生物信息的传递上-转录课件

第三章生物信息的传递（上）

——从DNA到RNA●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ContentsRNA的分类DNA是遗传信息的载体，遗传信息的作用通常由蛋白质的功能来实现，但DNA并非蛋白质合成的直接模板，合成蛋白质的模板是RNA。正常细胞遗传信息的流向是：

RNA包括hnRNA（不均一核RNA，heterogeneousnuclearRNA)、mRNA、rRNA、tRNA、snRNA（小核RNA,smallnuclearRNA）和scRNA（小胞浆RNA，smallcytosolRNA)，它们均与遗传信息的表达有关。mRNA是遗传信息的携带者，其核苷酸序列决定着合成蛋白质的氨基酸序列；hnRNA是mRNA的前体，含有转录的、但不出现于成熟mRNA中的核苷酸片段(内含子)；tRNA识别密码子，将正确的氨基酸转运至蛋白质合成位点；rRNA是蛋白质合成机器——核蛋白体的组成成分；snRNA在hnRNA向mRNA转变过程的剪接中起十分重要的作用。●启动子（转录促进子）：RNA聚合酶结合于DNA特异的转录起始区。启动子通常靠近转录起点。●转录单位（transcriptionunit）：转录子

一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值+1

-10

+10upstreamstartpointdownstream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'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DNA链称为编码链（有意义链或正链）；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(反义链或负链）。结构基因：DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。●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（holoenzyme）

=核心酶（coreenzyme）

+σ（西格马）因子大肠杆菌RNA聚合酶由5个亚基所组成即α2ββ'σ。全酶：大肠杆菌RNA聚合酶整个酶分子α2ββ'σ核心酶：σ亚基解离后的其余部分α2ββ'α因子：★促使RNApol与DNA模板链结合

★位于前端的α因子使双链解链为单链

★位于尾端的α因子使单链新聚合为双链

★核心酶的组建因子

α+α→2α+β→+β’

β因子：★促进RNApol+NTP→RNAelongation

★催化磷酸脂键的形成

★与

Rho(ρ)因子竞争RNA3’-end

★构成HoloEnzyme后，β因子含有

两个位点Isite(RifS):Esite(RifR):专一性地结合ATPorGTP要求高浓度的ATPorGTP对

NTP非专一性结合β’

因子：★强碱性亚基★促使RNApolymerase与非模板链（sensestrand）结合

★受蛋白酶K抑制

NusA蛋白：一个RNA聚合酶附属因子。

★

69Kd,acidprotein★和σ因子一样可以和RNA聚合酶的核心酶结合，但不是很牢固。所以在纯化时，σ因子就取代NusA蛋白。

NusA+coreE★

ImpelRNApol.使聚合酶在终止位点停下来等待ρ因子（Rhofactor）来终止RNA转录。

RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8×105dol小，1.09×105dol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（二）启动子(promoter)1.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，本身不被转录。2.分类：原核生物启动子、真核生物启动子。3.转录起点：与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。

R-35

B

-10I+1SextamaBoxPribnowBoxInitiation编码链AACTGTATATTA模板链TTGACATATAAT3’5’DNA转录起始点Pribnow盒子启动子35

10

+1转录区5’3’RNASextamabox(PC区）TATA区：酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）

TTGACA区(PC区)：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号,是σ因子识别和结合的位点。距离的大小是决定启动子强度的重要因素之一。典型启动子的结构16-19bp5-9bp大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区与标准启动子序列同源性愈高→启动强度愈大；与标准启动子序列同源性愈低→启动强度愈小；与标准启动子序列差异很大→由另一种δ因子启动●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。2、转录起始：RNA链上第一个核甘酸键的产生3、RNA链的延伸

●亚基脱落，RNA–pol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。

核心酶

····DNA

····RNARNA-DNA杂交区长度为12个碱基，当RNA链离开模板链后DNA链重新复链。DNA的解链部分约为17个碱基，与开放复合物在启动子初形成时长度相同。4、转录终止●终止子（terminator，t）

强终止子－内部终止子弱终止子－需要ρ因子（Rhofactor）又称为ρ依赖性终止子Rho-dependentterminator）●分类：不依赖Rho(ρ)因子的转录终止依赖Rho(ρ)因子的转录终止不依赖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。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。

