第三章生物信息的傳遞(上)轉(zhuǎn)錄河南工業(yè)大學(xué)

●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是1頁\一共有80頁\編輯于星期四一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄(transcription)：現(xiàn)在是2頁\一共有80頁\編輯于星期四參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白質(zhì)因子RNA合成方向：5'3'現(xiàn)在是3頁\一共有80頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)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(dǎo)mRNA合成的DNA鏈稱為模板鏈?，F(xiàn)在是4頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是5頁\一共有80頁\編輯于星期四模板鏈并非永遠在同一條單鏈上轉(zhuǎn)錄方向5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因：現(xiàn)在是6頁\一共有80頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）一段從啟動子開始至終止子結(jié)束的DNA序列?，F(xiàn)在是7頁\一共有80頁\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是8頁\一共有80頁\編輯于星期四二、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件（一）RNA聚合酶●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子現(xiàn)在是9頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是10頁\一共有80頁\編輯于星期四大腸桿菌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αrpoA365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別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因子存在多種σ因子，用于識別不同的啟動子現(xiàn)在是11頁\一共有80頁\編輯于星期四●真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA約10%存在物種特異性真核細胞的三種RNA聚合酶特征比較現(xiàn)在是12頁\一共有80頁\編輯于星期四RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8×105dol小，1.09×105dol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(fù)能力無有現(xiàn)在是13頁\一共有80頁\編輯于星期四（二）啟動子(promoter)啟動子定義：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列?，F(xiàn)在是14頁\一共有80頁\編輯于星期四●原核生物啟動子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp現(xiàn)在是15頁\一共有80頁\編輯于星期四

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識別的信號TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）現(xiàn)在是16頁\一共有80頁\編輯于星期四編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉(zhuǎn)錄起始點Probnow盒子啟動子35

10

+1轉(zhuǎn)錄區(qū)5’3’RNA轉(zhuǎn)錄起點與新生RNA鏈第一個核甘酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基?，F(xiàn)在是17頁\一共有80頁\編輯于星期四大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識別的啟動子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100現(xiàn)在是18頁\一共有80頁\編輯于星期四典型啟動子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp現(xiàn)在是19頁\一共有80頁\編輯于星期四●真核生物啟動子真核有三種不同的啟動子和有關(guān)的元件啟動子Ⅱ最為復(fù)雜，它和原核的啟動子有很多不同現(xiàn)在是20頁\一共有80頁\編輯于星期四真核生物啟動子的結(jié)構(gòu)核心啟動子（corepromoter）上游啟動子元件（upstreampromoterelement，UPE）現(xiàn)在是21頁\一共有80頁\編輯于星期四1、核心啟動子●定義：指保證RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游TATA區(qū)●作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精確起始TATA常在-25bp左右，相當(dāng)于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50現(xiàn)在是22頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是23頁\一共有80頁\編輯于星期四2、上游啟動子元件●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等●作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70--80bpGGGCGG：-80--110bp現(xiàn)在是24頁\一共有80頁\編輯于星期四SV40早期啟動子組蛋白H2B

TATACAATGC現(xiàn)在是25頁\一共有80頁\編輯于星期四（三）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物●原核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物現(xiàn)在是26頁\一共有80頁\編輯于星期四

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復(fù)合體TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始●真核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物現(xiàn)在是27頁\一共有80頁\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是28頁\一共有80頁\編輯于星期四三、轉(zhuǎn)錄的基本過程1、起始位點的識別：RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程?，F(xiàn)在是29頁\一共有80頁\編輯于星期四2、轉(zhuǎn)錄起始RNA鏈上第一個核甘酸鍵的產(chǎn)生現(xiàn)在是30頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是31頁\一共有80頁\編輯于星期四3、RNA鏈的延伸●亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；●在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長?，F(xiàn)在是32頁\一共有80頁\編輯于星期四核心酶

