生物信息的傳遞從

關(guān)于生物信息的傳遞從第1頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過自主復(fù)制得到永存，并通過轉(zhuǎn)錄生成信使RNA、翻譯生成蛋白質(zhì)的過程來控制生命現(xiàn)象。第2頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別第3頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程

基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄(transcription)和翻譯(translation)兩個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同(U替換T)的RNA單鏈的過程，是基因表達(dá)的核心步驟；翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過程，是基因表達(dá)的最終目的。第4頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程RNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯第5頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程

與mRNA序列相同的那條DNA鏈稱為編碼鏈(codingstrand)或稱有意鏈(sensestrand)，并把另一條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈(templatestrand)或稱反義鏈(antisensestrand)。第6頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程第7頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程

貯藏在任何基因中的生物信息都必須首先被轉(zhuǎn)錄生成RNA，才能得到表達(dá)。RNA主要以單鏈形式存在于生物體內(nèi)，其高級結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它們既擔(dān)負(fù)著貯藏及轉(zhuǎn)移遺傳信息的功能，又能作為核酶直接在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮代謝功能。第8頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程RNA分子來自DNA。儲存于DNA雙鏈中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄酶促反應(yīng)按照堿基互補(bǔ)配對的原則被轉(zhuǎn)化成為單鏈RNA分子。生物體內(nèi)共有3種RNA：信使RNA(messengerRNA，mRNA)－編碼特定蛋白質(zhì)序列；轉(zhuǎn)移RNA(transferRNA，tRNA)－特異性解讀mRNA中的遺傳信息、將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)氨基酸并將其加入多肽鏈中；核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)直接參與核糖體中蛋白質(zhì)合成。

第9頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程一、轉(zhuǎn)錄的基本過程無論是原核還是真核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄的基本過程都包括:1、模板識別；2、轉(zhuǎn)錄起始、通過啟動子；3、及轉(zhuǎn)錄的延伸和終止。第10頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第11頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程1、模板識別：在原核生物中，模板識別階段主要指RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。轉(zhuǎn)錄起始前，啟動子附近的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。2、轉(zhuǎn)錄起始：就是RNA鏈上第一個(gè)核苷酸鍵的產(chǎn)生。一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第12頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程

3、通過啟動子階段：轉(zhuǎn)錄起始后直到形成9個(gè)核酸苷短鏈?zhǔn)峭ㄟ^啟動子階段，此時(shí)RNA聚合酶一直處于啟動子區(qū)，新生的RNA鏈與DNA模板鏈的結(jié)合不夠牢固，很容易從DNA鏈上掉下來并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄重新開始。一旦RNA聚合酶成功地合成9個(gè)以上核苷酸并離開啟動子區(qū)，轉(zhuǎn)錄就進(jìn)入正常的延伸階段。所以，通過啟動子的時(shí)間代表一個(gè)啟動子的強(qiáng)弱。一般說來，通過啟動子的時(shí)間越短，該基因轉(zhuǎn)錄起始的頻率也越高。一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第13頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程4、轉(zhuǎn)錄的延伸：RNA聚合酶離開啟動子，沿DNA鏈移動并使新生RNA鏈不斷伸長的過程就是轉(zhuǎn)錄的延伸。在37℃時(shí)，大腸桿菌RNA聚合酶完成該反應(yīng)的速度為每秒40個(gè)核苷酸。隨著RNA聚合酶的移動，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。而在解鏈區(qū)的后面，DNA模板鏈與其原先配對的非模板鏈重新結(jié)合成為雙螺旋。一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第14頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程5、轉(zhuǎn)錄的終止：當(dāng)RNA鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵，RNA-DNA雜合物分離，轉(zhuǎn)錄泡瓦解，DNA恢復(fù)成雙鏈狀態(tài)，而RNA聚合酶和RNA鏈都被從模板上釋放出來，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第15頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第一節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程

真核生物RNA聚合酶不能直接識別基因的啟動子區(qū)，需要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子(輔助蛋白質(zhì))按特定順序結(jié)合于啟動子上，RNA聚合酶才能與之相結(jié)合并形成復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄和翻譯的速度基本相等，37℃時(shí)，轉(zhuǎn)錄生成mRNA的速度每秒鐘合成14個(gè)密碼子，而蛋白質(zhì)合成的速度大約是每秒鐘15個(gè)氨基酸。一、轉(zhuǎn)錄的基本過程第16頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分一、RNA聚合酶

以DNA序列為模板的RNA聚合酶主要以雙鏈DNA為模板，以4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。RNA或RNA-DNA雙鏈雜合體不能作為模板。原核和真核生物的RNA在分子組成、種類和生化特性上各有特色。第17頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分（一）、原核生物RNA聚合酶：大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的，大腸桿菌RNA聚合酶由2個(gè)α亞基、一個(gè)β亞基、一個(gè)β’亞基和一個(gè)ω亞基組成，稱為核心酶。加上一個(gè)σ亞基后則成為聚合酶全酶(holoenzyme)，相對分子質(zhì)量為4.65×lO5(圖3-3)。第18頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分第19頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分（一）、原核生物RNA聚合酶：第20頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分第21頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分（一）、原核生物RNA聚合酶：第22頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

