基因的转录转录后加工及逆转录医学生物化学

基因的转录转录后加工及逆转录医学生物化学第一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五◆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：模板原料酶产物配对方向引物DNA(不对称转录）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,T-A,G-C5’3’不需要第二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五◆转录、复制的异同点复制二股链均复制dNTPA-T、G-CDNA聚合酶DNA转录基因的模扳链NTPA-T、T-A、G-CRNA聚合酶mRNA/tRNA/rRNA模板原料碱基配对聚合酶产物DNA核苷三磷酸碱基配对原则依赖DNA的聚合酶多核苷酸差异相同或相似第三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五◆几个基本概念结构基因(structuregene)模板链(templatestrand)Watson(W)链、负(-)链(minusstrand)、反意义链(antisensestrand)编码链(codingstrand)Crick(C)链、正(+)链(plusstrand)、有意义链(sensestrand)不对称转录(asymmetrictranscription)第四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五结构基因(structuregene)：

DNA分子中能转录出RNA的区段。第五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五模板链：

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。

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。

第六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五5’-----GCAGTACATGTC-----3’编码链

DNA3’-----CGTCATGTACAG-----5’模板链5’-----GCAGUACAUGUC-----3’mRNAN------Ala--Val--His--Val------C蛋白质第七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五不对称转录

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第八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五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’-磷酸二酯键第九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五一、原核生物RNA聚合酶1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成（1）全酶(holoenzyme)

由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成（2）核心酶(coreenzyme)

α2ββ’

，参与转录的全过程（3）σ亚基亦称σ因子（σfactor)—转录辅助因子

识别启动子，不参与转录过程第十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五全酶核心酶亚基α2ββ’σ功能决定哪些基因被转录结合底物，形成磷酸二酯键（催化）结合模板（开链）（核心酶参与转录全过程）识别起始点启动子（延长时脱落）第十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五二、真核生物RNA聚合酶（三种）类型ⅠⅡⅢ转录产物rRNA:18s,5.8s,28shnRNAtRNA,5srRNA,snRNA对鹅膏蕈碱的反应不敏感高度敏感不同物种敏感性不同第十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五

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RNA聚合酶(全酶)与DNA模板(启动子)结合结合过程：闭和的启动子复合体开放的启动子复合体

第十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五DNA模板

启动子（promoter）

1、概念:

转录开始时能与RNA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-(Pribnowbox)

(3)-35bp处-TTGACA-

第十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五σ因子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。σ因子识别位点：启动子-35区、-10区第十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五原核生物有多种σ因子一般情况下起作用的是---σ70σ70有四个保守区域：第2区域、第4区域和-35区和-10区结合第十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五结合过程：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。第十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五σα2ββ’5’5’原核生物转录起始过程第十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五2、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）

第二十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五◆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

GCCAAT-90-70第二十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始RNA聚合酶Ⅱ催化各种前体mRNA的合成需要多种TF参与：TFⅡA-J第二十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五

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第二十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五TBP---TATAbindingproteinTAF---TBP-associatedfactors第二十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五TAFsTBPTFⅡDTAFsTBPⅡAⅡBTAFsTBPⅡAⅡBTAFsTBPⅡAⅡBpolⅡⅡFpolⅡⅡFTAFsTBPⅡAⅡBpolⅡⅡFⅡHⅡJⅡEⅡEⅡHⅡJTATA盒转录起始点转录区RNA聚合酶Ⅱ转录起始复合物的组装第二十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五二、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

第二十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五核心酶图13-7第二十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五三.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

第二十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五

终止的方式

依赖ρ-因子的终止ρ-因子的结构六个亚基组成的蛋白质ATP酶活性与单链RNA结合

第二十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五ρ-因子的作用与新生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模板上分离下来第三十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五新生RNA图13-8第三十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五不依赖ρ-因子的终止DNA模板上有终止信号

