遗传信息的表达(1).ppt

第五章第五章 遗传信息的表达遗传信息的表达 第一部分第一部分 转录转录 （tramscriptiontramscription）转录转录 (transcriptiontranscription )生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程转转录录RNADNA 参参 与与 转转 录录 的的 物物 质：质：原料原料 :4:4种种NTPNTP (A ATP,U UTP,G GTP,C CTP)模板模板 :DNA:DNA 酶酶 :RNA:RNA聚合酶聚合酶其他蛋白质因子其他蛋白质因子 第一节 模板 和 酶一一 模模 板板 5335模板链模板链编码链编码链（coding strandcoding strand）结构基因结构基因（structural genestructural gene ）编码链编码链模板链模板链（template strandtemplate strand）不对称转录不对称转录 （asymmetric transcription）*在在DNADNA分子双链上某一区段，一股分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；链可转录，另一股链不转录；*模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基 分分 子子 量量 功功 能能二二 RNA RNA 聚合酶聚合酶1 1 原核生物的原核生物的 RNARNA聚合酶聚合酶 :核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 2 2 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 种类种类 对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 的反应的反应45S-rRNAhnRNA 5S-rRNAtRNA、snRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物三三 模板和酶的辨认、结合模板和酶的辨认、结合 一一个个转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，称称为为操操纵纵子子（operonoperon，包包括括 若若干干个个结结构构基基因因及其上游的及其上游的调控序列调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol启动子启动子（promoter promoter)RNA RNA 聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA的部位，称为的部位，称为启动子的研究：启动子的研究：(RNA(RNA聚合酶保护聚合酶保护法法)5 5 RNA聚合聚合酶保护区酶保护区结构基因结构基因 保守序列保守序列 （一致性序列）（一致性序列）开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5 010-10-40-205 3 3 5 第二节 转录过程一一 转录起始转录起始转录起始需解决转录起始需解决两个问题两个问题：1 1、RNARNA聚合酶必须准确地结合在聚合酶必须准确地结合在 转录模板的起始区域转录模板的起始区域 2 2、DNADNA双链解开，使其中的一条双链解开，使其中的一条 链作为转录的模板链作为转录的模板（一一）原核生物的转录起始原核生物的转录起始2 2 DNADNA双链解开双链解开 ,形成形成转录空泡转录空泡1 1 RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 (2 2 )与模板结合与模板结合 3 3 在在RNARNA聚合酶作用下聚合酶作用下 发生第一次聚合反应发生第一次聚合反应 5-pppGpN OH+ppiRNApol-DNA-pppGpN-OH pppGNTPpppGpN-OHppi起始复合物起始复合物:5-pppG-OH +NTP（二二）真核生物的转录起始真核生物的转录起始 也需要也需要RNARNA聚合酶辨认、结合转录起点聚合酶辨认、结合转录起点上游的上游的DNADNA序列序列，生成起始复合物。，生成起始复合物。顺式作用元件顺式作用元件 -真核生物结构基因上游的调控区存真核生物结构基因上游的调控区存 在的相似或一致性的在的相似或一致性的DNA序列。序列。-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始 TATA 盒盒 CAAT 盒盒 G C 盒盒 结结 构构 基基 因因 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件DTATAABDNATATAFE反式反式作用因子作用因子 -直接或间接辨认、结合顺式直接或间接辨认、结合顺式 作用元作用元 件并件并影响其功能的蛋白质。影响其功能的蛋白质。RNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNA的结合需一系列的结合需一系列转录因子转录因子(TF)的参与的参与。RNA聚合酶聚合酶二二 转录延长转录延长1 1、亚基脱落，亚基脱落，RNA RNA polpol 聚合酶聚合酶核心酶核心酶变构，变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2 2 、在、在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链链 不不 断延长。断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi5 3 DNA原核生物转录过程中的现象原核生物转录过程中的现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶三三 转录终止转录终止-RNA-RNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板模板 上停止前进，上停止前进，转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来链从转录复合物上脱落下来(一一)原核生物的转录终止原核生物的转录终止1、依赖依赖 因子因子（Rho)的转录终止的转录终止2、不依赖不依赖 因子因子的转录终止的转录终止 DNADNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的特殊的碱基序列碱基序列，转录出，转录出RNARNA后，后，RNARNA产物形成产物形成特殊的结构特殊的结构来终止转录。