由β和β’亞基組成了聚合酶的催化中心。β亞基能與模板DNA、新生RNA鏈及核苷酸底物相結(jié)合。

α亞基與核心酶的組裝及啟動子識別有關(guān)，并參與RNA聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。（一）、原核生物RNA聚合酶：第23頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分σ因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，它使酶專一性識別模板上的啟動子。σ因子可以極大地提高RNA聚合酶對啟動子區(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)。σ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1s。因此，加入σ因子以后，RNA聚合酶全酶識別啟動子序列的特異性總共提高了107倍。（一）、原核生物RNA聚合酶：第24頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

每個(gè)細(xì)胞中約有7000個(gè)RNA聚合酶分子，每一時(shí)刻有2000~5000個(gè)酶在執(zhí)行轉(zhuǎn)錄DNA模板的功能。σ因子大大增加聚合酶對啟動子的親和力，并降低酶對非專一位點(diǎn)的親和力，使酶專一性識別模板上的啟動子。（一）、原核生物RNA聚合酶：第25頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

轉(zhuǎn)錄的起始從化學(xué)過程來看是單個(gè)核苷酸與開鏈啟動子－酶復(fù)合物相結(jié)合構(gòu)成新生RNA的5’端，再以磷酸二酯鍵的形式與第二個(gè)核苷酸相結(jié)合，起始的終止反映在σ因子的釋放。當(dāng)新生RNA鏈達(dá)到6～9個(gè)核苷酸時(shí)，能形成穩(wěn)定的酶－DNA－RNA三元復(fù)合物，并釋放σ因子，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸期。（一）、原核生物RNA聚合酶：第26頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

當(dāng)聚合酶按5’→3’方向延伸RNA鏈時(shí)，解旋的DNA區(qū)域也隨之移動。聚合酶可以橫跨約40個(gè)堿基對，而解旋的DNA區(qū)域大約是17個(gè)堿基對。自由核苷酸能被聚合酶加到新生的RNA鏈上，并形成DNA-RNA雜合體。隨著聚合酶在模板上的運(yùn)動，靠近3'端的DNA不斷解旋，同時(shí)在5'端重新形成DNA雙鏈，將RNA鏈擠出DNA-RNA雜合體。RNA的3'端大約有20～30個(gè)核苷酸與DNA和聚合酶相結(jié)合。（一）、原核生物RNA聚合酶：第27頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

真核生物中共有3類RNA聚合酶，它們在細(xì)胞核中的位置不同，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因不同。真核生物RNA聚合酶一般有8～14個(gè)亞基所組成，相對分子質(zhì)量超過5×105。不同生物3類聚合酶的亞基種類和大小存在兩條普遍遵循的原則:一是聚合酶中有兩個(gè)相對分子質(zhì)量超過l×105的大亞基；二是同種生物3類聚合酶有"共享"小亞基的傾向，即有幾個(gè)小亞基是其中3類或2類聚合酶所共有的。（二）、真核生物RNA聚合酶：第28頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分（二）、真核生物RNA聚合酶：第29頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分（二）、真核生物RNA聚合酶：第30頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

真核生物線粒體和葉綠體中還存在著不同的RNA聚合酶。線粒體RNA聚合酶只有一條多肽鏈，相對分子質(zhì)量小于7x104，是已知最小的RNA聚合酶之一，與T7噬菌體RNA聚合酶有同源性。葉綠體RNA聚合酶比較大，結(jié)構(gòu)上與細(xì)菌中的聚合酶相似，由多個(gè)亞基組成，部分亞基由葉綠體基因組編碼。

（二）、真核生物RNA聚合酶：第31頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

啟動子選擇階段包括RNA聚合酶全酶對啟動子的識別，聚合酶與啟動子可逆性結(jié)合形成封閉復(fù)合物（closedcomplex）。伴隨著DNA構(gòu)象上的重大變化，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開放復(fù)合物(opencomplex)，聚合酶全酶所結(jié)合的DNA序列中有一小段雙鏈被解開。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第32頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

強(qiáng)啟動子→從封閉復(fù)合物到開放復(fù)合物的轉(zhuǎn)變是不可逆的，是快反應(yīng)。開放復(fù)合物與最初的兩個(gè)NTP相結(jié)合并在這兩個(gè)核苷酸之間形成磷酸二酯鍵后→(RNA聚合酶、DNA和新生RNA)三元復(fù)合物。真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的分子量很大：RNA聚合酶、7種輔助因子，輔助因子又包含多個(gè)亞基。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第33頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第34頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

三元復(fù)合物可以進(jìn)入兩條不同的反應(yīng)途徑，一是合成并釋放2～9個(gè)核苷酸的短RNA轉(zhuǎn)錄物－－流產(chǎn)式起始;二是盡快釋放σ亞基，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通過上游啟動子區(qū)并生成由核心酶、DNA和新生RNA所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第35頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

轉(zhuǎn)錄的真實(shí)性取決于有特異的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄起始后按照堿基互補(bǔ)原則準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)錄模板DNA序列及具有特異的終止部位。RNA的合成是在模板DNA的啟動子位點(diǎn)上起始的，而這個(gè)任務(wù)是靠σ因子來完成的。RNA聚合酶的核心酶雖可合成RNA，但不能找到模板DNA上的起始位點(diǎn)。核心酶的產(chǎn)物是不均一的，因?yàn)樗鼪]有固定的起始位點(diǎn)，而且DNA兩條鏈都可作為模板。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第36頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

