生物信息的传递上—转录.pptx

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1、 基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第1页/共95页一、一、基本概念基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转转录录RNADNA 转录(transcription)：第2页/共95页参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子RNA合成方向：5 3第3页/共95页转录的不对称性：转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。编码链与模板链与mRNA序列相同的那条D

2、NA链称为编码链；将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链。第4页/共95页第5页/共95页模板链并非永远在同一条单链上转录方向5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。结构基因：第6页/共95页转录单元（transcription unit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。第7页/共95页 基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第8页/共95页二、参与转录起始

3、的关键酶与元件二、参与转录起始的关键酶与元件（一）RNA聚合酶原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌为例）全酶=核心酶+因子第9页/共95页第10页/共95页大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶的组成分析聚合酶的组成分析亚基基因相对分子量亚基数组分功能rpoA365002核心酶核心酶组装，启动子识别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因子存在多种因子，用于识别不同的启动子第11页/共95页 真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶酶位置转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感

4、RNA聚合酶核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核质tRNA约10%存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较第12页/共95页RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA聚合酶的区别聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物无有产物较短，游离较长，与模板以氢键相连作用方式一条链的某一段两条链同时进行外切酶活性无5 3，3 5校对合成能力 无有修复能力无有第13页/共95页（二）（二）启动子启动子(promoter)(promoter)启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。第14页/共95页 原核生

5、物启动子结构（原核生物启动子结构（P76图图3-8）Pribnow41-44bp第15页/共95页 TTGACA区（-35区）：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号 TATA区（-10区）：酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）第16页/共95页编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点Probnow盒子启动子35 10 +1转录区53RNA转录起点与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。第17页/共95页大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100第18页/共95页典型启动子的

6、结构典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp第19页/共95页 真核生物启动子真核生物启动子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同第20页/共95页真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）第21页/共95页1、核心启动子、核心启动子 定义：指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA 常在-25bp左

7、右，相当于原核的-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050第22页/共95页第23页/共95页2、上游启动子元件、上游启动子元件包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制转录起始频率。CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bp第24页/共95页（三）（三）转录起始复合转录起始复合物物 原核生物转录起始复合物第25页/共95页 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始 真核生物转录起始复合物第26页/共95页 基本概

8、念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第27页/共95页三、转录的基本过程三、转录的基本过程1、起始位点的识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。第28页/共95页2、转录起始RNA链上第一个核甘酸键的产生第29页/共95页第30页/共95页3 3、RNARNA链的延伸链的延伸 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。第31页/共95页核心酶 DNA RNA第32页/共95页4

9、4、转录终止转录终止 终止子（terminator，t）强终止子内部终止子 弱终止子 需要因子（rho factor）又称为依赖性终止子 （Rho-dependent terminator）不依赖Rho()因子的转录终止依赖Rho()因子的转录终止第33页/共95页不依赖不依赖 因子的终止因子的终止 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，RNA形成发夹结构；在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，RNA的3端为寡聚U第34页/共95页发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。第35页/共95页 终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度 效率 第36页/共

10、95页依赖依赖 因子的终止因子的终止因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。第37页/共95页第38页/共95页转录的基本过程第39页/共95页 基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第40页/共95页四、转录后加工四、转录后加工第41页/共95页5端加帽3端加尾RNA的剪接splicingRNA的编辑editing再编码recoding化学修饰第42页/共95页 5端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRN

11、A5端的这种结构称为帽子（cap）。1、在5端加帽第43页/共95页m7Gppp鸟甘酸转移酶第44页/共95页 帽子结构功能：能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5末端，以保护mRNA免受5核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。第45页/共95页2、3端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：准确切割加poly（A）第46页/共95页第47页/共95页多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。第48页/共95页3 3、RNARNA的剪接的剪接第49页/共95页生物体内内含子的主要类型：生物体内内含子的主要类型：GU-AGGU-AG、AU-

12、ACAU-AC、类内含子、类内含子、类内含子类内含子第50页/共95页 5.AAGUAAGU.CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 IntronexonexonPolyprimidine第51页/共95页参与参与RNARNA剪接的物质：剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）第52页/共95页第53页/共95页UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5第54页/共95页I类内含子的剪接主要是转酯反应（trans-esterification），即发生两次转酯反应。在I类内含

