基因轉(zhuǎn)錄專題知識

基因轉(zhuǎn)錄專題知識基因轉(zhuǎn)錄專題知識第1頁遺傳信息傳遞中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復制復制DNARNA生物遺傳信息以密碼形式儲存在DNA分子上。細胞分裂過程中，DNA復制把親代細胞所含遺傳信息忠實地傳遞給子細胞。子代細胞生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA經(jīng)過翻譯轉(zhuǎn)變成對應蛋白質(zhì)多肽鏈上氨基酸排列次序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣生物學功效，使后代表現(xiàn)出與親代相同遺傳特征。一些RNA病毒能以自己RNA為模板A為合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則補充。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第2頁RNARNA，即核糖核酸，由核糖核苷酸經(jīng)磷酯鍵縮合而成長鏈狀分子。一個核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和堿基組成。RNA堿基主要有4種，即A腺嘌呤、G鳥嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其中，U（尿嘧啶）取代了DNA中T。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第3頁一級結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄專題知識第4頁二級結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄專題知識第5頁信使RNA（mRNA）轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）核蛋白體RNA（rRNA）種類基因轉(zhuǎn)錄專題知識第6頁轉(zhuǎn)錄概念在RNA聚合酶催化下，以一段DNA鏈為模板合成RNA，從而將DNA所攜帶遺傳信息傳遞給RNA過程稱為轉(zhuǎn)錄（transcription）。經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成RNA有各種，主要是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA等。DNA

轉(zhuǎn)錄RNA基因轉(zhuǎn)錄專題知識第7頁基礎特點不對稱性

以雙鏈DNA中一條鏈作為模板進行轉(zhuǎn)錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA模板鏈編碼鏈5’5’3’3’5’5’基因轉(zhuǎn)錄專題知識第8頁連續(xù)性

RNA轉(zhuǎn)錄合成時，以DNA作為模板，在RNA聚合酶催化下，連續(xù)合成一段RNA鏈，各條RNA鏈之間無需再進行連接。單向性

RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能向一個方向進行聚合，所依賴模板DNA鏈方向為3'→5'，而RNA鏈合成方向為5'→3'。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第9頁有特定起始和終止位點

RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能以DNA分子中某一段作為模板，故存在特定起始位點和特定終止位點。特定起始點和特定終止點之間DNA鏈組成一個轉(zhuǎn)錄單位，通常由轉(zhuǎn)錄區(qū)和相關調(diào)整次序組成?；蜣D(zhuǎn)錄專題知識第10頁轉(zhuǎn)錄過程基因轉(zhuǎn)錄專題知識第11頁參加轉(zhuǎn)錄合成酶和蛋白因子原料：NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板：單鏈DNA

酶：RNA聚合酶（RNA-pol）其它蛋白質(zhì)因子：如轉(zhuǎn)錄因子、終止因子等基因轉(zhuǎn)錄專題知識第12頁RNA聚合酶依賴DNARNA聚合酶，該酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在條件下，不需要引物，即可從5‘→3’聚合形成RNA。

基因轉(zhuǎn)錄專題知識第13頁原核生物中RNA聚合酶全酶由五個亞基組成，即

2

'

。

亞基與轉(zhuǎn)錄起始點識別相關，在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放；余下個別（

2

'）被稱為關鍵酶，與RNA鏈聚合相關。

基因轉(zhuǎn)錄專題知識第14頁真核生物RNA聚合酶真核生物中RNA聚合酶可按其對

-鵝膏蕈堿敏感性而分為三種，它們均由10~12個大小不一樣亞基所組成，結(jié)構(gòu)非常復雜，其功效也不一樣。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第15頁轉(zhuǎn)錄因子

直接或間接參加轉(zhuǎn)錄起始復合體形成蛋白因子被稱為轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionalfactor,TF）。（抗）終止因子幫助RNA聚合酶識別終止信號蛋白質(zhì)稱為終止因子(terminationfactor)。原核生物中終止因子

蛋白是一個六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量為50kd。

蛋白能識別轉(zhuǎn)錄終止信號，并與RNA緊密結(jié)合，造成RNA釋放。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第16頁轉(zhuǎn)錄過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)抵達基因終點延長階段5

3

RNA

開啟子（promoter)

終止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

離開基因轉(zhuǎn)錄專題知識第17頁起始原核生物轉(zhuǎn)錄起始時，首先由RNA聚合酶中

因子識別轉(zhuǎn)錄起始點，并促使關鍵酶結(jié)合形成全酶復合物。位于基因上游，與RNA聚合酶識別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄相關一些DNA調(diào)控序列被稱為開啟子（promoter）?；蜣D(zhuǎn)錄專題知識第18頁開始轉(zhuǎn)錄(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物開啟子保守序列TTGACAAACTGT-35區(qū)RNA-pol識別位點(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因3

3

基因轉(zhuǎn)錄專題知識第19頁流產(chǎn)轉(zhuǎn)錄經(jīng)過開啟子（起始）快：強開啟子慢：弱開啟子RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復合物基因轉(zhuǎn)錄專題知識第20頁延長

