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医学生物化学课件医学生物化学课件-11不同点：不同点： 复制复制 转录转录模板模板 两股链均作为模板两股链均作为模板 模板链作为模板模板链作为模板原料原料 dNTP NTP聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶产物产物 子代子代DNA双链双链 mRNA;tRNA;rRNA配对配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C引物引物 需需RNA引物引物 - 方式方式(特点特点) 半保留复制半保留复制 不对称转录不对称转录v-35区的序列与起始点的辨认有关区的序列与起始点的辨认有关,称为称为辨认辨认位点位点, -10区的序列称为区的序列称为Pribnow盒盒(box) 结结合位点合位点-30-20-10010-50 -40RNA聚合酶保护区结构基因终止点TTGACAAACTGTTATAATPuATATTAPy55pppG转录开始翻译开始NH2标记应标记应该为该为+1一、转录起点一、转录起点vDNA序列按编码链（与序列按编码链（与RNA链一样）书写链一样）书写，由左至右为，由左至右为53方向。与方向。与mRNA序列相序列相同的为同的为正链正链（编码链），互补的链为（编码链），互补的链为负链负链（模板链）。模板链）。v转录起点：即每个转录单位的起点。该点的转录起点：即每个转录单位的起点。该点的核苷酸标号为核苷酸标号为+1。右侧为下游，用正的数码。右侧为下游，用正的数码表示；左侧为上游，用负的数码表示。表示；左侧为上游，用负的数码表示。二、启动子二、启动子 即转录起始的信号序列。即转录起始的信号序列。1、大肠杆菌基因组的启动子、大肠杆菌基因组的启动子（1）Pribnow框（框（-10序列）序列）：起点上游约：起点上游约-10处，保守序列处，保守序列TATAAT，-10序列有助于序列有助于DNA局部双链解开（局部双链解开（A-T配对易解开）配对易解开）（2）识别区（识别区（-35序列）序列）：中心位置约在：中心位置约在-35处处，保守序列，保守序列TTGACA；-35序列提供了序列提供了RNA聚合酶识别的信号聚合酶识别的信号2、真核生物基因组的启动子、真核生物基因组的启动子（1）Hogness框（框（TATA框）框）：中心在：中心在-25-30处，保守序列处，保守序列TAAA(T)AA(T)，有助，有助于于DNA局部解开局部解开（2）CAAT框框：-75处，保守序列处，保守序列GGT (C)CAATCT，与，与RNA聚合酶结合有关聚合酶结合有关（3）GC框框：在更上游处，保守序列：在更上游处，保守序列GGGCGG，与某些转录因子结合有关，与某些转录因子结合有关 *RNA聚合酶聚合酶III（转录（转录5S RNA等）的启等）的启动子在转录区内部动子在转录区内部三、终止因子三、终止因子1、终止因子（终止因子（NusA）：协助：协助RNA聚合酶聚合酶识别终止信号的辅助因子，与识别终止信号的辅助因子，与RNA聚聚合酶的核心酶结合（合酶的核心酶结合（2NusA复合复合物），物），识别终止序列识别终止序列。2、 rho因子因子：具有：具有核酸酶活力核酸酶活力（水解三磷（水解三磷酸核苷）。在酸核苷）。在RNA聚合酶遇到终止子聚合酶遇到终止子暂停作用时，解暂停作用时，解RNA-DNA螺旋，起解螺旋，起解链酶作用。链酶作用。四、终止子四、终止子1、终止子、终止子： 提供转录停止信号的提供转录停止信号的DNA序列序列v终止子可被终止子可被RNA聚合酶或其辅助因子识聚合酶或其辅助因子识别，但终止信号应位于已转录的序列中别，但终止信号应位于已转录的序列中v原核生物的终止子在终止点之前，有一个原核生物的终止子在终止点之前，有一个回文结构，其转录产生的回文结构，其转录产生的RNA可形成一可形成一个个发夹结构发夹结构，使聚合酶停止移动（，使聚合酶停止移动（p.465, 图图36-11） 不依赖r -因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。