基因的转录转录后加工及逆转录

基因的转录转录后加工及逆转录第1页/共70页◆转录(transcription)：以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。◆转录的条件：模板原料酶产物配对方向引物DNA(不对称转录）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要第2页/共70页◆转录、复制的异同点复制二股链均复制dNTPA-T、G-CDNA聚合酶DNA转录基因的模扳链NTPA-T、T-A、G-CRNA聚合酶mRNA/tRNA/rRNA模板原料碱基配对聚合酶产物DNA核苷三磷酸碱基配对原则依赖DNA的聚合酶多核苷酸差异相同或相似第3页/共70页◆几个基本概念结构基因(structuregene)模板链(templatestrand)Watson(W)链、负(-)链(minusstrand)、反意义链(antisensestrand)编码链(codingstrand)Crick(C)链、正(+)链(plusstrand)、有意义链(sensestrand)不对称转录(asymmetrictranscription)第4页/共70页结构基因(structuregene)：

DNA分子中能转录出RNA的区段。第5页/共70页模板链：

反意义链（antisense，(-)链）

——

以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。

密码链：有意义链（sense，（+）链）

——不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。

第6页/共70页5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质第7页/共70页不对称转录

1.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。

2.有意义链与反意义链并非固定不变。

3.转录方向都是5’3’转录方向5’3’模板链图13-1第8页/共70页第一节参与转录的酶

RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶

（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）

以DNA为模板，催化2个游离的NTP形成3’，5’-磷酸二酯键第9页/共70页一、原核生物RNA聚合酶1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成（1）全酶(holoenzyme)

由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成（2）核心酶(coreenzyme)

α2ββ’

，参与转录的全过程（3）σ亚基亦称σ因子（σfactor)—转录辅助因子

识别启动子，不参与转录过程第10页/共70页全酶核心酶亚基α2ββ’σ功能决定哪些基因被转录结合底物，形成磷酸二酯键（催化）结合模板（开链）（核心酶参与转录全过程）识别起始点启动子（延长时脱落）第11页/共70页二、真核生物RNA聚合酶（三种）类型ⅠⅡⅢ转录产物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAtRNA,5srRNA,snRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感高度敏感不同物种敏感性不同第12页/共70页

第二节

转录过程

(起始、延长、终止)

一、转录的起始1、原核生物的起始RNA聚合酶(全酶)与DNA模板(启动子)结合结合过程：闭和的启动子复合体开放的启动子复合体

第13页/共70页DNA模板

启动子（promoter）

1、概念:

转录开始时能与RNA全酶结合的DNA顺序（双链）

2、原核生物启动子的特点:

(1)DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)

(2)-10bp处-TATAAT-(Pribnowbox)

(3)-35bp处-TTGACA-

第14页/共70页第15页/共70页σ因子RNA聚合酶中识别及结合启动子的亚基，延长时脱落，不参与转录过程，是转录辅助因子。σ因子识别位点：启动子-35区、-10区第16页/共70页原核生物有多种σ因子一般情况下起作用的是---σ70σ70有四个保守区域：第2区域、第4区域和-35区和-10区结合第17页/共70页结合过程：闭和的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA双链上迅速、随机滑动，寻找到启动子-35区，形成疏松的复合物，DNA双链未解开。开放的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）移向-10区和转录起始点在-20区DNA双链解开12-17bp时的启动子复合体。第18页/共70页σα2ββ’5’5’原核生物转录起始过程第19页/共70页2、真核生物的起始

较原核生物复杂

◆顺式作用元件

(启动子/增强子)

◆转录因子(transcriptionfactor,TF)

RNA聚合酶Ⅱ所需的转录因子

---转录因子Ⅱ（TFⅡ）

第20页/共70页◆真核生物启动子

（1）DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)（2）-25bp：TATA盒（Hognessbox）

（3）-90bp：GC盒

（4）-70bp：CAAT盒

GCCAAT-90-70第21页/共70页RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始RNA聚合酶Ⅱ催化各种前体mRNA的合成需要多种TF参与：TFⅡA-J第22页/共70页

真核生物转录起始复合物的组装启动子TATA盒+TFⅡD+D-A复合物(TFⅡD+TFⅡA)+TFⅡB+(RNA聚合酶+TFⅡF)复合物

+TFⅡE

、TFⅡJ+TFⅡH（解旋酶、蛋白激酶）DNA解旋、RNA聚合酶C-端Ser磷酸化

从起始点向下游移动第23页/共70页TBP---TATAbindingproteinTAF---TBP-associatedfactors第24页/共70页TAFsTBPTFⅡDTAFsTBPⅡAⅡBTAFsTBPⅡAⅡBTAFsTBPⅡAⅡBpolⅡⅡFpolⅡⅡFTAFsTBPⅡAⅡBpolⅡⅡFⅡHⅡJⅡEⅡEⅡHⅡJTATA盒转录起始点转录区RNA聚合酶Ⅱ转录起始复合物的组装第25页/共70页二、延长----转录泡

（1）RNA聚合酶（核心酶）

◆与DNA模板紧密结合，沿3’5’方向移动

◆解旋作用：DNA解开17bp

◆聚合功能（不具外切酶功能）

（2）杂交螺旋

◆RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋

◆转录产物RNA沿5’3’方向延长

◆RNA延长速度：50个核苷酸/秒/每分子酶

第26页/共70页核心酶图13-7第27页/共70页三.终止

转录至模板某一位置

停止形成磷酸二酯键

RNA—DNA杂交链解开

DNA解链的部分重新形成双螺旋

RNA聚合酶离开DNA

第28页/共70页

终止的方式

依赖ρ-因子的终止ρ-因子的结构六个亚基组成的蛋白质ATP酶活性与单链RNA结合

第29页/共70页ρ-因子的作用与新生RNA结合ATP供能

ρ-因子沿新生的RNA单链推进新生的RNA单链从DNA模板上分离下来第30页/共70页新生RNA图13-8第31页/共70页不依赖ρ-因子的终止DNA模板上有终止信号

