第三章生物信息的传递(上)课件

生物信息的传递（上）——从DNA到RNA目录0102030405RNA的结构、分类和功能RNA转录概述RNA转录的基本过程原核生物和真核生物的转录及产物特征比较原核生物RNA聚合酶与RNA转录06真核生物RNA聚合酶与RNA转录目录0708091011RNA转录的抑制真核生物RNA的转录后加工RNA的结构、分类和功能RNA转录概述RNA转录的基本过程12原核生物和真核生物的转录及产物特征比较1.现代分子生物学最基本的原理：基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生物功能是以蛋白质的形式表现出来的。2.基因的表达包括转录和翻译两个阶段：转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了T-U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽的过程，是基因表达的最终目的。备注：转录和翻译的速度基本相等（每秒钟合成14个密码子，而蛋白质的合成速度大约是每秒钟15个氨基酸）引言3.编码链（或有义链）和模板链（反义链）编码链：是指与mRNA序列相同的那条DNA链模板链：根据碱基互补配对原则指导mRNA合成的DNA链。4.除了少数RNA病毒，所有RNA分子都来自DNA。贮存于DNA双链中的遗传信息通过一个被称为转录的酶促反应按照碱基互补配对原则被转化成为单链RNA分子。引言第一部分RNA的结构、分类和功能RNA的结构、分类和功能1.mRNA（messengerRNA）即信使RNA，在大肠杆菌中，mRNA占细胞内总RNA的2%左右（tRNA占16%，而rRNA则占80%以上）2.原核生物和真核生物细胞内的mRNA执行的功能虽然相同，但是其生物合成的具体过程以及成熟mRNA的结构是不同的。3.真核细胞mRNA的最大特点在于它往往以一个较大相对分子质量的前体mRNA出现在核内，需要经过转录后加工。只有成熟的、相对分子质量明显变小并经过化学修饰的mRNA才能进入细胞质，参与蛋白质的合成。RNA的结构特点1.RNA含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分子。2.RNA链自身折叠形成局部双螺旋。（包括发夹结构，凸起，环状结构书P72图3-2）发夹结构：由于RNA单链分子上存在二重对称区，通过自身回折使得互补的碱基对相遇，形成氢键结合而成的结构。发夹结构的作用:控制转录的终止、翻译的效率以及mRNA的稳定性。RNA的结构特点3.RNA可折叠形成复杂的三级结构假结：RNA中的不相邻的碱基之间配对形成的复杂三级结构。4.环状RNA（circleRNA）：是一类特殊的非编码RNA分子(在活体中有时也有表达)，也是RNA领域最新的研究热点。与传统的线性RNA(linearRNA，含5'和3'末端)不同，环状RNA分子呈封闭环状结构，不受RNA外切酶影响，表达更稳定，不易降解。真核细胞中的环状RNA来自于mRNA前体的反向剪接。RNA在细胞中的分布生物体内主要有3种RNA参与遗传信息的传递:a.信使RNA（mRNA）编码特定蛋白质序列；b.转运RNA能特异性解读mRNA中的遗传信息，将其转化为相应氨基酸后加入多肽链中；c.核糖体RNA直接参与核糖体中蛋白质合成。（其他RNA类型参考P73图3-3）RNA的功能RNA既可以作为信息分子又能作为功能分子发挥作用:作为信息分子，RNA担负着贮藏及转移遗传信息的功能，起着遗传信息由DNA到蛋白质的中间传递体的核心作用。作为功能分子，在以下几个方面发挥重要作用：1.作为细胞内蛋白质生物合成的主要参与者。2.部分RNA可以作为核酶在细胞中催化一些重要的反应，主要作用于初始转录产物的剪接加工。3.参与基因的表达调控，与生物的生长发育密切相关。4.在某些病毒中，RNA是遗传物质。RNA的功能2.部分RNA可以作为核酶在细胞中催化一些重要的反应，主要作用于初始转录产物的剪接加工。核酶：是具有催化功能的小分子RNA，属于生物催化剂，可降解特异的mRNA序列，主要参加RNA的加工与成熟。1982年，美国科学家T.Cech和他的同事在对"四膜虫编码rRNA前体的DNA序列含有间隔内含子序列"的研究中发现，自身剪接内含子的RNA具有催化功能，并因此获得了1989年诺贝尔化学奖。RNA的功能3.参与基因的表达调控，与生物的生长发育密切相关。分子生物学简史反转录也叫逆转录:以RNA为模板，通过反转录酶，合成DNA的过程。tRNA（transferRNA)和rRNA(ribosomalRNA)微RNA（microRNA):是真核生物中广泛存在的一种长约21到23个核苷酸的RNA分子，可调节其他基因的表达。