為任意堿基），這個(gè)保守序列稱為轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)與TATA框一起組成核心啟動(dòng)子，啟動(dòng)位于下游的任意基因的轉(zhuǎn)錄。

27、 第55頁(yè)，共141頁(yè)。2）基本啟動(dòng)子：位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游-25-30范圍的7bp左右的保守區(qū)域，共同序列為TATAAAA(非模板鏈序列)，其中第5、7位的A常常被T取代，該保守區(qū)的堿基頻率是T95A87T93A85A63A83A50，這一序列也稱為TATA框。TATA框是很多真核生物類型啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)子組成部分，與原核生物啟動(dòng)子-10的序列之間有很大的相似性。差別主要在于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)距離的不同。 TATA框主要與基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)的定位有關(guān)，而與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的效率無(wú)關(guān)。第56頁(yè)，共141頁(yè)。3）轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)上游元件：在許多蛋白質(zhì)編碼基因的核心啟動(dòng)子上游100-200bp范圍內(nèi)，還存在一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)

28、，含有組成啟動(dòng)子的多個(gè)元件，統(tǒng)稱為上游啟動(dòng)子元件，這些序列元件的功能主要是提高轉(zhuǎn)錄的效率和特異性。4）轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)下游元件：上游元件和下游元件統(tǒng)稱為啟動(dòng)子近端序列元件（promoter proximal sequence element, PSE）。第57頁(yè)，共141頁(yè)。真核生物的核心啟動(dòng)子(core promoter)是指在體外檢測(cè)時(shí)，Pol 精確地起始轉(zhuǎn)錄所需要的最少一組序列元件；代表性的核心啟動(dòng)子約有40個(gè)核苷酸，向轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游或下游延伸。核心啟動(dòng)子中發(fā)現(xiàn)的4個(gè)元件：TFB識(shí)別元件(TFB recognition element, BRE)、TATA元件(盒)、起始位點(diǎn)(initiato

29、r, Inr)和下游啟動(dòng)子元件(downstream promoter element, DPE)。一個(gè)啟動(dòng)子含有其中的2或3個(gè)元件。第58頁(yè)，共141頁(yè)。在核心啟動(dòng)子之外（上游）存在一些在體內(nèi)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)錄所需的其他序列元件，共同組成調(diào)節(jié)序列(regulatory sequence)，包括：?jiǎn)?dòng)子最近元件(promoter proximal element)，上游激活物序列(upstream activator sequence, UAS)，增強(qiáng)子(enhancer)，以及一列的沉默子(silencer)、邊界元件(boundary element)和絕緣子(insulator)組成的抑制元件

30、。所有這些DNA元件都與調(diào)節(jié)蛋白（激活或抑制因子）結(jié)合，促進(jìn)或阻礙從核心啟動(dòng)子開始的轉(zhuǎn)錄。第59頁(yè)，共141頁(yè)。第60頁(yè)，共141頁(yè)。3. RNA聚合酶的下游啟動(dòng)子 5S RNA基因的啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游5083之間;缺失50以前的序列和缺失83以后的序列都能正常轉(zhuǎn)錄，但5083這段序列缺失，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性；而加上此段序列，又能正常轉(zhuǎn)錄; 把這段DNA序列插入任何DNA中，RNA聚合酶都能識(shí)別并起始轉(zhuǎn)錄。這段序列就是5S RNA基因的啟動(dòng)子，這樣的位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游的啟動(dòng)子又稱為內(nèi)部啟動(dòng)子。第61頁(yè)，共141頁(yè)。 除啟動(dòng)子外，真核生物轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游處還有一個(gè)稱為增強(qiáng)子的序列，它能極

