基因转录专题知识

基因转录专题知识基因转录专题知识第1页遗传信息传递中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物遗传信息以密码形式储存在DNA分子上。细胞分裂过程中，DNA复制把亲代细胞所含遗传信息忠实地传递给子细胞。子代细胞生长发育过程中，这些遗传信息经过转录传递给RNA，再由RNA经过翻译转变成对应蛋白质多肽链上氨基酸排列次序，由蛋白质执行各种各样生物学功效，使后代表现出与亲代相同遗传特征。一些RNA病毒能以自己RNA为模板A为合成DNA，称为逆转录这是中心法则补充。基因转录专题知识第2页RNARNA，即核糖核酸，由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基组成。RNA碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其中，U（尿嘧啶）取代了DNA中T。基因转录专题知识第3页一级结构基因转录专题知识第4页二级结构基因转录专题知识第5页信使RNA（mRNA）转运RNA（tRNA）核蛋白体RNA（rRNA）种类基因转录专题知识第6页转录概念在RNA聚合酶催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带遗传信息传递给RNA过程称为转录（transcription）。经转录生成RNA有各种，主要是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA等。DNA

转录RNA基因转录专题知识第7页基础特点不对称性

以双链DNA中一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA模板链编码链5’5’3’3’5’5’基因转录专题知识第8页连续性

RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。单向性

RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖模板DNA链方向为3'→5'，而RNA链合成方向为5'→3'。基因转录专题知识第9页有特定起始和终止位点

RNA转录合成时，只能以DNA分子中某一段作为模板，故存在特定起始位点和特定终止位点。特定起始点和特定终止点之间DNA链组成一个转录单位，通常由转录区和相关调整次序组成。基因转录专题知识第10页转录过程基因转录专题知识第11页参加转录合成酶和蛋白因子原料：NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板：单链DNA

酶：RNA聚合酶（RNA-pol）其它蛋白质因子：如转录因子、终止因子等基因转录专题知识第12页RNA聚合酶依赖DNARNA聚合酶，该酶在单链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在条件下，不需要引物，即可从5‘→3’聚合形成RNA。

基因转录专题知识第13页原核生物中RNA聚合酶全酶由五个亚基组成，即

2

'

。

亚基与转录起始点识别相关，在转录合成开始后被释放；余下个别（

2

'）被称为关键酶，与RNA链聚合相关。

基因转录专题知识第14页真核生物RNA聚合酶真核生物中RNA聚合酶可按其对

-鹅膏蕈碱敏感性而分为三种，它们均由10~12个大小不一样亚基所组成，结构非常复杂，其功效也不一样。基因转录专题知识第15页转录因子

直接或间接参加转录起始复合体形成蛋白因子被称为转录因子（transcriptionalfactor,TF）。（抗）终止因子帮助RNA聚合酶识别终止信号蛋白质称为终止因子(terminationfactor)。原核生物中终止因子

蛋白是一个六聚体蛋白质，亚基分子量为50kd。

蛋白能识别转录终止信号，并与RNA紧密结合，造成RNA释放。基因转录专题知识第16页转录过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区抵达基因终点延长阶段5

3

RNA

开启子（promoter)

终止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

离开基因转录专题知识第17页起始原核生物转录起始时，首先由RNA聚合酶中

因子识别转录起始点，并促使关键酶结合形成全酶复合物。位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录相关一些DNA调控序列被称为开启子（promoter）。基因转录专题知识第18页开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物开启子保守序列TTGACAAACTGT-35区RNA-pol识别位点(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

基因转录专题知识第19页流产转录经过开启子（起始）快：强开启子慢：弱开启子RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

转录起始复合物基因转录专题知识第20页延长

因子从全酶上脱离，余下关键酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补标准，不停聚合RNA。

亚基脱落，RNA–pol聚合酶关键酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在关键酶作用下，NTP不停聚合，RNA链不停延长。基因转录专题知识第21页终止

RNA聚合酶停滞，RNA解离

RNA转录合成终止机制有两种：

1，内在因子，非Rho因终止子：转录终止特殊信号（一段RNA序列）

2．依赖Rho因子转录终止：由终止因子（

因子）识别特异终止信号，并促使RNA释放。基因转录专题知识第22页大肠杆菌两类终止子回文结构A.不依赖于Rho（

）终止子A.依赖于Rho（

）终止子富含G-C系列U基因转录专题知识第23页模板DNA链在靠近转录终止点处存在相连富含GC和AT区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形二级结构，引发RNA聚合酶变构及移动停顿，造成RNA转录终止。1．非依赖Rho转录终止：基因转录专题知识第24页ATP2，依赖Rho因子转录终止DNA序列缺乏共性，不能形成强发卡结构6聚体，含有NTP酶和解螺旋酶基因转录专题知识第25页基因转录专题知识第26页真核生物转录过程基因转录专题知识第27页真核生物开启子保守序列参加转录位点确定起始控制转录起始频率基因转录专题知识第28页在远离受控基因处存在，能够增强基因转录活性调控序列称为增强子（enhancer）。增强子特点：远距离效应；无方向性；顺势调控；广泛性，相位性基因转录专题知识第29页基因转录专题知识第30页真核生物转录起始：首先由TFⅡDTBP亚基识别并结合TATA盒，然后在其它转录因子配合下，与RNA聚合酶Ⅱ组装形成转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。基因转录专题知识第31页RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。RNA聚合酶Ⅱ羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大个别转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸RNA链。基因转录专题知识第32页真核生物转录延长：与原核生物类似，但因为存在核小体高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。基因转录专题知识第33页真核生物转录终止：在polyA修饰位点下游存在一组共同序列AATAAA和GTGTGT……，为转录终止识别修饰位点。在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切断，随即进行加帽和加尾修饰。基因转录专题知识第34页真核生物RNA转录终止5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止修饰点5