非编码RNA(non-codingRNA):是指不编码蛋白质的RNA。这些RNA的共同特点是都能从基因组上转录而来，但是不翻译成蛋白，在RNA水平上就能行使各自的生物学功能了。第二部分RNA转录概述RNA转录与DNA复制的比较区别：1.与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶拥有从头起始转录的能力，所以它在催化RNA合成时不需要引物。2.RNA聚合酶在添加几个核苷酸后，便将正在延长的链从模板上置换下来，RNA产物不与模板DNA链保持碱基互补状态。（因此，多个RNA聚合酶分子可以同时转录一个基因，增强效率）3.转录具有选择性。DNA复制必须将整个基因组全部拷贝，并且在每个细胞周期内复制一次。RNA转录则是选择性的复制基因组的特定部分，可以产生几个到上千个相同的拷贝。4.与DNA复制的精确度相比，转录中每添加10000个核苷酸就会发生一次错误，说明转录过程缺乏严谨的矫正机制。转录机器的主要成分——RNA聚合酶RNA聚合酶主要以双链DNA为模板（也可以单链DNA为模板，不过其活性大大降低），以Mg2+/Mn2+为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物。启动子与转录起始启动子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准确地相结合并具有转录起始的特异性。（P74图3-4）（对许多启动子来说，RNA聚合酶与之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍。）转录起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是RNA聚合酶与启动子相互作用。启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水平。转录单元是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始点开始沿着模板前进，直至终止子为止，转录出一条RNA链。启动子与转录起始启动子与转录起始转录起点是指与新生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。通常，把起点前面，即5’端的序列称为上游序列，而把其后面即3’端的序列称为下游序列。在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次为+2、+3······等；上游方向依次为-1、-2、-3······等。(注意，没有零）序列书写方向通常是固定的，无特殊说明，mRNA从左到右一般是5’端到3’端。第三部分RNA转录的基本过程RNA转录的基本过程无论原核生物还是真核生物，RNA链的合成都具有以下的特点：1.RNA是按5'到3'方向合成的；2.以DNA双链中的反义链（模板链）为模板，在RNA聚合酶催化下，以4中核糖核苷酸为原料，并且不需要RNA引物的参与。3.合成的RNA带有DNA编码链（有义链）相同的序列。转录的基本过程包括：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。RNA转录的基本过程模板识别：此阶段主要是指RNA聚合酶识别启动子序列并与启动子DNA双链特异性结合的过程。转录起始：RNA聚合酶结合在启动子之上以后，使启动子附近的DNA双链解旋并解链，形成转录泡以促进底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。

RNA链上第一个核苷酸键的产生代表转录起始。（注意：不需要引物）转录泡是由RNA聚合酶核心酶、DNA模板链以及转录形成的RNA新链三者结合形成的转录复合物。在转录的延伸阶段，RNA聚合酶使DNA双螺旋解链，暴露出长度约为17bp的局部单链区，因外形酷似泡状结构故称之为转录泡。RNA转录的基本过程RNA转录的基本过程转录延伸：DNA转录循环假说（了解）转录终止：当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。/v_show/id_XNDI0ODE3MTM0OA==.html第四部分原核与真核生物的转录及产物特征比较原核生物与真核生物转录过程比较原核生物与真核生物基因转录具有一定的相似性，但也存在以下几个方面的差异（P77表3-1）：1.只有一种RNA聚合酶参与所有类型的原核生物基因转录，而真核生物有3种以上的RNA聚合酶来负责不同类型的基因转录。2.转录产物有差别。