只有帶σ因子的全酶才能專一地與DNA上的啟動子結(jié)合，選擇其中一條鏈作為模板，合成均一的產(chǎn)物。σ因子的作用只是起始而已，一旦轉(zhuǎn)錄開始，它就脫離了起始復(fù)合物，而由核心酶負(fù)責(zé)RNA鏈的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是啟動子的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，而核心酶的作用是鏈的延伸。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第37頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第二節(jié)轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分

轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物是轉(zhuǎn)錄循環(huán)中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物相比，延伸復(fù)合物極為穩(wěn)定，可以長時(shí)間地與DNA模板相結(jié)合而不解離。只有在它遇到轉(zhuǎn)錄終止信號時(shí)，RNA聚合酶才停止加入新的核苷酸，RNA－DNA雜合物解離，釋放轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物并導(dǎo)致聚合酶本身從模板DNA上掉下來。二、轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物及轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物）第38頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

大腸桿菌RNA聚合酶與啟動子的相互作用主要包括：1、啟動子區(qū)的識別、2、酶與啟動子的結(jié)合及σ因子的結(jié)合與解離。第39頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始第40頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始第41頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)

啟動子是一段位于結(jié)構(gòu)基因5'端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準(zhǔn)確地結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性?；虻奶禺愋赞D(zhuǎn)錄取決于酶與啟動子能否有效地形成二元復(fù)合物，所以，RNA聚合酶如何有效地找到啟動子并與之相結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始過程中首先要解決的問題。有實(shí)驗(yàn)表明，對許多啟動子來說，RNA聚合酶與之相結(jié)合的速率至少比布朗運(yùn)動中的隨機(jī)碰撞高100倍。第42頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，而這一階段的重要問題是RNA聚合酶與啟動子的相互作用。啟動子的結(jié)構(gòu)影響了它與RNA聚合酶的親和力，從而影響了基因表達(dá)的水平。一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第43頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是指與新生RNA鏈第一個(gè)核苷酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基，研究證實(shí)通常為一個(gè)嘌呤。常把起點(diǎn)前面，即5'末端的序列稱為上游(upstream)，而把其后面即3’末端的序列稱為下游(downstream)。在描述堿基的位置時(shí)，一般用數(shù)字表示，起點(diǎn)為+1，下游方向依次為+2、+3……，上游方向依次為-1、-2、-3……。一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第44頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

啟動子區(qū)是RNA聚合酶的結(jié)合區(qū)，其結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到轉(zhuǎn)錄的效率。那么，啟動子區(qū)有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)呢?Pribnow設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把RNA聚合酶全酶與模板DNA結(jié)合后，用DNaseI水解DNA，然后用酚抽提，沉淀純化DNA后得到一個(gè)被RNA聚合酶保護(hù)的DNA片段，約有41~44個(gè)核苷酸對。一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第45頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第46頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始他分離了fd噬菌體等被酶保護(hù)的區(qū)域，并進(jìn)行了序列分析，以后又有人做了50多個(gè)啟動子的序列分析后發(fā)現(xiàn)，在被保護(hù)區(qū)內(nèi)有一個(gè)由5個(gè)核苷酸組成的共同序列，是RNA聚合酶的緊密結(jié)合點(diǎn)，現(xiàn)在稱為Pribnow區(qū)(Pribnowbox)，這個(gè)區(qū)的中央大約位于起點(diǎn)上游10bp處，所以又稱為－10區(qū)。一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第47頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

科學(xué)家不久后又從噬菌體的左、右啟動子PL及PR和SV40啟動子的－35bp附近找到了另一段共同序列:TTGACA。經(jīng)過數(shù)年的努力，分析了46個(gè)大腸桿菌啟動子的序列以后，確證絕大部分啟動子都存在這兩段共同序列，即位于－10bp處的TATA區(qū)和－35bp處的TTGACA區(qū)。

-10位的TATA區(qū)和-35位的TGACA區(qū)是RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合位點(diǎn)，能與σ因子相互識別而具有很高的親和力。

一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第48頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始第49頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第50頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

在真核生物基因中，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游－25～－30bp處的共同序列TATAAA，也稱為TATA區(qū)（TATA-box）。另外，在起始位點(diǎn)上游-70～-78bp處還有另一段共同序列CCAAT，這是與原核生物中-35bp區(qū)相對應(yīng)的序列，稱為CAAT區(qū)(CAAT-box)。一、啟動子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)第51頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始二、啟動子區(qū)的識別

RNA聚合酶是通過氫鍵互補(bǔ)的方式識別啟動子的。在啟動子區(qū)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶上的某些基團(tuán)是氫鍵供體，而4種堿基中的某些基團(tuán)是氫鍵受體。由于它們分別處于DNA雙螺旋的大溝或小溝內(nèi)，因此都具有特定的方位，而酶分子中也有處于特定空間構(gòu)象的氫鍵受體與供體，當(dāng)它們與啟動子中對應(yīng)的分子在一定距離內(nèi)互補(bǔ)時(shí)，就形成氫鍵，相互結(jié)合。第52頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始三、RNA聚合酶與啟動子區(qū)的結(jié)合