31、大地增強(qiáng)啟動(dòng)子的活性，它的位置往往不固定，可存在于啟動(dòng)子上游或下游，對(duì)啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)它們正向排列和反向排列均有效，對(duì)異源的基因也起到增強(qiáng)作用。增強(qiáng)子（enhancer)，又稱為遠(yuǎn)上游序列，一般都在-100以上，是啟動(dòng)子的上游或下游對(duì)轉(zhuǎn)錄有促進(jìn)作用的一段DNA序列。 第62頁(yè)，共141頁(yè)。增強(qiáng)子的特點(diǎn):a對(duì)依賴于TATA框的轉(zhuǎn)錄和不依賴于TATA框的 轉(zhuǎn)錄都有增強(qiáng)效應(yīng)。但對(duì)前者的增強(qiáng)效應(yīng)高;b距離效應(yīng)：離72bp重復(fù)序列近的容易起始轉(zhuǎn)錄;c極性效應(yīng)：轉(zhuǎn)錄方向離開72bP重復(fù)序列的起始序列優(yōu)先轉(zhuǎn)錄，而朝向72bp重復(fù)序列的則效率差;可能是這一重復(fù)序列中含有引起轉(zhuǎn)錄中止的序列;d具有組織細(xì)胞特異性。第6

32、3頁(yè)，共141頁(yè)。第四節(jié) 轉(zhuǎn)錄過(guò)程第64頁(yè)，共141頁(yè)。一、 模板識(shí)別 該階段主要指RNA聚合酶與啟動(dòng)子DNA雙鏈相互作用并與之結(jié)合的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄起始前，啟動(dòng)子附近的DNA雙鏈分開形成轉(zhuǎn)錄泡以促使底物核糖核苷酸與模板DNA的堿基配對(duì)。 第65頁(yè)，共141頁(yè)。二、 轉(zhuǎn)錄起始 就是RNA鏈上第一個(gè)核苷酸鍵的產(chǎn)生。啟動(dòng)子與聚合酶結(jié)合，啟動(dòng)子-聚合酶復(fù)合體一旦形成 ，就發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，起始過(guò)程繼續(xù)；DNA堿基對(duì)斷裂，形成“泡”；總是從5向3方向進(jìn)行。 第66頁(yè)，共141頁(yè)。（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始 當(dāng)亞基發(fā)現(xiàn)其識(shí)別位點(diǎn)時(shí)，全酶就與啟動(dòng)子的-35區(qū)-10區(qū)序列結(jié)合形成啟動(dòng)子復(fù)合物。由亞基催化形成RNA的第一

33、個(gè)磷酸二酸鍵，合成69bp時(shí)因子從全酶解離下來(lái)，靠核心酶在DNA鏈上向下游滑動(dòng)，而脫落的因子與另一個(gè)核心酶結(jié)合成全酶反復(fù)利用。 第67頁(yè)，共141頁(yè)。（1）酶找到啟動(dòng)子順序并與其形成封閉復(fù)合物(此時(shí)DNA仍處于雙螺旋狀態(tài))。這一步所識(shí)別的是-35序列，因此-35序列的突變損害啟動(dòng)子的結(jié)合。第68頁(yè)，共141頁(yè)。（2）然后，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放復(fù)合物，聚合酶全酶所結(jié)合的DNA序列中有一小段雙鏈被解開。此時(shí)酶的結(jié)合比較緊密。在這個(gè)轉(zhuǎn)變中-10區(qū)約有17bp被解旋，暴露出模板鏈。-10序列富于AT堿基對(duì)，因?yàn)锳T對(duì)比GC對(duì)更易于“融化”。-10區(qū)的突變可阻礙開放復(fù)合物的形成。許多突變改變了-10序列

34、中的堿基，但并未減低其AT對(duì)的水平，卻仍然能阻礙其“融化”為開放復(fù)合物，可見-10區(qū)除了要易于融化之外，還必須有特異的形狀，以便RNA 聚合酶能夠識(shí)別它。 第69頁(yè)，共141頁(yè)。（3） 封閉性和開放性啟動(dòng)子復(fù)合物均為二元復(fù)合物。因?yàn)橹挥腥负虳NA這兩種成分在開放性啟動(dòng)子復(fù)合物中，RNA聚合酶上的起始位點(diǎn)和延長(zhǎng)位點(diǎn)被相應(yīng)的核苷酸前體充滿，在亞基的催化下形成RNA的第一個(gè)磷酸二酯鍵。（4） 此時(shí)，由RNA聚合酶、DNA模扳和新生的RNA鏈組成的復(fù)合物稱為三元復(fù)合物。三元復(fù)合物形成之后，因子從全酶解離下來(lái)，致使三元復(fù)合物中核心酶與DNA的親和力下降到非特異性結(jié)合水平以下。 第70頁(yè)，共141頁(yè)。轉(zhuǎn)