原核生物的初始转录产物大多是编码序列，与蛋白质的氨基酸序列呈线性关系；而真核生物的初始转录产物很大，含有内含子序列，成熟的mRNA只占初始转录产物的一小部分。（P77图3-7）原核生物与真核生物转录过程比较3.原核生物的初始转录几乎不需要剪接加工，就可直接作为成熟的mRNA进下一步行使翻译模板的功能；真核生物转录产物需要经过剪接、修饰等转录后加工成熟过程才能成为成熟的mRNA。4.在原核生物细胞中，转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间中，而且这两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发了。真核生物mRNA的合成和蛋白质的合成则发生在不同的空间和时间范畴内。原核生物mRNA的特征1.原核生物mRNA的半衰期短。原核生物mRNA的降解紧随着蛋白质翻译过程发生。现在一般认为，转录开始1min后，降解就开始了，这就是说，当一个mRNA的5'端开始降解时，其3'端部分可能仍在合成或被翻译。（P78图3-8）2.许多原核生物mRNA可能以多顺反子的形式存在。单顺反子：只编码一个蛋白质的mRNA。多顺反子：编码多个蛋白质的mRNA。多顺反子mRNA是一组相邻或者相互重叠基因的转录产物，这样的一组基因可被称为一个操纵子（operon）（P78图3-9）原核生物mRNA的特征多顺反子的翻译：几乎所有的mRNA都可以被分成3个部分：编码区和位于AUG之前的5'端上游非编码区，以及位于终止密码子之后不翻译的3'端下游非编码区。对于第一个顺反子来说，一旦mRNA5'端被合成，翻译起始位点即可与核糖体相结合，而后面几个顺反子翻译的起始就会收到上游顺反子的调控。一种情况是蛋白质合成终止后，核糖体分解成大、小亚基，脱离mRNA模板，第二个蛋白质的合成必须等到新的大、小亚基与该蛋白质起始密码子相结合后才能开始。原核生物mRNA的特征对于第一个顺反子来说，一旦mRNA5'端被合成，翻译起始位点即可与核糖体相结合，而后面几个顺反子翻译的起始就会收到上游顺反子的调控。一种情况是蛋白质合成终止后，核糖体分解成大、小亚基，脱离mRNA模板，第二个蛋白质的合成必须等到新的大、小亚基与该蛋白质起始密码子相结合后才能开始。另一种情况是蛋白质合成终止后，核糖体分解成大、小亚基，小亚基也可能不离开mRNA模板，而是迅速的与游离的大亚基结合，启动第二个多肽的合成。（P79图3-10）原核生物mRNA的特征1.原核生物mRNA的半衰期短。原核生物mRNA的降解紧随着蛋白质翻译过程发生。现在一般认为，转录开始1min后，降解就开始了，这就是说，当一个mRNA的5'端开始降解时，其3'端部分可能仍在合成或被翻译。（P78图3-8）2.许多原核生物mRNA可能以多顺反子的形式存在。单顺反子：只编码一个蛋白质的mRNA。多顺反子：编码多个蛋白质的mRNA。3.原核生物mRNA的5'端无帽子结构，3'端没有或只有较短的多聚（A）结构。真核生物mRNA的特征凡是编码功能蛋白的真核基因都通过RNA聚合酶II进行转录，真核基因几乎都是单顺反子，只包含一个蛋白质信息。真核生物mRNA结构上最大的特征是5'端的帽子及3'端的poly（A）结构。1.真核生物mRNA的5'端存在“帽子”结构。真核生物的mRNA几乎一诞生就戴上了帽子（G鸟嘌呤）。mRNA5’端加G的反应是由鸟苷酸转移酶完成的。注意：mRNA的帽子结构常常被甲基化。帽子结构的作用是什么？/v_show/id_XNjY3NTA2NjY0.html?spm=a2h0j.11185381.listitem_page1.5!22~A真核生物mRNA的特征1.帽子结构可能使mRNA免遭核酸酶的破坏帽子结构的作用：2.有帽子结构的mRNA更容易被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。真核生物mRNA的特征a.除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3’端都有多（A）尾，其长度因mRNA的种类不同而变化，一般为40~200个。2.绝大多数真核生物mRNA具有多（A）尾（poly（A）尾）b.多（A）序列是在转录后加上去，加多（A）需要由内切酶切开mRNA3'端的特定部位，然后由多（A）合成酶催化多腺苷酸的反应。c.真核基因转录终止位点上游15~30bp处的保守序列AAUAAA对于初级转录产物的准确切割及加多（A）是必需的。（P823-13）真核生物mRNA的特征多（A）的作用是什么？a.多（A）是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式，它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性。