在RNA聚合酶與啟動子相互作用的過程中，聚合酶首先與啟動子區(qū)閉合雙鏈DNA相結(jié)合，形成二元閉合復(fù)合物，然后經(jīng)過解鏈得到二元開鏈復(fù)合物。解鏈區(qū)一般在-9～+13之間，而酶與啟動子結(jié)合的主要區(qū)域在其上游。第53頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始一旦開鏈區(qū)解鏈，酶分子能以正確的取向與解鏈后的有關(guān)單鏈相互作用，形成開鏈復(fù)合物。因此，RNA聚合酶既是雙鏈DNA結(jié)合蛋白，又是單鏈DNA結(jié)合蛋白。DNA開鏈?zhǔn)前凑誅NA模板序列正確引入核苷酸底物的必要條件。三、RNA聚合酶與啟動子區(qū)的結(jié)合第54頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始四、-10區(qū)和-35區(qū)的最佳間距

在原核生物中，-35區(qū)與-10區(qū)之間的距離大約是16～19bp，小于15bp或大于20bp都會降低啟動子的活性。保持啟動子這二段序列以及它們之間的距離都是重要的，否則就會改變它所控制基因的表達(dá)水平。第55頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

因?yàn)樵鰷pbp，-35區(qū)相對于-10區(qū)旋轉(zhuǎn)（增減一個(gè)bp會使兩者之間的夾角發(fā)生360的變化）所產(chǎn)生的超螺旋會發(fā)生改變。若要使酶與DNA在這個(gè)區(qū)域內(nèi)保持正確的取向，就必須使二者之一發(fā)生扭曲，需要增加結(jié)合自由能。

四、-10區(qū)和-35區(qū)的最佳間距第56頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

在細(xì)菌中常見兩種啟動子突變，一種叫下降突變(downmutation)，如果把Pribnow區(qū)從TATAAT變成AATAAT就會大大降低其結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄水平;另一類突變叫上升突變(upmutation)，即增加Pribnow區(qū)共同序列的同一性。例如，在乳糖操縱子的啟動子中，將其Pribnow區(qū)從TATGTT變成TATATT，就會提高啟動子的效率，提高乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄水平。

四、-10區(qū)和-35區(qū)的最佳間距第57頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始五、增強(qiáng)子及其功能

增強(qiáng)子的發(fā)現(xiàn)從SV40開始，在SV40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)它的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約200bp處有兩段72bp長的重復(fù)序列，它們不是啟動子的一部分，但能增強(qiáng)或促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始，除去這兩段序列會大大降低這些基因的轉(zhuǎn)錄水平，若保留其中一段或?qū)⒅〕霾逯罝NA分子的任何部位，就能保持基因的正常轉(zhuǎn)錄。第58頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

這種能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的序列為增強(qiáng)子或強(qiáng)化子(enhancer)。后來在許多基因的啟動區(qū)中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子的存在。五、增強(qiáng)子及其功能第59頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

把β-珠蛋白基因置于帶有上述72bp序列的DNA分子上，發(fā)現(xiàn)它在體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄水平提高了200倍。而且，無論把這段72bp序列放在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游1400bp或下游3300bp處，它都有轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)作用。增強(qiáng)子通過影響染色質(zhì)DNA-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并改變超螺旋而改變模板的整體結(jié)構(gòu)，使得RNA聚合酶更容易與模板DNA相結(jié)合，起動基因轉(zhuǎn)錄。

五、增強(qiáng)子及其功能第60頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始五、增強(qiáng)子及其功能（增強(qiáng)子的特點(diǎn)）1、遠(yuǎn)距離效應(yīng)一般位于上游-200bp處，但可增強(qiáng)遠(yuǎn)處啟動子的轉(zhuǎn)錄，即使相距>10Kb也能發(fā)揮作用。2、無方向性無論位于靶基因的上游、下游或內(nèi)部都可發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。3、順式調(diào)節(jié)只調(diào)節(jié)位于同一染色體上的靶基因，而對其他染色體上的基因沒有作用。第61頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始五、增強(qiáng)子及其功能增強(qiáng)子的特點(diǎn)4、無物種和基因的特異性可以連接到異源基因上發(fā)揮作用。5、具有組織特異性

SV40的增強(qiáng)子在3T3細(xì)胞中比多瘤病毒的增強(qiáng)子要弱，但在Hela細(xì)胞中SV40的增強(qiáng)子比多瘤病毒的要強(qiáng)5倍。增強(qiáng)子的效應(yīng)需特定的蛋白因子參與。6、有相位性其作用與DNA的構(gòu)象有關(guān)。7、有的增強(qiáng)子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)如熱休克基因在高溫下才表達(dá)，金屬硫蛋白基因在鎘和鋅的存在下才表達(dá)，某些增強(qiáng)子可以被固醇類激素所激活。第62頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響

啟動子是確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地起始的DNA序列。1979年，美國科學(xué)家Goldberg首先注意到真核生物中，由RNA聚合酶II催化轉(zhuǎn)錄的DNA序列5'上游區(qū)有一段與原核生物Pribnow區(qū)相似的富含TA的保守序列。由于該序列前4個(gè)堿基為TATA，所以又稱為TATA區(qū)(TATAbox)。

第63頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

此后10多年間，科學(xué)家通過對許多基因啟動子區(qū)的分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)功能蛋白基因的啟動子都具有共同的結(jié)構(gòu)模式。簡單地說，真核基因的啟動子在-25～-35區(qū)含有TATA序列，在-70～-80區(qū)含有CCAAT序列(CAATbox)，在-80～-110含有GCCACACCC或GGGCGGG序列(GCbox)。TATA區(qū)上游的保守序列稱為上游啟動子元件(upstreampromoterelement，UPE)或稱上游激活序列(upstreamactivatingsequence，UAS)。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第64頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

