基因的转录、转录后加工及逆转录

基因的转录、转录后加工及逆转录◆转录(transcription)：以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。◆转录的条件：DNA(不对称转录）NTPRNA聚合酶模板原料酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’

3’产物配对方向引物

不需要◆转录、复制的异同点差异相同或相似z

复制z

转录z

DNA模板z

二股链均复制

z

基因的模扳链核苷三磷酸z

dNTPz

NTP原料zz

A-T、T-A、G-C

z碱基配对原则z

A-T、G-Cz

DNA聚合酶z

DNA碱基配对聚合酶产物z

RNA聚合酶z

mRNA/tRNA/rRNAz依赖DNA的聚合酶z

多核苷酸◆几个基本概念¾

结构基因(structuregene)¾

模板链(templatestrand)Watson(W)链、负(-)链(minusstrand)、反意义链(antisensestrand)¾

编码链(codingstrand)Crick(C)链、正(+)链(plusstrand)、有意义链(sensestrand)¾

不对称转录(asymmetrictranscription)¾

结构基因(structuregene)：DNA分子中能转录出RNA的区段。¾模板链：反意义链（antisense，(-)链）——

以该链中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。¾密码链：有意义链（sense，（+）链）——不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN

------Ala--Val--His--Val------C蛋白质¾不对称转录1.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。2.有意义链与反意义链并非固定不变。3.转录方向都是5’

3’转录方向5’

3模板链图13-1第一节

参与转录的酶RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）以DNA为模板，催化2个游离的NTP形成3’，5’-磷酸二酯键一、原核生物RNA聚合酶1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成全

½

功能‹

亚基酶核

½

决定哪些基因被转录‹

α2‹β

心

½

结合底物，形成磷酸二酯键（催化）‹

β’

酶

½

结合模板（开链）½

（核心酶参与转录全过程）‹

σ½

识别起始点启动子（延长时脱落）(2)真核生物RNA聚合酶（三种）真核生物转录产物对鹅膏蕈碱反应ⅠⅡⅢ45S-rRNAhnRNAtRNA,5srRNA,snRNA不敏感高度敏感中度敏感性第二节

转录过程(起始、延长、终止)一、转录的起始1、原核生物的起始¾RNA聚合酶(全酶)与DNA模板(启动子)结合¾结合过程：™闭和的启动子复合体™开放的启动子复合体¾DNA模板启动子（promoter）1、概念:转录开始时能与RNA聚合酶（全酶）结合的DNA顺序（双链）。2、原核生物启动子的特点:(1)DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)(2)-10bp处

-TATAAT-

(Pribnow

box)(3)-35bp处

-TTGACA-σ因子(σ70)z

RNA聚合酶中识别及结合启动子的亚基，延长时脱落，不参与转录过程，是转录辅助因子。z

σ因子识别位点：启动子-35区、-10区¾结合过程：™闭和的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）中的σ因子在DNA双链上迅速、随机滑动，寻找到启动子-35区，形成疏松的复合物，DNA双链未解开。™开放的启动子复合体RNA聚合酶（全酶）移向-10区和转录起始点在-20区DNA双链解开12-17bp时的启动子复合体。5’5’α2ββ’σ原核生物转录起始过程2、真核生物的起始较原核生物复杂◆顺式作用元件(启动子/增强子)◆转录因子(transcriptionfactor,TF)RNA聚合酶Ⅱ所需的转录因子---转录因子Ⅱ（TFⅡ）◆真核生物启动子（1）DNA序列在转录起始点的5’端区(上游区)（2）-25bp：TATA盒（Hognessbox）（3）-90bp：GC盒（4）-70bp：CAAT盒-90-70GCCAATRNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始z

RNA聚合酶Ⅱ催化各种前体mRNA的合成z

需要多种TF参与：TFⅡA-Jz

RNA聚合酶Ⅱ+TF识别起始位点,开始转录z

真核生物转录起始复合物的组装启动子TATA盒+TFⅡD+D-A复合物(TFⅡD+TFⅡA)+TFⅡB+(RNA聚合酶+TFⅡF)复合物+TFⅡE、TFⅡJ+TFⅡH（解旋酶、蛋白激酶）DNA解旋、RNA聚合酶C-端Ser磷酸化从起始点向下游移动TATA盒转录起始点转录区TBP---TATAbindingproteinTAF---TBP-associated

factorsTAFsTFⅡDTAFsTBPTBPⅡAⅡBTAFsⅡAⅡBTBPpolⅡⅡFTAFsTBPⅡB

polⅡⅡFⅡAⅡHⅡJTAFsTBPⅡEⅡEⅡB

polⅡ

ⅡHⅡAⅡF

ⅡJRNA聚合酶Ⅱ转录起始复合物的组装二、延长----

转录泡（1）RNA聚合酶（核心酶）◆与DNA模板紧密结合，沿3’

5’方向移动◆解旋作用：DNA解开17bp◆聚合功能（不具外切酶功能）（2）杂交螺旋◆RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋◆转录产物RNA沿5’

3’方向延长◆RNA延长速度：50个核苷酸/秒/每分子酶核心酶图13-7三.终止转录至模板某一位置停止形成磷酸二酯键RNA—DNA杂交链解开DNA解链的部分重新形成双螺旋RNA聚合酶离开DNA终止的方式z