b.此外，翻译起始因子eIF4F和包绕在多（A）尾的多（A）结合蛋白之间的相互作用使真核mRNA保持环状，因而多（A）还能增强mRNA的可翻译能力。真核生物mRNA的特征多（A）的应用？小结原核生物mRNA特征原核生物mRNA的半衰期短；大多以多顺反子形式存在；原核生物mRNA的5'端无帽子结构，3'端没有或只有较短的多聚（A）结构。真核生物mRNA特征真核生物mRNA的5'端存在“帽子”结构；绝大多数真核生物mRNA具有多（A）尾第五部分原核生物RNA聚合酶与RNA转录原核生物RNA聚合酶在细菌中，一种RNA聚合酶几乎负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成。以大肠杆菌RNA聚合酶为例：它首先由2个α亚基、一个β亚基、一个β'亚基和一个ω（/'əʊmɪɡə/）亚基组成核心酶，然后加上一个σ（/'sɪɡmə/）亚基后则成为聚合酶全酶。（P83图3-14）原核生物的转录起始需要全酶的参与，由σ亚基（或σ因子）辨认起始点，延长过程仅需要核心酶的催化。σ因子的作用在于帮助转录起始，因此也称为起始亚基。不同的σ因子识别不同的启动子。原核生物RNA聚合酶α亚基与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。β亚基和β'亚基组成聚合酶的催化中心，能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。ω亚基作用未知原核生物启动子结构启动子区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接关系到转录的效率。那么启动子区有哪些结构特点？经过数年的努力，现已发现，-10位的TATA区（或者Pribnow区）和-35位的TTGACA区是原核生物RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力。（P86图3-16b）在原核生物中，-35区与-10区之间的距离通常是16~19碱基对，小于15碱基对或大于20碱基对都会降低启动子的活性。（原因是二者之间的距离过短或者过长，都会影响二者之间的空间结构排布。）原核生物启动子结构在细菌中常见两种启动子突变一种是下降突变，如果把Pribnow区从TATAAT变成AATAAT就会大大降低其结构基因的转录水平。另一种是上升突变，即增加Pribnow区共同序列的同一性。举例：在乳糖操纵子的启动子中，将其Pribnow区从TATGTT变成TATATT，就会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子基因的转录水平。原核生物RNA聚合酶对启动子的识别和结合大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括：启动子的识别、酶与启动子的结合、σ因子的结合与解离。一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。（氢键互补学说）证据：当保守区某些碱基的取代不影响DNA上氢键的方位和特性时，启动子原有的功能保持不变；当局部DNA构象或电荷密度改变影响了这些基团的相对方方位时，启动子的功能就会受到影响。原核生物RNA转录周期首先请大家看书本P88图3-18，里面简单介绍了原核生物RNA的转录周期。1.转录起始a.RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性的结合形成封闭复合物。此时，DNA链仍处于双链状态。b.伴随着DNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成开放复合物，聚合酶全酶所结合的DNA序列中有一小段双链被解开。c.开放复合物与最初的两个NTP相结合，并在这两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后转变成包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的三元复合物。原核生物RNA转录周期新生的三元复合物可以进入两条不同的反应途径：一、合成并释放2~9个核苷酸的短RNA转录物，即所谓的流产式起始。转录起始后直到形成9个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，在这个阶段，聚合酶合成的产物长度小于10个核苷酸，这些转录产物如果不进一步延长，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，就很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。