《分子生物学2》PPT课件.ppt

本章主要内容： 3.1 RNA的结构、分类和功能 3.2 RNA转录的基本过程 3.3 转录机器的主要成分RNA聚合酶 3.4 启动子与转录起始 3.5 原核生物与真核生物转录产物比较 3.6 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 3.7 真核生物RNA的转录后加工 3.8 RNA的编辑、再编码和化学修饰 本节主要内容 3.8.1 RNA的编辑 3.8.2 RNA的再编码 3.8.3 RNA的化学修饰 3.8.4 核酶 3.8.5 RNA在生物进化中的地位 RNA的编辑(RNA editing)是某些RNA， 特别是mRNA的一种加工方式。 它导致了DNA所编码的遗传信息的改变 。 3.8.1 RNA的编辑 P99/108 RNA的编辑(RNA editing) RNA的编辑（editing）是指转录后的RNA在编码 区发生碱基的加入、丢失或转换等现象。 介导RNA编辑的两种机制： 位点特异性脱氨基作用； 引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除。 典型例子：哺乳动物载脂蛋白mRNA的编辑 P100/108图 RNA的位点特异性脱氨基作用和引导RNA 指导的尿嘧啶插入或删除是（ ）的 两种机制。 RNA编辑 哺乳动物载脂蛋白基因转录产物的编辑 肝中剪接的mRNA编码 含4563 aa的蛋白质 肠mRNA有UAA密码子在 第2153位密码子终止合成 P101/109表 RNA编辑的另一种形式是尿苷酸的 缺失和添加。 研究发现，利什曼原虫属细胞色素b mRNA 中含有许多独立于核基因的尿嘧啶残基，而 特异性插入这些残基的信息来自指导RNA（ guide RNA）。 指导RNA（guide gRNA） 1990年, L.Simpsom等在研究锥虫线粒体 mRNA时发现了一类新的小分子RNA: 可以和mRNA分子被编辑的部分发生非常 规的互补，G-U配对， 对mRNA前体分子的编辑起了指导作用， 故称其为指导RNA（guide gRNA）。 Having three regions: anchor directing the gRNAs to the region of mRNAs it will edit. editing region determining where the Us will be inserted poly-U stretch gRNAs P106/113-12、17 什么是RNA编辑?其生物学意义是什么? RNA编辑的生物学意义 (1) 校正作用。 有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通 过RNA的编辑得以恢复。 (2) 调控翻译。 通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密 码子，是基因表达调控的一种方式。 (3) 扩充遗传信息。能使基因产物获得新的结构和 功能，有利于生物的进化。 参见P101/109 3.8.2 RNA的再编码（RNA recoding） 研究发现，mRNA在某些情况下不是以固 定的方式被翻译，而可以改变原来的编码 信息，以不同的方式进行翻译，科学上把 RNA编码和读码方式的改变称为RNA的再 编码。 P101/110最后一段 RNA的再编码（RNA recoding ） 核糖体程序性+1/-1移位 核糖体跳跃 终止子通读：通过终止子通读产生第二十 一种氨基酸硒代半胱氨酸和第二十二种氨 基酸吡咯赖氨酸。 P102/110 RNA的再编码可以从一个mRNA产生两种 或多种相互关联但又不同的蛋白质，这也 可能是蛋白质合成的一种调节机制。 3.8.3 RNA的化学修饰 除了RNA的编辑之外，有些RNA，特别是前体rRNA 和tRNA，还可能有特异性化学修饰。 研究证实，仅人细胞内rRNA分子上就存在106种甲基 化和95种假尿嘧啶产物，虽然尚未发现特征性保守序 列，但有实验证据表明，RNA的化学修饰可能具有位 点特异性。 最常见的6大类化学修饰途径及其产物（ P103/111图） 有实验表明，分子量只有70-100个核 苷酸的核仁RNA（snoRNAs）参与 RNA的化学修饰，因为这些RNA能通 过碱基配对的方式，把rRNA分子上 需要修饰的位点找出来。 现在一般认为， snoRNA上的D盒是甲 基化酶的识别位点。 