35、錄起始過(guò)程第71頁(yè)，共141頁(yè)。新生的RNA鏈與模板形成的雜交雙鏈很短 ;用胰臟RNAase處理轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)時(shí),由于胰臟RNAase能切斷單鏈RNA而不能切斷RNADNA雜交分子,結(jié)果得到大約10個(gè)堿基的RNA片斷;這10個(gè)堿基中多少是受到DNA的保護(hù)的(形成氫鍵),多少是受到RNA聚合酶保護(hù)的(空間作用)，尚不清楚。有人推測(cè)只有兩個(gè)左右核苷酸能與DNA形成氫鍵而配對(duì)形成雜交狀態(tài)。而在DNA合成中的引物可長(zhǎng)達(dá)5060個(gè)核苷酸均與DNA形成氫鍵結(jié)合。為什么有這樣的區(qū)別，其原因還不清楚。第72頁(yè)，共141頁(yè)。 真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，已經(jīng)知道，在所有的細(xì)胞中有一類叫做轉(zhuǎn)錄

36、因子的蛋白質(zhì)分子，它們與RNA聚合酶形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始的過(guò)程。真核生物基因中，有專門為蛋白質(zhì)編碼的基因，這些基因由RNA聚合酶負(fù)責(zé)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄起始關(guān)鍵性作用。 （二）真核生物的轉(zhuǎn)錄起始第73頁(yè)，共141頁(yè)。 根據(jù)這些轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)可大致分為二類：第一類為普遍轉(zhuǎn)錄因子，它們與RNA聚合酶共同組成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄才能在正確的位置上開始。普遍轉(zhuǎn)錄因子是由多種蛋白質(zhì)分子組成的，其中包括特異結(jié)合在TATA盒上的蛋白質(zhì)，叫做TATA盒結(jié)合蛋白，還有另外一組復(fù)合物叫做轉(zhuǎn)錄因子D。TFD 再與RNA聚合酶結(jié)合完成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。第74頁(yè)，共141頁(yè)。 除TFD以外，在細(xì)胞核提取物中

37、還發(fā)現(xiàn)TFA，TFF，TFE，TFH等，它們?cè)谵D(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝的不同階段起作用： 轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factor)結(jié)合順序：D-A-B-F-E-HTFII-D：首先與TATA區(qū)結(jié)合TFII-A：穩(wěn)定TFII-D與TATA區(qū)結(jié)合TFII-B：幫助RNA酶與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合TFII-F：與RNA酶結(jié)合TFII-E與TFII-H：促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始第75頁(yè)，共141頁(yè)。三、通過(guò)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始后直到形成9個(gè)核苷酸短鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)啟動(dòng)子階段，此時(shí)RNA聚合酶一直處于啟動(dòng)子區(qū)，新生的RNA鏈與DNA模板鏈的結(jié)合不夠牢固，很容易從DNA鏈上掉下來(lái)并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄重新開始。第76頁(yè)，共141頁(yè)。四、轉(zhuǎn)錄的延伸

38、一旦RNA聚合酶成功地合成9個(gè)以上核苷酸并離開啟動(dòng)子區(qū)，轉(zhuǎn)錄便進(jìn)入延伸階段。所以，通過(guò)啟動(dòng)子的時(shí)間代表一個(gè)啟動(dòng)子的強(qiáng)弱。大腸桿菌RNA聚合酶的活性一般為每秒50-90個(gè)核苷酸。隨著RNA聚合酶的移動(dòng)，DNA雙螺旋持續(xù)解開，暴露出新的單鏈DNA模板，新生RNA鏈的3末端不斷延伸，在解鏈區(qū)形成RNA-DNA雜合物。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第77頁(yè)，共141頁(yè)。五、鏈的終止終止子概念：RNA鏈的終止與一段序列有關(guān)，其終止信號(hào)存在于已轉(zhuǎn)錄過(guò)的序列。這段終止信號(hào)序列叫終止子。終止子可以分為兩類：1）不依賴于蛋白質(zhì)輔助因子