依赖ρ-因子的终止z

ρ-因子的结构z

六个亚基组成的蛋白质z

ATP酶活性z

与单链RNA结合z

ρ-因子的作用z

与新生RNA结合ATP供能ρ-因子沿新生的RNA单链推进新生的RNA单链从DNA模板上分离下来新生RNA图13-8z

不依赖ρ-因子的终止z

DNA模板上有终止信号z

转录出来的RNAz

GC富含和AT富含区的回文结构z

自身互补形成发夹状结构（hairpin）3’尾端有≥4个Uz

RNA聚合酶遇此结构即停止工作。z

DNA恢复双链，z

DNA和RNA（dA：rU）稳定性下降释放转录产物DNA模板5’3’环发夹结构茎多个U四.转录的抑制作用z

与DNA模板作用z

放线菌素D--插入dG*dC间z

低浓度--(-)RNA延长z

高浓度--(-)RNA起始(-)DNA复制z

与RNA聚合酶作用z

原核生物z

利福平/利福霉素z

和原核生物RNA聚合酶β亚基结合--(-)转录起始z

α鹅膏蕈碱z

真核生物--(-)RNA聚合酶Ⅱ第三节

RNA转录后的加工一.原核生物RNA转录后的加工：z

mRNA可直接作为翻译的模板z

rRNA转录产物要加工、修饰z

tRNA●原核生物和真核生物mRNA的不同：z

原核生物mRNAz

真核生物mRNAz

多顺反子z

单顺反子z

转录与翻译同步z

转录后需加工运至胞浆再翻译z

mRNA不需加工z

寿命短z

mRNA需加工z

寿命较长二.真核生物RNA转录后的加工1、rRNA转录后的加工z

真核生物rRNA的基因

z

成簇纵列串联排列(rDNA)z

高度重复序列DNAz

转录产物z核质:(Ⅲ)--不需加工5srRNAz

核仁:(Ⅰ)—45SrRNA加工5.8srRNA28s

rRNA18s

rRNA内含子基因间隔rDNA18s5.8s28s每个重复单位45s转录物3种

rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNA●转录后的加工和与核糖体的装配同时进行z

前rRNA的切割特点：¾

在特殊序列位点由核仁小RNA(snoRNA)催化，snoRNA+蛋白质

核仁小核蛋白(sno-RNP)●核酶---真核生物rRNA的自身剪切¾

前体

6.4kb414bp内含子5.986kb无酶催化，自身剪接¾

四膜虫26SrRNA¾

具有催化功能的RNA切割特异性RNA序列¾

核酶（ribozyme）¾

具特定的二级结构---槌头结构¾

人工合成核酶的槌头结构破坏HIV病毒¾

应用催化部分底物图13-11酶底物图13-122、tRNA的加工z

碱基修饰z

转位

---

Tψz

脱氨

---

AMP

IMPz

还原

---

DHUz

甲基化---mAmGz

3’端zzCCA-OHz

5’端RNaseP切除多余的核苷酸z

切除反密码环的内含子3、真核生物的mRNA转录后加工z

转录产物：hnRNA+蛋白质不均一核糖核蛋白（hnRNP）●真核生物的mRNA转录后加工步骤：¾

5’端：m7GpppGpN¾

作用:稳定mRNA5’端和翻译的起始有关¾

加帽¾

3’端:polyA尾巴¾

作用：稳定mRNA和翻译模板活性有关¾

加尾¾

mRNA前体的剪接

¾

剪除内含子，连接外显子（1）真核生物mRNA转录后加工--“加帽”磷酸酶5′

pppGp…5′

ppGp…PipppG鸟苷酸转移酶ppi5′

GpppGp…SAM甲基转移酶5′

m7GpppGp…（2）真核生物mRNA转录后加工--加polyA尾作用位置步骤1步骤2200~250（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接内含子外显子DNAhnRNA●剪接所需条件snRNA（U1-U6）

+

蛋白质（核内小分子核酸）多种snRNP（核内小核蛋白颗粒）多种snRNPs装配成剪接体（参与剪接过程）4、RNA编辑（RNAediting）（1）一种与RNA加帽、加尾、剪接不同的RNA加工形式。（2）转录后改变RNA的序列，使熟RNA的序列与基因组DNA序列不同。（3）生物学中心法则的补充，扩大了mRNA遗传信息容量。谷氨酰胺第2153位终止子图13-18第四节

逆转录、逆转录病毒及癌基因一、逆转录以RNA为模板，有逆转录酶的参与，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA（complementaryDNA,cDNA）的过程。二、逆转录酶（reversetranscriptase)RNA依赖的DNA聚合酶（RDDP）z

这种酶以RNA为模板，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA(cDNA中无内含子）。z

催化三种反应：½

RNA指导的DNA合成½

RNA水解½

DNA指导的DNA合成ASV

RNA1.RNA指导DNA合成RNADNA(-)2.RNA水解DNA(-)3.DNA指导DNA合成DNA(-)DNA(+)逆转录酶的作用三、逆转录病毒（RNA病毒）的基因组1、逆转录病毒：z

鸡肉瘤病毒（ASV）z

Rouse肉瘤病毒（RSV）z

小鼠白血病病毒（MuLV)z

人类T细胞白血病病毒（HTLV-IⅡ）z