第三章生物信息的傳遞(上)—轉錄

1、第三章 生物(shngw)信息的傳遞（上） 從DNA到RNA共九十三頁 基本概念 轉錄起始： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本過程 轉錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成(hchng)與DNA合成異同點Contents共九十三頁一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程(guchng) 。轉錄(zhun l)(transcription) ：共九十三頁參與轉錄(zhun l)的物質原料(yunlio): NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板:DNA酶: RNA聚合酶其他蛋白質因子RNA合成方向：5 3共九十三頁共九十三頁轉錄(zhun l)的不對稱

2、性： 在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉錄(zhun l)的模板，稱為轉錄的不對稱性。編碼鏈與模板鏈與mRNA序列相同的那條DNA鏈稱為編碼鏈；將另一條根據(jù)堿基互補原則指導mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈。共九十三頁共九十三頁模板(mbn)鏈并非永遠在同一條單鏈上轉錄方向5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉錄方向DNA分子上轉錄(zhun l)出RNA的區(qū)段，稱為結構基因。結構基因：共九十三頁幾個(j )概念共九十三頁轉錄(zhun l)單位RNA鏈的轉錄，起始于DNA模板的一個特定位點，并在另一位點終止，此轉錄區(qū)域稱為一個轉錄單位。一個轉錄單位可以(ky)是一個基因（真核），

3、也可以(ky)是多個基因（原核）。基因的轉錄是有選擇性的，細胞不同生長發(fā)育階段和細胞環(huán)境條件的改變，將轉錄不同的基因。轉錄的起始由DNA上的啟動子區(qū)控制，轉錄的終止由DNA上的終止子控制，轉錄是通過DNA指導的RNA聚合酶來實現(xiàn)的 共九十三頁 基本概念 轉錄起始： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本過程(guchng) 轉錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點Contents共九十三頁二、參與轉錄起始的關鍵(gunjin)酶與元件（一） RNA聚合酶原核生物(shngw)RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+ 因子共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁

4、大腸桿菌(d chn n jn)RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能rpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別rpoB1510001核心酶和共同形成RNA合成的活性中心rpoC1550001核心酶？110001核心酶？rpoD700001因子存在多種因子，用于識別不同的啟動子共九十三頁 真核生物(shngw)RNA聚合酶酶位置轉錄產(chǎn)物相對活性對-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核質hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核質tRNA約10%存在物種特異性真核細胞的三種(sn zhn)RNA聚合酶特征比較共九十三頁RNA聚合酶與DNA聚

5、合酶的區(qū)別(qbi)RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物無有產(chǎn)物較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時進行外切酶活性無5 3，3 5校對合成能力無有修復能力無有共九十三頁（二） 啟動子(promoter)啟動子定義：指能被RNA聚合酶識別、結合(jih)并啟動基因轉錄的一段DNA序列。 共九十三頁 原核生物(shngw)啟動子結構Pribnow41-44bp共九十三頁開始(kish)轉錄T T G A C AA A C T G T-35 區(qū)(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A P

6、y-10 區(qū)1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核(yun h)生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點55RNA聚合酶保護區(qū)結構基因33共九十三頁 TTGACA區(qū)：提供(tgng)了RNA聚合酶全酶識別的信號 TATA區(qū)：酶的緊密結合(jih)位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開） 共九十三頁編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT35DNA轉錄起始點Probnow盒子啟動子35 10 +1轉錄區(qū)53RNA轉錄(zhun l)起點與新生(xnshng)RNA鏈第一個核甘酸相對應DNA鏈上的堿基。共九十三頁大腸桿菌(d chn n jn)RNA聚合酶全酶所識別

7、的啟動子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100共九十三頁典型(dinxng)啟動子的結構 -35 -10 轉錄(zhun l)起點TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp共九十三頁Initiation共九十三頁 真核生物(shngw)啟動子真核有三種不同(b tn)的啟動子和有關的元件啟動子最為復雜，它和原核的啟動子有很多不同真核生物啟動子的結構核心啟動子（core promoter）上游啟動子元件（upstream promoter element，UPE）共九十三頁1、核心(hxn)啟動子 定義：指保證(bozhng)RNA聚合酶轉錄正常起始所