转录出来的RNARNA聚合酶遇此结构即停止工作。DNA和RNA（dA：rU）稳定性下降GC富含和AT富含区的回文结构自身互补形成发夹状结构（hairpin）3’尾端有4个UDNA恢复双链，释放转录产物第三十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五发夹结构环茎多个UDNA模板

3’5’第三十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第三十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五四.转录的抑制作用

与DNA模板作用与RNA聚合酶作用原核生物真核生物放线菌素D--插入dG*dC间低浓度--(-)RNA延长高浓度--(-)RNA起始

(-)DNA复制利福平/利福霉素和原核生物RNA聚合酶

β亚基结合--(-)转录起始α鹅膏蕈碱

--(-)RNA聚合酶Ⅱ第三十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五mRNA可直接作为翻译的模板rRNA

转录产物要加工、修饰tRNA

第三节RNA转录后的加工

一.原核生物RNA转录后的加工：第三十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五●原核生物和真核生物mRNA的不同：原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工

寿命短真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆再翻译mRNA需加工寿命较长第三十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五

二.真核生物RNA转录后的加工

1、rRNA转录后的加工真核生物rRNA的基因

(rDNA)转录产物

成簇纵列串联排列高度重复序列DNA核质:(Ⅲ)--不需加工

5srRNA核仁:(Ⅰ)--加工

5.8srRNA

28srRNA

18srRNA第三十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五rDNA内含子基因间隔18s5.8s28s每个重复单位45s转录物3种rRNA前身剪接18srRNA5.8s/28srRNA第三十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五●转录后的加工和与核糖体的装配同时进行第四十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五前rRNA的切割特点：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)第四十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜虫

26SrRNA核酶（ribozyme）应用

前体6.4kb414bp内含子

5.986kb

无酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特异性RNA序列具特定的二级结构---槌头结构人工合成核酶的槌头结构破坏HIV病毒

第四十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五底物催化部分图13-11第四十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五酶底物图13-12第四十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五2、tRNA的加工碱基修饰3’端5’端切除反密码环的内含子转位---Tψ脱氨---AMPIMP还原---DHU甲基化---mAmGCCA-OHRNaseP切除多余的核苷酸RNaseP在前tRNA二级结构基础上第四十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第四十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五3、真核生物的mRNA转录后加工转录产物：hnRNA+

蛋白质不均一核糖核蛋白（hnRNP）第四十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五●真核生物的mRNA转录后加工步骤：加帽加尾mRNA前体的剪接5’端：m7GpppGpN作用:稳定mRNA5’端和翻译的起始有关3’端:polyA尾巴作用：稳定mRNA

和翻译模板活性有关剪除内含子，连接外显子第四十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5m7GpppGp…甲基转移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi（1）真核生物mRNA转录后加工--“加帽”第四十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五帽0帽1帽2m7GpppGpNm7GpppGmpNm7GpppGmpNm●三种5’帽结构形式第五十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五步骤1步骤2作用位置200~250（2）真核生物mRNA转录后加工--加polyA尾第五十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期五外显子内含子DNA

hnRNA（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接第五十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期五●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）第五十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期五4、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。

第五十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第2153位谷氨酰胺终止子图13-18第五十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期五第四节逆转录、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。第五十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期五二、逆转录酶（reversetranscriptase)

RNA依赖的DNA聚合酶（RDDP）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）。催化三种反应：RNA指导的DNA合成RNA水解DNA指导的DNA合成第五十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期五ASVRNARNA

DNA(-)DNA(-)DNA(-)DNA(+)1.RNA指导DNA合成2.RNA水解3.DNA指导DNA合成逆转录酶的作用第五十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期五

三、逆转录病毒（RNA病毒）的基因组1、逆转录病毒：鸡肉瘤病毒（ASV）Rouse肉瘤病毒（RSV）小鼠白血病病毒（MuLV)人类T细胞白血病病毒（HTLV-IⅡ）爱滋病病毒（HIV）SARS第六十页，共六十六页，编辑于2023年，星期五2、基因组：两个完全相同的单链RNA

分子含