生物信息的传递上

1、第三章 生物信息的传递（上） 从DNA到RNADNARNA蛋 白 质复 制转 录翻 译逆 转 录R N A复 制 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一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。转转录录RNADNA 转录(transcription) ：参与转录的物质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合成方向合成方向：5 3转录的不对称性： 在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条

2、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。GCAGTACATGTC5533DNACGTCATGTACAG编码链模板链GCAGUACAUGUCmRNA转录模板链并非永远在同一条单链上转录方向转录方向5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。的区段，称为结构基因。结构基因：转录单元（transcription unit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。 基本概念

3、 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二、参与转录起始的关键酶与元件（一） RNA聚合酶原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌为例）全酶=核心酶+ 因子 图 12-5 E.coli RNA 聚合酶的亚基组成 大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析亚基基因相对分子量亚基数组分功能rpoA365002核心酶核心酶组装，启动子识别rpoB1510001核心酶和共同形成RNA合成的活性中心rpoC1550001核心酶？110001核心酶？rpoD700001因子存在多种因子，用于识别不同的启动子 真核生物RNA

4、聚合酶酶位置转录产物 相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核质tRNA约10% 存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物无有产物较短，游离较长，与模板以氢键相连作用方式一条链的某一段两条链同时进行外切酶活性无5 3，3 5校对合成能力 无有修复能力无有（二） 启动子(promoter)启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 原核生物启动子结构Pribn

5、ow41-44bp TTGACA区：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号 TATA区：酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开） 编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点Probnow盒子启动子35 10 +1转录区53RNA转录起点与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp 真核生物启动子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原

6、核的启动子有很多不同真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）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T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A50502、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 - -80bp

7、GGGCGG：-80 - -110bpSV40 早期启动子组蛋白H2B TATACAATGC（三） 转录起始复合物 原核生物转录起始复合物 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始 真核生物转录起始复合物 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三、转录的基本过程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。2、转录起始RNA链上第一个核苷酸键的产生3、RNA链的延伸 亚基

8、脱落，RNApol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。核心酶核心酶 DNA RNA4、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（rho factor） 又称为依赖性终止子 （Rho-dependent terminator）不依赖Rho ()因子的转录终止依赖Rho ()因子的转录终止不依赖因子的终止 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发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中

9、解离出来。 终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度 效率 依赖因子的终止因子：六聚体蛋白、水解各种核苷三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。转录的基本过程 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四、转录后加工 5端加帽 3端加尾 RNA的剪接 RNA的编辑 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m7Gppp鸟苷酸转移酶 帽子结构功能： 能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和

10、核糖体的结合； m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5末端，以保护mRNA免受5核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。2、3端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：准确切割加poly（A）多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。3、RNA的剪接地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/4生物体内内含子的主要类型：GU-AG、AU-AC、类内含子、类内含子 5.AAGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidineCAG = UAG AAG GAG参与RNA剪接的物质： snRNA（核内小分子RNA） snRNP（与s

11、nRNA结合的核蛋白） UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5类内含子的自我剪接类内含子的自我剪接4、RNA的编辑 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。C变为U碱基的突变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。 锥虫coxII 基因的编辑 TUAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUU

12、UUUUAUAUUUAUUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTTUAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUUGAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTTUUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAUUUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图 13-44 锥虫 (T.brucei) cox基因的部分 RNA 顺序。很多 U(红色)在 DNA 中未编码，而另一些在 DNA 中编码的 T(紫色)在 mRNA 中

13、被删除了。(参考 B.Lewin:GENES ,1997，Fig31.16) 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。 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透过酶透过酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA 5 端无“帽子”结构， 3 端没有或只有较短的poly（A ）结

14、构。SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。 2、真核生物mRNA的特征 5 端存在“帽子”结构多数mRNA 3 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。原核生物和真核生物mRNA结构的比较 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53 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

15、苷酸链延长。不同点：复制转录模板两条链均复制模板链转录（不对称转录）原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNA（半保留复制）mRNA， tRNA， rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物无中国科学院2001年硕士研究生入学考试 ：名词解释：Transcription; Reverse transcription 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 2. 转录需要的原料是:A. dNTPB. dNDP C. dNMP D. N

16、TP E . NMPD3、DNA模板链为 5-ATTCAG-3 , 其转录产物是: A. 5 -GACTTA-3 B. 5 -CTGAAT-3 C. 5 -UAAGUC-3 D. 5 -CUGAAU-3 D4、 DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的? A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行复制 B. 在这两个过程中合成均为5-3方向 C. 复制的产物通常情况下大于转录的产物 D. 两过程均需RNA引物 D 5、真核生物的mRNA加工过程中,5端加上（ ），在3端加上（ ），后者由（ ）催化。如果被转录基因是不连续的，那么，（ ）一定要被切除，并通过（ ）过程将（ ）连接在一起。帽子结构、多聚腺苷酸尾巴、poly(A)聚合酶、内含子、剪接、外显子6、10位的（ ）区和35位的（ ）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。 TATA、TTGACA7、决定基因转录基础频率的 DNA 元件是 （ ） ，它是 （ ）的结合位点 启动子、RNA聚合酶 8、原核生物 RNA 聚合酶核心酶由（ ）组成，全酶由 （ ）组成。22、229、下面那一项不属于原核生物mRNA的特征（ ） A：半衰期短 B：存在多顺反子的形式 C：5端有帽子结构 D：3端没有或只有较短的多聚（A）结构 10、比较RNA