因子從全酶上脫離，余下關鍵酶繼續(xù)沿DNA鏈移動，按照堿基互補標準，不停聚合RNA。

亞基脫落，RNA–pol聚合酶關鍵酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；在關鍵酶作用下，NTP不停聚合，RNA鏈不停延長。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第21頁終止

RNA聚合酶停滯，RNA解離

RNA轉(zhuǎn)錄合成終止機制有兩種：

1，內(nèi)在因子，非Rho因終止子：轉(zhuǎn)錄終止特殊信號（一段RNA序列）

2．依賴Rho因子轉(zhuǎn)錄終止：由終止因子（

因子）識別特異終止信號，并促使RNA釋放。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第22頁大腸桿菌兩類終止子回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（

）終止子A.依賴于Rho（

）終止子富含G-C系列U基因轉(zhuǎn)錄專題知識第23頁模板DNA鏈在靠近轉(zhuǎn)錄終止點處存在相連富含GC和AT區(qū)域，使RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成寡聚U及發(fā)夾形二級結(jié)構(gòu)，引發(fā)RNA聚合酶變構(gòu)及移動停頓，造成RNA轉(zhuǎn)錄終止。1．非依賴Rho轉(zhuǎn)錄終止：基因轉(zhuǎn)錄專題知識第24頁ATP2，依賴Rho因子轉(zhuǎn)錄終止DNA序列缺乏共性，不能形成強發(fā)卡結(jié)構(gòu)6聚體，含有NTP酶和解螺旋酶基因轉(zhuǎn)錄專題知識第25頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第26頁真核生物轉(zhuǎn)錄過程基因轉(zhuǎn)錄專題知識第27頁真核生物開啟子保守序列參加轉(zhuǎn)錄位點確定起始控制轉(zhuǎn)錄起始頻率基因轉(zhuǎn)錄專題知識第28頁在遠離受控基因處存在，能夠增強基因轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控序列稱為增強子（enhancer）。增強子特點：遠距離效應；無方向性；順勢調(diào)控；廣泛性，相位性基因轉(zhuǎn)錄專題知識第29頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第30頁真核生物轉(zhuǎn)錄起始：首先由TFⅡDTBP亞基識別并結(jié)合TATA盒，然后在其它轉(zhuǎn)錄因子配合下，與RNA聚合酶Ⅱ組裝形成轉(zhuǎn)錄起始前復合物(pre-initiationcomplex,PIC)?；蜣D(zhuǎn)錄專題知識第31頁RNA聚合酶Ⅱ催化第一個磷酸二酯鍵形成。RNA聚合酶Ⅱ羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）被磷酸化修飾，大個別轉(zhuǎn)錄因子脫離，聚合酶向下游移動延伸RNA鏈。基因轉(zhuǎn)錄專題知識第32頁真核生物轉(zhuǎn)錄延長：與原核生物類似，但因為存在核小體高級結(jié)構(gòu)，故在轉(zhuǎn)錄延長過程中可觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象?；蜣D(zhuǎn)錄專題知識第33頁真核生物轉(zhuǎn)錄終止：在polyA修飾位點下游存在一組共同序列AATAAA和GTGTGT……，為轉(zhuǎn)錄終止識別修飾位點。在轉(zhuǎn)錄越過修飾點后，RNA鏈在修飾點處被切斷，隨即進行加帽和加尾修飾?；蜣D(zhuǎn)錄專題知識第34頁真核生物RNA轉(zhuǎn)錄終止5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止修飾點5

5

3

33加尾AAAAAAA······3mRNA基因轉(zhuǎn)錄專題知識第35頁真核生物轉(zhuǎn)錄后加工基因轉(zhuǎn)錄專題知識第36頁

1．加帽（addingcap）：即在mRNA5'-端加上m7GTP結(jié)構(gòu)。此過程發(fā)生在細胞核內(nèi)，即HnRNA即可進行加帽。加工過程首先是在磷酸酶作用下，將5'-端磷酸基水解，然后再加上鳥苷三磷酸，形成GpppN結(jié)構(gòu)，再對G進行甲基化。

基因轉(zhuǎn)錄專題知識第37頁GAAGuanine-7-methyl-transferase2`-O-methyl-transferaseCap010~15%100%基因轉(zhuǎn)錄專題知識第38頁

2．加尾（addingtail）：這一過程也是細胞核內(nèi)完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些過剩核苷酸，然后再加入polyA。polyA結(jié)構(gòu)與mRNA半壽期相關。