2、大肠杆菌的两类终止子、大肠杆菌的两类终止子（p.465, 图图36-11）v不依赖于不依赖于rho（）的终止子（简单终止子）的终止子（简单终止子）：除能形成：除能形成发夹结构发夹结构外，在终点前还有外，在终点前还有一系一系列列U（约（约6个）个），这个寡聚，这个寡聚U序列可能提供信序列可能提供信号使号使RNA聚合酶脱离模板。因为由聚合酶脱离模板。因为由rU-dA组组成的成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基杂交分子具有特别弱的碱基配对作用配对作用v依赖于依赖于rho（）的终止子）的终止子：无寡聚：无寡聚U序列。序列。必须在必须在rho因子存在时才发生终止作用因子存在时才发生终止作用一一 转录的起始转录的起始（一）原核生物的转录起始（一）原核生物的转录起始RNA酶结合到酶结合到DNA链上，链上，DNA双链部分解双链部分解开形成转录空泡。原核生物由开形成转录空泡。原核生物由因子辨认转因子辨认转录起始位点，原核生物在录起始位点，原核生物在-35区有区有5-TTG ACA，在在-10区有区有TAT AAT盒盒 转录起始不需引物转录起始不需引物, 5- PPPGPN-OH 第一个磷酸二酯键形成后第一个磷酸二酯键形成后, 亚单位即脱落下亚单位即脱落下来来RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA模板链的结合模板链的结合模板链模板链合成方向合成方向转录起始转录起始(二二)真核生物的转录起始真核生物的转录起始顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element) -35区区 Hogness盒盒 (TATA盒盒) -40-110区区CAAT盒盒GC盒盒反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 转录因子（）转录因子（）(三三)转录因子和真核生物的转录起始复合物转录因子和真核生物的转录起始复合物、起始前复合物（）起始前复合物（） PICTATADNARNApolA DBEF二二 转录的延伸转录的延伸 原核生物和真核生物基本相同原核生物和真核生物基本相同 亚基脱落，核心酶构象改变，亚基脱落，核心酶构象改变，NusA结合结合 RNA的的5 端伸展在转录空泡之外端伸展在转录空泡之外 模板为模板为A，转录产物相应为，转录产物相应为U 原核生物的转录和翻译同时进行原核生物的转录和翻译同时进行RNARNA链的延长链的延长RNARNA链链的的延延长长三三 转录的终止转录的终止（一）原核生物转录终止的模式（一）原核生物转录终止的模式：依赖因子依赖因子(因子能与因子能与RNA结合，还具有结合，还具有ATP酶和酶和解链酶的活性解链酶的活性) l RNA 3形成茎环结构形成茎环结构不依赖不依赖因子因子 终止区的碱基可形成特殊的结构终止区的碱基可形成特殊的结构 l RNA 3形成茎环结构和一串寡聚形成茎环结构和一串寡聚U（二）（二） 真核生物的转录终止真核生物的转录终止编码链上存在转录终止的修饰点编码链上存在转录终止的修饰点AATAAA真核生物真核生物mRNA带有带有polyA尾巴尾巴 依赖r -因子的终止子的终止反应： r r - -因子：含六聚体因子：含六聚体的寡聚蛋白，具有的寡聚蛋白，具有依赖依赖RNARNA的的NTPNTP酶活酶活性，它结合于新生性，它结合于新生RNARNA上，借助于水解上，借助于水解NTPNTP产生能量推动产生能量推动RNARNA聚合酶向前移动，聚合酶向前移动，当酶遭遇终止子时当酶遭遇终止子时暂停前进，暂停前进， r r - -因因子追上酶，与酶相子追上酶，与酶相互作用释放互作用释放RNARNA。因。因此，还具有此，还具有RNA-DNARNA-DNA解螺旋酶活性。解螺旋酶活性。 