来终止转录。TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA或或UUUU UUUU 茎环结构茎环结构RNA5pppG5 3 3 5 茎环结构使转录终止：茎环结构使转录终止：1，使，使RNA聚合酶变构聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放产物释放RNA-pol（二）真核生物的转录终止（二）真核生物的转录终止 和转录后修饰密切相关和转录后修饰密切相关5-AAUAAA-5-AAUAAA-Poly(A)mRNA核酸酶核酸酶-GUGUGUGAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5533RNA-pol 第三节 转录后修饰 （真核生物）几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式 ：1、剪、剪 接接 (splice)2、剪、剪 切切 (clavage)3、碱、碱 基基 修修 饰饰4、添、添 加加一一 mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工（一一）首、尾的修饰首、尾的修饰1 1、5 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构2 2、3 3 端加上端加上 聚腺苷酸聚腺苷酸（polApolA）尾巴尾巴 5 5 m m7 7G GppppppGpGp (NTPNTP)n n (NTPNTP)n n A A A A A A-A A A A A A-OH OH 3 3（二）（二）mRNA内的剪接内的剪接1、hnRNA 和和 snRNA 核内的核内的初级初级mRNA称为称为 杂化核杂化核RNA （hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)（并接体并接体）核内的蛋白质核内的蛋白质核糖核酸蛋白体核糖核酸蛋白体snRNA2、断、断 裂裂 基基 因因、外显子、外显子 和和 内含子内含子 真真核核生生物物的的结结构构基基因因，由由若若干干个个编编码码区区和和 非非编编码码区区 互互相相间间隔隔开开但但又又连连续镶嵌而成。续镶嵌而成。断断 裂裂 基基 因因 (splitesplite gene gene)CABD编码区编码区 A A、B B、C C、D D非编码区非编码区外显子外显子(exon)内含子内含子 (intronintron )真核生物的结构基因上，能够为特定真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。真核生物的结构基因上，不能为特定的真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。3、mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的中的内含子内含子，将，将外显子外显子连接连接 (ppG,pppG)pGoHU-OHG pUpAG-OHpAU pU第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应U pAG pU外显子外显子内含子内含子外显子外显子（三）（三）内含子内含子1 1、按基因的类型分为、按基因的类型分为 :主要存在于主要存在于 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体 及及 某些低等真核生某些低等真核生物物 的的 rRNA 发现于发现于 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体 的的 mRNA基因基因 常见的形成套索后剪接的内含子，见于大多数常见的形成套索后剪接的内含子，见于大多数的的mRNA基因基因 tRNA的基因的基因 及及 其初级转录其初级转录 产物中的内含子产物中的内含子2、按中断基因线性表达的方式分为：按中断基因线性表达的方式分为：a 翻译前删除内含子翻译前删除内含子b 翻译绕过式内含子翻译绕过式内含子c 翻译后删除内含子翻译后删除内含子3、内含子的功能内含子的功能物 种 进 化？基因调控？二二 tRNAtRNA 的转录后加工的转录后加工剪剪切切(a)剪剪接接(b)(c)添添加加碱碱基基修修饰饰(d)碱基修饰的方式：碱基修饰的方式：（2 2）还原反应还原反应 如：如：U U DHU DHU （3 3）核苷内的转位反应核苷内的转位反应 如：如：U U （4 4）脱氨反应脱氨反应 如：如：A A I Im m 如：如：A A A A（1 1）甲基化甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三三 rRNArRNA 的转录后加工的转录后加工转录转录45S-RNA剪接剪接18S-RNA5.8S,28S RNArDNA28 S5.8S18 SrRNArRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式四膜虫的四膜虫的rRNA二级结构二级结构 具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为称为 核核酶酶GOH3G5OH53GOH414G 3995339553E1E2I四膜虫四膜虫RNA的自我剪接的自我剪接53L19RNA 具有催化具有催化活性的片段活性的片段人工设计的核酶人工设计的核酶粗线粗线表示天然表示天然DNA分子分子细线表示合成细线表示合成DNA分子分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点