生物信息的传递上从DNA到RNAPPT课件.ppt

基因 蛋白质 转录 翻译 RNA 生物性状控制 1 概述 总体过程 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子 增强子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 2 一 基本概念 在细胞核内 以DNA的一条链为模板 按照碱基互补配对原则合成一条与DNA链互补的RNA单链的过程 转录 transcription 3 参与转录的物质 原料 NTP ATP UTP GTP CTP 模板 DNA酶 RNA聚合酶其他蛋白质因子 RNA合成方向 5 3 4 DNA的平面结构图 细胞核中 5 DNA解旋 以一条链为模板合成RNA 细胞核中 6 DNA与RNA的碱基互补配对 A U T A C G G C 细胞核中 7 组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来 细胞核中 8 细胞核中 9 细胞核中 10 细胞核中 11 细胞核中 12 细胞核中 13 细胞核中 14 细胞核中 15 DNA上的遗传信息就传递到mRNA上 mRNA DNA 细胞核中 16 细胞质 细胞核 核孔 DNA mRNA在细胞核中合成 17 细胞质 细胞核 mRNA通过核孔进入细胞质 18 转录的不对称性 在RNA的合成中 DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板 称为转录的不对称性 编码链与模板链 与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链 将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链 19 20 模板链并非永远在同一条单链上 DNA分子上转录出RNA的区段 称为结构基因 结构基因 21 转录单元 transcriptionunit 一段可以被RNA聚合酶转录生成一条连续的mRNA链的DNA 包括转录起始和终止信号 1 35 22 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子等 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 23 二 参与转录起始的关键酶与元件 一 RNA聚合酶 RNApolymerase 原核生物RNA聚合酶 大肠杆菌为例 全酶 核心酶 因子 使用DNA作为模板合成RNA的酶 也称DNA依赖性RNA聚合酶 24 25 大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析 26 真核生物RNA聚合酶 真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较 27 RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别 28 二 启动子 promoter 启动子定义 是一段位于结构基因5 端上游的DNA序列 能活化RNA聚合酶 使之与模板DNA准确地结合并具有转录起始的特异性 是基因表达调控的顺式作用原件之一 29 TTGACA区 35序列 与 10序列相隔16 19bp 为RNApol的识别位点 亚基识别 35序列 为转录选择模板 TATA区 10序列 位于 10bp左右 富含AT碱基 利于双链打开 易于解链 其功能是 1 RNApol紧密结合 2 形成开放起始复合物 3 使RNApol定向转录 原核生物启动子结构 30 转录起点 与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基 编码链 31 大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区 T85T83G81A61C69A52 T89A89T50A65A100 32 典型启动子的结构 35 10转录起点TTGACA16 19bpTATAAT5 9bp 33 原核生物不同基因的启动子的共同特点 1 结构典型 都含有识别 R 结合 B 和起始 I 三个位点 2 序列保守 如 35序列 10序列结构都十分保守 3 位置和距离都比较恒定 4 对RNA聚合酶的亲和力高低影响转录频率和效率 5 常和操纵子相邻 6 都在其控制基因的5 端 7 决定转录的启动和方向 操纵子 是指原核生物中由一个或多个相关基因及转录调控元件组成的基因表达单元 34 真核生物启动子 启动子 最为复杂 它和原核的启动子有很多不同 三种RNApol 三种转录方式三种启动子 三类基因 类 类 类 通用型启动子 无组织特异性 结构最复杂 位于转录起始点的上游 有多个短序列元件组成 35 真核生物启动子的结构 核心启动子 corepromoter 上游启动子元件 upstreampromoterelement