不依赖r -因子的终止子：含富GC的回文序列和寡聚U序列。RNARNA释放释放聚合酶聚合酶脱离脱离转录终止转录终止转录的过程转录的过程启动子结构基因终止区3 3 5 5 5 pppGmRNA5 pppG5pppG5 一、原核生物一、原核生物rRNA前体的加工前体的加工 结构结构：每个转录单位由：每个转录单位由16S、23S、5S rRNA 以及一个或几个以及一个或几个tRNA基因所组成。基因所组成。加工加工：RNAase：裂解产生：裂解产生16S和和23S rRNA的前体（的前体（P16和和P23）RNAaseE：裂解产生：裂解产生5S rRNA前体（前体（P5）RNAaseM16和和RNAaseM23：分别切除分别切除P16和和P23两端的互补两端的互补序列序列RNAaseM5：切除：切除P5的两端附的两端附加序列加序列二、原核生物二、原核生物tRNA前体的加工前体的加工结构结构：tRNA基因大多成簇存在，或与基因大多成簇存在，或与rRNA、 mRNA基因组成混合转录单位。基因组成混合转录单位。加工加工：（1）由核酸内切酶在由核酸内切酶在tRNA两端两端切断切断：5-核酸内切酶核酸内切酶（RNAaseP）：在）：在tRNA5端切开，是端切开，是tRNA的的5成熟成熟酶酶3-核酸内切酶核酸内切酶（RNAaseF）：在）：在tRNA近近3端处切开端处切开（2）核酸外切酶（核酸外切酶（RNAaseD）：从前体从前体3端逐个切去附加的序列，端逐个切去附加的序列，直至直至tRNA的的3端，是端，是tRNA的的3成成熟酶。熟酶。（3）在在3端加上端加上-CCAOH： -CCAOH结构对接受氨酰基的活性是必要结构对接受氨酰基的活性是必要 的。的。 一类是本身具有一类是本身具有CCA；另一类没有，需要；另一类没有，需要tRNA核苷酰转移酶核苷酰转移酶催化逐个加上催化逐个加上CCA。（4）核苷的修饰核苷的修饰：由特定的：由特定的tRNA修饰酶修饰酶催化，催化，如假尿嘧啶核苷的糖苷键发生移位反应（如假尿嘧啶核苷的糖苷键发生移位反应（由尿嘧啶的由尿嘧啶的N1变为变为C5）。）。三、原核生物三、原核生物mRNA前体的加工前体的加工 一般不加工；少数多顺反子一般不加工；少数多顺反子mRNA通过核酸内通过核酸内切酶切成较小的单位，再行翻译。切酶切成较小的单位，再行翻译。四、真核生物四、真核生物rRNA前体的加工前体的加工1、结构结构：由：由1618S、 2628S 和和5.8SRNA基因组成一基因组成一个转录单位个转录单位2、加工加工：由：由RNAase以及其他核酸以及其他核酸内切酶内切酶进行加工进行加工五、真核生物五、真核生物tRNA前体的加工前体的加工1、结构结构：tRNA基因成簇排列基因成簇排列2、加工加工：核酸：核酸内切酶内切酶和和外切酶外切酶：切去：切去tRNA前体前体5端端和和3端的附加序列端的附加序列 核苷酰转移酶核苷酰转移酶：在：在tRNA3端逐个加上端逐个加上CCA序列序列 修饰酶修饰酶：tRNA特异成份的修饰特异成份的修饰六、真核生物六、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5-端帽结构的形成端帽结构的形成(m7GpppG) O型帽子：型帽子： m7G5ppp-5N1 型帽子：型帽子： m7G5ppp5N1m2pN2p- II 型帽子：型帽子： m7G5ppp5N1m2pN2m2p- 3-端端 poly A尾巴的生成尾巴的生成 由由多聚腺苷酸聚合酶多聚腺苷酸聚合酶催化，以带催化，以带3- OH基的基的RNA为受体，为受体，ATP为供体，为供体， 在在3端逐个加上端逐个加上A。 功能：保护功能：保护mRNA。