13、子切除体系中，鸟苷或鸟苷酸的3-OH作为亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链。再由上游外显子的自由3-OH作为亲核基团攻击内含子3位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。第55页/共95页类内含子的自我剪接类内含子的自我剪接第56页/共95页在类内含子切除体系中，内含子本身的某个腺苷酸2-OH作为亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成套索状结构。再由上游外显子的自由3-OH作为亲核基团攻击内含子3位苷上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。第57页/共95页类内含子的自我剪接

14、第58页/共95页4 4、RNARNA的编辑的编辑编编辑辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。第59页/共95页C变为U碱基的突变第60页/共95页尿苷酸的缺失和添加尿苷酸的缺失和添加1986.R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。第61页/共95页 锥虫锥虫coxII coxII 基因的编辑基因的编辑第62页/共95页第63页/共95页5.RNA的再编码mRNA有时可以改变原来的编码信息，以不同的方式进行翻译，这种RNA编码和读码方式的改变称为RNA

15、的再编码（RNA recoding）表现方式：核糖体程序性+1/-1移位 核糖体跳跃 终止子通读：硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸 第64页/共95页6.RNA的化学修饰的化学修饰 RNA的化学修饰具有的化学修饰具有位点特异性位点特异性。人细。人细胞内胞内rRNA分子上就存在分子上就存在106种种甲基化甲基化和和95种种假尿嘧啶产物假尿嘧啶产物。核仁核仁RNA(snoRNAs)参与参与RNA的化学的化学修饰，这些修饰，这些RNA能通过能通过碱基配对碱基配对的方式，的方式，把把rRNA分子上需要修饰的位点找出来。分子上需要修饰的位点找出来。snoRNA上的上的D盒是甲基化酶的识别位盒是甲基化酶的识别位点

16、。点。第65页/共95页核酶是一类具有催化功能的RNA分子。包括：RNaseP的RNA亚基（M1亚基）、T4RNA、锤头型、发夹型丁型肝炎病毒RNA、一些植物的类病毒（viroid）、拟病毒（virusoid）、类内含子、类内含子等。RNase P 是一个内切核酸酶，由RNA 分子与一个蛋白质分子组成。7.核酶 Ribozyme第66页/共95页1.大肠杆菌中的RNase P由377个核苷酸和13.7kDa小蛋白质组成。单独RNA具有内切核酸酶作用，因此这个RNA是具催化功能的RNA。催化功能与其空间结构有关，具有自我剪切能力的RNA大多数都能形成锤头结构.2.核酶可分为剪切型和剪接型：剪切型

17、：如四膜虫rRNA的自我剪接产物L19；3.剪接型：如类内含子和类内含子。4.核酶的发现打破了酶都是蛋白质的概念，是对中心法则的一个重要修正，说明RNA既是遗传物质又是酶。第67页/共95页1.RNA在基因的表达过程中起重要的作用，在基因的表达过程中起重要的作用，是核糖体的组成成分，在蛋白质合成的不是核糖体的组成成分，在蛋白质合成的不同阶段执行着不同功能，实现遗传信息在同阶段执行着不同功能，实现遗传信息在蛋白质上的表达，是遗传信息传递过程中蛋白质上的表达，是遗传信息传递过程中的的桥梁桥梁。2.RNA是部分病毒、类病毒中的遗传信息是部分病毒、类病毒中的遗传信息载体载体。3.RNA的存在使的存在使

18、DNA成为遗传物质成为可成为遗传物质成为可能。可以说有了能。可以说有了RNA才使得有才使得有DNA遗传遗传出现。出现。8.RNA在生物进化中的作用第68页/共95页 基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第69页/共95页五、原核生物与真核生物五、原核生物与真核生物mRNAmRNA的特征比的特征比较较1、原核生物mRNA的特征 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。第70页/共95页 结构基因结构

19、基因Z：-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA第71页/共95页几乎所有mRNA都可以被分成3部分：1.编码区:从起始密码子AUG开始经一连串编码氨基酸的密码子直至终止密码子。2.位于AUG之前的5端上游非编码区3.位于终止密码子之后不翻译的3端下游非编码区第72页/共95页对于第一个顺反子来说，一旦mRNA的5端被合成，翻译起始位点即可与核糖体相结合，而后面几个顺反子翻译的起始则会受其上游顺反子结构的调控。第73页/共95页第一个蛋白质合成终止以后，核糖体分解成大、小亚基，脱离mRNA模板，第二个蛋白的翻译必须等到新的小亚基和大亚基与该蛋白起始密码子相结合后才可能开始（图3-

