基因转录、转录后加工及逆转录.ppt

第十三章 基因的转录、转录后加工及逆转录 转 录 翻 译 复 制 基因的遗传:DNA 基因的表达: DNA RNA Protein 复制 转录 翻译 转录(transcription) 以单链DNA为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚 合酶催化下合成RNA的过程。 复 制 转 录 模 板其中一股链（模板链） 两股链 原 料dNTP NTP 聚合酶DNA依赖的DNA聚合酶DNA依赖的RNA聚合酶 产 物DNA mRNA,tRNA,rRNA 复制与转录的比较 碱基配对A-T ；G-CA-U ,T-A；G-C 相关概念 模板链（template strand） 反意义链（antisense strand） 负链（minus strand） Watson（W）链 编码链（coding strand） 有意义链（sense strand） 正链（plus strand） Crick（C）链 5 编码链 AGCTCCAGGTTCCATGGCTAACG3 3 模板链 TCGAGGTCCAAGGTACCGATTGC5 5 mRNA CUCCAGGUUCCAUGGCUA 3 mRNA与编码链序列基本一致 不对称转录（asymmetric transcription） 不同基因的模板链,并不固定在DNA双链上的某一链, 但转录方向总是5 3，因此不同基因的转录方向不同 。 编码链 模板链 模板链 编码链 5 3 3 5 基因1 转录方向 基因2 转录方向 5 5 3 3 第一节 参与转录的酶类 一、原核生物的RNA聚合酶（RNA pol） 亚 基功 能 参与全酶组装及全酶识别启动子 与原料NTP及新生RNA链结合， 与模板DNA结合 识别启动子，辨认转录起始点 核心酶全 酶 催化35磷酸二酯键 因子 亚基 转录起始因子 以分子量命名 e.g. 70 （ 分子量70kDa ） rpoH 基因 32 热激状态 启动子 hsp基因 53 Hsp（heat shock proteins） 5 53 3 54 参与氮源利用基因的转录 E 参与细菌鞭毛生成基因的转录 二、真核生物的RNA聚合酶（RNA pol） IIIIII 定位 转录产物 对抑制剂（鹅膏蕈碱） 敏感性 核仁核质核质 45SrRNAtRNA,5SrRNA,snRNAhnRNA 不敏感敏感不同物种敏感性不同 RNA Pol I 45SrRNA 5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA RNA Pol III 5SrRNA tRNA RNA Pol II hnRNA mRNA 原核生物RNA Pol RNA Pol I RNA Pol III 100KD 100KD 19KD 40KD RNA Pol II 100KD 100KD 44KD 44KD 真核生物RNA Pol 第二节 转录过程 转录起始 转录延长 转录终止 一、转录起始 1、原核生物转录起始 原核生物启动子特征：-10 bp ： Pribnow 盒 5-TATAAT-3 -35 bp：5-TTGACA-3 5-TTGACA-TATAAT-3 编码链 -35 bp-10 bp+1bp 上游下游 调控序列（启动子）结构基因 53 启动子的方向性 封闭型转录起始复合物 开放型转录起始复合物 35bp 10bp 2、真核生物转录起始 蛋白辅助因子 转录因子 TF-I RNA pol I TF-II RNA pol II TF-III RNA pol III 转录因子（transcription factor,TF）：能直接或间接与 结构基因上游的调控序列（DNA序列）或RNA pol 结合，影响转录的蛋白质因子。 1）RNA pol II催化的转录起始 真核生物启动子特征：-90 bp：GC盒 (顺式作用元件） 5-GGGCGG-3 -70 bp：CAAT盒 5-GGC(T)CAATCT-3 -30 bp：TATA盒 ( Hogness 盒) 5-TATAA(T)AAT-3 转录因子 ：TF- AJ （反式作用因子） TF-II H TATA TF-II D TF-II A TF-II B RNA pol II TF-II F TF-II E TF-II J 解开DNA双螺旋 蛋白激酶 ATPtase 真核生物RNA-pol II不直接与DNA分子结合，需依靠众多的转录因子。 各转录因子TF-II功能 TF-II D：与启动子的TATA盒结合 TF-II A：形成TF-II AD复合物，防止抑制因子结合 TF-II B：作为其他因子结合的桥梁 TF-II F：与RNA pol II结合 TF-II E：ATP酶活性，为转录起始处的局部解链提供能量。 TF-II J： TF-II H：解开DNA双链 蛋白激酶活性，使RNA pol II的C端多个丝氨酸残基磷酸化 2）RNA pol I催化的转录起始 +1bp 核心元件上游调控元件 3 上游结合因子 UBF 5 3 核心元件 上游调控元件 上游结合因子 UBF TAF TBP TATA RNA pol I 3）RNA pol III催化的转录起始 A盒B盒+1bp TF III CTF III B RNA pol III tRNA A盒B盒+1bp TF III CTF III B RNA pol III 5sRNA C盒 TF III A 二、转录延长 1、局部单链形成：RNA聚合酶向下游移动时，使DNA双链解开(1020bp) 2、向下游滑动： 因子 （原核生物 ） TF II H（真核生物） NTP中焦磷酸（、）水解（原核、真核生物） 3、解除局部张力：拓扑异构酶 转录泡：RNA聚合酶 - DNA模板 - RNA转录产物结合在一起形成的复合物 A:U A:T 三、转录终止 原核生物转录终止 1） 因子依赖的转录终止 