第三章生物信息的傳遞上

第三章生物信息的傳遞上第1頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月Reversetranscription第2頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)RNA的轉錄轉錄的基本過程轉錄機器的主要成分第3頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月其中模板鏈（templatestrand）也叫反義鏈(antisensestrand)與模板鏈互補的鏈因為與RNA鏈堿基序列相同，所以叫編碼鏈（codingstrand）叫正義鏈（sensestrand）。5′3′3′3′5′5′DNARNA轉錄方向反義鏈模板鏈、（－）鏈正義鏈、編碼鏈、（+）鏈轉錄：以DNA為模板合成RNA的過程第4頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一、轉錄的基本過程模板識別轉錄起始轉錄延伸轉錄終止第5頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月1、模板識別RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結合的過程識別序列結合序列起始位點啟動子RNA聚合酶（全酶）原核生物結合第7頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核生物的轉錄起始是在轉錄因子的 協(xié)助下，RNA聚合酶辨認結合轉錄起 始點上游的DNA序列(啟動子)，生成 起始復合物。第9頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月σ因子辨認起始點RNA聚合酶全酶結合到起始點

打開雙鏈RNA鏈合成開始σ因子脫落，RNA鏈延長2、轉錄起始原核生物：第10頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物：第11頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月3、轉錄延伸第12頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月4、轉錄終止第15頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月TranscriptionRNApolymerase,RNA聚合酶closedpromotercomplex,封閉的啟動子復合物openpromotercomplex,開放的啟動子復合物initiationelongationterminationRNAproductRNAchainsaresynthesizedina5’to3’direction第18頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月二、轉錄機器的主要成分RNA聚合酶轉錄復合物第19頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月1、RNA聚合酶(1)E.ColiRNA聚合酶

全酶:α2ββ′σ核心酶：α2ββ′α2ββ′σ（全酶holoenzyme）=α2ββ′+σ第20頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)真核生物的RNA聚合酶三種不同的RNA聚合酶根據它們對α-鵝膏蕈堿（α-amanitin）的敏感性不同分為RNA聚合酶I、II、III。

第23頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月對抑制物的敏感性

酶的種類

真核生物RNA聚合酶

對高濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶III

對低濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶II對α-鵝膏蕈堿不敏感

RNA聚合酶I

第24頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物RNA聚合酶第25頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月2、轉錄復合物原核生物第26頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物第27頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)啟動子與轉錄起始第29頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一段位于結構基因5’端上游區(qū)的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準確地結合并具有轉錄起始的特異性。啟動子（Promoter）+1轉錄起點增強子轉錄單元（transcriptionunit）第30頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一、啟動子區(qū)的基本結構1、原核生物啟動子結構-10signal(TATAbox,Pribnowbox)-35signal（TTGACA）

transcriptionstartsite第31頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月確定被保護DNA的序列第32頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月操縱子-35區(qū)-10區(qū)+1trptRNAlacrecAaraTyrTTTACA....N16.....TATGAT.....N7.....A...TTTACA.....N17.....TATGTT......N6....A....TTGATA.....N16.....TATAAT......N7....A....CTGACG....N18.....TACTGT......N6....A.......TTGACA....N17....TTAACT.....N7.....A....第33頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月-35區(qū)的序列與起始點的辨認有關,稱為辨認位點,-10區(qū)的序列稱為Pribnow盒(box)結合位點第35頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月2、真核生物啟動子結構1）-25bp~-30bpTATAboxDNA解鏈開始轉錄位置2）CAATbox-75左右，RNA聚合酶結合有關3）更上游GCbox轉錄因子結合其上4）增強子第36頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月ATATAACCAATGCCACACCC

或GGGCGGG+1轉錄起點TATAboxCAATboxGCbox增強子-35~-25-80~-70-110~-80

promotermodel(RNAPolII)第37頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月RNApolⅠpromoter+1+6-31-100UCE:50~80bpCorepromoterPre-rRNAgeneEnhancetranscriptionEssentialfortranscription第39頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月InitiationofpolⅠgene’stranscriptionUBFUBFSL1POLⅠNOTE:UBF----upstreambindingfactorSL1----selectivityfactor

第40頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月PolⅢgene+1內啟動子Abox+50~+65Cbox+81~+995srRNAgene第41頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月二、啟動子區(qū)的識別RNA聚合酶與啟動子的識別——通過氫鍵互補的方式識別，并由非特異性結合到特異性結合.第42頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月大溝和小溝：大溝中堿基的差異很易被識別，是蛋白質結合特異DNA序列的位點。第43頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月三、酶與啟動子區(qū)的結合RNA聚合酶全酶與啟動子區(qū)閉合雙鏈DNA結合形成二元閉合復合物（全酶、模板DNA）再解鏈為二元開鏈復合物，轉錄起始，形成三元復合物（全酶、模板DNA、新生RNA），因子釋放，RNA合成開始：第45頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月TranscriptionRNApolymerase,RNA聚合酶closedpromotercomplex,封閉的啟動子復合物openpromotercomplex,開放的啟動子復合物initiationelongationterminationRNAproductRNAchainsaresynthesizedina5’to3’direction第46頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月四–10區(qū)和-35區(qū)的最佳距離-10區(qū)與-35區(qū)的最佳間距大約是16～19bp.

