基因转录转录后加工及逆转录

1、转 录翻 译复 制基因的遗传基因的遗传:DNA:DNA基因的表达基因的表达: DNA : DNA RNA ProteinRNA Protein复制转录翻译 转录转录( (transcription) ) 以单链以单链DNADNA为模板，为模板，NTPNTP为原料，在为原料，在DNADNA依赖的依赖的RNARNA聚合酶聚合酶催化下合成催化下合成RNARNA的过程。的过程。复 制转 录模 板其中一股链（模板链）两股链原 料dNTPNTP聚合酶DNA依赖的DNA聚合酶DNA依赖的RNA聚合酶产 物DNAmRNA,tRNA,rRNA复制与转录的比较碱基配对A-T ；G-CA-U ,T-A；G-C相关概

2、念相关概念模板链（模板链（template strand）反意义链（反意义链（antisense strand）负链（负链（minus strand） Watson（W）链）链编码链（coding strand）有意义链（sense strand）正链（plus strand） Crick（C）链5 编码链 AGCTCCAGGTTCCATGGCTAACG33 模板链 TCGAGGTCCAAGGTACCGATTGC55 mRNA CUCCAGGUUCCAUGGCUA 3mRNA与编码链序列基本一致 不对称转录（不对称转录（asymmetric transcriptionasymmetric tr

3、anscription） 不同基因的模板链不同基因的模板链, ,并不固定在并不固定在DNADNA双链上的某一链双链上的某一链, , 但转录方向总是但转录方向总是5 5 33，因此不同基因的转录方向不，因此不同基因的转录方向不同同。编码链模板链模板链编码链5335基因1 转录方向 基因2 转录方向 5533第一节第一节 参与转录的酶类参与转录的酶类一、原核生物的RNA聚合酶（RNA pol）亚 基功 能参与全酶组装及全酶识别启动子与原料NTP及新生RNA链结合，与模板DNA结合识别启动子，辨认转录起始点核心酶全 酶催化35磷酸二酯键 因子 亚基 转录起始因子 以分子量命名 e.g. 70 （ 分

4、子量70kDa ）rpoH 基因 32 热激状态启动子 hsp基因53Hsp（heat shock proteins）5533 54 参与氮源利用基因的转录 E 参与细菌鞭毛生成基因的转录二、真核生物的RNA聚合酶（RNA pol）IIIIII定位转录产物对抑制剂（鹅膏蕈碱）敏感性核仁核质核质45SrRNAtRNA,5SrRNA,snRNAhnRNA不敏感敏感不同物种敏感性不同RNA Pol I 45SrRNA 5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNARNA Pol III 5SrRNA tRNA RNA Pol II hnRNA mRNA原核生物RNA Pol RNA Pol IRN

5、A Pol III 100KD100KD 19KD40KDRNA Pol II 100KD100KD 44KD44KD真核生物RNA Pol 第二节 转录过程 转录起始 转录延长 转录终止一、转录起始 1、原核生物转录起始 原核生物启动子特征：-10 bp ： Pribnow 盒 5-TATAAT-3 -35 bp：5-TTGACA-3 5-TTGACA-TATAAT-3编码链-35 bp-10 bp+1bp上游下游调控序列（启动子）结构基因53 启动子的方向性封闭型转录起始复合物 开放型转录起始复合物35bp10bp2、真核生物转录起始 蛋白辅助因子 转录因子 TF-I RNA pol I

6、TF-II RNA pol II TF-III RNA pol III 转录因子（transcription factor,TF）：能直接或间接与 结构基因上游的调控序列（DNA序列）或RNA pol 结合，影响转录的蛋白质因子。 1）RNA pol II催化的转录起始催化的转录起始 真核生物启动子特征：真核生物启动子特征：-90 bp：GC盒盒 (顺式作用元件）顺式作用元件） 5-GGGCGG-3 -70 bp：CAAT盒盒 5-GGC(T)CAATCT-3 -30 bp：TATA盒盒 ( Hogness 盒盒) 5-TATAA(T)AAT-3 转录因子转录因子 ：TF- AJ （反式作用因

