生物信息传递上从到

生物信息传递上从到7/15/20231第1页，课件共73页，创作于2023年2月

转录（transcription)以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。

模板链（templatestrans）或无意义链(antisensestrand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的DNA链。

编码链（codingstrand）或有意义链(sensestrand)

与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物mRNA的序列相同（仅T、U互换）。7/15/20232第2页，课件共73页，创作于2023年2月编码链（codingstrand）模板链（templatestrans）7/15/20233第3页，课件共73页，创作于2023年2月相同或相似差异转录复制模板DNA模板链转录两股链均可复制原料核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶依赖DNA的聚合酶RNA聚合酶DNA聚合酶产物多核苷酸链mRNA,tRNA,rRNA等子代双链DNA特点不对称转录半保留、半不连续复制转录与复制的异同点7/15/20234第4页，课件共73页，创作于2023年2月第一节RNA概述第二节RNA转录的基本过程第三节转录机器的主要成分第四节启动子与转录的起始第五节原核生物与真核生物mRNA特征的比较第六节内含子的剪切、编辑及化学修释7/15/20235第5页，课件共73页，创作于2023年2月第一节RNA概述7/15/20236第6页，课件共73页，创作于2023年2月RNA的一级结构RNA的一级结构为直线形的多核酸链，四种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定的顺序，通过3’，5’-磷酸二酯键连接成不分支的多核苷酸链。7/15/20237第7页，课件共73页，创作于2023年2月含氮碱+核糖→核苷A,G,U,C+磷酸

核糖核苷酸

RNA7/15/20238第8页，课件共73页，创作于2023年2月RNA链的方向

第一个核苷酸在5’端是游离的磷酸基团，最后一个核苷酸在3’端是一个游离的-OH。

多核苷酸链的方向是从5’→3’

7/15/20239第9页，课件共73页，创作于2023年2月1′2′3′4′5′3′7/15/202310第10页，课件共73页，创作于2023年2月RNA的结构特点RNA是单链分子，因此在RNA分子中，嘌呤的总数不一定等于嘧啶的总数。RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成单链突环。这种结构称为“发夹型”结构。7/15/202311第11页，课件共73页，创作于2023年2月7/15/202312第12页，课件共73页，创作于2023年2月在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G除了可以和C配对外，也可以和U配对。G-U配对形成的氢键较弱。不同类型的RNA,其二级结构有明显的差异。tRNA中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分。7/15/202313第13页，课件共73页，创作于2023年2月mRNA的结构与功能*真核生物mRNA的结构特点1.大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。3.单顺反子7/15/202314第14页，课件共73页，创作于2023年2月hnRNA内含子(intron)mRNA

外显子(exon)*真核生物mRNA成熟过程7/15/202315第15页，课件共73页，创作于2023年2月mRNA由核内向胞质的转移mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能7/15/202316第16页，课件共73页，创作于2023年2月*mRNA的功能把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞7/15/202317第17页，课件共73页，创作于2023年2月第二节RNA的转录转录的基本过程模板的识别转录的起始转录的延伸转录的终止7/15/202318第18页，课件共73页，创作于2023年2月模板识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。启动子（promoter)：是基因转录起始所必需的一段DNA序列，是基因表达调控的上游顺式作用元件之一。在原核生物中，σ因子辨认-35区，全酶与该区结合形成疏松复合物，继而全酶向-10区及起始位点移动，到起始位点后全酶与DNA结合紧密。7/15/202319第19页，课件共73页，创作于2023年2月开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子的保守序列TTGACAAACTGT-35区RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因337/15/202320第20页，课件共73页，创作于2023年2月被RNA聚合酶辨认的区段就是位于转录起始点-35区的TTGACA序列。酶与该区结合后，即滑动至-10区的TATAAT序列（Pribnow盒），并启动转录。7/15/202321第21页，课件共73页，创作于2023年2月⑵DNA局部双链解开。⑴RNA聚合酶全酶(2)与模板结合。⑶在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+

NTP

5-pppGpN

-OH3+ppi转录起始过程7/15/202322第22页，课件共73页，创作于2023年2月原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即2'。亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分（2'）被称为核心酶，与RNA链的聚合有关。

原核生物的RNA聚合酶7/15/202323第23页，课件共73页，创作于2023年2月核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)原核生物RNA聚合酶的全酶和核心酶7/15/202324第24页，课件共73页，创作于2023年2月RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合7/15/202325第25页，课件共73页，创作于2023年2月真核生物转录的起始

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)。

7/15/202326第26页，课件共73页，创作于2023年2月

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。7/15/202327第27页，课件共73页，创作于2023年2月转录的延伸因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。

1.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；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长7/15/202328第28页，课件共73页，创作于2023年2月转录空泡(transcriptionbubble)的形成7/15/202329第29页，课件共73页，创作于2023年2月转录的终止RNA聚合酶释放，RNA链释放，DNA恢复成双螺旋状态7/15/202330第30页，课件共73页，创作于2023年2月RNA转录合成的终止机制有两种：