下降突變（TATAAT→AATAAT）上升突變（TATGTT→TATATT）第48頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第49頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月五、增強子及其功能（一）增強子概念及結構特點位于啟動子上游或下游甚至基因內的一段DNA順序，它可以增強啟動子發(fā)動轉錄的作用，從而明顯地提高基因轉錄的效率。第50頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核基因控制區(qū)示意圖第51頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）增強子的功能及作用特點1）能遠距離增強啟動子的活性；2）無方向性；在啟動子的上游和下游均起作用；3）順式調節(jié)，只調節(jié)同一染色體上的靶基因4）無物種和基因特異性1、作用特點5）有組織特異性。6）有相位性。7）可對外部信號產生反應第52頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物的轉錄調控是調控的最重要的途經，大多是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用而實現(xiàn)的。順式作用元件（cis-actingelement）存在于基因旁側序列中能影響基因表達的序列，它們的作用是參與基因表達的調控，本身不編碼任何蛋白質,僅僅提供一個作用位點,要與反式作用因子相互作用而起作用。反式作用因子(trans-actingfactor)

是指能直接或間接地識別或結合在各類順式作用元件核心序列上參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質。第53頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月啟動子存在著很多順式元件，可分為以下四種類型：①核心啟動子成分，如TATA框；②上游啟動子成分，如CAAT框，GC框，ATF結合位點；③遠上游元件：如增強子，沉默子等；④特殊啟動子成分：如淋巴細胞中的Oct(octamer)和κB。這些元件都為不同的轉錄因子及蛋白質識別和結合來調節(jié)轉錄。

順式作用元件是同一DNA分子中具有轉錄調節(jié)功能的特異DNA序列。按功能特性，真核基因順式作用元件包括啟動子、增強子及沉默子等。沉默子──某些基因含有的一種負性調節(jié)元件，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。第54頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月2、作用機制第55頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月六、真核生物啟動子對轉錄的影響原核與真核生物轉錄起始位點上游區(qū)的結構比較UPE/UAS第56頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）原核與真核生物啟動子結構的差異

原核生物啟動區(qū)范圍較?。?7～-10區(qū)的TATAAT（Pribnow區(qū)）－-35區(qū)TTGACA區(qū)

真核生物基因調控區(qū)較大－-20～-30區(qū)的TATAA/TA(Hogness)－-70~78區(qū)CCAAT區(qū)－更上游的GC盒－增強子第57頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）真核啟動子結構對轉錄的影響

－TATA區(qū)主要作用使轉錄精確地起始－除去或突變后，轉錄產物下降但不明顯－RNA的產物起始點不固定－CAAT和GC區(qū)主要控制轉錄起始頻率－不參與起始位點的確定－對轉錄起始頻率影響最大第58頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）真核啟動子的多元性并不是每個基因的啟動子區(qū)都包含這三個UPEUPE對轉錄起始的決定性作用可能是各個UPE之間的距離，而不是序列本身基因轉錄實際上是RNAPol、轉錄調控因子和啟動子區(qū)各種調控元件相互作用的結果.第59頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月真核基因啟動子的多元性第60頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月轉錄的抑制DNA模板功能抑制劑，通過與DNA結合而改變模板的功能RNA聚合酶的抑制劑與RNA聚合酶結合而抑制酶活力嘌呤和嘧啶的類似物作為核苷酸的拮抗劑來抑制核酸前體的合成。5-氟尿嘧啶，6-巰基嘌呤，硫鳥嘌呤，8-氮鳥嘌呤，6-氮尿嘧啶等抑制劑靶酶抑制作用利福霉素細菌的全酶與β亞基結合，阻止起始利迪鏈霉素細菌的核心酶與β亞基結合，阻止延長放線菌素D真核RNA聚合酶Ⅰ與DNA結合，并阻止延長α-鵝膏蕈堿真核RNA聚合酶Ⅱ與RNA聚合酶Ⅱ結合第61頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)原核與真核生物mRNA的特征比較第62頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一、原核生物mRNA的特征原核mRNA的半衰期短許多原核mRNA以多順反子的形式存在原核mRNA的5’端無帽子結構或只有短的Poly（A）尾巴第63頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌內mRNA的轉錄、翻譯與降解幾乎是同時進行1第64頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月1第65頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月mRNA

肽鏈原核（多順反子）真核（單順反子）2第66頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個順反子之間距離較遠兩個順反子之間距離較近第68頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月3第70頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月SDsequenceAUG~10basesUAAGGAGGU:complementarywith16srRNA5’Thesiteforribosomebinding第71頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月SDsequence在起始密碼子AUG上游7-12個核苷酸處，有一段可與核糖體16SrRNA配對結合的、富含嘌呤的3-9個核苷酸的共同序列，一般為AGGA，此序列稱SD序列.使得結合于30S亞基上的起始tRNA能正確地定位于mRNA的起始密碼子AUG。第72頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物mRNA的特征真核mRNA的5’端存在帽子結構絕大多數真核mRNA具有Poly（A）尾巴第73頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核mRNA的5’端帽子結構特點第74頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核mRNA5’端帽子結構功能