7、子）（反式作用因子）TF-II HTATATF-II DTF-II ATF-II BRNA pol IITF-II FTF-II ETF-II J解开DNA双螺旋蛋白激酶ATPtase真核生物RNA-pol II不直接与DNA分子结合，需依靠众多的转录因子。 各转录因子TF-II功能TF-II D：与启动子的TATA盒结合TF-II A：形成TF-II AD复合物，防止抑制因子结合TF-II B：作为其他因子结合的桥梁TF-II F：与RNA pol II结合TF-II E：ATP酶活性，为转录起始处的局部解链提供能量。TF-II J：TF-II H：解开DNA双链 蛋白激酶活性，使RNA p

8、ol II的C端多个丝氨酸残基磷酸化2）RNA pol I催化的转录起始+1bp核心元件上游调控元件3上游结合因子 UBF53核心元件上游调控元件上游结合因子 UBFTAFTBPTATARNA pol I3）RNA pol III催化的转录起始A盒B盒+1bpTF III CTF III BRNA pol IIItRNAA盒B盒+1bpTF III CTF III BRNA pol III5sRNAC盒TF III A二、转录延长1、局部单链形成：RNA聚合酶向下游移动时，使DNA双链解开(1020bp)2、向下游滑动： 因子 （原核生物 ） TF II H（真核生物） NTP中焦磷酸（、）水

9、解（原核、真核生物）3、解除局部张力：拓扑异构酶转录泡：RNA聚合酶 - DNA模板 - RNA转录产物结合在一起形成的复合物A:U A:T三、转录终止 原核生物转录终止 1） 因子依赖的转录终止 转录终止信号RNA上一段富含C的序列 因子 六聚体，具ATP酶活性水解ATP供能 解链酶解开DNA/RNA杂合链，RNA链释放 2） 因子非依赖的转录终止 GC 丰富区 茎- 环结构改变RNA聚合酶构象，停止转录 连续 T 序列 A = U配对区，不稳定 RNA链释放GGCGCCCGGGCGCCTTTTTTTT 5353CCGCGGGCCCGCGGAAAAAAAAGCGCCGGCCGCGCGUUUU

10、U35四、转录抑制剂 1、作用于DNA模板的转录抑制剂 放线菌素D：插入双链DNA的dG.dC 之间 阻止RNA转录延长 (低浓度) 抑制RNA转录起始 (高浓度) 2、作用于RNA聚合酶的转录抑制剂 利福平(利福霉素)：与原核生物RNA聚合酶亚基结合 抑制RNA转录起始 治疗结核杆菌 鹅膏蕈碱：真核生物RNA聚合酶II 第三节 转录后的加工几种主要的加工方式1. 剪接(splicing)2. 剪切(cleavage)3. 修饰(modification)4. 添加(addition)一、原核生物转录后加工（自学）二、真核生物转录后加工 1、rRNA转录后加工: 剪切、甲基化修饰、与蛋白质结合

11、18S5.8S28S18S5.8S28S5S小亚基大亚基核酶(ribozyme)具有催化活性的RNA称为核酶，意为可切割特异性RNA序列的RNA分子。异体催化或自身催化。核酶二级结构槌头状茎环结构 (hammerhead structure)e.g.四膜虫 26SrRNA前体，自身剪接，去除414核苷酸片段。 同一分子上包括有催化部位和底物部位 催化部位和底物部位组成槌头结构 酶 核酶种类 多 少反应 广泛 局限（核酸）2、tRNA转录后加工：剪切、剪接、碱基修饰TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNA pol 前体tRNARNAasePtRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP

12、碱基修饰（2）还原反应 如：U DHU（4）脱氨反应 如：A I 如：A Am（1）甲基化 （3）核苷内的转位反应 如：U （2） （1） （1） （3） （4）3、mRNA转录后加工1) 5端加帽(m7GpppGpN )5 pppGpN5 GpppGpNpppG ppi鸟苷酰转移酶5 m7GpppGpN甲基转移酶SAM5 ppGpN磷酸酶 Pi帽子结构帽子结构17G5 m7GpppGpN5 m7GpppGmpNm5 m7GpppGmpN1. 保护mRNA不被核酸外切酶水解2. 与帽结合蛋白结合，识别核糖体意义2) 3端加尾( polyA ) AAAAAAAAA TTTTTTTTTT5533A