终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度增加，效率增加。B：发夹的形成破坏了一部分RNA-DNA杂交链，仅留下多聚U与多聚A的一段杂交链。C：多聚U与多聚A杂交物解离，转录本被释放。依赖因子的终止因子：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。转录的基本过程真核生物RNA的合成酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感(大于10-3mol/L时轻微抑制）RNA聚合酶Ⅱ核质mRNA和snRNA20-40%敏感(10-9-10-8mol/L时被抑制）RNA聚合酶Ⅲ核质tRNA和5SrRNA约10%二者之间，存在物种特异性●真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较1、核心启动子（corepromoter）

●定义：指保证RNA聚合酶Ⅱ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

TATA常在-25bp左右，相当于原核的-10序列

T85A97T93A85A63A83A50

●作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始

2、上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）

●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等。

CAAT：-70--80bp

GGGCGG：-80--110bp

●作用：控制转录起始频率。

●真核生物启动子

转录因子转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的转录起始●真核生物转录起始复合物真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录过程所需的蛋白质因子TBP：专门识别TATA盒TFⅡA：稳定TBP、TFⅡB对启动子的结合TFⅡB：结合与TBP，组装pol-TFⅡF复合物RNA聚合酶Ⅱ：催化RNA合成，12亚基。TFⅡF：结合RNApolⅡ-TFⅡB，防止RNApolⅡ结合于非特异DNA顺序TFⅡE：组装TFⅡF，ATP酶和解旋酶活性。TFⅡH：DNA解旋酶活性、RNApolⅡ磷酸化（转录开始）、组装核苷酸真核生物RNA合成的起始、延伸、终止和释放起始：转录开始，在RNA最初60-70个核苷酸残基的合成期间，首先是TFⅡE被释放；然后是TFⅡH被释放。延伸：TFⅡF一直和RNApolⅡ相结合，RNApolⅡ与延长因子结合，活性大大增强。终止：机制不祥。释放：

RNApolⅡ脱磷酸化，并重新进入循环，准备进入另一次转录起始。●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四、转录后加工原核生物RNA的转录后加工●原核生物tRNA前体的加工1）tRNA5端：RNA核酸内切酶RNasePRNaseP：蛋白质和RNA（能单独切断5端序列）为tRNA5端成熟酶。2）tRNA3端：RNA核酸内切酶RNaseF从靠近3端切断前体分子；RNA核酸外切酶RNaseD从前体3切去附加的序列，直至tRNA3端。RNaseD：有严格的选择活性，是tRNA的3端成熟酶。3）在tRNA3端加胞苷酸-胞苷酸-腺苷酸（-CCAOH）：成熟tRNA3端都有-CCAOH。添加CCA：tRNA核苷酰转移酶4）核苷酸的修饰异构化：tRNA甲基化酶、tRNA假尿嘧啶核苷合成酶●原核生物rRNA前体的加工：甲基化修饰，除5SrRNA无修饰成分不进行甲基化修饰外，其他rRNA均有多个修饰成分。●原核生物mRNA前体的加工：mRNA大多数不用加工。单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。少数多顺反子mRNA需通过核酸内切酶切成较小单位后才能进行翻译。真核生物RNA的转录后加工5’端加帽3’端加尾RNA的拼接RNA的编辑5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的这种结构称为帽子（cap）。帽子结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp结构能有效地封闭mRNA5’末端，以保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。1、在5’端加帽m7Gppp鸟甘酸转移酶2、3’端加尾：RNA末端腺苷酸转移酶多聚腺苷酸尾巴：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。AAUAAA：★准确切割★加poly（A）3、RNA的拼接：

去除插入部分（内含子Intron),使编码区（外显子Exon）成为连续序列）。使一个基因产生多种基因产物。

5’..AAGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’IntronexonexonPolyprimidine生物体内内含子的主要类型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子参与RNA剪接的物质：

snRNA（核内小分子RNA）

snRNP（与snRNA结合的核蛋白）

HeLacellß-globinEEIRNA剪接的分子证据Ⅰ类内含子的自我剪接1th414Nt2ed15+399Nt3rd4+395Nt(L19)

●

Intron的剪接经过3次转酯反应

Ⅱ类内含子的自我剪接4、RNA的编辑编辑（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。Editing的生物学意义形成/删除AUG,UAA,UAG,UGA…●改变codon信息●扩大编码的遗传信息量●mRNAediting较大程度地改变了DNA的遗传信息，使该基因的DNA序列仅是一串简略意义模糊的序列（abbreviated）或称为隐秘基因、模糊基因crypticgene,cryptogene）●中心法则的发展C变为U碱基的突变

Cytidinedeaminase氧化脱氨CUorTrans-glycosylation转糖酰基作用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