UPE 36 1 核心启动子 定义 指保证RNA聚合酶 转录正常起始所必需的 最少的DNA序列 包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区 作用 选择正确的转录起始位点 保证精确起始 TATA常在 25bp左右 相当于原核的 10序列T85A97T93A85A63A83A50 37 38 2 上游启动子元件 包括CAAT盒 CCAAT 和GC盒 GGGCGG 等 作用 控制转录起始频率 CAAT 70 80bpGGGCGG 80 110bp 将TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件或称上游激活序列 UPE 39 真核启动子含有不同的组件 SV40早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B 140 120 100 80 60 40 20 1OctCAATGCTATA SV40早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B 140 120 100 80 60 40 20 1OctCAATGCTATA SV40早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B 140 120 100 80 60 40 20 1OctCAATGCTATA SV40早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B 140 120 100 80 60 40 20 1OctCAATGCTATA 40 真核生物启动子 41 与原核的启动子的区别 1 多种元件 TATA框 GC框 CAAT框 OCT等 2 不同元件的组合情况 位置 序列 距离和方向都不完全相同 3 需转录因子参与转录的全过程 转录因子先和启动子结合 再与RNA聚合酶一起形成转录起始复合物 开始转录的过程 42 能提高转录起始效率的序列被称为增强子或者强化子 增强子可位于起始点的5 或3 末端 而且一般与所调控的靶基因的距离无关 增强子 enhancer 43 增强子的特点 具有远距离效应 常在上游 200bp处 但可增强远处启动子的转录 即使相距十几Kb也能发挥其作用 无方向性 无论在靶基因的上游 下游或内部都可发挥增强转录的作用 顺式调节 只调节位于同一染色体体上的靶基因 而对其它染色体上的基因无作用 无物种和基因的特异性 可以接到异源基因上发挥作用 如将SV40的增强子接到兔 珠蛋白基因前 引入Lela细胞 此珠蛋白基因转录增强200倍 具有组织的特异性 增强子的效应需特定的蛋白质因子参与 有相位性 其作用和DNA的构象有关 有的增强子可以对外部信号产生反应 如热体克基因在高温下才表达 编码重金属蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达 某些增强子可以被固醇类激素所激活 44 三 转录起始复合物 原核生物转录起始复合物 45 真核生物转录起始复合物 真核生物有三种RNA聚合酶 分别催化不同RNA的合成 每种酶的作用均需一些蛋白辅助因子的参与 将这些因子称为转录因子 转录因子的命名冠以聚合酶的名称 如RNA聚合酶II所需的转录因子称为转录因子II transcriptionfactorII TFII TFs帮助RNA聚合酶识别启动子 TFs 转录因子 必须先与DNA形成复合物 帮助RNA聚合酶定位到转录起始的位点 RNA聚合酶和转录因子在DNA上的定位形成前起始复合物 由于转录因子的作用复合物由封闭型转换成开放型 46 47 真核生物RNA聚合酶 所形成的转录起始复合物因子分子量功能RNAPol 500K依赖模板合成RNATF A12 19 35K稳定TBP和TF B与启动子的结合稳定TF B33K结合TBP 吸引Pol 和TF F相互作用到启动子上TF D30K与各种调控因子相互作用TF E34K吸引TF H 有ATP酶及解链酶活性TF F74K大亚基具解旋酶活性 RAP74 38K小亚基RAP38和Pol 结合 并在TF B帮助下阻止RNA聚合酶与非特异性DNA序列相结合TF H具激酶活性 可磷酸化Pol 使Pol 逸出 延伸 接纳核苷酸切除修复系统TBP与启动子上的TATA区相结合TF I120K识别Inr 起始TF F D结合TF J在TF F后加入复合体 不改变DNA的结合方式TF SRNA合成延伸 48 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 49 三 转录的基本过程 起始位点的识别 转录起始 RNA链的延伸 转录终止 50 1 起始位点的识别 RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程 原核生物 因子识别模板连 核心酶合成RNA 因子的作用只是起始而已 一旦转录开始 它就脱离了起始复合物 而由核心酶负责RNA链的延伸 