3.8.4 核 酶（ribozyme） 核酶是指一类具有催化功能的RNA分子，通 过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂， 特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因 的表达。 ribozyme是核糖核酸和酶两个词的缩合词。 P106/113-13、18: 核酶有哪些结构特点？根据其催化功能 的不同可分为哪两大类？生物学意义是 什么? 核酶的锤头结构 该酶包括三个茎环区，其间有一个11-13个保守核苷酸 构成的催化中心。 N代表该位置上可以为任意碱基， 箭头代表切割部位， H代表除了G以外的核苷酸。 在类病毒中，茎III的顶部并没有被环连接起来。 锤头进行自我切割 类病毒和拟病毒形成 一种锤头状二级结构 ，具有催化活性。 当酶链被引入细胞时 ，它可与底物链配对 ，并将其切割。 不同的核酶具有不同的催化功能，可以分 为剪切型核酶和剪接型核酶两大类。 P104/112 核酶的生物学意义 核酶的发现使我们对RNA的重要功能又有了 新的认识。 核酶是继逆转录现象之后对中心法则的又一个 重要修正，说明RNA既是遗传物质又是酶。 核酶的发现为生命起源的研究提供了新思路， 也许曾经存在以RNA为基础的原始生命。照 这么说，蛋白质世界也可能（仅仅是可能）起 源于RNA世界！ 3.8.5 RNA在生物进化中的地位 RNA具有极大的拷贝数，变异率高，能够产生各 种不同蛋白质而迅速积累信息。RNA比相应DNA 序列含有更多的遗传信息，可通过剪接、改变和 校正可译框架等方式表达出多种蛋白异构体，还 可能通过反转录产生与RNA信息相一致的DNA分 子，直接影响后代的基因型 RNA还是获得性遗传的分子基础。 参见P105/112 思考题 1.什么是编码链？什么是模板链？ 2.简述RNA的种类及其生物学作用。 3.RNA的结构有哪些特点？ 4.简述RNA转录的概念及其基本过程。 5.请比较复制与转录的异同点。 6.大肠杆菌的RNA聚合酶由哪些组成成分？各个亚基的 作用如何？ 7.什么是闭合复合物、开放复合物以及三元复合物？ 8.简述因子的作用。 9.什么是Pribnow box？它的保守序列是什么？ 10.什么是上升突变？什么是下降突变？ 11.简述原核生物和真核生物mRNA的区别。 12.真核与原核生物基因转录有哪些差异？ 13.大肠杆菌的终止子有哪两大类？请分别介绍一下它们 的结构特点。 14.真核生物的初级转录产物必须经过哪些加工才能成为 成熟mRNA，以用做蛋白质合成的模板。 15.简述I、II类自剪接内含子的剪接特点。 16.什么是套索状结构？哪些类型RNA的剪接中会形成该 结构？ 17.什么是RNA编辑？其生物学意义是什么？ 18.核酶具有哪些结构特点？根据其催化功能的不同可分 为哪两大类？其生物学意义是什么？ 1、下列哪一种反应不属于转录后修饰？ A. 腺苷酸聚合 B. exon剪除 C. 5端加帽子 D. 内含子剪除 E. 甲基化 2.关于启动子的描述,哪一项是正确的? A. mRNA开始被翻译的那段DNA序列 B. 开始转录生成mRNA的那段DNA顺序 C. RNA聚合酶最初与DNA结合的那段DNA顺序 D. 开始生成的mRNA顺序 E. 调节基因结合的部位 2.关于启动子的描述,哪一项是正确的? C. RNA聚合酶最初与DNA结合的那段 DNA顺序 转录开始时，RNA聚合酶结合于DNA模 板的特定部位，此部位称启动子区。启 动子（promoter）是DNA上的特殊的序 列 3. mRNA的转录后加工不包括: A. 5端加入7-甲基鸟苷三磷酸 B. 3端加poly A C. 切除内含子,连接外显子 D. 碱基修饰 E. 加CCA尾 3. mRNA的转录后加工不包括: E. 加CCA尾 tRNA 3-末端的CCA顺序是转录后加上去的 。mRNA的3末端是多聚A，而不包括加 CCA尾。 4.原核细胞RNA聚合酶由以下亚基组成: A. B. C. D. E. 4.原核细胞RNA聚合酶由以下亚基组成: B. 这五种亚基构成全酶 核心酶的组成为（2） 5原核RNA聚合酶亚基 A.是核心酶的一部分 B.与抗生素利福平相结合 C.被-鹅膏蕈碱所抑制 D.大多存在于转录的开始 E.特异性识别启动子位点 5原核RNA聚合酶亚基 E.特异性识别启动子位点 RNA转录起始时，因子参与识别DNA模板 上特异的启动子，它与核心酶一起结合到 DNA模板的起始位置上。以NTP为原料， 全酶催化合成RNA合成。当RNA链延长到 大约10核苷酸时，因子从全酶上脱离，参 与另外一次循环。 6.