原核和真核基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游區(qū)的結(jié)構(gòu)存在很大的差別。原核基因啟動區(qū)范圍較小，TATAAT(Pribnow區(qū))的中心位于-10，上游只有TTGACA區(qū)(-35區(qū))作為RNA聚合酶的主要結(jié)合位點(diǎn)，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控;真核基因的調(diào)控區(qū)較大，TATA區(qū)位于-20～-30，而-40～-110區(qū)為上游激活區(qū)。真核基因除了含有可與原核基因啟動子相對應(yīng)的CAAT區(qū)（－70～78區(qū)）之外，大多數(shù)基因還擁有GC區(qū)和增強(qiáng)子區(qū)。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第65頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始第66頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始TATA區(qū)和其他兩個(gè)UPE區(qū)的作用有所不同。前者的主要作用是使轉(zhuǎn)錄精確地起始，如果除去TATA區(qū)或進(jìn)行堿基突變，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物下降的相對值不如CAAT區(qū)或GC區(qū)突變后明顯，但發(fā)現(xiàn)所獲得的RNA產(chǎn)物起始點(diǎn)不固定。而CAAT區(qū)或GC區(qū)是決定轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)率高低的。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第67頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始CAAT區(qū)和GC區(qū)主要控制轉(zhuǎn)錄起始頻率，基本不參與起始位點(diǎn)的確定。CAAT區(qū)對轉(zhuǎn)錄起始頻率的影響最大，該區(qū)任一堿基的改變都將極大地影響靶基因的轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度，而啟動區(qū)其他序列中一兩個(gè)堿基的置換則沒有太大的影響。在TATA區(qū)和相鄰的UPE區(qū)之間插入核苷酸也會使轉(zhuǎn)錄減弱。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第68頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

盡管這3種啟動子區(qū)序列都有著重要功能，但并不是每個(gè)基因的啟動子區(qū)都包含這3種序列。有些基因，如SV40的早期基因，缺少TATA和CAAT區(qū)，只有6個(gè)串聯(lián)在上游-40～-110位點(diǎn)的GC區(qū);有些基因，如組蛋白H2B，不含GC區(qū)，但有兩個(gè)CAAT區(qū)，一個(gè)TATA區(qū)。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第69頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始

真核細(xì)胞中存在著大量特異性或組成型表達(dá)的、能夠與不同基因啟動子區(qū)UPE相結(jié)合的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。基因轉(zhuǎn)錄實(shí)際上是RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和啟動子區(qū)各種調(diào)控元件相互作用的結(jié)果。六、真核生物啟動子對轉(zhuǎn)錄的影響第70頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始七、轉(zhuǎn)錄的抑制

RNA轉(zhuǎn)錄的抑制劑根據(jù)其作用性質(zhì)分為兩大類：1、DNA模板功能抑制劑，通過與DNA結(jié)合而改變模板的功能；2、RNA聚合酶的抑制物，它們通過與RNA聚合酶結(jié)合而抑制其活力。第71頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）轉(zhuǎn)錄起始1、RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合-35區(qū)，酶移向－10區(qū)，跨入轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)2、DNA雙鏈解開，20bp以下，通常是（17±1）bp第72頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第三節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始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（5-

端GTP、ATP）一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3亞基脫落，進(jìn)入延長階段（一）轉(zhuǎn)錄起始第73頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）轉(zhuǎn)錄延長1、亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，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。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1+PPi3、轉(zhuǎn)錄空泡

DNA/DNA>DNA/RNAG-C>A-T>A-U第74頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄空泡：RNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA第75頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程第76頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（三）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。依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止第77頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程1.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA第78頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止

DNA模板上靠近終止處，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。第79頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程第80頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程第81頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）轉(zhuǎn)錄起始

真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，RNA-pol不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。第82頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程第83頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.轉(zhuǎn)錄因子

能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子

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(TF)第84頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程第85頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。第86頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程第87頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程4.拼板理論(piecingtheory)

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性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。第88頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）轉(zhuǎn)錄延長

真核生物轉(zhuǎn)錄延長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)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。第89頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（三）轉(zhuǎn)錄終止---和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)第90頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

mRNA在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)占總RNA的2%左右(tRNA占16%，而rRNA則占80%以上)?？茖W(xué)家很早就猜想生物細(xì)胞內(nèi)存在能將遺傳信息從DNA上轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)分子上的信使(或稱模板)，但由于mRNA在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的半衰期很短，直到20世紀(jì)70年代初才首次將這一重要物質(zhì)從細(xì)胞中分離出來。

現(xiàn)已清楚，許多基因的mRNA在體內(nèi)還是相當(dāng)穩(wěn)定的，半衰期從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等。目前，人們己能從幾乎所有生物體內(nèi)分離純化編碼任何蛋白質(zhì)的mRNA。第91頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

mRNA在所有細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行著相同的功能，即通過密碼三聯(lián)子翻譯生成蛋白質(zhì)，但其生物合成的具體過程和成熟mRNA的結(jié)構(gòu)在原核和真核細(xì)胞內(nèi)是不同的。真核細(xì)胞mRNA最大特點(diǎn)在于它往往以一個(gè)較大相對分子質(zhì)量的前體RNA出現(xiàn)在核內(nèi)，只有成熟的、相對分子質(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)。第92頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