二、如果RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸，就形成了一个稳定的三元复合物并离开启动子区，转录就进入正常的阶段。三元复合物通过这个启动子的时间越短，表明该基因转录起始的频率越高。原核生物RNA转录周期2.新生RNA链的延伸新生RNA链达到9~10个核苷酸σ因子从RNA聚合酶全酶上脱离核心酶沿模板DNA链移动新生RNA链不断伸长原核生物RNA转录周期延伸过程中要注意的地方：a.延伸复合物（核心酶、DNA和新生RNA）极为稳定，可以长时间的与DNA模板相结合而不解离。b.在延伸过程中，新生RNA链只有8~9个核苷酸与DNA模板保持碱基互补状态，RNA链的其余部分则从模板上脱落下来。原核生物RNA转录周期除了RNA合成之外，RNA聚合酶还要通过两种机制来执行校对功能一是焦磷酸编辑：聚合酶利用其活性位点，通过重新加入焦磷酸来去除错误插入的核糖核苷酸。该修复方式既可以去除错误碱基也可以去除正确的碱基，但由于其在错误碱基处花的时间比正确碱基处更长，所以去除错误碱基的频率更高。二是水解编辑：是由一些Gre因子激发的校对功能。Gre因子是延伸刺激因子，能帮助聚合酶快速延伸，同时去除含有错误配对的序列。3.延伸RNA聚合酶同时具有合成和校对两种功能（P89了解）原核生物RNA转录周期一般情况下，RNA聚合酶起始基因转录后一直沿着5'到3'方向移动，合成RNA链，直到碰上终止信号时，其才停止加入新的核苷酸，并与模板DNA脱离释放出新生RNA链。根据RNA聚合酶是否需要辅助因子参与才能终止RNA链的延伸，可将大肠杆菌的终止子分为不依赖ρ（/rəʊ/）因子和依赖于ρ因子两大类。4.RNA转录的终止不依赖ρ因子的终止子反应中，没有任何因子参与，核心酶就可以终止转录。依赖于ρ因子的终止指有些终止位点的DNA序列缺乏共性，而且不能形成强的发夹结构，因为不能诱导转录的自发终止。RNA转录的终止内在终止子两个明显的结构特征：1.终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的反向重复序列（约20个碱基），由这段DNA转录产生的RNA容易形成发夹结构。（P90图3-20）2.在终止点前面有一段由4~8个A-T碱基对序列，其转录产物的3'端为寡聚U。这种结构的存在决定了转录的终止。发夹结构会导致RNA聚合酶暂停；寡聚U的存在使杂合链不稳定，两者共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。模板DNA上存在终止转录的特殊信号就是终止子，又称内在或固有终止子。每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。RNA转录的终止ρ因子具有NTP酶和解螺旋酶活性，能水解各种核苷酸三磷酸。它通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。ρ因子的作用机制可以用穷追模型来解释：1.RNA起始合成后，ρ因子即附着在新生的RNA链5'端某个位点上；2.利用ATP水解产生的能量，沿着5'到3'方向朝转录泡靠近；3.当RNA聚合酶移动到终止子而暂停时，ρ因子到达RNA的3'端追上并取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶。4.ρ因子利用其解螺旋酶活性是转录产物RNA从模板DNA上释放。第六部分真核生物RNA聚合酶与RNA转录真核生物RNA聚合酶真核生物中共有3种结构相对更复杂的RNA聚合酶，它们在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同，对α-鹅膏蕈（xùn）碱的敏感性也不同。（P91表3-4）1.真核生物RNA聚合酶的分类：RNA聚合酶I：位于细胞核的核仁内，其转录产物是45SrRNA前体，经过剪接修饰后生成除了5SrRNA外的各种rRNA。rRNA与蛋白质组成的核糖体是蛋白质合成的场所。RNA聚合酶II：位于细胞核质中，在核内转录生成mRNA的前体分子，即核内不均一RNA（hnRNA），经过剪接后加工生成的mRNA被运送到胞质中作为蛋白质合成的模板。RNA聚合酶III：位于细胞核质中，催化的主要转录产物是tRNA、5SrRNA、snRNA（核内小RNA）。真核生物RNA聚合酶除了细胞核中的RNA聚合酶之外，真核生物的线粒体和叶绿体中还存在不同的RNA聚合酶。它们的活性不受α-鹅膏蕈碱所抑制。2.真核生物RNA聚合酶的组成分析a.3类真核生物RNA聚合酶一般都由8~16个亚基所组成，相对分子质量超过5X105。