转录出来的RNARNA聚合酶遇此结构即停止工作。DNA和RNA（dA：rU）稳定性下降GC富含和AT富含区的回文结构自身互补形成发夹状结构（hairpin）3’尾端有4个UDNA恢复双链，释放转录产物第32页/共70页发夹结构环茎多个UDNA模板

3’5’第33页/共70页第34页/共70页四.转录的抑制作用

与DNA模板作用与RNA聚合酶作用原核生物真核生物放线菌素D--插入dG*dC间低浓度--(-)RNA延长高浓度--(-)RNA起始

(-)DNA复制利福平/利福霉素和原核生物RNA聚合酶

β亚基结合--(-)转录起始α鹅膏蕈碱

--(-)RNA聚合酶Ⅱ第35页/共70页mRNA可直接作为翻译的模板rRNA

转录产物要加工、修饰tRNA

第三节RNA转录后的加工

一.原核生物RNA转录后的加工：第36页/共70页●原核生物和真核生物mRNA的不同：原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工

寿命短真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆再翻译mRNA需加工寿命较长第37页/共70页

二.真核生物RNA转录后的加工

1、rRNA转录后的加工真核生物rRNA的基因

(rDNA)转录产物

成簇纵列串联排列高度重复序列DNA核质:(Ⅲ)--不需加工

5srRNA核仁:(Ⅰ)--加工

5.8srRNA

28srRNA

18srRNA第38页/共70页rDNA内含子基因间隔18s5.8s28s每个重复单位45s转录物3种rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNA第39页/共70页●转录后的加工和与核糖体的装配同时进行第40页/共70页前rRNA的切割特点：在特殊序列位点由核仁小RNA(snoRNA)催化，snoRNA+蛋白质核仁小核蛋白(sno-RNP)第41页/共70页●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜虫

26SrRNA核酶（ribozyme）应用

前体6.4kb414bp内含子

5.986kb

无酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特异性RNA序列具特定的二级结构---槌头结构人工合成核酶的槌头结构破坏HIV病毒

第42页/共70页底物催化部分图13-11第43页/共70页酶底物图13-12第44页/共70页2、tRNA的加工碱基修饰3’端5’端切除反密码环的内含子转位---Tψ脱氨---AMPIMP还原---DHU甲基化---mAmGCCA-OHRNaseP切除多余的核苷酸RNaseP在前tRNA二级结构基础上第45页/共70页第46页/共70页3、真核生物的mRNA转录后加工转录产物：hnRNA+

蛋白质不均一核糖核蛋白（hnRNP）第47页/共70页●真核生物的mRNA转录后加工步骤：加帽加尾mRNA前体的剪接5’端：m7GpppGpN作用:稳定mRNA5’端和翻译的起始有关3’端:polyA尾巴作用：稳定mRNA

和翻译模板活性有关剪除内含子，连接外显子第48页/共70页5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5m7GpppGp…甲基转移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi（1）真核生物mRNA转录后加工--“加帽”第49页/共70页帽0帽1帽2m7GpppGpNm7GpppGmpNm7GpppGmpNm●三种5’帽结构形式第50页/共70页步骤1步骤2作用位置200~250（2）真核生物mRNA转录后加工--加polyA尾第51页/共70页外显子内含子DNA

hnRNA（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接第52页/共70页第53页/共70页●剪接所需条件

snRNA（U1-U6）

+蛋白质

（核内小分子核酸）

多种snRNP

（核内小核蛋白颗粒）

多种snRNPs装配成

剪接体

（参与剪接过程）第54页/共70页4、RNA编辑（RNAediting）

（1）一种与RNA加帽、加尾、剪接不同的RNA

加工形式。

（2）转录后改变RNA的序列，使熟RNA的序列

与基因组DNA序列不同。

（3）生物学中心法则的补充，扩大了mRNA遗

传信息容量。

第55页/共70页第2153位谷氨酰胺终止子图13-18第56页/共70页第四节逆转录、逆转录病毒及癌基因一、逆转录以RNA为模板，有逆转录酶的参与，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA（complementaryDNA,cDNA）的过程。第57页/共70页二、逆转录酶（reversetranscriptase)

RNA依赖的DNA聚合酶（RDDP）这种酶以RNA为模板，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA(cDNA中无内含子）。催化三种反应：RNA指导的DNA合成RNA水解DNA指导的DNA合成第58页/共70页ASVRNARNA

DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA(+)1.RNA指导DNA合成2.RNA水解3.DNA指导DNA合成逆转录酶的作用第59页/共70页

三、逆转录病毒（RNA病毒）的基因组1、逆转录病毒：鸡肉瘤病毒（ASV）Rouse肉瘤病毒（RSV）小鼠白血病病毒（MuLV)人类T细胞白血病病毒（HTLV-IⅡ）爱滋病病毒（HIV）SARS第60页/共70页2、基因组：两个完全相同的单链RNA

分子含有逆转录酶含来自宿主的tRNA

（合成时的引物）第61页/共70页

ASV（鸡肉瘤病毒）的基因组结构--RNA

LTRgagpolenvsrcLTR长末端重复序列正常病毒基因癌基因调节和启动转录产生病毒核心蛋白产生逆转录酶产生病毒外膜蛋白产生酪氨酸激酶第62页/共70页3、逆转录病毒的生活周期进入宿主细胞

双链RNA

逆转录酶

双链DNA前病毒