8、必需的、最少的DNA序列，包括轉錄起始位點及轉錄起始位點上游TATA區(qū)作用：選擇正確的轉錄起始位點，保證精確起始TATA 常在-25bp左右，相當于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50共九十三頁共九十三頁2、上游(shngyu)啟動子元件包括(boku)CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制轉錄起始頻率。CAAT：-70 - -80bpGGGCGG：-80 - -110bp共九十三頁SV40 早期(zoq)啟動子組蛋白H2B TATACAATGC共九十三頁（三） 轉錄(zhun l)起始復合物 原核生物(shngw)轉錄起始復合物共九十三頁 轉錄因子

9、(ynz) 轉錄復合體TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的轉錄起始 真核生物轉錄(zhun l)起始復合物共九十三頁 基本概念 轉錄起始： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本(jbn)過程 轉錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點Contents共九十三頁三、轉錄(zhun l)的基本過程1、起始(q sh)位點的識別：RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結合的過程。2、轉錄起始RNA鏈上第一個核甘酸鍵的產(chǎn)生共九十三頁共九十三頁3、RNA鏈的延伸(ynshn) 亞基脫落，RNApol聚合酶核心酶

10、變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不斷(bdun)聚合，RNA鏈不斷延長。核心酶 DNA RNA共九十三頁4、轉錄(zhun l)終止 終止子（terminator，t） 強終止子內(nèi)部(nib)終止子 弱終止子 需要因子（rho factor） 又稱為依賴性終止子 （Rho-dependent terminator）不依賴Rho ()因子的轉錄終止依賴Rho ()因子的轉錄終止共九十三頁不依賴因子(ynz)的終止 終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重(r zhn)對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結構；在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，RNA的3端為寡聚U共九

11、十三頁發(fā)夾式結構(jigu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復合物中解離出來。共九十三頁 終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短(chngdun)有關，長度 效率共九十三頁依賴因子(ynz)的終止因子：六聚體蛋白(dnbi)、水解各種核甘三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉錄復合物中解離出來，從而終止轉錄。共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁 基本概念 轉錄起始： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本(jbn)過程 轉錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點Contents共九十三頁四、轉錄(zhun l)后加工共九十三頁5端加帽3端加尾RNA的剪接(jinji)R

12、NA的編輯共九十三頁 5端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5端的這種結構(jigu)稱為帽子（cap）。1、在5端加帽共九十三頁m7Gppp鳥苷酸轉移酶共九十三頁 帽子結構功能： 能被核糖體小亞基識別(shbi)，促使mRNA和核糖體的結合； m7Gppp結構能有效地封閉mRNA 5末端，以保護mRNA免受5核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。共九十三頁2、3端加尾多聚腺苷酸尾巴(wi ba)AAUAAA：準確(zhnqu)切割加poly（A）共九十三頁共九十三頁多聚腺苷酸尾巴功能(gngnng)：提高了mRNA在細胞質中的穩(wěn)定性。共九十三頁3、RNA的剪接(j

13、inji)地中海貧血病人(bngrn)的珠蛋白基因，1/4共九十三頁真核mRNA的剪輯(jinj)共九十三頁共九十三頁共九十三頁生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要(zhyo)類型：GU-AG、AU-AC、類內(nèi)含子、類內(nèi)含子5.AAGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidine共九十三頁 5.AAGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidineCAG = UAG AAG GAG共九十三頁參與(cny)RNA剪接的物質：snRNA（核內(nèi)小分子(fnz)

14、RNA）snRNP（與snRNA結合的核蛋白） 共九十三頁共九十三頁UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、U4、U5共九十三頁共九十三頁類內(nèi)含子的自我(zw)剪接共九十三頁類內(nèi)含子的自我(zw)剪接共九十三頁4、RNA的編輯(binj)編輯（editing）是指轉錄(zhun l)后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象。共九十三頁C變?yōu)閁堿基的突變(tbin)共九十三頁尿苷酸的缺失(qu sh)和添加1986.R.Benne在研究錐蟲線粒體mRNA轉錄加工時發(fā)現(xiàn)mRNA的多個編碼位置上加入(jir)或丟失尿苷酸，199