b.以RNA聚合酶II为例，它的两个大亚基，PRB1和PRB2与细菌核心酶的β和β'亚基同源；RPB3和RPB11与α亚基同源；RPB6与ω亚基同源。真核生物RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶3.真核生物RNA聚合酶的结构无论是原核生物还是真核生物，RNA聚合酶有着共同的结构形态，其形状大体像一只蟹爪。真核生物启动子对转录的影响由于真核生物RNA聚合酶II所转录编码的蛋白质的基因数目最多，所以介绍RNA聚合酶II所转录的真核生物启动子的特点：a.TATAbox：真核基因的启动子-25~-35区含有的与原核生物Pribnow区类似的、富含TA的保守区。是核心启动子的组成部分。（序列为TATAA(orT)A）b.CAATbox：真核基因转录起始点上游-70~-80区处的一段保守序列，即5’GGCCAATCT3’。CAAT盒需位于TATA盒的上游，可结合一个或多个转录因子。CAAT盒为一重要的顺式作用因子，对许多真核基因的转录有控制和调节作用。c.GCbox：真核基因转录起始点上游-80~-110区处的一段保守序列，,是一种顺式作用的转录调控元件，其核心包含5'-GGGCGGG-3'序列，并与转录因子Sp1结合。GCbox的存在能够增强该基因的转录效率。（P94图3-25）真核生物启动子对转录的影响真核生物启动子对转录的影响真核生物启动子对转录的影响TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件UPE（upstreampromoterelement）或称上游激活序列UAS（upstreamactivatingsequences）TATAbox和上游启动子元件（CAATbox或者GCbox）的作用不同：a.TATAbox主要是使转录精确地起始，如果除去TATAbox或进行碱基突变，转录产物下降的幅度不如CAATbox或者GCbox下降明显，但是所获得的RNA产物起始点不固定。

b.上游启动子元件（CAATbox或者GCbox）主要控制转录起始频率，基本不参与转录起始点的确定。CAATbox对转录起始频率影响最大，该区任意一个碱基的改变都将极大地影响靶基因的转录强度。注意：尽管这3种保守序列都有着重要功能，但并不是每个基因的启动子区都包含这3中序列。转录起始复合物的组装真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要至少7种与σ因子（原核）功能类似的辅助蛋白按照特定的顺序结合于启动子上，这些蛋白被称为转录调控因子（transcripionfactor，TF）。转录因子与RNA聚合酶形成的复合物称为转录前起始复合物（preinitiationtranscriptioncomplex，PIC）。（P96图3-27）第一步：TFIID与启动子核心元件TATA区相结合；第二步：RNA聚合酶II、TFIIA、TFIIB依次结合；第三步：TFIIE、TFIIH、TFIIJ迅速靠近已经合成的复合物。PIC装配过程具有严格的顺序性，各组分的分工明确，如果缺少一种或几种成分，则不能起始转录，或者转录速率很低。增强子及其功能起初，在SV40（猴空泡病毒40，这是在人类和猴子都发现的致瘤病毒）的转录单元上发现它的转录起始位点上游约200bp处有两端72碱基对长的重复序列，他们不是启动子的部分，但是能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平。最后在很多基因的启动子区都陆续发现了这种序列的存在。增强子（enhancer又叫强化子）：一段能强化转录起始的DNA序列。（P94图3-25）可能的机制：增强子很可能通过影响染色质DNA-蛋白质结构或改变超螺旋的密度而改变模板的整体结构，从而使得RNA聚合酶更容易与模板DNA相结合，起始基因转录。增强子及其功能增强子的特点：1.远距离效应：一般位于上游-200碱基对处，但也可增强远处启动子的转录。2.无方向性：无论位于靶基因的上游、下游或内部都可发挥增强转录的作用。3.顺式调节：只调节位于同一染色体上的靶基因，而对其他染色体上的基因没有作用。4.无物种和基因特异性，可以连接到异源基因上发挥作用。5.具有组织特异性：SV40的增强子在3T3细胞中比多瘤病毒的增强子要弱，但在HeLa细胞中强。6.有相位性：其作用于DNA构象有关。7.某些增强子可应答外部信号：热休克基因在高温下才表达，一些增强子可以被固醇类激素所激活。第七部分RNA转录的抑制RNA转录的抑制RNA转录的抑制剂根据其作用性质主要可以分为3大类：1.