《生物信息的传递上》课件

第三章生物信息的传递（上）

——从DNA到RNA1编辑ppt第三章生物信息的传递（上）

——从DNA●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Contents2编辑ppt●基本概念Contents2编辑ppt一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

转录(transcription)：3编辑ppt一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RN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编辑ppt参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,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。5编辑ppt转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一6编辑ppt6编辑ppt模板链并非永远在同一条单链上转录方向5

3

3

5

模板链编码链编码链模板链转录方向DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。结构基因：7编辑ppt模板链并非永远在同一条单链上转录方向53模板链编码链编码转录单元（transcriptionunit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。8编辑ppt转录单元（transcriptionunit）一段从启动子●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Contents9编辑ppt●基本概念Contents9编辑ppt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+σ因子10编辑ppt二、参与转录起始的关键酶与元件（一）RNA聚合酶●原核生物11编辑ppt11编辑ppt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αrpoA365002核心酶核心酶组装，启动子识别βrpoB1510001核心酶β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多种σ因子，用于识别不同的启动子12编辑ppt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●真核生物RNA聚合酶酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感性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%存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较13编辑ppt●真核生物RNA聚合酶酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8×105dol小，1.09×105dol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14编辑pptRNA聚合酶与DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小（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。15编辑ppt（二）启动子(promoter)启动子定义：指能被RNA聚●原核生物启动子结构Pribnow41-44bp16编辑ppt●原核生物启动子结构Pribnow41-44bp16编辑p

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）17编辑pptTTGACA区：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号T编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT3’5’DNA转录起始点Probnow盒子启动子

35

10

+1转录区5’3’RNA转录起点与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。18编辑ppt编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A10019编辑ppt大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A典型启动子的结构

-35-10转录起点TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp20编辑ppt典型启动子的结构20编辑ppt●真核生物启动子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）21编辑ppt●真核生物启动子真核生物启动子的结构21编辑ppt1、核心启动子●定义：指保证RNA聚合酶Ⅱ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T85A97T93A85A63A83A5022编辑ppt1、核心启动子●定义：指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必23编辑ppt23编辑ppt2、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--110bp24编辑ppt2、上游启动子元件●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GSV40早期启动子组蛋白H2B

TATACAATGC25编辑pptSV40早期启动子TATACAATGC25编辑ppt（三）转录起始复合物●原核生物转录起始复合物26编辑ppt（三）转录起始复合物●原核生物转录起始复合物26编辑pp

转录因子转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的转录起始●真核生物转录起始复合物27编辑ppt转录因子●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Contents28编辑ppt●基本概念Contents28编辑ppt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。29编辑ppt三、转录的基本过程1、起始位点的识别：RNA聚合酶与启动子D2、转录起始RNA链上第一个核甘酸键的产生30编辑ppt2、转录起始RNA链上第一个核甘酸键的产生30编辑ppt31编辑ppt31编辑ppt3、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。32编辑ppt3、RNA链的延伸●亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶核心酶

····DNA

····RNA33编辑ppt核心酶····DNA····RNA33编辑ppt4、转录终止终止子（terminator，t）

●强终止子－内部终止子

●弱终止子－需要ρ因子（rhofactor）又称为ρ依赖性终止子（Rho-dependentterminator）不依赖Rho(ρ)因子的转录终止依赖Rho(ρ)因子的转录终止34编辑ppt4、转录终止终止子（terminator，t）不依赖Rho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，转录出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U35编辑ppt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。36编辑ppt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。终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度效率37编辑ppt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。38编辑ppt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39编辑ppt39编辑pptContents●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40编辑pptContents●基本概念40编辑ppt四、转录后加工41编辑ppt四、转录后加工41编辑ppt5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的编辑42编辑ppt5’端加帽42编辑ppt5’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43编辑ppt5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gpm7Gppp鸟甘酸转移酶44编辑pptm7Gppp鸟甘酸转移酶44编辑ppt帽子结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp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。45编辑ppt帽子结构功能：45编辑ppt2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★准确切割★加poly（A）46编辑ppt2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：46编辑ppt47编辑ppt47编辑ppt多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。48编辑ppt48编辑ppt3、RNA的剪接地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/449编辑ppt3、RNA的剪接地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/449编辑p生物体内内含子的主要类型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子50编辑ppt生物体内内含子的主要类型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ类内含