原核生物中，mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯不僅發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞空間里，而且這兩個(gè)過程幾乎是同步進(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)。一個(gè)原核細(xì)胞的mRNA(包括病毒)有時(shí)可以編碼幾個(gè)多肽，而一個(gè)真核細(xì)胞的mRNA最多只能編碼一個(gè)多肽。原核生物常以AUG作為起始密碼子，有時(shí)GUG或UUG也作為起始密碼子；真核生物幾乎永遠(yuǎn)以AUG作為起始密碼子。第93頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較一、原核生物mRNA的特征1·原核生物mRNA的半衰期短：細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯是緊密相聯(lián)的，基因轉(zhuǎn)錄一旦開始，核糖體就結(jié)合到新生mRNA鏈的5’端，啟動蛋白質(zhì)合成，而此時(shí)該mRNA的3’端還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有轉(zhuǎn)錄完全。在電子顯微鏡下，我們可以看到一連串核糖體緊緊跟在RNA聚合酶后面。第94頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

絕大多數(shù)細(xì)菌mRNA的半衰期很短，mRNA的降解緊隨著蛋白質(zhì)翻譯過程發(fā)生。轉(zhuǎn)錄開始1min后，降解就開始了，當(dāng)一個(gè)mRNA的5'端開始降解時(shí)，其3'端部分仍在合成或被翻譯。mRNA降解的速度大概是轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的一半。一、原核生物mRNA的特征第95頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

因?yàn)榛蜣D(zhuǎn)錄和多鏈肽延伸的速度基本相同，所以細(xì)胞內(nèi)某一基因產(chǎn)物(蛋白質(zhì))的多少決定于轉(zhuǎn)錄和翻譯的起始效率，以大腸桿菌色氨酸合成酶基因?yàn)槔?，平均每分鐘約有15次轉(zhuǎn)錄起始，這些mRNA鏈從生成到降解平均被翻譯10次，所以，穩(wěn)定狀態(tài)下細(xì)胞中每分鐘生成150個(gè)多肽。我們所討論的mRNA的半衰期只是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的平均值。

一、原核生物mRNA的特征第96頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較2、許多原核生物mRNA以多順反子的形式存在：細(xì)菌mRNA可以同時(shí)編碼不同的蛋白質(zhì)。編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA為多順反子mRNA。多順反子mRNA是一組相鄰基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。這一組基因被稱為一個(gè)操縱子。單順反子mRNA為只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA。一、原核生物mRNA的特征第97頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較所有mRNA都被分成3部分:編碼區(qū)、位于AUG之前的5’端上游非編碼區(qū)以及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)始于起始密碼子AUG，經(jīng)一連串編碼氨基酸的密碼子直至終止密碼子。對于多順反子mRNA中的第一個(gè)順反子來說，一旦mRNA的5’端被合成，翻譯起始位點(diǎn)即可與核糖體相結(jié)合，而后面幾個(gè)順反子翻譯的起始就會受其上游順反子結(jié)構(gòu)的調(diào)控。一、原核生物mRNA的特征第98頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較一種情況是，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)合后才可能開始。另一種情況是前一個(gè)多肽翻譯完成以后，核糖體大、小亞基分離，小亞基不離開mRNA模板，而是迅速與游離的大亞基結(jié)合，啟動第二個(gè)多肽的合成。一、原核生物mRNA的特征第99頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較第100頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

在噬菌體RNA中，一個(gè)順反子的翻譯有時(shí)完全取決于它前面順反子的翻譯，因?yàn)槭删wRNA往往形成復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)，只有第一個(gè)翻譯起始位點(diǎn)是暴露的，在這個(gè)順反子翻譯產(chǎn)生多肽的過程中，核糖體的運(yùn)動破壞了后續(xù)順反子的二級結(jié)構(gòu)，才使起始位點(diǎn)較容易與核糖體相結(jié)合形成起復(fù)合物。

一、原核生物mRNA的特征第101頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較一、原核生物mRNA的特征第102頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較3、原核生物mRNA的5’無帽子結(jié)構(gòu)，3’端無或者只有較短的poly(A)結(jié)構(gòu)

一、原核生物mRNA的特征第103頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較二、真核生物mRNA的特征

凡是編碼功能蛋白的真核基因都通過RNA聚合酶Ⅱ進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。真核基因幾乎都是單順反子，只包含一個(gè)蛋白質(zhì)的信息，其長度在幾百到幾千個(gè)核苷酸之間。一個(gè)完整的基因，不但包括編碼區(qū)(codingregion)，還包括不編碼氨基酸的5’和3’端的特異性序列。第104頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較"基因"的分子生物學(xué)定義是:產(chǎn)生一條多肽鏈的功能RNA所必需的全部DNA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poly"(A)結(jié)構(gòu)。二、真核生物mRNA的特征第105頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較1、真核生物mRNA的5’端存在"帽子"

真核生物的mRNA(不包括葉綠體和線粒體)5’端都是經(jīng)過修飾的，基因轉(zhuǎn)錄一般從A起始，第一個(gè)核苷酸保留了5’端的三磷酸基團(tuán)并能通過其3'-OH位與下一個(gè)核苷酸的5’磷酸基團(tuán)形成二酯鍵，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的起始序列為pppApNpNp……二、真核生物mRNA的特征第106頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