嘌呤和嘧啶类似物，它们作为核苷酸代谢拮抗剂而抑制前体RNA的合成：比如5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶、6-巯基嘌呤等能够抑制和干扰DNA或RNA的合成。这些碱基类似物或者作为代谢拮抗物直接抑制核苷酸合成有关的酶，或者通过掺入核酸分子形成异常的核酸结构，从而影响核酸的进一步延伸。（P985-氟尿嘧啶案例）RNA转录的抑制3.RNA聚合酶的抑制物，它们与RNA聚合酶结合而抑制其活力：某些抗生素和化学药物：利福霉素、利迪链霉素和α-鹅膏蕈碱都是RNA聚合酶的类似物；利福霉素能够特异性的抑制细菌RNA聚合酶的活性；利迪链霉素与细菌RNA聚合酶的β亚基结合，抑制转录的起始；α-鹅膏蕈碱主要抑制真核生物的RNA聚合酶。2.DNA模板功能抑制剂，通过与DNA结合而改变模板的功能：放线菌素、烷化剂和嵌入染料能与DNA结合使其失去模板功能，进而抑制RNA转录。a.放线菌素D可与DNA形成非共价复合物，抑制其作为模板的功能；b.烷化剂能使DNA烷基化并同时作用于两条链，使之发生交联，抑制其模板功能；c.嵌入染料如EB（溴化乙锭）可插入双链DNA相邻的碱基对之间，使DNA缺失或者增添一个核苷酸，导致移码突变。RNA转录的抑制RNA转录的抑制嘌呤和嘧啶类似物DNA模板功能抑制剂RNA聚合酶抑制剂第八部分真核生物RNA的转录后加工真核生物RNA中的内含子真核基因大多是断裂的，也就是说，一个基因可由多个内含子和外显子间隔排列而成。（P100图3-28）研究表明，内含子在真核基因中所占的比例很高，有的甚至超过99%。（P99表3-8）真核生物的基因又叫断裂基因。真核生物RNA的转录后加工真核生物RNA（主要类型）tRNArRNAmRNA大多数rRNA基因无内含子，但是要经过剪接才能成为成熟的rRNA分子。/video/av45177386/?p=1真核生物mRNA的剪接整体过程：由DNA转录生成的原始转录产物——核内不均一RNA（hnRNA），即mRNA前体，经过5'端加帽和3'端酶切加多腺苷酸，再经过RNA的剪接，编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个连续的开放阅读框（openreadingframe，ORF），通过核孔进入细胞质，就能作为蛋白质合成的模板了。（P102图3-30）如何区分内含子和外显子？不同生物细胞内含子的边界存在相似的核苷酸序列，表明内含子剪接过程在进化上是保守的。真核生物mRNA的剪接1.RNA序列决定了剪接的发生位点：比较不同基因的核苷酸序列发现，mRNA前体中内含子的两端边界存在共同的序列。多数细胞核mRNA前体内含子的5'边界序列为GU，3'边界序列为AG。GU表示供体衔接点的5'端，AG代表接纳体衔接点的3'端。这种保守序列模式称为GU-AG法则，又称Chambon法则。（P102图3-31）2.RNA剪接中的两步转酯反应：（难点）真核生物mRNA的剪接2.RNA剪接中的两步转酯反应：（中点、难点）（P102图3-31）

a.第一步由位于分支点的保守腺苷酸（A）的2'羟基攻击5'剪接位点保守鸟苷酸（G）的磷酰基团。导致外显子3'端的核糖与内含子5'端磷酸之间的磷酸二酯键断开，游离出来的5'磷酸则与分支点保守腺苷酸（A）的2'羟基连接。b.第二步，5'外显子作为亲核基团，攻击3'剪接位点的磷酰基团，导致两个结果：一是把5'和3'外显子连接起来了，二是把内含子作为离去基团释放出去。（释放出来的内含子像一个套索）真核生物mRNA的剪接注意：在上述两步转酯反应中，没有增加新的化学键，只是断开了两个磷酸二酯键，同时形成了两个新的磷酸二酯键。/x/page/h0356d4m4wi.html真核生物mRNA的剪接3.剪接体与RNA剪接上述转酯反应是由一个被称为剪接体的大型复合物介导的。包含约150种蛋白质和5种RNA（U1、U2、U4、U5和U6）。5种RNA（U1、U2、U4、U5和U6）统称为核小RNA（smallnuclearRNA）每种核小RNA与几种蛋白质形成的RNA-蛋白质符复合物被称为细胞核小核糖核蛋白（smallnuclearribonuclearprotein，snRNP）它是剪接体的亚单位，剪接体就是由这些snRNP形成的巨型复合物，参与RNA的剪接。/x/page/r0849c4ok6x.html真核生物mRNA的剪接真核生物mRNA的剪接细胞核小核糖核蛋白（snRNP）在剪接中的功能如下：a.识别5'剪接点和分支点；b.按需要把这两个位点集结到一起；c.催化或协助催化RNA的剪接和连接反应。RNA剪接过程中容易两类错误：一是遗漏了剪接位点；二是剪接位点邻近的非靶点被错认为剪接位点。真核生物mRNA的剪接两种机制来提高选择剪接位点的准确性：①.