煙大生化課件教案

2023年2月11日11.DNA指導(dǎo)下RNA的合成過程、有關(guān)的酶2.RNA指導(dǎo)下RNA和DNA的合成及其意義3.RNA的轉(zhuǎn)錄后加工基本要求第1頁/共47頁第一頁，共48頁。2023年2月11日21958，Crick，中心法則一、轉(zhuǎn)錄——DNA指導(dǎo)下RNA的合成第2頁/共47頁第二頁，共48頁。2023年2月11日3DNA復(fù)制：以DNA為模板合成DNA，遺傳信息自上一代細(xì)胞向下一代細(xì)胞傳遞轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄至RNA分子翻譯：以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)，遺傳信息表達(dá)至蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板合成DNA（RNA病毒、真核細(xì)胞的端粒酶）RNA復(fù)制：以RNA為模板合成RNA（RNA病毒）第3頁/共47頁第三頁，共48頁。2023年2月11日4生物體以DNA為模板合成RNA的過程轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶（依賴DNA的RNA聚合酶）第4頁/共47頁第四頁，共48頁。2023年2月11日51.模板：DNA2.原料：核苷酸3.合成方向：5′→3′4.酶：依賴DNA的

RNA聚合酶5.堿基互補(bǔ)配對規(guī)律6.產(chǎn)物：多聚核苷酸鏈復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的異同點相同點：第5頁/共47頁第五頁，共48頁。2023年2月11日6不同點復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩股鏈均作為模板模板鏈作為模板原料

dNTPNTP聚合酶

DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物子代DNA雙鏈mRNA;tRNA;rRNA配對

A-T；G-CA-U；T-A;G-C引物

RNA引物不需要引物方式(特點)

半保留復(fù)制不對稱轉(zhuǎn)錄第6頁/共47頁第六頁，共48頁。2023年2月11日7RNA鏈的轉(zhuǎn)錄起始于DNA模板的一個特定位點（啟動子promoter）并在另一位點處終止（終止子terminator）此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位：第7頁/共47頁第七頁，共48頁。2023年2月11日8順式作用元件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的DNA序列，如啟動子、終止子、增強(qiáng)子反式作用因子可與順式作用元件結(jié)合的調(diào)節(jié)蛋白；如啟動轉(zhuǎn)錄因子、終止因子RNA聚合酶幾個有關(guān)的概念轉(zhuǎn)錄的主要酶，即依賴DNA的RNA聚合酶加工轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA的切割、加帽、加尾和化學(xué)修飾（如形成稀有堿基）DDDP：依賴DNA的DNA聚合酶DDRP：依賴DNA的RNA聚合酶第8頁/共47頁第八頁，共48頁。2023年2月11日9（一）DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶Mw：465～480kD亞基組成：α2ββ′σ(全酶)

α2ββ′（核心酶）1、原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌）σ：起始因子，引導(dǎo)RNA聚合酶結(jié)合到DNA啟動子，開始轉(zhuǎn)錄不同σ因子識別不同啟動子轉(zhuǎn)錄開始，脫離聚合酶，核心酶催化RNA延長第9頁/共47頁第九頁，共48頁。2023年2月11日10RNA聚合酶各亞基、功能ββ′：RNA聚合酶催化中心α亞基：與啟動子、活化因子結(jié)合ρ因子：基因轉(zhuǎn)錄終止第10頁/共47頁第十頁，共48頁。2023年2月11日11Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ專一轉(zhuǎn)錄不同基因轉(zhuǎn)錄過程、產(chǎn)物不同2、真核生物RNA聚合酶加工產(chǎn)生5.8SrRNA，18SrRNA、28SrRNA第11頁/共47頁第十一頁，共48頁。2023年2月11日12（二）模板1、轉(zhuǎn)錄模板

作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA的DNA單鏈——模板鏈對應(yīng)互補(bǔ)鏈——編碼鏈能轉(zhuǎn)錄mRNA，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成部分——結(jié)構(gòu)基因第12頁/共47頁第十二頁，共48頁。2023年2月11日132、不對稱轉(zhuǎn)錄:DNA分子上一股轉(zhuǎn)錄,另一股不轉(zhuǎn)錄模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上第13頁/共47頁第十三頁，共48頁。2023年2月11日143、DNA全程復(fù)制，RNA片段轉(zhuǎn)錄復(fù)制：保留物種全部遺傳信息——全程復(fù)制所有細(xì)胞都轉(zhuǎn)錄的基因——看家基因（持家基因）能連續(xù)獨立轉(zhuǎn)錄DNA片段——轉(zhuǎn)錄單位第14頁/共47頁第十四頁，共48頁。2023年2月11日15反意義鏈或負(fù)鏈有意義鏈或正鏈第15頁/共47頁第十五頁，共48頁。2023年2月11日16（三）RNA聚合酶與模板的辨認(rèn)結(jié)合