39、而能實(shí)現(xiàn)終止作用；2）依賴蛋白質(zhì)輔因才能實(shí)現(xiàn)終止作用。這種蛋白質(zhì)輔因子稱為釋放因子，通常又稱因子。第78頁(yè)，共141頁(yè)。兩類終止子的共同序列特征：在轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)之前有一段回文序列；回文序列的兩個(gè)重復(fù)部分(每個(gè)720bp)由幾個(gè)堿基對(duì)的不重復(fù)節(jié)段隔開；回文序列的對(duì)稱軸一般距轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)1624bp。 第79頁(yè)，共141頁(yè)。兩類終止子的不同點(diǎn)是：不依賴因子的終止子的回文序列中富含GC堿基對(duì)，在回文序列的下游方向又常有68個(gè)AT堿基對(duì)(模板鏈上為A)；依賴因子的終止子中回文序列的GC對(duì)含量較少。在回文序列下游方向的序列沒(méi)有固定特征，其AT對(duì)含量比前一種終止子低。第80頁(yè)，共141頁(yè)。的色氮酸操縱元的轉(zhuǎn)錄

40、終止子（不依賴因子）第81頁(yè)，共141頁(yè)。噬菌體的TA1終止子序列（依賴因子）第82頁(yè)，共141頁(yè)。2. 抗終止及抗終止因子 在一些終止子上，終止事件可以被某些與RNA 聚合酶相互作用的特異輔助因子所阻止?！翱菇K止(Antitermination)”使酶越過(guò)終止子序列而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，此過(guò)程稱為通讀(Readthrough)?？菇K止是在細(xì)菌噬菌體感染中被發(fā)現(xiàn)的，是細(xì)菌操縱子和噬菌體調(diào)控回路中的一個(gè)調(diào)控機(jī)制。 第83頁(yè)，共141頁(yè)。圖5.11 抗終止作用決定RNA聚合酶在終止子位 點(diǎn)處終止還是通讀下去第84頁(yè)，共141頁(yè)。第五節(jié) 原核和真核生物mRNA的特征比較第85頁(yè)，共141頁(yè)。1. mRNA在大

41、腸桿菌細(xì)胞內(nèi)占總RNA的2%左右，tRNA占16%左右，rRNA則占80%以上。 真核細(xì)胞的mRNA往往以較大相對(duì)分子量的前體RNA出現(xiàn)在核內(nèi)，只有成熟的、相對(duì)分子質(zhì)量明顯變小并經(jīng)化學(xué)修飾的mRNA才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的合成。所以，真核細(xì)胞mRNA的合成和功能表達(dá)發(fā)生在不同的空間和時(shí)間范疇內(nèi)。2. mRNA的代謝很快，細(xì)菌mRNA平均半壽期為2分鐘，真核mRNA半壽期較長(zhǎng)，平均5小時(shí)。第86頁(yè)，共141頁(yè)。3. 原核生物mRNA與相應(yīng)的基因是共線的，并且是多順?lè)醋?；真核不是共線，單順?lè)醋?，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是hnRNA， hnRNA是mRNA的未成熟前體，也稱為不均一核RNA(heterogene

42、ous nuclear RNA,hnRNA)。hnRNA分子中大約只有10%的部分轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA，其余部分將在轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程中被降解掉。 第87頁(yè)，共141頁(yè)。4. hnRNA與mRNA之間的差別主要有兩點(diǎn)：一是hnRNA核苷酸鏈中的一些片段將不出現(xiàn)于相應(yīng)的mRNA中，這些片段稱為內(nèi)含子(intron)，而那些保留于mRNA中的片段稱為外顯子(exon)。也就是說(shuō)，hnRNA在轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA的過(guò)程中經(jīng)過(guò)剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起；二是mRNA的5末端被加上一個(gè)m7pGppp帽子，在mRNA3末端多了一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)尾巴。第88頁(yè)，共141頁(yè)。mRNA