····DNA

····RNA現(xiàn)在是33頁\一共有80頁\編輯于星期四4、轉(zhuǎn)錄終止終止子（terminator，t）

●強終止子－內(nèi)部終止子

●弱終止子－需要ρ因子（rhofactor）又稱為ρ依賴性終止子（Rho-dependentterminator）不依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止現(xiàn)在是34頁\一共有80頁\編輯于星期四不依賴因子的終止終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；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現(xiàn)在是35頁\一共有80頁\編輯于星期四發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來?，F(xiàn)在是36頁\一共有80頁\編輯于星期四終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關(guān)，長度效率現(xiàn)在是37頁\一共有80頁\編輯于星期四依賴因子的終止因子：六聚體蛋白、水解各種核甘三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在是38頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是39頁\一共有80頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄的基本過程現(xiàn)在是40頁\一共有80頁\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是41頁\一共有80頁\編輯于星期四四、轉(zhuǎn)錄后加工現(xiàn)在是42頁\一共有80頁\編輯于星期四5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的編輯現(xiàn)在是43頁\一共有80頁\編輯于星期四5’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(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）。1、在5’端加帽現(xiàn)在是44頁\一共有80頁\編輯于星期四m7Gppp鳥甘酸轉(zhuǎn)移酶現(xiàn)在是45頁\一共有80頁\編輯于星期四帽子結(jié)構(gòu)功能：①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；②m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA5’末端，以保護mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定?，F(xiàn)在是46頁\一共有80頁\編輯于星期四2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★準確切割★加poly（A）現(xiàn)在是47頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是48頁\一共有80頁\編輯于星期四多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在是49頁\一共有80頁\編輯于星期四3、RNA的剪接地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4現(xiàn)在是50頁\一共有80頁\編輯于星期四生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要類型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ類內(nèi)含子、Ⅱ類內(nèi)含子現(xiàn)在是51頁\一共有80頁\編輯于星期四

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidineCAG=UAG>AAG>GAG現(xiàn)在是52頁\一共有80頁\編輯于星期四參與RNA剪接的物質(zhì)：snRNA（核內(nèi)小分子RNA）snRNP（與snRNA結(jié)合的核蛋白）現(xiàn)在是53頁\一共有80頁\編輯于星期四①現(xiàn)在是54頁\一共有80頁\編輯于星期四②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5現(xiàn)在是55頁\一共有80頁\編輯于星期四Ⅰ類內(nèi)含子的自我剪接現(xiàn)在是56頁\一共有80頁\編輯于星期四Ⅱ類內(nèi)含子的自我剪接現(xiàn)在是57頁\一共有80頁\編輯于星期四4、RNA的編輯編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象?，F(xiàn)在是58頁\一共有80頁\編輯于星期四C變?yōu)閁堿基的突變現(xiàn)在是59頁\一共有80頁\編輯于星期四尿苷酸的缺失和添加在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時發(fā)現(xiàn)mRNA的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象?，F(xiàn)在是60頁\一共有80頁\編輯于星期四錐蟲coxII基因的編輯現(xiàn)在是61頁\一共有80頁\編輯于星期四現(xiàn)在是62頁\一共有80頁\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是63頁\一共有80頁\編輯于星期四五、原核生物與真核生物mRNA的特征比較

1、原核生物mRNA的特征●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(zhì)的mRNA。單順反子mRNA：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA?，F(xiàn)在是64頁\一共有80頁\編輯于星期四結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA現(xiàn)在是65頁\一共有80頁\編輯于星期四●5’端無“帽子”結(jié)構(gòu)，3’端沒有或只有較短的poly（A）結(jié)構(gòu)。SD序列：mRNA中用于結(jié)合原核生物核糖體的序列?，F(xiàn)在是66頁\一共有80頁\編輯于星期四2、真核生物mRNA的特征●5’端存在“帽子”結(jié)構(gòu)●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(xué)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。現(xiàn)在是67頁\一共有80頁\編輯于星期四原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較現(xiàn)在是68頁\一共有80頁\編輯于星期四●基本概念●轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶、啟動子●轉(zhuǎn)錄的基本過程●轉(zhuǎn)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現(xiàn)在是69頁\一共有80頁\編輯于星期四六、RNA合成與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5’→3’3、聚合反應(yīng)均是通過核苷酸之間形成的3’,5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸鏈延長?，F(xiàn)在是70頁\一共有80頁\編輯于星期四不同點：復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)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(fù)制）mRNA，tRNA，rRNA配對A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物無現(xiàn)在是71頁\一共有80頁\編輯于星期四中國科學(xué)院2001年碩士研究生入學(xué)考試：名詞解釋：Transcription;Reversetranscription現(xiàn)在是72頁\一共有80頁\編輯于星期四1、下列有關(guān)TATA盒(Hognessbox)的敘述,哪個是正確的:A.它位于第一個結(jié)構(gòu)基因處

B.它和RNA聚合酶結(jié)合

C.它編碼阻遏蛋白

D.它和反密碼子結(jié)合

B

現(xiàn)在是73頁\一共有80頁\編輯于星期四

2.轉(zhuǎn)錄需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD現(xiàn)在是74頁\一共有80頁\編輯于星期四3、DNA模板鏈為5’-ATTCAG-3’,其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是:A.5’-GACTTA-3’B.5’-CTGAAT-3’C.5’-UAAGUC-3’D.5’-CUGAAU-3’