生物信息的传递上转录

关于生物信息的传递上转录●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Contents第2页,共92页，2024年2月25日，星期天一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录(transcription)：第3页,共92页，2024年2月25日，星期天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'第4页,共92页，2024年2月25日，星期天第5页,共92页，2024年2月25日，星期天转录的不对称性：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。第6页,共92页，2024年2月25日，星期天第7页,共92页，2024年2月25日，星期天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：第8页,共92页，2024年2月25日，星期天几个概念第9页,共92页，2024年2月25日，星期天转录单位RNA链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止由DNA上的终止子控制，转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的第10页,共92页，2024年2月25日，星期天●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Contents第11页,共92页，2024年2月25日，星期天二、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因子第12页,共92页，2024年2月25日，星期天第13页,共92页，2024年2月25日，星期天第14页,共92页，2024年2月25日，星期天第15页,共92页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌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第16页,共92页，2024年2月25日，星期天●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聚合酶特征比较第17页,共92页，2024年2月25日，星期天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第18页,共92页，2024年2月25日，星期天（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。第19页,共92页，2024年2月25日，星期天●原核生物启动子结构Pribnow41-44bp第20页,共92页，2024年2月25日，星期天开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

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原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点5

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RNA聚合酶保护区结构基因3

3

第21页,共92页，2024年2月25日，星期天

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）第22页,共92页，2024年2月25日，星期天编码链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。第23页,共92页，2024年2月25日，星期天大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100第24页,共92页，2024年2月25日，星期天典型启动子的结构

-35-10转录起点TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp第25页,共92页，2024年2月25日，星期天Initiation第26页,共92页，2024年2月25日，星期天●真核生物启动子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子Ⅱ最为复杂，它和原核的启动子有很多不同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）第27页,共92页，2024年2月25日，星期天1、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T85A97T93A85A63A83A50第28页,共92页，2024年2月25日，星期天第29页,共92页，2024年2月25日，星期天2、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--110bp第30页,共92页，2024年2月25日，星期天SV40早期启动子组蛋白H2B

TATACAATGC第31页,共92页，2024年2月25日，星期天（三）转录起始复合物●原核生物转录起始复合物第32页,共92页，2024年2月25日，星期天

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第33页,共92页，2024年2月25日，星期天●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Contents第34页,共92页，2024年2月25日，星期天三、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。2、转录起始RNA链上第一个核甘酸键的产生第35页,共92页，2024年2月25日，星期天第36页,共92页，2024年2月25日，星期天3、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。核心酶

····DNA

····RNA第37页,共92页，2024年2月25日，星期天4、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)因子的转录终止第38页,共92页，2024年2月25日，星期天不依赖

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，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U第39页,共92页，2024年2月25日，星期天发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。第40页,共92页，2024年2月25日，星期天终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度效率第41页,共92页，2024年2月25日，星期天依赖

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。第42页,共92页，2024年2月25日，星期天第43页,共92页，2024年2月25日，星期天第44页,共92页，2024年2月25日，星期天第45页,共92页，2024年2月25日，星期天●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Contents第46页,共92页，2024年2月25日，星期天四、转录后加工第47页,共92页，2024年2月25日，星期天5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的编辑第48页,共92页，2024年2月25日，星期天5’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’端加帽第49页,共92页，2024年2月25日，星期天m7Gppp鸟苷酸转移酶第50页,共92页，2024年2月25日，星期天帽子结构功能：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。第51页,共92页，2024年2月25日，星期天2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★准确切割★加poly（A）第52页,共92页，2024年2月25日，星期天第53页,共92页，2024年2月25日，星期天多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。第54页,共92页，2024年2月25日，星期天3、RNA的剪接地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/4第55页,共92页，2024年2月25日，星期天真核mRNA的剪辑第56页,共92页，2024年2月25日，星期天第57页,共92页，2024年2月25日，星期天第58页,共92页，2024年2月25日，星期天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5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidine第59页,共92页，2024年2月25日，星期天

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidineCAG=UAG>AAG>GAG第60页,共92页，2024年2月25日，星期天参与RNA剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）第61页,共92页，2024年2月25日，星期天①第62页,共92页，2024年2月25日，星期天②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5第63页,共92页，2024年2月25日，星期天第64页,共92页，2024年2月25日，星期天Ⅰ类内含子的自我剪接第65页,共92页，2024年2月25日，星期天Ⅱ类内含子的自我剪接第66页,共92页，2024年2月25日，星期天4、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。第67页,共92页，2024年2月25日，星期天C变为U碱基的突变第68页,共92页，2024年2月25日，星期天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。第69页,共92页，2024年2月25日，星期天锥虫coxII基因的编辑第70页,共92页，2024年2月25日，星期天第71页,共92页，2024年2月25日，星期天●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Contents第72页,共92页，2024年2月25日，星期天五、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。第73页,共92页，2024年2月25日，星期天结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA第74页,共92页，2024年2月25日，星期天●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。第75页,共92页，2024年2月25日，星期天2、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。第76页,共92页，2024年2月25日，星期天原核生物和真核生物mRNA结构的比较第77页,共92页，2024年2月25日，星期天●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Contents第78页,共92页，2024年2月25日，星期天六、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。第79页,共92页，2024年2月25日，星期天不同点：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引物无第80页,共92页，2024年2月25日，星期天中国科学院2001年硕士研究生入学考试：名词解释：Transcription;Reversetranscription第81页,共92页，2024年2月25日，星期天1、下列有关TATA盒(Hognessbox)的叙述,哪个是正确的:它位于第一个结构基因处它和RNA聚合酶结合它编码阻遏蛋白它和反密码子结合

B

第82页,共92页，2024年2月25日，星期天

2.转录需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD第83页,共92页，2024年2月25日，星期天3、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’

D第84页,共92页，2024年2月25日，星期天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

D第