生物信息的傳遞上轉(zhuǎn)錄

關于生物信息的傳遞上轉(zhuǎn)錄第1頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●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Contents第2頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄(transcription)：第3頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月參與轉(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'第4頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄的不對稱性：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)堿基互補原則指導mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈。第6頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月模板鏈并非永遠在同一條單鏈上轉(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：第8頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個概念第9頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄單位RNA鏈的轉(zhuǎn)錄，起始于DNA模板的一個特定位點，并在另一位點終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個轉(zhuǎn)錄單位。一個轉(zhuǎn)錄單位可以是一個基因（真核），也可以是多個基因（原核）。基因的轉(zhuǎn)錄是有選擇性的，細胞不同生長發(fā)育階段和細胞環(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指導的RNA聚合酶來實現(xiàn)的第10頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●

轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●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Contents第11頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關鍵酶與元件（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因子第12頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌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αrpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別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，用于識別不同的啟動子第16頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對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胞的三種RNA聚合酶特征比較第17頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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進行外切酶活性無5’3’，3’5’校對合成能力無有修復能力無有第18頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）啟動子(promoter)啟動子定義：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。第19頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●原核生物啟動子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp第20頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點55RNA聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因33第21頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識別的信號TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）第22頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉(zhuǎn)錄起始點Probnow盒子啟動子35

10

+1轉(zhuǎn)錄區(qū)5’3’RNA轉(zhuǎn)錄起點與新生RNA鏈第一個核甘酸相對應DNA鏈上的堿基。第23頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識別的啟動子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100第24頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月典型啟動子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp第25頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月Initiation第26頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●真核生物啟動子真核有三種不同的啟動子和有關的元件啟動子Ⅱ最為復雜，它和原核的啟動子有很多不同真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)核心啟動子（corepromoter）上游啟動子元件（upstreampromoterelement，UPE）第27頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、核心啟動子●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)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游TATA區(qū)●作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精確起始TATA常在-25bp左右，相當于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50第28頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、上游啟動子元件●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第30頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月SV40早期啟動子組蛋白H2B

TATACAATGC第31頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）轉(zhuǎn)錄起始復合物●原核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物第32頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復合體TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始●真核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物第33頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●

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Contents第34頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月三、轉(zhuǎn)錄的基本過程1、起始位點的識別：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。2、轉(zhuǎn)錄起始RNA鏈上第一個核甘酸鍵的產(chǎn)生第35頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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。核心酶

····DNA

····RNA第37頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4、轉(zhuǎn)錄終止終止子（terminator，t）

●強終止子－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)錄終止第38頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月不依賴因子的終止終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，RNA的3’端為寡聚U第39頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復合物中解離出來。第40頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關，長度效率第41頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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)錄復合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。第42頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●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Contents第46頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月四、轉(zhuǎn)錄后加工第47頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的編輯第48頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月5’端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的這種結(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）。1、在5’端加帽第49頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月m7Gppp鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶第50頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月帽子結(jié)構(gòu)功能：①能被核糖體小亞基識別，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mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。第51頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★準確切割★加poly（A）第52頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。第54頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月3、RNA的剪接地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4第55頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月真核mRNA的剪輯第56頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月生物體內(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5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidine第59頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidineCAG=UAG>AAG>GAG第60頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月參與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）第61頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月①第62頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5第63頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ類內(nèi)含子的自我剪接第65頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ類內(nèi)含子的自我剪接第66頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第67頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月C變?yōu)閁堿基的突變第68頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月尿苷酸的缺失和添加1986.R.Benne在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時發(fā)現(xiàn)mRNA的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。第69頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月錐蟲coxII基因的編輯第70頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●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Contents第72頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月五、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●多以多順反子的形式存在多順反子mRNA：編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA。單順反子mRNA：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA。第73頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第74頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●5’

端無“帽子”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)合原核生物核糖體的序列。第75頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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）●以單順反子的形式存在“基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。第76頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較第77頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●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Contents第78頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月六、RNA合成與DNA合成異同點

相同點：1、都以DNA鏈作為模板2、合成的方向均為5’→3’

3、聚合反應均是通過核苷酸之間形成的3’,5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長。第79頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月不同點：復制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復制模板鏈轉(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（半保留復制）mRNA，tRNA，rRNA配對A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物無第80頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月中國科學院2001年碩士研究生入學考試：名詞解釋：Transcription;Reversetranscription第81頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、下列有關TATA盒(Hognessbox)的敘述,哪個是正確的:它位于第一個結(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

第82頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.轉(zhuǎn)錄需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD第83頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月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’

D第84頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4、DNA復制和轉(zhuǎn)錄過程有許多相同點,下列描述哪項是錯誤的?A.轉(zhuǎn)錄以DNA一條鏈為模板,而以DNA兩條鏈為模板進行復制

B.在這兩個過程中合成均為5`-3`方向

C.復制的產(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第85頁，課件共92頁，創(chuàng)