43、5端的帽子功能：a. 使mRNA免遭核酸酶的破壞，起到保護(hù)和穩(wěn)定性的作用。b. 使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)。c. 被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。第89頁(yè)，共141頁(yè)。mRNA3端polyA尾巴的功能：多聚腺苷酸尾一般由數(shù)十個(gè)至幾百個(gè)腺苷酸連接而成。隨著mRNA存在時(shí)間的延續(xù)，這段聚A尾巴慢慢變短。因此，目前認(rèn)為：這種3末端結(jié)構(gòu)可能與增加轉(zhuǎn)錄活性以及使mRNA趨于相對(duì)穩(wěn)定有關(guān)。也是分離mRNA和分子克隆的基礎(chǔ)。原核生物的mRNA沒(méi)有這種首尾結(jié)構(gòu)。第90頁(yè)，共141頁(yè)。一、原核生物mRNA的特征：1. 半衰期短。原核生物中，mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一個(gè)細(xì)胞

44、空間理同步進(jìn)行的，蛋白質(zhì)合成往往在mRNA剛開始轉(zhuǎn)錄時(shí)就被引發(fā)了。 大多數(shù)細(xì)菌mRNA在轉(zhuǎn)錄開始1分鐘后就開始降解，mRNA降解的速度大概只有轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的一半?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)每過(guò)大約2分鐘，體系中出現(xiàn)新生蛋白質(zhì)的速度就下降50%。第91頁(yè)，共141頁(yè)。2. 原核細(xì)胞的mRNA（包括病毒）有時(shí)可以編碼幾個(gè)多肽，而真核細(xì)胞的mRNA最多只能編碼一個(gè)多肽。 我們把只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順?lè)醋觤RNA，把編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順?lè)醋觤RNA。 幾乎所有mRNA都可以被分成3部分：編碼區(qū)、位于AUG之前的5端上游非編碼區(qū)、位于終止密碼子之后不翻譯的3端下游非編碼區(qū)。編碼區(qū)從起始密碼子A

45、UG開始經(jīng)一連串編碼氨基酸的密碼子直至終止密碼子。第92頁(yè)，共141頁(yè)。第一個(gè)蛋白質(zhì)合成終止以后，核糖體分解成大、小亞基，脫離mRNA模板，第二個(gè)蛋白的翻譯必須等到新的小亞基和大亞基與該蛋白起始密碼子相結(jié)合后才能開始（圖7-1A）。前一個(gè)多肽翻譯完成以后，核糖體大、小亞基分離，小亞基也可能不離開mRNA模板，而使迅速與游離的大亞基結(jié)合，啟動(dòng)第二個(gè)多肽的合成（圖7-1B）。第93頁(yè)，共141頁(yè)。圖7-1：原核生物多順?lè)醋踊蛑泻罄m(xù)編碼區(qū)翻譯起始受順?lè)醋又g距離的影響。 第94頁(yè)，共141頁(yè)。 一個(gè)順?lè)醋拥姆g有時(shí)完全取決于它前面順?lè)醋拥姆g，因?yàn)橹挥械谝粋€(gè)翻譯起始位點(diǎn)是暴露的，在這個(gè)順?lè)醋臃g產(chǎn)

46、生多肽的過(guò)程中，核糖體的運(yùn)動(dòng)破壞了后續(xù)順?lè)醋拥亩?jí)結(jié)構(gòu)，使起始位點(diǎn)較容易與核糖體相結(jié)合形成起始復(fù)合物 （圖7-2）。 第95頁(yè)，共141頁(yè)。圖7-2：mRNA的次級(jí)結(jié)構(gòu)有可能控制翻譯的起始第96頁(yè)，共141頁(yè)。3. 原核生物mRNA的5端無(wú)帽子結(jié)構(gòu)，3端沒(méi)有或只有較短的多聚（A）結(jié)構(gòu)。 原核生物起始密碼子AUG上游7-12個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)，因?yàn)樵撔蛄信c16S-rRNA3端反向互補(bǔ)，所以被認(rèn)為在核糖體-mRNA的結(jié)合過(guò)程中起作用。4. 原核生物常以AUG（有時(shí)GUG，甚至UUG）作為起始密碼子，而真核生物幾乎永遠(yuǎn)以AUG作為起始密碼子。第97頁(yè)，共141頁(yè)。二、真核生物mRN