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidineCAG=UAG>AAG>GAG51编辑pptIntronexonexonPolyprimidineCAG参与RNA剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）52编辑ppt参与RNA剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）52编辑①53编辑ppt①53编辑ppt②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U554编辑ppt②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2Ⅰ类内含子的自我剪接55编辑pptⅠ类内含子的自我剪接55编辑pptⅡ类内含子的自我剪接56编辑pptⅡ类内含子的自我剪接56编辑ppt4、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。57编辑ppt4、RNA的编辑编辑（editing）是指转录后的RNA在编C变为U碱基的突变58编辑pptC变为U碱基的突变58编辑ppt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。59编辑ppt尿苷酸的缺失和添加1986.R.Benne在研究锥虫线粒体m锥虫coxII基因的编辑60编辑ppt锥虫coxII基因的编辑60编辑ppt61编辑ppt61编辑ppt特异性的化学修饰甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构化、二硫键的饱和化、不常见的核苷酸替代等具有位点的特异性62编辑ppt特异性的化学修饰甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构化、二非编码RNA的名称与缩写符号NoncodingRNAs(ncRNAs)ineukaryotesSmallRNA(sRNA)inbacteriaSmallnuclearRNAs(snRNAs)SmallnucleolarRNAs(snoRNAs)MicroRNA(miRNA)SmalltemporalRNAs(stRNAs)SmallinterferingRNAs(siRNAs)RNAinterference(RNAi)GuideRNAs(gRNAs)tRNA/mRNA:tmRNA63编辑ppt非编码RNA的名称与缩写符号NoncodingRNAs(C/D盒snoRNAs:引导rRNA甲基化C/D盒snoRNAs:引导snRNA甲基化C/D盒snoRNAs:未鉴定目标H/ACA盒snoRNAs:引导rRNA假尿嘧啶化H/ACA盒snoRNAs:引导snRNA假尿嘧啶化H/ACA盒snoRNAs:未鉴定目标H/ACA盒和C/D盒snoRNAs:脑特异性，未鉴定目标位于mRNA编码区内的RNAs位于mRNA的5’-或3’-端非编码区的RNAs类似重复因子的RNAs未知序列和结构的snmRNAssnoRNA的类别和功能64编辑pptC/D盒snoRNAs:引导rRNA甲基化snoRNA的●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Contents65编辑ppt●基本概念Contents65编辑ppt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。66编辑ppt五、原核生物与真核生物mRNA的特征比较

1、原核生物mRN结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA67编辑ppt结构基因Z：β-半乳糖苷酶ZYAOPDNA67编辑pp●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。68编辑ppt●5’端无“帽子”结构，3’端没有或只有较短的pol2、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。69编辑ppt2、真核生物mRNA的特征●5’端存在“帽子”结构●多数原核生物和真核生物mRNA结构的比较70编辑ppt原核生物和真核生物mRNA结构的比较70编辑ppt●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Contents71编辑ppt●基本概念Contents71编辑ppt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。72编辑ppt六、RNA合成与DNA合成异同点

相同点：72编辑ppt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73编辑ppt不同点：复制转录模板两条链均复制模板链转录原料dNTPNTP中国科学院2001年硕士研究生入学考试：名词解释：Transcription;Reversetranscription74编辑ppt中国科学院2001年硕士研究生入学考试：74编辑ppt1、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

75编辑ppt1、下列有关TATA盒(Hognessbox)的叙述,哪个是

2.转录需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD76编辑ppt2.转录需要的原料是:D76编辑ppt3、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’

D77编辑ppt3、DNA模板链为5’-ATTCAG-3’,其转录产4、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

D78编辑ppt4、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的

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79编辑ppt5、真核生物的mRNA加工过程中,5’端加上（），6、–10位的（）区和