pppG5磷酸酶ppGpi5+pppG鸟苷酸转移酶GpppG5+ppiSAM甲基转移酶m7GpppG5SAM：S-腺苷甲硫氨酸甲基化过程：甲基化过程：G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤（鸟嘌呤-7）甲基转移酶）甲基转移酶 SAM=S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸m7 G5ppp5N1pN2p-RNA+SAM m7 G5ppp5N1m2pN2p-RNA+S-腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸 mRNA（鸟嘌呤（鸟嘌呤-2）甲基转移酶）甲基转移酶 （核糖（核糖2-OH基上被甲基化）基上被甲基化）帽子功能：翻译过程中起识别和稳定作用。帽子功能：翻译过程中起识别和稳定作用。1、断裂基因、断裂基因(split gene) 外显子外显子(exon) 内含子内含子(intron)v从中断基因线性表达的方式分从中断基因线性表达的方式分翻译前删除内含子翻译前删除内含子翻译绕过内含子翻译绕过内含子翻译后删除内含子翻译后删除内含子2、内含子定义扩充、内含子定义扩充内含子是隔断基因线性表达的序列内含子是隔断基因线性表达的序列3、内含子的分类、内含子的分类v按基因类型分按基因类型分第一类内含子：线粒体、叶绿体内转录初级第一类内含子：线粒体、叶绿体内转录初级 rRNA基因，需要游离基因，需要游离G发动转酯反应；发动转酯反应；第二类内含子：核、线粒体、叶绿体内转录第二类内含子：核、线粒体、叶绿体内转录初级初级 mRNA基因；基因； 套索状剪接：套索状剪接：SnRNA和和SnRNP（核微小核糖（核微小核糖核蛋白）完成；核蛋白）完成；第三类内含子：第三类内含子：tRNA基因及其初级转录产物基因及其初级转录产物的内含子，为酶促拼接。的内含子，为酶促拼接。（1） Group I 内含子拼接：内含子拼接：rRNA前体的拼接（四膜前体的拼接（四膜虫）虫）结构结构：rRNA前体为前体为35S，其中，其中26S rRNA基因中有一内含子。基因中有一内含子。拼接拼接： 第一步：鸟苷酸（第一步：鸟苷酸（G）的）的3-OH攻击攻击内含子的内含子的5末端磷酸末端磷酸基基，使内含子的，使内含子的5末端磷酸基转移到末端磷酸基转移到G的的3-OH上，也就使内上，也就使内含子含子5末端断开；末端断开； 第二步：第一个外显子产生的第二步：第一个外显子产生的3-羟基羟基攻击攻击第二个外显子第二个外显子5末端的末端的磷酸基磷酸基，使第二外显子的，使第二外显子的5末端磷酸基转移到第一外末端磷酸基转移到第一外显子显子3-OH上。这样使内含子切下，外显子连接；上。这样使内含子切下，外显子连接； 第三步：切下的内含子第三步：切下的内含子3-OH攻击攻击自身自身5末端附近（第末端附近（第15个核苷酸处）的个核苷酸处）的磷酸基磷酸基，形成一个环状分子。，形成一个环状分子。 这是类型这是类型I自我拼接：无需酶的参与，需要游离鸟苷酸发自我拼接：无需酶的参与，需要游离鸟苷酸发动转酯反应，自我催化拼接。动转酯反应，自我催化拼接。 rRNA前体的拼接前体的拼接v核酶核酶（ribozyme）-具有催化活性的具有催化活性的RNA 1982 T.R. Cech 四膜虫四膜虫 rRNA前体前体 1983 S.Altman RNase P对对tRNA前体加工前体加工v锤头状核酶，发夹状核酶锤头状核酶，发夹状核酶v人工核酶人工核酶 (抗感染，抗肿瘤抗感染，抗肿瘤)（2） Group II 内含子拼接：内含子拼接：套索剪切模式套索剪切模式结构结构：内含子左端（供体）均为：内含子左端（供体）均为GU，右端（受体，右端（受体）均为）均为AG，这称，这称GT-AG规律。规律。拼接拼接：第一步：在内含子左端切开，产生的内含子第一步：在内含子左端切开，产生的内含子5末端末端磷 酸 基磷 酸 基 与 其与 其 3 端 上 游端 上 游 3 0 核 苷 酸 附 近 的核 苷 酸 附 近 的CUGAC序列中的序列中的A（2-OH）形成形成5,2-磷磷酸二酯键，即套索结构；酸二酯键，即套索结构；第二步：内含子的右端切开，产生右侧外显子第二步：内含子的右端切开，产生右侧外显子5-磷酸基；然后左侧外显子磷酸基；然后左侧外显子3-OH攻击攻击右侧外右侧外显子的显子的5-磷酸基磷酸基，两个外显子形成磷酸二酯，两个外显子形成磷酸二酯键而连接在一起；键而连接在一起；第三步：套索状内含子去分支而成线状分子。