47、A的特征：編碼功能蛋白的真核基因都通過(guò)RNA聚合酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，幾乎都是單順?lè)醋?，其長(zhǎng)度在幾百到幾千個(gè)核苷酸之間。一個(gè)完整的基因，不但包括編碼區(qū)（coding region），還包括5和3端長(zhǎng)度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)過(guò)程中起著重要作用。第98頁(yè)，共141頁(yè)。 “基因”的分子生物學(xué)定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。真核生物mRNA結(jié)構(gòu)上的最大特征是5端的帽子及3的多聚(A)結(jié)構(gòu)。第99頁(yè)，共141頁(yè)。1. 真核生物mRNA的5端存在“帽子”結(jié)構(gòu)。真核生物基因轉(zhuǎn)錄一般從嘌呤（主要是A，也可能是G）起始，其5端大都經(jīng)過(guò)修飾，第一個(gè)核苷酸僅保留了5端的

48、三磷酸基團(tuán)。第100頁(yè)，共141頁(yè)。mRNA的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化。第一個(gè)甲基出現(xiàn)在所有真核細(xì)胞的mRNA中（單細(xì)胞真核生物mRNA主要是這個(gè)結(jié)構(gòu)），由鳥苷酸-7甲基轉(zhuǎn)移酶催化，稱為帽子零結(jié)構(gòu)（Cap0）。如在第二個(gè)核苷酸（原mRNA5第一位）的2-OH位上加另一個(gè)甲基，這步反應(yīng)由2-O-甲基轉(zhuǎn)移酶完成。一般把有這兩個(gè)甲基的結(jié)構(gòu)稱為帽子1（Cap1），真核生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。第101頁(yè)，共141頁(yè)。當(dāng)mRNA原第二位核苷酸是腺嘌呤時(shí)，其N6位有時(shí)也被甲基化，這一反應(yīng)只能在2-OH被甲基化以后才能發(fā)生。在某些生物細(xì)胞內(nèi)，mRNA鏈上的第三個(gè)核苷酸的2-OH位也可能被甲基化，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)只以

49、帶有1類帽子的mRNA為底物，所以被稱為帽子2（Cap2）。有帽子2結(jié)構(gòu)的mRNA只占有帽mRNA總量的10-15%以下。第102頁(yè)，共141頁(yè)。第103頁(yè)，共141頁(yè)。2. 絕大多數(shù)真核生物mRNA具有多聚(A)尾巴。除組蛋白基因外，真核生物mRNA的3末端都有多聚（A）序列，其長(zhǎng)度因mRNA種類不同而變化，一般為40-200個(gè)左右。 真核基因的3 末端轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)上游1530bp處的保守序列AAUAAA對(duì)于初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準(zhǔn)確切割及加多聚（A）是必需的（圖7-3）。第104頁(yè)，共141頁(yè)。圖7-3. 真核生物mRNA中的多聚A反應(yīng)第105頁(yè)，共141頁(yè)。多聚(A)是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)

50、所必需的形式，它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。 mRNA剛從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)時(shí)，其多聚(A)尾巴一般比較長(zhǎng)，隨著mRNA在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)逗留時(shí)間延長(zhǎng)，多聚(A)逐漸變短消失，mRNA進(jìn)入降解過(guò)程第106頁(yè)，共141頁(yè)。第五節(jié) RNA轉(zhuǎn)錄后的加工第107頁(yè)，共141頁(yè)。一、概述在原核生物中，多基因的mRNA生成以后，絕大部分直接作為模扳去翻譯各個(gè)基因所編碼的蛋白質(zhì)，并以此手段協(xié)調(diào)相關(guān)基因的表達(dá)量。原核生物的mRNA壽命很短，其半衰期通常為幾分鐘。這個(gè)現(xiàn)象看起來(lái)似乎是浪費(fèi)，而實(shí)際上這恰恰是原核生物內(nèi)的重要調(diào)控機(jī)制。如果一種酶或蛋白質(zhì)不再需要，只要簡(jiǎn)單地關(guān)閉其mRNA的合成就行了。第108頁(yè)，共1