σ亞基：識別啟動子，啟動RNA合成

核心酶：延長RNA鏈第16頁/共47頁第十六頁，共48頁。2023年2月11日17不同σ因子識別不同啟動子，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄σ70：大腸桿菌的一般基因σ32：熱休克基因因熱或其他應(yīng)激原存在時誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類蛋白質(zhì)（HSP）高度保守，功能：增強(qiáng)熱耐受能力σ54：固氮酶基因第17頁/共47頁第十七頁，共48頁。2023年2月11日18（四）轉(zhuǎn)錄過程

模板識別、起始、延長、終止1、模板識別

原核生物：σ亞基引導(dǎo)，聚合酶結(jié)合于啟動子局部雙鏈解開，形成轉(zhuǎn)錄泡

真核生物：轉(zhuǎn)錄因子識別啟動子聚合酶在起點處形成起始復(fù)合體第18頁/共47頁第十八頁，共48頁。2023年2月11日192、轉(zhuǎn)錄起始

在模板鏈通過堿基配對合成最初RNA鏈3、轉(zhuǎn)錄延伸σ亞基脫離，核心酶向前移動，RNA鏈延長

原核生物：轉(zhuǎn)錄、翻譯同時進(jìn)行第19頁/共47頁第十九頁，共48頁。2023年2月11日204、轉(zhuǎn)錄終止

聚合酶到達(dá)轉(zhuǎn)錄終點

RNA、RNA聚合酶脫離終止子：能使轉(zhuǎn)錄終止的DNA序列終止因子：識別終止信號的輔助蛋白質(zhì)因子抗終止因子使轉(zhuǎn)錄酶越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄（通讀）的蛋白質(zhì)因子第20頁/共47頁第二十頁，共48頁。2023年2月11日211）原核生物轉(zhuǎn)錄終止終止區(qū)堿基形成特殊結(jié)構(gòu)RNA3′形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)、寡聚U依賴ρ因子(ρ因子與RNA結(jié)合，具ATP酶、解鏈酶活性)第21頁/共47頁第二十一頁，共48頁。2023年2月11日22第22頁/共47頁第二十二頁，共48頁。2023年2月11日232）真核生物轉(zhuǎn)錄終止

編碼鏈：轉(zhuǎn)錄終止修飾點AATAAA

mRNA：polyA尾巴第23頁/共47頁第二十三頁，共48頁。2023年2月11日24轉(zhuǎn)錄過程第24頁/共47頁第二十四頁，共48頁。2023年2月11日25(五)啟動子、轉(zhuǎn)錄因子啟動子：與基因表達(dá)相關(guān)的特定DNA序列（順式作用元件）

聚合酶與之特異結(jié)合，基因轉(zhuǎn)錄開始部位轉(zhuǎn)錄因子：聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子（蛋白質(zhì)）

與順式作用元件結(jié)合（反式作用因子）

識別其他因子或識別RNA聚合酶第25頁/共47頁第二十五頁，共48頁。2023年2月11日261、原核生物啟動子：E.coli；2部分組成第26頁/共47頁第二十六頁，共48頁。2023年2月11日27

不同的啟動子有不同的σ因子識別不同的啟動子啟動速率不同間隔長短也決定于起始速率第27頁/共47頁第二十七頁，共48頁。2023年2月11日282、真核生物啟動子：復(fù)雜，差異較大mRNA啟動子：3部分

-25～-30：TATA框，解鏈位置，決定轉(zhuǎn)錄起點

-75：CAAT框，與RNA聚合酶結(jié)合有關(guān)

上游：GC框，結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子上游因子影響轉(zhuǎn)錄起始頻率第28頁/共47頁第二十八頁，共48頁。2023年2月11日29啟動子由轉(zhuǎn)錄因子識別，轉(zhuǎn)錄因子的種類繁多增強(qiáng)子：增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄順式作用元件（DNA序列）無啟動子功能，位置不定第29頁/共47頁第二十九頁，共48頁。2023年2月11日30二、轉(zhuǎn)錄后加工