然而，如果在體外用核酸酶處理成熟mRNA;其5’端并不產(chǎn)生預(yù)期的核苷三磷酸，而產(chǎn)生以5’→5’三磷酸基團(tuán)相連的二核苷酸，5’終端是一個(gè)在mRNA轉(zhuǎn)錄后加上去的甲基化鳥嘌呤。二、真核生物mRNA的特征第107頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較二、真核生物mRNA的特征第108頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較mRNA5’端加“G”的反應(yīng)是由腺苷酸轉(zhuǎn)移酶完成的，這個(gè)反應(yīng)非常迅速，很難測得5’自由三磷酸基團(tuán)的存在。據(jù)測算，在新生mRNA鏈達(dá)到50個(gè)核苷酸之前，帽子結(jié)構(gòu)就已加到mRNA的第一個(gè)核苷酸上了。即mRNA幾乎一誕生就是戴上帽子的。新加上的G與mRNA鏈上所有其他核酸苷方向正好相反，像一頂帽子倒扣在mRNA鏈上。二、真核生物mRNA的特征第109頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較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，稱為零號帽子(cap0)。第二個(gè)核苷酸(原mRNA5’第一位)的2’-OH位上加另一個(gè)甲基。有這個(gè)甲基的結(jié)構(gòu)稱為1號帽子(cap1)，真核生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。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，被稱為2號帽子（cap2），占有帽mRNA總量的10%～15%。

二、真核生物mRNA的特征第110頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

帽子結(jié)構(gòu)使mRNA免遭核酸酶的破壞。當(dāng)珠蛋白mRNA5‘端的7-CM-G被除去后，該mRNA分子的翻譯活性和穩(wěn)定性都明顯下降。

有帽子結(jié)構(gòu)的mRNA更容易被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。

mRNA5'端甲基化的帽子是翻譯所必須的。甲基化的帽子結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)合成起始信號的一部分。二、真核生物mRNA的特征第111頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較2、多數(shù)真核生物mRNA有poly(A)尾巴

除組蛋白基因外，真核生物mRNA的3’末端都有poly(A)序列，其長度因mRNA種類不同而變化，一般為40～200個(gè)。

poly(A)序列是在轉(zhuǎn)錄后加上去的，是在細(xì)胞核中的不均一核RNA階段加上的。

二、真核生物mRNA的特征第112頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較

真核基因的3’末端poly(A)起始位點(diǎn)上游15～30bp處有一段保守序列AAUAAA，這對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準(zhǔn)確切割及加poly(A)是必需的。點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)將AAUAAA的基因序列AATAAA變?yōu)锳AGAAA，發(fā)現(xiàn)mRNA的剪接加工受阻，沒有功能性mRNA產(chǎn)生。二、真核生物mRNA的特征第113頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較RNA聚合酶Ⅱ是真核細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄RNA的酶。

RNA聚合酶Ⅱ在poly(A)起始位點(diǎn)不終止而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，大部分基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物擁有poly(A)位點(diǎn)下游0·5～2kb核苷酸序列。加poly(A)時(shí)需要由內(nèi)切酶切開mRNA3’端的特定部位，然后由poly(A)合成酶催化多聚腺苷酸的反應(yīng)。

二、真核生物mRNA的特征第114頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較二、真核生物mRNA的特征第115頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較poly(A)是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式，提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。當(dāng)mRNA剛從細(xì)胞核細(xì)進(jìn)入胞質(zhì)時(shí)，其poly(A)較長，隨著mRNA在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)逗留時(shí)間延長，poly(A)逐漸變短消失，mRNA開始降解。真核生物mRNA大都具有poly(A)尾巴，這一特性已被廣泛應(yīng)用于分子克隆。常用寡聚dT片段與mRNA上的poly(A)相配對，作為反轉(zhuǎn)錄酶合成第一條cDNA鏈的引物。二、真核生物mRNA的特征第116頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第四節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較大部分真核mRNA有poly(A)尾巴，細(xì)胞中還有1/3沒有poly(A)的mRNA，帶有poly(A)的mRNA稱為poly(A)+，而把沒有poly(A)的mRNA稱為poly(A)－。約1/3的poly(A)－mRNA編碼了不同形式的組蛋白，其余2/3的poly(A)－mRNA帶有與poly(A)+組分相同的遺傳信息。二、真核生物mRNA的特征第117頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止一、終止

一般情況下，RNA聚合酶啟始基因轉(zhuǎn)錄后，它就會沿著模板5'→3'方向不停地移動，合成RNA鏈，直到碰上終止信號時(shí)才與模板DNA相脫離并釋放新生RNA鏈。終止發(fā)生時(shí)，所有參與形成RNA-DNA雜合體的氫鍵都必須被破壞，模板DNA鏈才能與有意義鏈重新組合成DNA雙鏈。第118頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止（一）、由基因序列決定的終止（不依賴于ρ因子的終止）

終止位點(diǎn)上游存在富含GC堿基的二重對稱區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA形成發(fā)卡式結(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，所以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3’端為寡聚U，這種結(jié)構(gòu)特征決定了轉(zhuǎn)錄的終止。第119頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止

在新生RNA中出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致RNA聚合酶的暫停，破壞RNA-DNA雜合鏈5‘端的正常結(jié)構(gòu)。寡聚U的存在使雜合鏈的3’端部分出現(xiàn)不穩(wěn)定的rU·dA區(qū)域。兩者共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來。（一）、由基因序列決定的終止（不依賴于ρ因子的終止）第120頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止（一）、由基因序列決定的終止（不依賴于ρ因子的終止）第121頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止