15、0年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。共九十三頁 錐蟲coxII 基因(jyn)的編輯共九十三頁共九十三頁 基本概念 轉錄起始(q sh)： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本過程 轉錄后加工 原核生物與真核生物mRNA的特征比較 RNA合成與DNA合成異同點Contents共九十三頁五、原核(yun h)生物與真核生物mRNA的特征比較1、原核生物mRNA的特征(tzhng) 半衰期短 多以多順反子的形式存在 多順反子mRNA：編碼多個蛋白質的mRNA。單順反子mRNA：只編碼一個蛋白質的mRNA。共九十三頁 結構(jigu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透過(tu u)酶A：乙?；D移酶ZY

16、AOPDNA共九十三頁 5 端無“帽子(mo zi)”結構， 3 端沒有或只有較短的poly（A ）結構。SD序列：mRNA中用于結合(jih)原核生物核糖體的序列。 共九十三頁2、真核生物(shngw)mRNA的特征 5 端存在(cnzi)“帽子”結構多數(shù)mRNA 3 端具有poly（A ）尾巴（組蛋白除外）以單順反子的形式存在“基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。共九十三頁原核(yun h)生物和真核生物mRNA結構的比較共九十三頁 基本概念 轉錄起始： RNA聚合酶、啟動子 轉錄的基本過程 轉錄后加工 原核(yun h)生物與真核生物mRNA的特征比

17、較 RNA合成與DNA合成異同點Contents共九十三頁六、RNA合成(hchng)與DNA合成異同點相同點：1、都以DNA鏈作為模板2、合成的方向均為53 3、聚合反應均是通過核苷酸之間形成(xngchng)的3,5-磷酸 二酯鍵，使核苷酸鏈延長。共九十三頁不同點：復制轉錄模板兩條鏈均復制模板鏈轉錄（不對稱轉錄）原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代雙鏈DNA（半保留復制）mRNA， tRNA， rRNA配對A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物無共九十三頁中國科學院2001年碩士(shush)研究生入學考試 ：名詞解釋：Transcription; Revers

18、e transcription 共九十三頁1、下列(xili)有關TATA盒(Hognessbox)的敘述,哪個是正確的:它位于第一個結構基因處它和RNA聚合酶結合它編碼阻遏蛋白它和反密碼子結合 B 共九十三頁 2. 轉錄需要(xyo)的原料是: dNTPB. dNDP C. dNMP D. NTP E . NMPD共九十三頁3、DNA模板鏈為 5-ATTCAG-3 , 其轉錄(zhun l)產(chǎn)物是: A. 5 -GACTTA-3 B. 5 -CTGAAT-3 C. 5 -UAAGUC-3 D. 5 -CUGAAU-3 D共九十三頁4、 DNA復制和轉錄過程有許多相同點,下列描述(mio sh

19、)哪項是錯誤的? A.轉錄以DNA一條鏈為模板,而以DNA兩條鏈為模板進行復制 B. 在這兩個過程中合成均為5-3方向 C. 復制的產(chǎn)物通常情況下大于轉錄的產(chǎn)物 D. 兩過程均需RNA引物 D共九十三頁 5、真核生物的mRNA加工過程中,5端加上（ ），在3端加上（ ），后者由（ ）催化。如果被轉錄基因是不連續(xù)的，那么，（ ）一定要被切除(qich)，并通過（ ）過程將（ ）連接在一起。帽子(mo zi)結構、多聚腺苷酸尾巴、poly(A)聚合酶、內(nèi)含子、剪接、外顯子共九十三頁6、10位的（ ）區(qū)和35位的（ ）區(qū)是RNA聚合酶與啟動子的結合位點，能與因子相互(xingh)識別而具有很高的親和力。 TATA、TTGACA共九十三頁7、決定基因轉錄基礎(jch)頻率的 DNA 元件是 （ ） ，它是 （ ）的結合位點 啟動子、RNA聚合酶 8、原核(yun h)生物 RNA 聚合酶核心酶由（ ）組成，全酶由 （ ）組成。2、2共九十三頁9、下面那一項不屬于原核生物mRNA的特征（ ） A：半衰期短 B：存在多順反子的形式(xngsh) C：5端有