13、AAAAAAAA53?AATAAAGTTTATTT CA AAUAAAGU535533剪切位点AAUAAAAAAAAAA(A)n53 polyA聚合酶ATPPPi剪切信号mRNA意义增加mRNA稳定性3) mRNA的剪接断裂基因(splite gene)CABD编码区 A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 DNAmRNA 53外显子(exon)和内含子(intron) 外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核苷酸序列。 编码区 内含子

14、断裂基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核苷酸序列。 非编码区5555353333外显子内含子外显子外显子内含子5555353333外显子内含子外显子外显子内含子5GU-UACUAAC-AG 3 5和3剪接点：GU-AG规则 分支点 剪接体 snRNP（snRNA + 蛋白质）5335剪接体鸡卵清蛋白基因及其转 录、转录后加工鸡卵清蛋白基因hnRNA加帽、加尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA4）mRNA编辑(mRNA editing) 在前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸。人类apo B基因 mRNA（14500个核苷酸）肝脏apo B100（分子量为500 000）肠道细胞apo B48（

15、分子量为240 000）mRNA编辑4536 a.a2152 a.aCAA谷氨酰胺 UAA终止密码子第2153 a.a RNARNA编辑意义：基因的编码序列经过转录后编辑加工，编辑意义：基因的编码序列经过转录后编辑加工，可以分化成多用途的编码序列，在不增加基因组可以分化成多用途的编码序列，在不增加基因组DNADNA遗遗传信息容量的前提下，大大增加了传信息容量的前提下，大大增加了mRNAmRNA信息容量。信息容量。 人类基因组计划：预测：人类基因组计划：预测：5 5至至1010万个基因万个基因 实际：实际：3500035000个基因个基因 印证了RNA编辑的存在遗传信息在水平发生改变一种结构基因

16、产生不止一种蛋白质第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因一、转录与逆转录DNARNA转录逆转录二、逆转录酶与逆转录病毒 逆转录酶：RNA 依赖的DNA聚合酶 逆转录病毒： RNA病毒 逆转录酶的活性： RNA依赖的DNA聚合功能 RNA水解 DNA依赖的DNA聚合功能RNARNADNA (-)DNA (-)DNA (+)DNA (-)三、逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的基因组：两个完全相同的单链RNA分子。RNA病毒DNA前病毒子代RNA病毒RNARNADNA (-)DNA (-)DNA (+)mRNAmRNAprotein基因组RNA四、癌基因、原癌基因和抑癌基因癌基因：在病毒基因组中的一类参与

17、细胞恶性 转化，引起动物肿瘤的基因。鸡肉瘤病毒（ASV）：src基因，编码蛋白酪氨酸激酶，参与蛋白质中酪氨酸磷酸化。 原癌基因：在正常细胞基因组中的一类与癌基因同源，被逆转录病毒获得后，能突变成有致肿瘤作用的基因。抑癌基因：分裂增殖分化成熟封闭型转录起始复合物 开放型转录起始复合物35bp10bp 2） 因子非依赖的转录终止 GC 丰富区 茎- 环结构改变RNA聚合酶构象，停止转录 连续 T 序列 A = U配对区，不稳定 RNA链释放GGCGCCCGGGCGCCTTTTTTTT 5353CCGCGGGCCCGCGGAAAAAAAAGCGCCGGCCGCGCGUUUUU35第三节 转录后的加工

18、3、mRNA转录后加工1) 5端加帽(m7GpppGpN )5 pppGpN5 GpppGpNpppG ppi鸟苷酰转移酶5 m7GpppGpN甲基转移酶SAM5 ppGpN磷酸酶 Pi帽子结构帽子结构17G5 m7GpppGpN5 m7GpppGmpNm5 m7GpppGmpN1. 保护mRNA不被核酸外切酶水解2. 与帽结合蛋白结合，识别核糖体意义3) mRNA的剪接断裂基因(splite gene)CABD编码区 A、B、C、D非编码区真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 DNAmRNA 5