51、41頁(yè)。在真核生物中，可能有特別的機(jī)制來(lái)延長(zhǎng)需要翻譯的mRNA的壽命，而縮短不再需要的mRNA的壽命。rRNA和tRNA則不同，它們不是翻譯的模板，而是蛋白質(zhì)合成機(jī)器的組成成分。不管在原核生物中還是在真核生物中，它們都很穩(wěn)定，半衰期一般為幾個(gè)小時(shí)。 第109頁(yè)，共141頁(yè)。 無(wú)論是rRNA還是tRNA，都不是最初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其證據(jù)如下： (1) rRNA和tRNA分子的5端都是單磷酸，而所有原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5端都是三磷酸; (2) rRNA和tRNA分子都比原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物小，也就是比RNA的轉(zhuǎn)錄元小; (3) 所有的tRNA分子都含有原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物所沒(méi)有的異常堿基，即除了A、G、C、U以外的堿基。 因

52、此，無(wú)論是rRNA，還是tRNA，都需要作轉(zhuǎn)錄后加工，刪除基因間序列以及基因內(nèi)的介入序列(內(nèi)元).第110頁(yè)，共141頁(yè)。二、mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工1. 真核生物mRNA 的5端帽子2. 真核生物mRNA 3端多聚腺苷酸化3. 剪接第111頁(yè)，共141頁(yè)。第112頁(yè)，共141頁(yè)。1. 真核生物mRNA 的5端帽子盡管真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄起始于一個(gè)嘌呤核苷三磷酸(pppA或pppG，A或G)，第一個(gè)核苷酸保留著其5三磷酸，使通常的磷酸二酯鍵從其3位向下一個(gè)核苷酸的5位之間生成。轉(zhuǎn)錄本的初始序列可描述為： 5pApNpNpNp 或5pGpNpNpNp第113頁(yè)，共141頁(yè)。但是,當(dāng)成熟的mRNA

53、在體外用能使其降解為單核苷酸的RNAase酶處理時(shí)，其5端并沒(méi)有像所希望的那樣生成核苷三磷酸pppA或pppG。相反，得到一個(gè)以5-5三磷酸二酯鍵相連的二核苷酸，且?guī)в屑谆?，而?末端的一個(gè)核苷酸總是N7甲基鳥嘌呤核苷酸。這樣成熟的mRNA沒(méi)有自由的5端。mRNA5端的這種結(jié)構(gòu)叫做帽子。第114頁(yè)，共141頁(yè)。圖5.13 真核生物mRNA 5端的不同帽子結(jié)構(gòu)第115頁(yè)，共141頁(yè)。真核生物mRNA 5端的不同帽子結(jié)構(gòu): 1）第一種甲基化,即N7甲基鳥嘌呤核苷酸甲基化，發(fā)生在所有真核生物中，是在在端部鳥嘌呤的7位加上了一個(gè)甲基，僅僅擁有這樣單一甲基的帽子被稱為cap0，符號(hào)為M7GpppX。即使

54、在單細(xì)胞真核生物中也發(fā)生這個(gè)甲基化反應(yīng)。負(fù)責(zé)催化這種修飾反應(yīng)的酶是鳥嘌呤-7-甲基轉(zhuǎn)移酶(Methyltranferase)。2）下一步是在第二堿基(在沒(méi)有任何修飾之前轉(zhuǎn)錄本真正的第一個(gè)起始?jí)A基)的2-O位置。此反應(yīng)被另一個(gè)酶催化(2-O-甲基-轉(zhuǎn)移酶)，帶有上述兩個(gè)甲基的被稱為cap1，符號(hào)為M7GpppXm。除單細(xì)胞生物之外，這是一種多數(shù)的帽子形式。第116頁(yè)，共141頁(yè)。3）第二個(gè)堿基再次發(fā)生甲基化，這是高等真核生物中的少數(shù)情況。僅當(dāng)此堿基為腺嘌呤時(shí)這種甲基化才發(fā)生，被甲基化的是N6位。只有當(dāng)腺嘌呤的2-O位已經(jīng)甲基化時(shí)，負(fù)責(zé)此種甲基化的酶才能起修飾作用。4）在一些種類中，甲基被加到戴帽

