第三章生物信息的傳遞(上)轉(zhuǎn)錄河南工業(yè)大學(xué)

●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄(transcription)：現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: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'現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對(duì)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。現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四模板鏈并非永遠(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)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因：現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）一段從啟動(dòng)子開(kāi)始至終止子結(jié)束的DNA序列?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件（一）RNA聚合酶●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對(duì)分子量亞基數(shù)組分功能αrpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動(dòng)子識(shí)別βrpoB1510001核心酶β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多種σ因子，用于識(shí)別不同的啟動(dòng)子現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對(duì)活性對(duì)α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA約10%存在物種特異性真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶特征比較現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8×105dol小，1.09×105dol引物無(wú)有產(chǎn)物較短，游離較長(zhǎng)，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(wú)5’3’，3’5’校對(duì)合成能力無(wú)有修復(fù)能力無(wú)有現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四（二）啟動(dòng)子(promoter)啟動(dòng)子定義：指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開(kāi)）現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)Probnow盒子啟動(dòng)子35

10

+1轉(zhuǎn)錄區(qū)5’3’RNA轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)與新生RNA鏈第一個(gè)核甘酸相對(duì)應(yīng)DNA鏈上的堿基?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識(shí)別的啟動(dòng)子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四典型啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●真核生物啟動(dòng)子真核有三種不同的啟動(dòng)子和有關(guān)的元件啟動(dòng)子Ⅱ最為復(fù)雜，它和原核的啟動(dòng)子有很多不同現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四真核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)核心啟動(dòng)子（corepromoter）上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelement，UPE）現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四1、核心啟動(dòng)子●定義：指保證RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、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現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四2、上游啟動(dòng)子元件●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等●作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70--80bpGGGCGG：-80--110bp現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四SV40早期啟動(dòng)子組蛋白H2B

TATACAATGC現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四（三）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物●原核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復(fù)合體TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始●真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四三、轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程1、起始位點(diǎn)的識(shí)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(guò)程?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四2、轉(zhuǎn)錄起始RNA鏈上第一個(gè)核甘酸鍵的產(chǎn)生現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四3、RNA鏈的延伸●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；●在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四核心酶

····DNA

····RNA現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四4、轉(zhuǎn)錄終止終止子（terminator，t）

●強(qiáng)終止子－內(nèi)部終止子

●弱終止子－需要ρ因子（rhofactor）又稱為ρ依賴性終止子（Rho-dependentterminator）不依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四不依賴因子的終止終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重對(duì)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現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來(lái)?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚U的長(zhǎng)短有關(guān)，長(zhǎng)度效率現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四依賴因子的終止因子：六聚體蛋白、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(lái)，從而終止轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四四、轉(zhuǎn)錄后加工現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的編輯現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四5’端的一個(gè)核苷酸總是7-甲基鳥(niǎo)核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的這種結(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）。1、在5’端加帽現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四m7Gppp鳥(niǎo)甘酸轉(zhuǎn)移酶現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四帽子結(jié)構(gòu)功能：①能被核糖體小亞基識(shí)別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；②m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA5’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?，F(xiàn)在是46頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★準(zhǔn)確切割★加poly（A）現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四3、RNA的剪接地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要類型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ類內(nèi)含子、Ⅱ類內(nèi)含子現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidineCAG=UAG>AAG>GAG現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四參與RNA剪接的物質(zhì)：snRNA（核內(nèi)小分子RNA）snRNP（與snRNA結(jié)合的核蛋白）現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四①現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四Ⅰ類內(nèi)含子的自我剪接現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四Ⅱ類內(nèi)含子的自我剪接現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四4、RNA的編輯編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象?，F(xiàn)在是58頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四C變?yōu)閁堿基的突變現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四尿苷酸的缺失和添加在研究錐蟲(chóng)線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時(shí)發(fā)現(xiàn)mRNA的多個(gè)編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動(dòng)物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四錐蟲(chóng)coxII基因的編輯現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四五、原核生物與真核生物mRNA的特征比較

1、原核生物mRNA的特征●半衰期短●多以多順?lè)醋拥男问酱嬖诙囗樂(lè)醋觤RNA：編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA。單順?lè)醋觤RNA：只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA?，F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過(guò)酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●5’端無(wú)“帽子”結(jié)構(gòu)，3’端沒(méi)有或只有較短的poly（A）結(jié)構(gòu)。SD序列：mRNA中用于結(jié)合原核生物核糖體的序列。現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四2、真核生物mRNA的特征●5’端存在“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?lè)醋拥男问酱嬖凇盎颉钡姆肿由飳W(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。現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動(dòng)子●轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)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現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四六、RNA合成與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5’→3’3、聚合反應(yīng)均是通過(guò)核苷酸之間形成的3’,5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長(zhǎng)。現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四不同點(diǎn)：復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對(duì)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(duì)A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物無(wú)現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四中國(guó)科學(xué)院2001年碩士研究生入學(xué)考試：名詞解釋：Transcription;Reversetranscription現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四1、下列有關(guān)TATA盒(Hognessbox)的敘述,哪個(gè)是正確的:A.它位于第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因處

B.它和RNA聚合酶結(jié)合

C.它編碼阻遏蛋白

D.它和反密碼子結(jié)合

B

現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四

2.轉(zhuǎn)錄需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有80頁(yè)\編輯于星期四3、DNA模板鏈為5’-ATTCAG-3’,其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是:A.5’-GACTTA-3’B.5’-CTGAAT-3’C.5’-UAAGUC-3’D.5’-CUGAAU-3’