在RNA转录过程中，RNA聚合酶II携带多种参与RNA加工的蛋白质，包括参与剪接的蛋白质。当新合成的RNA形成5'剪接位点时，这些蛋白质就从RNA聚合酶II上转移到RNA分子上并结合与5'剪接位点，准备与下一个3'剪接位点的剪接成分相互作用。以避免遗漏。（剪接体的组装与转录同步）②.研究发现可能有一个富含丝氨酸和精氨酸的SR蛋白的辅助因子与外显子中的外显子剪接增强子区结合，通过与剪接机器的相互作用将其引导到相邻的剪接位点，以优先识别最靠近外显子的剪接位点，防止错误剪接。（向导）真核生物mRNA的剪接1.RNA序列决定了剪接的发生位点2.RNA剪接中的两步转酯反应3.剪接体与RNA剪接4.RNA的可变剪接5.I类和II类自剪接内含子真核生物mRNA的剪接4.RNA的可变剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有序的从mRNA前体中被剪接，然而，在个体发育中或细胞分化时可以有选择性的越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA，称为内含子的可变剪接或选择性剪接。（P105图3-34）真核生物mRNA的剪接5.I类和II类自剪接内含子：与之前的mRNA剪接方式不同，带有I、II类内含子的RNA本身具有催化活性，能通过自身折叠成一种特殊的构象来进行内含子的自我剪接，不需要形成剪接体。a.I类自剪接内含子：（P106图3-35）首先，游离的鸟苷或鸟苷酸的3'-OH作为亲核基团攻击内含子5'端的磷酸二酯键；接着，上游外显子的自由3'-OH作为亲核基团攻击内含子3'核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开。最后，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。注意：I类内含子剪切后形成线性内含子，而不是套索结构。真核生物mRNA的剪接（P106图3-35）真核生物mRNA的剪接b.II类自剪接内含子：首先，内含子本身的靠近3'端的腺苷酸2'-OH作为亲核基团攻击内含子5'端的磷酸二酯键；接着，上游外显子的自由3'-OH作为亲核基团攻击内含子3'位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开；最后，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。注意：II类内含子主要存在于真核生物的线粒体和叶绿体rRNA基团中。真核生物mRNA的剪接（P107图3-36）第九部分RNA的编辑、再编码和化学修饰RNA的编辑RNA编辑是mRNA前体的加工方式之一，通过插入、删除或取代一些核苷酸残基，使DNA所编码的遗传信息发生变化，是生物细胞内改变mRNA序列和蛋白质编码信息的重要途径。介导RNA编辑的机制：A.位点特异性脱氨基作用；B.指导RNA（guideRNA）引导的尿嘧啶的插入或删除。A.位点特异性脱氨基作用：以载脂蛋白为例，在哺乳动物肝脏中，该基因转录产生完整的mRNA（包含13689个核苷酸）并被翻译成有4563个氨基酸的全长蛋白质；在肠中合成的却是只包含6459个核苷酸的mRNA，翻译成2153个氨基酸。RNA的编辑A.位点特异性脱氨基作用：以载脂蛋白为例，在哺乳动物肝脏中，该基因转录产生完整的mRNA（包含13689个核苷酸）并被翻译成有4563个氨基酸的全长蛋白质；在肠中合成的却是只包含6459个核苷酸的mRNA，翻译成2153个氨基酸。肠中的载脂蛋白其实是全长载脂蛋白的N端，在2153位密码子从CAA突变成UAA，位点特异性脱氨基作用引起C-U突变使编码谷氨酰胺的密码子变成了终止密码子。RNA的编辑P108图3-37RNA的编辑B.指导RNA（guideRNA）引导的尿嘧啶的插入或删除：首先：指导RNA与被编辑的mRNA互补（但不完全互补）接着：因为指导RNA与被编辑区及其周围部分核酸序列虽然有相当程度的互补性，但该RNA上存在一些未能配对的腺嘌呤，形成缺口，为插入尿嘧啶提供了模板。之后：尿嘧啶插入之后，指导RNA从mRNA上解离下来，而mRNA则被用作翻译的模板。RNA的编辑P109图3-38RNA的编辑RNA编辑的生物学意义：a.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的编辑得以恢复；b.调控翻译：通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式；c.扩充遗传信息：能使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物的进化。RN