1.依赖Rho因子的转录终止：由终止因子(ρ因子)识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。2.非依赖Rho的转录终止7/15/202331第31页，课件共73页，创作于2023年2月依赖Rho因子的转录终止7/15/202332第32页，课件共73页，创作于2023年2月非依赖Rho的转录终止7/15/202333第33页，课件共73页，创作于2023年2月第三节转录机器的主要成分一、RNA聚合酶

RNA聚合酶主要以双链DNA为模板；RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶；每个细胞中约有7000个RNA聚合酶；任何时候大约2000~2500个核心酶执行转录功能。7/15/202334第34页，课件共73页，创作于2023年2月催化中心ββ′α：参与核心酶组装及启动子识别

全酶α2ββ′ωσ

核心酶

α2ββ′ωσ亚基--识别模板链并与启动子结合使转录起始，在转录延伸阶段，σ亚基与核心酶解离，仅由核心酶参与延伸过程。1、原核生物RNA聚合酶与模板DNA、底物NTP及新生RNA链结合7/15/202335第35页，课件共73页，创作于2023年2月

核心酶可以DNA为模板合成RNA，但不能在正确的位点起始。起始必须有σ因子；σ因子能够提高酶和启动子识别的特异性，同时也降低酶和非特异位点的亲和力。σ因子因子基因功能σ70rpoD广泛σ32rpoH热休克σ54rpoN氮代谢7/15/202336第36页，课件共73页，创作于2023年2月

2、真核生物RNA聚合酶酶细胞内定位转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感程度RNA聚合酶I核仁rRNA50％～70％不敏感RNA聚合酶II核质hnRNA20％～40％敏感RNA聚合酶III核质tRNA约10％存在物种特异性7/15/202337第37页，课件共73页，创作于2023年2月RNA聚合酶I的转录产物是45SrRNA，经剪接修饰后生成除5SrRNA外的各种rRNA。RNA聚合酶II在核内转录生成hnRNA，经剪接加工后生成成熟mRNA被运送到细胞质中作为蛋白质合成的模板。核不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）：核内未被剪接的有内含子的mRNA前体，或是核内mRNA的初级转录产物。7/15/202338第38页，课件共73页，创作于2023年2月RNA聚合酶III的转录产物是tRNA，5SrRNA，snRNA。SnRNA（smallnuclearRNA），即核内小RNA，主要存在于核内，是核内100~300个核苷酸序列的小型RNA，参与hnRNA的剪接。7/15/202339第39页，课件共73页，创作于2023年2月

转录因子（transcriptionfactor,TF）：真核生物转录起始过程中，除RNA聚合酶之外的其它辅助因子统称为转录因子。7/15/202340第40页，课件共73页，创作于2023年2月第四节启动子与转录的起始一、启动子区的基本结构启动子（promoter）：是一段位于结构基因5’端上游区的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。7/15/202341第41页，课件共73页，创作于2023年2月

转录单元（transcriptionunit）：是一段从启动子开始到终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。转录起始位点：是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。7/15/202342第42页，课件共73页，创作于2023年2月转录单元（transcriptionunit）起点（startpoint）上游（upstream）下游（downstream）7/15/202343第43页，课件共73页，创作于2023年2月启动子区的基本结构细菌启动子特征：1、起点通常是一个嘌呤；2、起点上游10bp处，有一约6bp的保守区域，称为-10区（也叫PribnowBox），共有序列为：TATAAT；3、起点上游35bp处，有一约6bp的保守区，称为-35区，共有序列为：TT

G

A

C

A；4、90%的启动子中，-10与-35区的距离在16-19bp之间；两个保守区之间的序列并不重要，但距离很关键。7/15/202344第44页，课件共73页，创作于2023年2月7/15/202345第45页，课件共73页，创作于2023年2月TATAbox：位于RNA聚合酶II转录起点上游约-25~-35bp处的共同序列TATAAA，绝大多数情况下全部是A-T碱基对，只有少数含有G-C。CAATbox：在起点上游-78~-70bp处还有另一段共有序列CCAAT，称为CAAT区。GCbox：在起点上游-110~-80bp处有一段富含GC碱基对的序列（GCCACACCC或GGGCGGG），称为GC区。增强子：能强化转录起始频率的DNA序列。真核生物基因中启动子特征：7/15/202346第46页，课件共73页，创作于2023年2月二、RNA聚合酶与启动子区的结合开链区一般在-9~+13，而酶与启动子结合的区域主要在其上游。二元闭合复合物二元开链复合物7/15/202347第47页，课件共73页，创作于2023年2月三、-10区和-35区的最佳距离