因此 聚合酶全酶的作用是启动子的选择和转录的起始 而核心酶的作用是链的延伸 真核生物 RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区 需要转录调控因子 辅助蛋白质 按特定顺序结合于启动子上 RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的转录起始前复合物 PIC 51 2 转录起始 不需要引物 通过启动子 2 9核苷酸短链形成启动子的强弱 通过启动子的时间 时间越短 起始频率越高 真正的起始 释放 因子 转录起始复合物通过启动子区 并生成由核心酶 DNA和新生RNA所组成的转录延伸复合物 转录起始前 启动子附近的DNA双键分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对 转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生 52 起始方式 三元复合物合成并释放2 9个核苷酸的短的RNA转录物 即所谓的流产式起始 尽快释放 亚基 转录起始复合物通过上游启动子区并生成由核心酶 DNA和新生RNA所组成的转录延伸复合物 53 3 RNA链的延伸 亚基脱落 RNA pol聚合酶核心酶变构 与模板结合松弛 沿着DNA模板前移 在核心酶作用下 NTP不断聚合 RNA链不断延长 54 4 转录终止 终止子 terminator t 强终止子 内部终止子 弱终止子 需要 因子 rhofactor 又称为 依赖性终止子 Rho dependentterminator 不依赖Rho 因子的转录终止依赖Rho 因子的转录终止 55 不依赖 因子的终止 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区 RNA形成发夹结构 在终止位点前面有一段由4 8个A组成的序列 RNA的3 端为寡聚U 56 发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来 58 终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关 长度效率 59 依赖 因子的终止 因子 六聚体蛋白 水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来 从而终止转录 60 61 RNA合成过程 起始 双链DNA局部解开 磷酸二酯键形成 终止阶段 解链区到达基因终点 延长阶段 RNA 启动子 promotor 终止子 terminator 62 作业 名词 转录编码链与模板链转录单元启动子简答题RNA转录的基本过程 大肠杆菌RNA聚合酶的组成成分及各个亚基的作用 63 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 64 四 转录后加工 65 5 端加帽3 端加尾RNA的剪接RNA的编辑 真核mRNA的加工一般要经过四步 66 5 端的一个核苷酸总是7 甲基鸟核苷三磷酸 m7Gppp mRNA5 端的这种结构称为帽子 cap 1 在5 端加帽 67 m7Gppp 鸟甘酸转移酶 68 mRNA的帽子结构常常被甲基化 第一个甲基出现在所有真核细胞的mRNA中 称为零号帽子 cap0 第二个核苷酸 原mRNA5 第一位 的2 OH位上加另一个甲基 有这个甲基的结构称为1号帽子 cap1 真核生物中以这类帽子结构为主 在某些生物细胞内 mRNA链上的第三个核苷酸的2 OH位也可能被甲基化 被称为2号帽子 cap2 占有帽mRNA总量的10 15 69 帽子结构功能 能被核糖体小亚基识别 促使mRNA和核糖体的结合 Cap 0的全部都是识别的重要信号Cap 1 2的甲基化能增进识别 m7Gppp结构能有效地封闭mRNA5 末端 以保护mRNA免受5 核酸外切酶的降解 增强mRNA的稳定 70 2 3 端加尾 多聚腺苷酸尾巴 AAUAAA 准确切割 加poly A poly A 合成酶 71 72 多聚腺苷酸尾巴功能 与mRNA从细胞核转送到细胞质有关 提高了mRNA在细胞质中的稳定性 与真核mRNA的翻译效率有关 缺失可抑制体外翻译的起始 含poly A 的mRNA失去poly A 可减弱其翻译 73 3 RNA的剪接 74 生物体内内含子的主要类型 GU AG AU AC 类内含子 类内含子 GU AG法则 Chambon法则 多数细胞核mRNA前体中内含子的5 边界序列为GU 3 边界序列为AG 因此 GU表示供体衔接点的5 端 AG代表接纳衔接点的3 端 习惯上把这种保守序列称为GU AG法则 5 AAGUAAGU CURAY 10 40 U C 11NCAGG 3 exon Polyprimidine 75 参与RNA剪接的物质 snRNA 核内小分子RNA snRNP 与snRNA结合的蛋白质 参与剪接反应的snRNA至少有5种 U1 U2 U5和U4 U6 1 