終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關(guān)，隨著發(fā)卡式結(jié)構(gòu)(至少6bp)和寡聚U序列(至少4個(gè)U)長度的增加，終止效率逐步提高。（一）、由基因序列決定的終止（不依賴于ρ因子的終止）第122頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止第123頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止第124頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止（二）、依賴于ρ因子的終止ρ因子是分子質(zhì)量為2.0xl05的六聚體蛋白，它是NTP酶，它通過催化NTP的水解促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。依賴于ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止區(qū)DNA序列無共性，ρ因子不能識別這些終止位點(diǎn)。第125頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止RNA合成起始以后，ρ因子即附著在新生的RNA鏈上，靠ATP水解產(chǎn)生的能量，沿著5’→3’方向朝RNA聚合酶移動，到達(dá)RNA的3‘-OH端后取代了暫停在終止位點(diǎn)上的RNA聚合酶，使之從模板DNA上釋放出來，同時(shí)釋放mRNA，完成轉(zhuǎn)錄過程。（二）、依賴于ρ因子的終止第126頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止（二）、依賴于ρ因子的終止第127頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止（二）、依賴于ρ因子的終止第128頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第五節(jié)終止和抗終止

由于不同的生理要求，在轉(zhuǎn)錄過程中即使遇到終止信號，仍然需要繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，于是出現(xiàn)了抗轉(zhuǎn)錄終止現(xiàn)象?？菇K止作用最早是在噬菌體感染細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的，它是細(xì)菌操縱子和噬菌體在調(diào)控回路中不同于上述兩種方式的從另一個(gè)角度對轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的調(diào)控，抗轉(zhuǎn)錄終止主要有以下兩種方式：

1、破壞終止位點(diǎn)RNA的莖-環(huán)結(jié)構(gòu)；

2、依賴于蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄抗終止。二、抗終止第129頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾一、RNA中的內(nèi)含子第130頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾一、RNA中的內(nèi)含子第131頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾一、RNA中的內(nèi)含子第132頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五一、RNA中的內(nèi)含子第133頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖第134頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾二、RNA的剪接1、RNA的剪接：從mRNA前體分子中切除被稱為內(nèi)含子(intron)的非編碼區(qū)，并使基因中被稱為外顯子(exon)的編碼區(qū)拼接形成成熟mRNA的過程。第135頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五內(nèi)含子的剪接2、RNA的剪接的種類1）組成型剪接第136頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五2、RNA的剪接的種類2）選擇型剪接內(nèi)含子的剪接第137頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五選擇型剪接實(shí)例（抗體基因選擇剪接）與膜結(jié)合型細(xì)胞外分泌性第138頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五選擇型剪接小鼠免疫球蛋白μ重鏈基因的選擇性剪接模式第139頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五選擇型剪接果蠅性別決定中選擇型剪接的級聯(lián)反應(yīng)第140頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五基本剪接許多相對分子質(zhì)量較小(106～185bp)的核內(nèi)RNA(如Ul，U2，U4，U5和U6)以及與這些RNA相結(jié)合的核蛋白(被稱為snRNPsribonucleoproteinparticle)參與RNA的剪接。第141頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五剪接復(fù)合體成分與初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的結(jié)合第142頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五基本剪接過程示意圖第143頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾

I、Ⅱ類內(nèi)含子的剪接：帶有這些內(nèi)含子的RNA本身具有催化活性，能進(jìn)行內(nèi)含子的自我剪接。在I類內(nèi)含子切除體系中，鳥苷或鳥苷酸的3'-OH作為親核基團(tuán)攻擊內(nèi)含子5'端的磷酸二酯鍵，從上游切開RNA鏈。再由上游外顯子的自由3'-OH作為親核基團(tuán)攻擊內(nèi)含子3’位核苷酸上的磷酸二酯鍵，使內(nèi)含子被完全切開，上下游兩個(gè)外顯子通過新的磷酸二酯鍵相連。二、mRNA的剪接第144頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾第145頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五I類內(nèi)含子的自我剪接二、mRNA的剪接第146頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾

在Ⅱ類內(nèi)含子切除體系中，內(nèi)含子本身的某個(gè)腺苷酸2'-OH作為親核基團(tuán)攻擊內(nèi)含子5'端的磷酸二酯鍵，從上游切開RNA鏈后形成套索狀結(jié)構(gòu)。再由上游外顯子的自由3'-OH作為親核基團(tuán)攻擊內(nèi)含子3'位苷上的磷酸二酯鍵，使內(nèi)含子被完全切開，上下游兩個(gè)外顯子通過新的磷酸二酯鍵相連。二、mRNA的剪接第147頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第148頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五Ⅱ類內(nèi)含子的自我剪接第149頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾三、RNA的編輯、再編碼及化學(xué)修飾

根據(jù)中心法則，DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間存在著直接的線性關(guān)系，即連續(xù)的序列DNA被真實(shí)地轉(zhuǎn)錄成mRNA序列，然后翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)分子。斷裂基因的發(fā)現(xiàn)和RNA的剪接雖然使得基因表達(dá)過程增加了一個(gè)步驟，但DNA的實(shí)際編碼序列沒有發(fā)生變化。第150頁，共170頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)3分，星期五第六節(jié)內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾RNA的編輯(RNAediting)：某些RNA，特別是mRNA的一種加工方式，如插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，導(dǎo)致DNA所編碼的遺傳信息的改變，因?yàn)榻?jīng)過編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模板DNA的變化。（一）、RNA的編輯第151頁，共