55、mRNA的第三個(gè)堿基，這種反應(yīng)的底物是已經(jīng)帶有兩個(gè)甲基的cap1 mRNA。第三堿基的修飾通常是2-O位的甲基化，這創(chuàng)造了cap2 類型，符號(hào)為M7GpppXmpYm。所有戴帽mRNA 中，此類帽子只占1015%。第117頁(yè)，共141頁(yè)。在5端加鳥嘌呤是由鳥苷轉(zhuǎn)移酶(Tranferase)催化實(shí)現(xiàn)的，此反應(yīng)緊隨轉(zhuǎn)錄的起始而發(fā)生: 85第118頁(yè)，共141頁(yè)。 在真核mRNA 群體中所有分子都加帽，對(duì)于特定有機(jī)體，不同帽子類型的比例是其主要特征。對(duì)于一個(gè)特定mRNA 結(jié)構(gòu)而言，現(xiàn)在尚不知道是否可能有不止一種的帽子。在加帽過(guò)程中除了甲基化外，高等真核生物的mRNA 會(huì)低頻率地發(fā)生內(nèi)部甲基化。在每1

56、000 個(gè)堿基中可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)N6甲基腺嘌呤，這樣在典型的高等真核mRNA（平均長(zhǎng)度18002000bp）中存在1-2個(gè)甲基腺嘌呤，其功能還不知道。第119頁(yè)，共141頁(yè)。帽子的功能：有助于某些mRNA前體的正確拼接；有助于成熟的mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核；保護(hù)mRNA，避免核酸酶降解；增強(qiáng)mRNA的可翻譯性。第120頁(yè)，共141頁(yè)。2. 3端多聚腺苷酸化mRNA 3端延伸的多聚A 經(jīng)常被描述為poly(A)尾巴；有這種特征的mRNA 稱為poly(A)+。poly(A)序列并非DNA編碼，在核內(nèi)它是在轉(zhuǎn)錄以后被加到RNA上的。加poly(A)的反應(yīng)由poly(A)聚合酶(Polymerase)所催

57、化，它在mRNA的自由3-OH上加上200個(gè)腺嘌呤。核RNA與mRNA的poly(A)及poly(A)結(jié)合蛋白(PABP)相結(jié)合，許多真核生物內(nèi)部有相關(guān)類型的蛋白質(zhì)。第121頁(yè)，共141頁(yè)。一個(gè)PABP(Poly A binding protein)單體分子量約70kDa，與poly(A)尾的10-20 堿基相結(jié)合。所以在大多數(shù)真核生物的mRNA 3端會(huì)有一大群蛋白質(zhì)與之結(jié)合，這是一個(gè)普遍特征。加上poly(A)是mRNA 3端通過(guò)酶復(fù)合體產(chǎn)生和修飾過(guò)程中的一部分反應(yīng)。 幾乎所有的細(xì)胞mRNA 都擁有poly(A)，明顯的例外是編碼組蛋白的mRNA 不具有poly(A)。組蛋白mRNA 缺少p

58、oly(A)的意義尚不清楚，在功能上并不存在什么因素使poly(A)必需存在。第122頁(yè)，共141頁(yè)。第123頁(yè)，共141頁(yè)?！拔舶汀钡墓δ埽禾岣適RNA的穩(wěn)定性；增強(qiáng)mRNA的可翻譯性，提高mRNA翻譯的效率；影響最后一個(gè)內(nèi)含子的切除；某些先天缺乏終止密碼子的mRNA通過(guò)加尾反應(yīng)創(chuàng)造終止密碼子UGA或UAA；通過(guò)選擇性加尾調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。第124頁(yè)，共141頁(yè)。3. 剪接與沒(méi)有內(nèi)含子的原核基因一樣，真核“割裂”基因也整個(gè)轉(zhuǎn)錄為單一的一條RNA鏈。一個(gè)典型的真核基因，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物包含了外顯子和內(nèi)含子。內(nèi)含子的數(shù)量和長(zhǎng)度都可以非常大，初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前mRNA，pre-mRNA）實(shí)際也可以很長(zhǎng)。 從pre-mRNA中除去內(nèi)含子的過(guò)程稱為RNA剪接(RNA splicing)。 第125頁(yè)，共141頁(yè)。第126頁(yè)，共141頁(yè)。內(nèi)含子的數(shù)目和長(zhǎng)度不同使基因間長(zhǎng)度差別很大。在一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物基