第三步：套索状内含子去分支而成线状分子。 mRNA前体的拼接前体的拼接CUGAChnRNA 的剪接的剪接 套索剪切模式套索剪切模式 (hnRNA mRNA) 内含子有内含子有 5 GUAG 3 5GU U1-snRNA 结合（结合（snRNP） 3AG 分支点分支点 A U2-snRNA 结合（结合（snRNP）U1-snRNA, U2-snRNA等形成并接体将内含子切除等形成并接体将内含子切除snRNA 300个核苷酸组成个核苷酸组成 与核内蛋白质（与核内蛋白质（U族）组成族）组成snRNP（核微小核糖核（核微小核糖核蛋白）蛋白） 与内含子的剪切有关与内含子的剪切有关 这是核这是核mRNA的拼接体拼接：需要多种蛋白（的拼接体拼接：需要多种蛋白（snRNP）参）参与拼接。与拼接。 m7GpppAAAnA-OHm7GpppAAAnA-OHm7GpppAAAnA-OH内含子核浆胞浆mRNA前身能翻译的mRNA外显子1外显子2RNA剪接转运（3） Group III 内含子拼接：内含子拼接：tRNA前体的拼接（酵前体的拼接（酵母）母）结构结构：内含子插在靠近反密码子处，部分与反密码子碱基配：内含子插在靠近反密码子处，部分与反密码子碱基配对，这样反密码子环不存在，只有内含子构成的环。对，这样反密码子环不存在，只有内含子构成的环。拼接拼接：第一步：特异的内切酶切下内含子第一步：特异的内切酶切下内含子 左侧左侧tRNA半分半分子成子成2,3-环状磷酸基环状磷酸基和右侧和右侧tRNA半分子成半分子成5-羟基羟基；内含子；内含子5端为端为羟基羟基，3端为端为2,3-环环状磷酸基状磷酸基；第二步：在激酶和第二步：在激酶和ATP作用下右侧作用下右侧tRNA半分子的半分子的5-羟羟基转变成基转变成5-磷酸基磷酸基 在环磷酸二酯酶作用在环磷酸二酯酶作用下左侧下左侧tRNA半分子的半分子的2,3-环状磷酸基被打环状磷酸基被打开而形成开而形成2-磷酸基磷酸基和和3-羟基羟基 连接酶被连接酶被ATP活化成腺苷酸化酶活化成腺苷酸化酶连接酶将连接酶将AMP转移转移到右侧到右侧tRNA半分子的半分子的5-磷酸基磷酸基上上 左侧左侧tRNA半分子的半分子的3-羟基羟基攻击攻击右侧右侧tRNA半分子半分子的的-磷酸基磷酸基 AMP被取代而产生被取代而产生5,3-磷酸磷酸二酯键二酯键 切除切除2-磷酸基磷酸基。 这是核这是核tRNA的酶促拼接（第三类内含子）。的酶促拼接（第三类内含子）。本章重点本章重点掌握模板链、编码链、不对称转录的掌握模板链、编码链、不对称转录的概念。概念。掌握断裂基因、外显子，内含子概念。掌握断裂基因、外显子，内含子概念。熟悉真核生物，熟悉真核生物，mRNAmRNA、tRNAtRNA及及rRNArRNA转转录后加工的主要方式录后加工的主要方式。转录终止的方式转录终止的方式思考题思考题 1、名词解释、名词解释 不对称转录不对称转录 编码链编码链 模板链模板链 断裂基因断裂基因 外显子外显子 内含子内含子 2、下列关于复制和转录的描述哪项是、下列关于复制和转录的描述哪项是错错误误的？的？ A.在体内只有一条在体内只有一条DNA链转录。而两条链转录。而两条DNA链都复制链都复制 B.在这两个过程中合成方向都是在这两个过程中合成方向都是53 C.两过程均需要两过程均需要RNA为引物为引物 D.复制产物在通常情况下大于转录产物复制产物在通常情况下大于转录产物 3、下列哪一种反应不属于转录后修饰？、下列哪一种反应不属于转录后修饰？ A. 腺苷酸聚合腺苷酸聚合 B. exon剪除剪除 C. 5端加帽子端加帽子 D. 内含子剪除内含子剪除 E. 甲基化甲基化 4、为什么说、为什么说mRNA是结构基因的转录产是结构基因的转录产物？其余物？其余DNA结构作何用？结构作何用？ 5、真核生物、真核生物mRNA转录后加工步骤有哪转录后加工步骤有哪些？些？ 6、转录和复制有哪些异同？、转录和复制有哪些异同？