轉(zhuǎn)錄生成的RNA——初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（前體RNA，RNA前體）

經(jīng)加工、修飾，體現(xiàn)生物學(xué)功能——轉(zhuǎn)錄后加工

形式：去除、添加核苷酸、剪切拼接等第30頁/共47頁第三十頁，共48頁。2023年2月11日31原核生物

mRNA：轉(zhuǎn)錄、翻譯同時進(jìn)行，不加工

tRNA、rRNA：加工真核生物：較復(fù)雜

轉(zhuǎn)錄（細(xì)胞核）、翻譯（細(xì)胞質(zhì)）

hnRNA：加帽、切尾，切除內(nèi)含子、拼接外顯子→成熟RNA

RNA：不同的加工方式，表達(dá)不同的信息第31頁/共47頁第三十一頁，共48頁。2023年2月11日32（一）原核生物rRNA加工

E.Coli：7個轉(zhuǎn)錄單位

轉(zhuǎn)錄單位：16S、23S、5SRNA、tRNA基因

16S、23S間，tRNA隔開第32頁/共47頁第三十二頁，共48頁。2023年2月11日33（二）原核生物的tRNA加工1）5‘切割2）3’切割3）3’加CCA-OH帽4）堿基修飾成稀有堿基（甲基化堿基、假尿苷）5）拼接第33頁/共47頁第三十三頁，共48頁。2023年2月11日34（三）原核生物mRNA加工第34頁/共47頁第三十四頁，共48頁。2023年2月11日35（四）真核生物rRNA加工

甲基化，假尿嘧啶化、切割第35頁/共47頁第三十五頁，共48頁。2023年2月11日36（五）真核生物mRNA加工

加帽加尾切除內(nèi)含子拼接外顯子第36頁/共47頁第三十六頁，共48頁。2023年2月11日37真核生物的結(jié)構(gòu)基因通常是斷裂的斷裂基因（Splitgeneorinterruptedgene）

基因中間被一些不能表達(dá)的核苷酸序列（插入序列、內(nèi)含子）隔開，致使一個結(jié)構(gòu)基因被斷裂成若干部分，這樣的基因～第37頁/共47頁第三十七頁，共48頁。2023年2月11日38外顯子（exon）

真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因被若干插入順序（內(nèi)含子）隔開被隔開的部分——外顯子內(nèi)含子（intron）

基因能被轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，但不能成為mRNA組分的序列（插入序列，居間序列；interveningsequence）

原核一般無內(nèi)含子第38頁/共47頁第三十八頁，共48頁。2023年2月11日391）5’加帽：保護(hù)mRNA，防止核酸酶水解第39頁/共47頁第三十九頁，共48頁。2023年2月11日40polyA能被3’外切酶水解

polyA越長，mRNA壽命越長2）3’加尾：長度決定mRNA的壽命

成熟mRNA的polyA長度20～200

加尾在細(xì)胞核內(nèi)完成加尾信號第40頁/共47頁第四十頁，共48頁。2023年2月11日413、切除內(nèi)含子、拼接外顯子第41頁/共47頁第四十一頁，共48頁。2023年2月11日42三、在RNA指導(dǎo)下RNA、DNA的合成逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制

有些生物中，RNA是遺傳信息的基本攜帶者，可復(fù)制

遺傳信息從RNA傳遞給DNARNA為模板逆轉(zhuǎn)錄酶合成DNA第42頁/共47頁第四十二頁，共48頁。2023年2月11日43（一）RNA的復(fù)制

RNA復(fù)制酶：感染RNA病毒的細(xì)胞分離模板：病毒RNA原料：4種核苷三磷酸、Mg2+產(chǎn)物：RNA（與模板性質(zhì)相同）

感染細(xì)胞產(chǎn)生正常的RNA病毒病毒RNA：病毒全部遺傳信息的攜帶者第43頁/共47頁第四十三頁，共48頁。2023年2月11日44（二）RNA的逆轉(zhuǎn)錄（reversetranscription）以RNA為模板合成DNA逆轉(zhuǎn)錄酶（致癌RNA病毒）第44頁/共47頁第四十四頁，共48頁。2023年2月11日45

逆轉(zhuǎn)錄酶將RNA轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA

雙鏈DNA進(jìn)入細(xì)胞核與宿主細(xì)胞染色體整合

整合可能導(dǎo)致宿主細(xì)胞的癌變

伴隨宿主細(xì)胞DNA復(fù)制，病毒DN