下列有关真核生物初级转录物的论述是正 确的，但除外 A.通常比有功能的RNA长 B.许多核苷酸序列不存在于有功能的RNA中 C.全部不含有修饰的碱基 D.可能含有一个以上的RNA信息 E.含有TATA盒子 6.下列有关真核生物初级转录物的论述是正 确的，但除外 E.含有TATA盒子 此盒子是位于DNA上启动子区的特殊序列， 它不是RNA初级转录物的组分。 7.RNA聚合酶I的功能是： A.转录tRNA和5SrRNA B.转录蛋白质基因和部分snRNA基因 C.只转录rRNA基因 D.转录多种基因 7.RNA聚合酶I的功能是： A.转录tRNA和5SrRNA B.转录蛋白质基因和部分snRNA基因 C.只转录rRNA基因 D.转录多种基因 8.判断：rRNA都是由RNA聚合酶I转录产生 的。 错 RNA聚合酶III定位于核质，催化转 录产生tRNA和5SrRNA 9.有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是 ： A .转录过程RNA聚合酶需要引物 B. 转录时只有一股DNA作为合成RNA的模板 C .RNA链的生长方向是5 3 D. 所有真核生物RNA聚合酶都不能特异性地 识别promoter 9.有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是 ： A .转录过程RNA聚合酶需要引物 B. 转录时只有一股DNA作为合成RNA的模板 C .RNA链的生长方向是5 3 D. 所有真核生物RNA聚合酶都不能特异性地 识别promoter 9.有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是 ： 本题考点：RNA合成的基本特征 RNA合成的前体是四种核苷三磷酸NTP。 RNA链的延伸方向是5 3，核苷三磷酸加到 新生链的3端，同时去除一分子焦磷酸而 生成磷酸二酯链。 9.有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是 ： 本题考点：RNA合成的基本特征 转录必须以一条DNA为模板，按照碱基互补 配对原则进行。在转录区内一般只有一条 DNA链被转录。 RNA聚合酶能起始一条新链的合成，起始核 苷酸一般是嘌呤核苷三磷酸。 9.有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是： 本题考点：RNA合成的基本特征 真核生物的RNA聚合酶自身不能识别和结合到 启动子上，而需要在启动子上由转录因子和 RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始 转录。 10.真核生物pre-mRNA splicing过程中，下列 不正确的是： A. 供体端的G碱基与分支点的A碱基形成2-5 磷酸二酯键 B. U1snRNA与Intron5序列形成碱基配对 C. 剪接后Intron形成一个套索结构 D.任何情况下，所有的Intron都会被剪切掉 10.真核生物pre-mRNA splicing过程中，下列 不正确的是： A. 供体端的G碱基与分支点的A碱基形成2-5 磷酸二酯键 B. U1snRNA与Intron5序列形成碱基配对 C. 剪接后Intron形成一个套索结构 D.任何情况下，所有的Intron都会被剪切掉 10.真核生物pre-mRNA splicing过程中，下列不正确的是 ： 本题考点：mRNA转录后的剪接 真核生物转录和翻译在时间和空间上是分开的，刚转录出 来的mRNA是分子很大的前体，即核不均一RNA。 hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的 mRNA，其余部分将在转录后的加工过程被降解掉。真 核生物mRNA前体在剪接过程中，可以形成套索样的结 构，内含子以套索的形式被剪接下来。在mRNA前体的 剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪 接，内含子也可以不被切除而保留，这称为选择性剪接 。一般情况下，U1snRNA以碱基互补的方式识别 mRNA前体5剪接点。 11.以下有关大肠杆菌转录的叙述，正确的是： A. -35区和-10区序列间的间隔序列是保守的 B. -35区和-10区序列的距离对于转录效率非常重 要 C. 转录起始位点后的序列对于转录效率不重要 D. -10区序列通常正好位于转录起始位点上游 10bp处 11.