-10与-35区的距离在16-19bp之间，否则会降低启动子的活性。即一旦-10与-35区间的超螺旋结构发生改变，RNA聚合酶就难以保持正确的取向。7/15/202348第48页，课件共73页，创作于2023年2月四、增强子及其功能增强子或强化子(enhancer)：指能强化转录起始频率的DNA序列。增强子的特点：（1）远距离作用；（2）无方向性；（3）顺式调节；（4）无物种和基因的特异性；（5）具有组织特异性；7/15/202349第49页，课件共73页，创作于2023年2月五、真核生物启动子对转录的影响真核生物启动子TATA（-35~-25）CAAT（-80~-70）GC（-110~-80）上游启动子元件（UPE）或上游激活序列（UAS）启动子的作用TATA：使转录精确地起始上游启动子元件：控制转录起始频率7/15/202350第50页，课件共73页，创作于2023年2月7/15/202351第51页，课件共73页，创作于2023年2月六、转录的抑制抑制剂DNA模板功能抑制剂，如放线菌素DRNA聚合酶的抑制物，如α-鹅膏蕈碱7/15/202352第52页，课件共73页，创作于2023年2月第五节原核生物与真核生物mRNA特征的比较一、原核生物mRNA的特征1、半衰期短基因的连续性转录和翻译在时间和空间上的一致性7/15/202353第53页，课件共73页，创作于2023年2月2、许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在操纵子（operon）:一组相邻或功能密切相关的基因,

在基因转录时协同作用，这样一组基因称为操纵子（operon）。多顺反子（polycistronicmRNA)

：编码多个蛋白质的一条mRNA称为多顺反子mRNA。单顺反子(monocistronicmRNA)

：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。7/15/202354第54页，课件共73页，创作于2023年2月β-半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶大肠杆菌乳糖操纵子阻遏蛋白7/15/202355第55页，课件共73页，创作于2023年2月mRNAAUG之前的5´端上游非编码区编码区终止密码子之后3´端下游非编码区

在原核生物中，一条mRNA链可编码多个蛋白；而在真核生物中，一条成熟的mRNA链只编码一种蛋白。7/15/202356第56页，课件共73页，创作于2023年2月

在真核生物中一个基因可以编码不同的蛋白质，但一条mRNA链只编码一个蛋白质。原因：真核生物基因的不连续性，使得前体mRNA/hnRNA发生选择性剪切，而产生不同的成熟mRNA，但基因指的是DNA序列，其本身不变。7/15/202357第57页，课件共73页，创作于2023年2月3、原核生物mRNA5′端无帽子结构，3′端没有或只有较短的poly(A)结构，在起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处有6个富含嘌呤核苷酸的保守序列，被称为SD序列。

SD序列在与核糖体的结合过程中起作用。7/15/202358第58页，课件共73页，创作于2023年2月二、真核生物mRNA的特征基因：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。7/15/202359第59页，课件共73页，创作于2023年2月5′5′Gppp+pppApNpNp...↓5′5′GpppApNpNp...+pp+p在磷酸酶的作用下，将5‘-端的磷酸基水解，由腺苷酸转移酶加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再由鸟嘌呤-7-甲基转移酶对G进行甲基化。新加的G以反方向与5′连接，这一结构称为帽子（cap）结构。1、真核生物mRNA的5'端存在“帽子”结构7/15/202360第60页，课件共73页，创作于2023年2月帽子结构的作用:1、提高mRNA的活性及稳定性；2、作为蛋白质合成起始信号的一部分。7/15/202361第61页，课件共73页，创作于2023年2月PolI和polIII在特定的位点终止合成PolII无特定终止位点？2、真核生物mRNA的3’端存在poly(A)尾巴7/15/202362第62页，课件共73页，创作于2023年2月小结二、真核生物mRNA的特征5’端存在“帽子”结构3’端存在poly(A)尾巴一、原核生物mRNA的特征半衰期短许多mRNA以多顺反子的形式存在无帽子和尾巴结构单顺反子7/15/202363第63页，课件共73页，创作于2023年2月第六节内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修释一、RNA中的内含子不连续基因（interrupted/discontinuousgene，splitgene，断裂基因）：真核生物基因除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些非编码序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加工为成熟的mRNA时被去除。这样的基因称为不连续基因或断裂基因。7/15/202364第64页，课件共73页，创作于2023年2月外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列。一个基因总是以外显子为起点和终点。内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物hnRNA加工为mRNA时被去除。7/15/202365第65页，课件共73页，创作于2023年2月

内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的共有序列，左端（上游）为GU，右端（下游）为AG。这一现象称为GU-AG规则。左端的位点也叫供体位点（donorsite）或者5'，右端也叫受体位点（acceptorsite）或者3'。7/15/202366第66页，课件共73页，创作于2023年2月内含子的结构特点GU-AG法则3'端附近有一段10~20个嘧啶核苷酸的区域5'端有保守序列5'-GUPuAGU-3'3‘端上游18~50个核苷酸处有保守序列Py80NPy87Pu75APy95（分支位点）3'A/CAGGUPuAGU

A

Pyrich