有利于核糖體對mRNA的識別，Cap0必需帽子結構具有增強翻譯效率的作用：增加mRNA的穩(wěn)定性，避免核酸酶的作用第77頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核mRNA的3’端Poly(A)尾巴第78頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第79頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月PolyA尾巴結構的功能mRNA穿越核膜的能力有關影響到mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。polyA+與polyA-第80頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)終止和抗終止第81頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月大約30-50b/秒；速度不恒定，有時降低速度或暫停；RNA轉錄延伸階段特點第82頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一、不依賴于ρ因子的終止RNARNA聚合酶第83頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月二、依賴于ρ因子的終止機理：

因子結合于新合成的RNA鏈，借助水解ATP的能量沿RNA鏈運動，當RNA聚合酶遇終止子停止時，因子追上酶，促使轉錄終止。第85頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第86頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第87頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月依賴因子和不依賴因子終止的區(qū)別第88頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月三、抗終止

某些特異因子可使RNAPol酶越過終止子繼續(xù)轉錄，稱為通讀（readthrough）。通讀往往發(fā)生在強啟動子、弱終止子的基因上。能夠引起抗終止作用的蛋白質稱為抗終止因子（antiterminationfactors)第89頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月抗轉錄終止的兩主要方式：破壞終止位點RNA的莖－環(huán)結構依賴于蛋白質因子的轉錄抗終止第90頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月1、破壞終止位點RNA的莖－環(huán)結構第91頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月UUUU……UUUU……調節(jié)區(qū)結構基因trpROP前導序列衰減子區(qū)域UUUU……前導mRNA1234衰減子結構

終止密碼子形成發(fā)夾結構能力強弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……第92頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第93頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第94頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月2、依賴于蛋白質因子的轉錄抗終止常見于某些噬菌體的時序控制，早期基因與晚期基因以終止子相隔，早期基因產生抗終止因子，使發(fā)生通讀以表達晚期基因。第95頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第96頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第97頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)內含子的剪接、編輯及化學修飾第98頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第99頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月一、RNA中的內含子外顯子（exonorextron）：真核細胞基因DNA中的編碼序列，這部分序列可轉錄為RNA，并翻譯成蛋白質，也稱表達序列。

內含子（intron）：真核細胞基因DNA中的不編碼序列，這部分序列并不編碼蛋白質，又稱間隔序列。1、內含子的概念及發(fā)現(xiàn)第100頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第101頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月分子雜交技術檢測非編碼的內含子的存在第102頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月2、內含子的種類I類內含子（核、線粒體、葉綠體）II類內含子（真菌、藻類和植物線粒體和葉綠體mRNA前體）III類內含子mRNA前體中的內含子tRNA前體中的內含子第103頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月3、內含子的結構特點內含子的邊界序列的核苷酸具有保守性Chambon法則第104頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月4、RNA的主要加工過程加帽子反應加Poly（A）反應RNA的剪接RNA的切割第105頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第106頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月二、RNA的剪接mRNA前體內含子的剪接

I類內含子的剪接

II類內含子的剪接第107頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA的剪接（Splicing）

將轉錄形成的mRNA前體（pre-mRNA）中的內含子剪除，將外顯子連接起來的加工過程．可譯框架（ORF，openreadingframe）真核生物斷裂（不連續(xù)）基因在表達過程中時必須經歷的步驟．第108頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）mRNA前體內含子的剪接snRNA：(smallnuclearRNA)

100-300核苷酸，以U分類：U1-6snRNP：(smallnuclearribonucleoprotein)hnRNA：(heterogenousnuclearRNA)mRNA原始轉錄產物或前體第109頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月mRNA的剪接

套索剪切模式內含子有5′GU┄┄AG3′5′GUU1-snRNA結合3′AG分支點AU2-snRNA結合U1-snRNA,U2-snRNA等形成剪接體將內含子切除第110頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月①snRNP剪接體的形成U1snRNA識別mRNA前體5’剪接點U2AF識別3’剪接點并引導U2snRNP與分支點相結合，形成剪接前體進一步與U4、U5、U6snRNP

三聚體相結合，形成60S的剪接體②二次轉酯反應第111頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月hnRNA的內含子兩端5’GU—AG-OH3’與U1,U2配對結合第112頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第113頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月第114頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）I類內含子的剪接

自我剪接型內含子四膜蟲rRNA的內含子（1981，Cech）第115頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月GOH3′G5′OH5′3′GOH414G3995′3′3955′3′E1E2I四膜蟲rRNA的自我剪接5′3′L19RNA具有催化活性的片段第116頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月I型自我剪接內含子第117頁，課件共131頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）Ⅱ類內含子的剪接自我剪接型內含子第118頁，