以下有关大肠杆菌转录的叙述，正确的是： A. -35区和-10区序列间的间隔序列是保守的 B. -35区和-10区序列的距离对于转录效率非常重 要 C. 转录起始位点后的序列对于转录效率不重要 D. -10区序列通常正好位于转录起始位点上游 10bp处 11.以下有关大肠杆菌转录的叙述，正确的是 ： 本题考点：原核生物的转录特点 Pribnow区的中央大约位于起始位点上游 10bp处，所以称为-10区；绝大部分大肠杆 菌启动子都存在这两段序列，因此认为这 两个区域是保守的；在原核生物中，-10区 和-35区之间的距离大约是1619bp，小于 15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。 12.以DNA为模板，RNA聚合酶作用时，不需 要： A .NTP B. dNTP C. ATP D. Mg2+/Mn2+ 12.以DNA为模板，RNA聚合酶作用时，不需 要： B. dNTP 本题考点：RNA聚合酶作用的特点 RNA聚合酶作用以NTP作为底物，合成RNA 链；需要ATP提供能量；需要Mg2+/Mn2+进 行激活 13.关于外显子与内含子的叙述，正确的是： A. 外显子是不表达成蛋白的序列 B. 内含子在基因表达过程中不被转录 C. 内含子在基因组中没有任何功能 D. 真核生物的外显子往往被内含子隔开 13.关于外显子与内含子的叙述，正确的是： D 真核生物的外显子往往被内含子隔开 本题考点：外显子与内含子的概念 真核生物DNA中不编码的序列称为内元（intron）,也叫内 含子；编码序列称为外元（exon），也叫外显子。内含 子的存在将外显子分隔开，使真核基因成为断裂基因。 在基因表达的过程中，内含子和外显子都转录，然后再 把内含子切除成为成熟的RNA。内含子并非都是“含而 不露”，现在已经知道有些内含子可以编码蛋白，而这 些蛋白质的功能又是与内含子序列的删除或传播扩散密 切相关。 14.真核生物mRNA的poly(A)尾巴： A .是运送到细胞质之后才加工接上的 B .先切除部分3端的部分核苷酸然后加上去的 C. 可直接在初级转录产物的3-OH末端加上去 D .由模板DNA上聚poly(T)序列转录生成 14.真核生物mRNA的poly(A)尾巴： B 先切除部分3端的部分核苷酸然后加上去的 本题考点： poly(A)尾巴的特性 真核生物mRNA的poly(A)尾巴不是转录的产物，而是在转录完成后 加上去的。在加多聚A时先由内切酶切开mRNA3-末端特定部位 ，然后由多聚腺苷酸聚合酶催化，以ATP为底物，在mRNA3-末 端逐个加上腺苷酸，形成poly(A)尾巴。研究发现，真核生物 DNA序列中没有多聚T的序列，由此说明3尾巴是在转录后加上 去的。poly(A)是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式，而且 能大大提高mRNA在细胞质中的稳定性。 poly(A)聚合酶存在于 细胞核中，但细胞质中也有类似的酶，但细胞质中的酶的主要作 用是延长已有poly(A)，而不是重新合成poly(A)，因此poly(A)是 在细胞核中合成而非细胞质中合成，所有过程都是在进入细胞质 之前完成的 15.以下是有关真核生物的启动子的描述，错误的 是： A. 真核生物的启动子在-25-35区含有TATA序列 B. 在-70-80区含有CCAAT序列 C. CAAT区和GC区主要控制转录的起始，基本不 参与起始位点的确定 D.每个真核基因的启动子都含有CAAT区、GC区 和TATA区 15.以下是有关真核生物的启动子的描述，错误的 是： D.每个真核基因的启动子都含有CAAT区、GC区 和TATA区 本题考点：真核生物启动子的特点 TATA区的主要作用是使转录精确起始，如果除 去TATA区或进行碱基突变，转录产物下降的 相对值不如CAAT区或GC区突变后明显，但发 现所获得的RNA产物起始点不固定。 16.以下有关原核生物的启动子的特点，错误的是： A. 启动子区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接关 系到转录的效率 B. 绝大部分启动子都存在-10bp处的TATA区和-35bp 处的TTGACA区 C. TATA区和TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的 结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和 力 D.在原核生物中，-