转录终止信号RNA上一段富含C的序列 因子 六聚体，具ATP酶活性水解ATP供能 解链酶解开DNA/RNA杂合链，RNA链释放 2） 因子非依赖的转录终止 GC 丰富区 茎- 环结构改变RNA聚合酶构象，停止转录 连续 T 序列 A = U配对区，不稳定 RNA链释放 GGCGCCCGGGCGCCTTTTTTTT 53 53CCGCGGGCCCGCGGAAAAAAAA GC GC CG GC CG CG CG UUUUU3 5 四、转录抑制剂 1、作用于DNA模板的转录抑制剂 放线菌素D：插入双链DNA的dG.dC 之间 阻止RNA转录延长 (低浓度) 抑制RNA转录起始 (高浓度) 2、作用于RNA聚合酶的转录抑制剂 利福平(利福霉素)：与原核生物RNA聚合酶亚基结合 抑制RNA转录起始 治疗结核杆菌 鹅膏蕈碱：真核生物RNA聚合酶II 第三节 转录后的加工 几种主要的加工方式 1. 剪接(splicing)2. 剪切(cleavage) 3. 修饰(modification) 4. 添加(addition) 一、原核生物转录后加工（自学） 二、真核生物转录后加工 1、rRNA转录后加工: 剪切、甲基化修饰、与蛋白质结合 18S5.8S28S 18S5.8S28S 5S 小亚基 大亚基 核酶(ribozyme) 具有催化活性的RNA称为核酶，意为可切割特异性RNA序列的RNA分子。 异体催化或自身催化。 核酶二级结构槌头状茎环结构 (hammerhead structure) e.g.四膜虫 26SrRNA前体，自身剪接，去除414核苷酸片段。 同一分子上包括有催化部位和底物部位 催化部位和底物部位组成槌头结构 酶 核酶 种类 多 少 反应 广泛 局限（核酸 ） 2、tRNA转录后加工：剪切、剪接、碱基修饰 TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCC DNA RNA pol 前体tRNA RNAaseP tRNA核苷酸转移酶、连接酶 ATP ADP 碱基修饰 （2）还原反应 如：U DHU （4）脱氨反应 如：A I 如：A Am （1）甲基化 （3）核苷内的转位反应 如：U （2） （1） （1） （3） （4） 3、mRNA转录后加工 1) 5端加帽(m7GpppGpN ) 5 pppGpN 5 GpppGpN pppG ppi 鸟苷酰 转移酶 5 m7GpppGpN 甲基转移酶 SAM 5 ppGpN 磷酸酶 Pi 帽子结构 17 G 5 m7GpppGpN 5 m7GpppGmpNm 5 m7GpppGmpN 1. 保护mRNA不被核酸外切酶水解 2. 与帽结合蛋白结合，识别核糖体 意义 2) 3端加尾( polyA ) AAAAAAAAA TTTTTTTTTT 5 5 3 3 AAAAAAAAA 5 3 ? AATAAAGT TTATTT CA AAUAAAGU 5 3 5 5 3 3 剪切位点 AAUAAAAAAAAAA(A)n 5 3 polyA聚合酶 ATP PPi 剪切信号 mRNA 意义 增加mRNA稳定性 3) mRNA的剪接 断裂基因(splite gene) CABD 编码区 A、B、C、D 非编码区 真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连 续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组 成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 DNA mRNA 5 3 外显子(exon)和内含子(intron) 外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核苷酸序列 。 编码区 内含子 断裂基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核苷酸序列。 非编码区 55553533 3 3 外显子内含子外显子外显子 内含子 55553533 3 3 外显子内含子外显子外显子 内含子 5GU-UACUAAC-AG 3 5和3剪接点：GU-AG规则 分支点 剪接体 snRNP（snRNA + 蛋白质） 53 35 剪接体 鸡 卵 清 蛋 白 基 因 及 其 转 录 、 转 录 后 加 工 鸡卵清蛋白基因 hnRNA 加帽、加尾修饰 hnRNA剪接 成熟的mRNA 4）mRNA编辑(mRNA editing) 在前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸。 人类apo B基因 mRNA（14500个核苷酸） 肝脏 apo B100 （分子量为500 000） 肠道细胞 apo B48 （分子量为240 000） mRNA编辑 4536 a.a 2152 a.a CAA谷氨酰胺 UAA终止密码子 第2153 a.a RNA编辑意义：基因的编码序列经过转录后编辑加工，可以 分化成多用途的编码序列，在不增加基因组DNA遗传信息容 量的前提下，大大增加了mRNA信息容量。 人类基因组计划：预测：5至10万个基因 实际：35000个基因 印证了RNA编辑的存在 遗传信息在水平发生改变 一种结构基因产生不止一种蛋白质 第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因 一、转录与逆转录 DNARNA 转录 逆转录 二、逆转录酶与逆转录病毒 逆转录酶：RNA 依赖的DNA聚合酶 逆转录病毒： RNA病毒 逆转录酶的活性： RNA依赖的DNA聚合功能 RNA水解 DNA依赖的DNA聚合功能 RNA RNA DNA (-) DNA (-) DNA (+) DNA (-) 三、逆转录病毒的生活周期 逆转录病毒的基因组：两个完全