基因轉(zhuǎn)錄專題知識第39頁The3`endsofmRNAsaregeneratedbycleavageandpolyadenylation；ThesequenceAAUAAAisnecessaryforcleavagetogeneratea3`endforpoly-adenylation.基因轉(zhuǎn)錄專題知識第40頁CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)相互間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因3、RNA剪接（RNAsplicing）基因轉(zhuǎn)錄專題知識第41頁tRNArRNAⅠ型內(nèi)含子（mRNA,rRNA）特點:依賴于特定序列（GU…AG,AU…AC）;SnSNP形成剪接體；轉(zhuǎn)酯反應Ⅱ型內(nèi)含子（核酶）（mRNA,rRNA）（自我剪接）特點：依賴于特定序列(U…U、U…G等)；特殊結(jié)構(gòu)，本身催化；轉(zhuǎn)酯反應基因轉(zhuǎn)錄專題知識第42頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第43頁tRNA轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾個加工方式：切斷剪接3’-末端-CCA序列添加化學修飾基因轉(zhuǎn)錄專題知識第44頁tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNAtRNA前體轉(zhuǎn)錄合成基因轉(zhuǎn)錄專題知識第45頁tRNA前體切斷和剪接加工基因轉(zhuǎn)錄專題知識第46頁tRNA3'-末端-CCA序列添加基因轉(zhuǎn)錄專題知識第47頁tRNA堿基修飾（2）還原反應如：UDHU

（3）核苷內(nèi)轉(zhuǎn)位反應如：Uψ（4）脫氨反應如：A

I

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）基因轉(zhuǎn)錄專題知識第48頁rRNA轉(zhuǎn)錄后加工

在高等真核生物中，前體以沉降速率來命名，命名為45SRNA，真核生物中前體包含了18SrRNA、5.8SrRNA和28SrRNA序列基因轉(zhuǎn)錄專題知識第49頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第50頁rRNA前體轉(zhuǎn)錄和剪接加工基因轉(zhuǎn)錄專題知識第51頁核內(nèi)帶有外顯子和內(nèi)含子編碼序列初級RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物稱為雜化核RNA（hetero-nuclearRNA,hnRNA）hnRNA經(jīng)剪接加工除去內(nèi)含子編碼序列并將外顯子編碼序列連接起來才能形成成熟mRNAⅠ型內(nèi)含子：hnRNA和snRNA：基因轉(zhuǎn)錄專題知識第52頁snRNA為核內(nèi)小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分類和命名，如U1、U2等snRNA與核內(nèi)蛋白質(zhì)組裝形成小核蛋白體（snRNP），參加hnRNA剪接加工基因轉(zhuǎn)錄專題知識第53頁A/CAGGUPuAGU

A

Pyrich

AGG5'5'剪接位點分支點3'剪接位點內(nèi)含子外顯子外顯子3'基因轉(zhuǎn)錄專題知識第54頁U1U1U2U4/6U5U1U2U4/6U5U1U2OHOHUACUAACGUAGOHUACUAACUGAG剪接體基因轉(zhuǎn)錄專題知識第55頁GUAGAUGAGAGUAGA套索結(jié)構(gòu)套索形成及剪接1212基因轉(zhuǎn)錄專題知識第56頁Ⅱ型內(nèi)含子線粒體與葉綠體rRNA中1981年T.Cech和S.Atman

四膜蟲rRNA核酶（ribozyme）：是指一類含有催化功效RNA分子，經(jīng)過催化靶位點RNA鏈中磷酸二酯鍵斷裂，特異性地剪切底物RNA分子，從而阻斷基因表示基因轉(zhuǎn)錄專題知識第57頁錘頭型核酶二級結(jié)構(gòu)和空間立體結(jié)構(gòu)示意圖基因轉(zhuǎn)錄專題知識第58頁UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應第二次轉(zhuǎn)酯反應G-OHUpUpGpA剪接機制基因轉(zhuǎn)錄專題知識第59頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第60頁核酶與傳統(tǒng)酶區(qū)分：普通酶是純蛋白質(zhì)，而核酶是RNA或帶蛋白RNA有核酶既是催化劑又是底物。而酶僅催化反應基因轉(zhuǎn)錄專題知識第61頁核酶發(fā)覺重大意義：突破了酶概念揭示了內(nèi)含子自我剪接奧秘，促進了RNA研究為生命起源和分子進化提供了新依據(jù)基因轉(zhuǎn)錄專題知識第62頁可變剪接（Alternativesplicing）可變剪接是指從一個特定基因轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)過利用不一樣5’、3’剪接位點產(chǎn)生出不一樣成熟mRNA過程。主要有四種方式：（1）利用不一樣開啟子（2）利用不一樣Poly（A）位點（3）保留一些內(nèi)含子（4）保留或去除一些外顯子基因轉(zhuǎn)錄專題知識第63頁基因轉(zhuǎn)錄專題知識第64頁4.RNA編輯、再編碼和修飾RNA編輯(RNAediting)RNA一個加工方式，它造成了RNA所編碼遺傳信息改變（如單堿基突變），尤其是mRNA編輯，是在mRNA水平上信息發(fā)生改變（堿基取代、插入或缺失）過程基因轉(zhuǎn)錄專題知識第65頁DNA序列GAGAAmRNA序列GAU*U*GU*AU*A蛋白質(zhì)序列AspCysIle單堿基突變尿苷酸缺失和添加基因轉(zhuǎn)錄專題知識第66頁①堿基取代哺乳動物載脂蛋白BmRNA編輯：載脂蛋白BmRNA含29個外顯子，有4563個code，第2153號code是CAA，在肝中mRNA編碼