20、12a）。前一个多肽翻译完成以后，核糖体大、小亚基分离，小亚基也可能不离开mRNA模板，而是迅速与游离的大亚基结合，启动第二个多肽的合成（图3-12b）。第74页/共95页第75页/共95页在噬菌体RNA中，一个顺反子的翻译有时完全取决于它前面顺反子的翻译，因为噬菌体RNA往往会形成复杂的二级结构，只有第一个翻译起始位点是暴露的，在这个顺反子翻译产生多肽的过程中，核糖体的运动破坏了后续顺反子的二级结构，使起始位点较容易与核糖体相结合形成起复合物（图3-13）。第76页/共95页图3-13 mRNA的次级结构有可能控制翻译的起始第77页/共95页 5 端无“帽子”结构，3 端没有或只有较短的po

21、ly（A）结构。SD序列：mRNAmRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。中用于结合原核生物核糖体的序列。原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处有一被称为SD序列（Shine Dalgarno sequence）的保守区，因为该序列与16S-rRNA 3端反向互补，所以被认为在核糖体-mRNA的结合过程中起作用。原核生物常以AUG（有时GUG，甚至UUG）作为起始密码子，而真核生物几乎永远以AUG作为起始密码子。第78页/共95页2、真核生物mRNA的特征 5 端存在“帽子”结构多数mRNA 3 端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在“基因”的分子生物学定义：产生一

22、条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。第79页/共95页第80页/共95页原核生物和真核生物mRNA结构的比较第81页/共95页 基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点Contents第82页/共95页六、六、RNARNA合成与合成与DNADNA合成异同点合成异同点相同点：1、都以DNA链作为模板2、合成的方向均为53 3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3,5-磷酸二酯键，使核苷酸链延长。第83页/共95页不同点：不同点：复制转录模板两条链均复制模板链转录（不对称转录）原料dNTPNTP酶

23、DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代双链DNA（半保留复制）mRNA，tRNA，rRNA配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C引物RNA引物无第84页/共95页1、下列有关TATA盒(Hognessbox)的叙述,哪个是正确的:A.它位于第一个结构基因处B.它和RNA聚合酶结合C.它编码阻遏蛋白D.它和反密码子结合 B 第85页/共95页 2.转录需要的原料是:A.dNTPB.dNDP C.dNMP D.NTP E.NMPD第86页/共95页3、DNA模板链为 5-ATTCAG-3 ,其转录产物是:A.5 -GACTTA-3 B.5 -CTGAAT-3 C.5 -UAAGUC-3 D.5 -CU

24、GAAU-3 D第87页/共95页4、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的?A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行复制 B.在这两个过程中合成均为5-3方向 C.复制的产物通常情况下大于转录的产物 D.两过程均需RNA引物 D第88页/共95页 5、真核生物的mRNA加工过程中,5端加上（），在3端加上（），后者由（）催化。如果被转录基因是不连续的，那么，（）一定要被切除，并通过（）过程将（）连接在一起。帽子结构、多聚腺苷酸尾巴、poly(A)聚合酶、内含子、剪接、外显子第89页/共95页6、10位的（）区和35位的（）区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能

25、与因子相互识别而具有很高的亲和力。TATA、TTGACA第90页/共95页7、决定基因转录基础频率的 DNA 元件是（），它是（）的结合位点 启动子、RNA聚合酶 8、原核生物 RNA 聚合酶核心酶由（）组成，全酶由（）组成。22、22第91页/共95页9、下面那一项不属于原核生物mRNA的特征（C）A：半衰期短 B：存在多顺反子的形式 C：5端有帽子结构 D：3端没有或只有较短的多聚（A）结构 第92页/共95页11、真核细胞中的mRNA帽子结构是（A）A.7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸 B.7-甲基尿嘧啶核苷三磷酸 C.7-甲基腺嘌呤核苷三磷酸 D.7-甲基胞嘧啶核苷三磷酸 第93页/共95页12、下面哪一项是对三元转录复合物的正确描述（B ）（A）因子、核心酶和双链DNA在启动子形成的复合物（B）全酶、模板DNA和新生RNA形成的复合物（C）三个全酶在转录起始点形成的复合物（D）因子、核心酶和促旋酶形成的复合物 第94页/共95页感谢您的观看！第95页/共95页