5

3

33加尾AAAAAAA······3mRNA基因转录专题知识第35页真核生物转录后加工基因转录专题知识第36页

1．加帽（addingcap）：即在mRNA5'-端加上m7GTP结构。此过程发生在细胞核内，即HnRNA即可进行加帽。加工过程首先是在磷酸酶作用下，将5'-端磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN结构，再对G进行甲基化。

基因转录专题知识第37页GAAGuanine-7-methyl-transferase2`-O-methyl-transferaseCap010~15%100%基因转录专题知识第38页

2．加尾（addingtail）：这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩核苷酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA半寿期相关。

基因转录专题知识第39页The3`endsofmRNAsaregeneratedbycleavageandpolyadenylation；ThesequenceAAUAAAisnecessaryforcleavagetogeneratea3`endforpoly­adenylation.基因转录专题知识第40页CABD编码区A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区相互间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成完整蛋白质，这些基因称为断裂基因3、RNA剪接（RNAsplicing）基因转录专题知识第41页tRNArRNAⅠ型内含子（mRNA,rRNA）特点:依赖于特定序列（GU…AG,AU…AC）;SnSNP形成剪接体；转酯反应Ⅱ型内含子（核酶）（mRNA,rRNA）（自我剪接）特点：依赖于特定序列(U…U、U…G等)；特殊结构，本身催化；转酯反应基因转录专题知识第42页基因转录专题知识第43页tRNA转录后加工主要有以下几个加工方式：切断剪接3’-末端-CCA序列添加化学修饰基因转录专题知识第44页tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNAtRNA前体转录合成基因转录专题知识第45页tRNA前体切断和剪接加工基因转录专题知识第46页tRNA3'-末端-CCA序列添加基因转录专题知识第47页tRNA碱基修饰（2）还原反应如：UDHU

（3）核苷内转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

I

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）基因转录专题知识第48页rRNA转录后加工

在高等真核生物中，前体以沉降速率来命名，命名为45SRNA，真核生物中前体包含了18SrRNA、5.8SrRNA和28SrRNA序列基因转录专题知识第49页基因转录专题知识第50页rRNA前体转录和剪接加工基因转录专题知识第51页核内带有外显子和内含子编码序列初级RNA转录产物称为杂化核RNA（hetero-nuclearRNA,hnRNA）hnRNA经剪接加工除去内含子编码序列并将外显子编码序列连接起来才能形成成熟mRNAⅠ型内含子：hnRNA和snRNA：基因转录专题知识第52页snRNA为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如U1、U2等snRNA与核内蛋白质组装形成小核蛋白体（snRNP），参加hnRNA剪接加工基因转录专题知识第53页A/CAGGUPuAGU

A

Pyrich

AGG5'5'剪接位点分支点3'剪接位点内含子外显子外显子3'基因转录专题知识第54页U1U1U2U4/6U5U1U2U4/6U5U1U2OHOHUACUAACGUAGOHUACUAACUGAG剪接体基因转录专题知识第55页GUAGAUGAGAGUAGA套索结构套索形成及剪接1212基因转录专题知识第56页Ⅱ型内含子线粒体与叶绿体rRNA中1981年T.Cech和S.Atman

四膜虫rRNA核酶（ribozyme）：是指一类含有催化功效RNA分子，经过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因表示基因转录专题知识第57页锤头型核酶二级结构和空间立体结构示意图基因转录专题知识第58页UpAGpU外显子1内含子外显子2pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应G-OHUpUpGpA剪接机制基因转录专题知识第59页基因转录专题知识第60页核酶与传统酶区分：普通酶是纯蛋白质，而核酶是RNA或带蛋白RNA有核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应基因转录专题知识第61页核酶发觉重大意义：突破了酶概念揭示了内含子自我剪接奥秘，促进了RNA研究为生命起源和分子进化提供了新依据基因转录专题知识第62页可变剪接（Alternativesplicing）可变剪接是指从一个特定基因转录物中经过利用不一样5’、3’剪接位点产生出不一样成熟mRNA过程。主要有四种方式：（1）利用不一样开启子（2）利用不一样Poly（A）位点（3）保留一些内含子（4）保留或去除一些外显子基因转录专题知识第63页基因转录专题知识第64页4.RNA编辑、再编码和修饰RNA编辑(RNAediting)RNA一个加工方式，它造成了RNA所编码遗传信息改变（如单碱基突变），尤其是mRNA编辑，是在mRNA水平上信息发生改变（碱基取代、插入或缺失）过程基因转录专题知识第65页DNA序列GAGAAmRNA序列GAU*U*GU*AU*A蛋白质序列AspCysIle单碱基突变尿苷酸缺失和添加基因转录专题知识第66页①碱基取代哺乳动物载脂蛋白BmRNA编辑：载脂蛋白BmRNA含29个外显子，有4563个code，第2153号code是CAA，在肝中mRNA编码