由snRNP参与剪接的内含子 76 剪接体的组装和剪接过程 U1snRNP结合于内含子的5 端 U2snRNP结合到内含子的分支点上 U5snRNP结合到内含子的3 端 U4 U6snRNP结合于U5 U1和U2结合 形成套索RNA结构 U4释放 内含子左侧切断 5 外显子作为独立片段释放 内含子的3 剪接点切断 形成套索内含子 游离出来 5 外显子和3 外显子连接形成成熟mRNA 77 2 自我剪接内含子能够自发地进行剪接 又分为 型内含子和 型内含子两个亚类 78 类内含子的自我剪接 79 类内含子的自我剪接 80 3 由蛋白酶参与剪接的内含子主要在tRNA前体中发现 81 4 RNA的编辑 编辑 editing 是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变 加入或丢失等现象 82 C变为U 碱基的突变 83 尿苷酸的缺失和添加 1986 R Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸 1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象 84 锥虫coxII基因的编辑 85 86 RNA的编辑的生物学意义 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编辑修复 调控翻译通过编辑可以构建和去除起始或终止密码子 是基因表达调控的一种方式 扩充遗传信息能是基因产物获得新的结构和功能 有利于生物进化 87 RNA的再编码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 RNA的再编码的表现方式 核糖体程序性 1 1移位核糖体跳跃终止子通读RNA的化学修饰RNA的化学修饰 88 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 89 五 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 1 原核生物mRNA的特征 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 多顺反子mRNA 编码多个蛋白质的mRNA 单顺反子mRNA 只编码一个蛋白质的mRNA 90 结构基因 Z 半乳糖苷酶Y 透过酶A 乙酰基转移酶 91 5 端无 帽子 结构 3 端没有或只有较短的poly A 结构 SD序列 mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列 位于mRNA编码区上游的一个短片段 由10个碱基组成 5 AAACAGGAGG3 称为SD顺序 与30S小亚基中的16SrRNA3 端的六碱基顺序 3 UCCUCC5 顺序互补 这意味着核糖体能选择正确的AUG密码来起始蛋白质的合成 92 2 真核生物mRNA的特征 5 端存在 帽子 结构 多数mRNA3 端具有poly A 尾巴 组蛋白除外 以单顺反子的形式存在 基因 的分子生物学定义 产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列 93 原核生物和真核生物mRNA结构的比较 94 华中科技大学2006年硕士研究生入学考试生化与分子生物学试题 比较原核生物和真核生物mRNA的特征和特性 10分 95 原核和真核生物基因转录的差别 原核生物只有一种RNA聚合酶 负责转录所有类型的基因 而真核生物有三种以上的RNA聚合酶 负责不同类型基因的转录 在细胞核内的位置也不相同 转录产物有差别 真核的初始产物很长 包括有内含子序列 加工后成熟的mRNA只占其中的一小部分 而原核生物的初始产物与编码的蛋白成线性关系 真核生物转录产物要经过加工修饰过程 原核的mRNA是多顺反子 而大多数真核mRNA是单顺反子 96 基本概念 转录起始 RNA聚合酶 启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点 Contents 97 六 RNA合成与DNA合成异同点 相同点 1 都以DNA链作为模板2 合成的方向均为5 3 3 聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3 5 磷酸二酯键 使核苷酸链延长 98 不同点 99 100 由RNA构成的酶为 核糖核酸酯酶 ribozyme 核酶发现的意义 突破了酶的概念 是一种自体催化 揭示内含子自我剪接的奥秘 促进RNA的研究 为生命的起源和分子进化提供了新的依据 核酶 101 中国科学院2001年硕士研究生入学考试 名词解释 Transcription Reversetranscription 102 1 下列有关TATA盒 Hognessbox 的叙述 哪个是正确的 A 它位于第一个结构基因处B 它和RNA聚合酶结合C 它编码阻遏蛋白D 它和反密码子结合 B 103 2 转录需要的原料是