第三章-生物信息的传递(上)从DNA到RNA

第三章生物信息的传递（上）—从DNA到RNA信息的储存与传递之中心法则3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较1.RNA含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分子2.RNA链自身折叠程局部双螺旋，碱基配对规则：A-U，G-C，不能配对区域形成突起。3.RNA可折叠形成复杂的三级结构4.RNA分子比DNA分子小得多，一般含几十至几千个核苷酸一、RNA的结构特点第一节RNA的结构、分类和功能核糖体RNA（rRNA）：

核蛋白体组成成分转移RNA（tRNA）：

转运氨基酸信使RNA（mRNA）：

蛋白质合成模板不均一核RNA（hnRNA）：成熟mRNA的前体小核RNA（snRNA）：参与hnRNA的剪接、转运小核仁RNA（snoRNA）：rRNA的加工和修饰小胞质RNA（scRNA/7s-RNA）：蛋白质内质网定 位合成的信号识别体的组成成分二、RNA的分类1、蛋白质生物合成的主要参与者（信息分子）2、核酶作用，可催化转录产物剪接加工3、参与基因表达调控，与生物生长发育密切相关4、某些病毒，RNA是遗传物质，例如：SARS病毒，AIDS病毒

三、RNA的功能3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程

3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较基因蛋白质转录翻译生物性状控制RNA第二节RNA的转录的基本过程是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4中NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。

RNA合成方向：5'3'原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子一、转录的基本概念TCATGATTAAG

T

AC

TA

A

T

DNA的平面结构图细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

DNA的一条链AGCUGACGGUUU游离的核糖核苷酸

(原料）DNA解旋，以一条链为模板合成RNA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

AGCUGACGGUUU

DNA与RNA的碱基互补配对：A——U；T——A；C——G；G—CRNA聚合酶细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGUUUU

组成

RNA的核糖核苷酸一个个连接起来细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUUUA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGUUGUUA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGUGUUAA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUAAU细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGUUAAUA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGUUAAUAU细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGUUAAUAUC细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGUUAAUAUCDNA上的遗传信息就传递到mRNA上mRNADNA细胞核中AG

T

AC

TA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

细胞质

细胞核

核孔DNAmRNA在细胞核中合成AG

T

AC

TA

A

T

UCAUGAUUAmRNA

细胞质

细胞核mRNA通过核孔进入细胞质UCAUGAUUAmRNA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。编码链与模板链编码链：又称有义链，与mRNA序列相同的那条DNA链。模板链：又称反义链，一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链。二、转录的基本过程

模板识别、转录起始、延伸、终止

转录单元：从启动子到终止子称为转录单元启动子：模板上专一地与RNA聚合酶结合并决定转录从何处起始的DNA序列，也决定基因的转录效率。原核大约20-200bp，真核不同基因差别比较大，一般小于2kb

转录起点：即转录原点记为＋1，其5‘上游记为负值，下游记为正值，研究表明通常为一个嘌呤（A或Ｇ）。

路标，收费站，高速路，收费站1、模板识别和转录起始识别启动子DNA+全酶DNA+全酶DNA+全酶+2NTPDNA+核酶+RNA合成9-10NTP合成后，σ因子决定转录的起始，不参与延伸。原核真核需至少7种辅助因子（转录因子）参与，形成复杂的前起始复合物。表12-5人类Ⅱ型启动子的转录因子 因子 分子量 功能 RNAPolⅡ≥10K 依赖模板合成RNA TFⅡA 12,19,35K稳定TFⅡD和DNA的结合，激活TBP亚基 TFⅡB 33K 结合模板链（-10～+10），起始PolⅡ结合，和TFⅡE/F

相互作用 TFⅡD (TBP,30K)TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAFs识别特殊启动子 TFⅡE 34K(β)结合在PolⅡ的前部，使复合体的保护区延伸到下游 57K(α)TFⅡF 38,74K 大亚基具解旋酶活性（RAP74）,小亚基和PolⅡ结合，介导其加入复合体 TFⅡH 具激酶活性，可以磷酸化PolⅡC端的CTD，使PolⅡ逸出，延伸 TFⅡI 120K 识别Inr，起始TFⅡF/D结合 TFⅡJ 在TFⅡF后加入复合体，不改变DNA的结合方式 TFⅡS RNA合成延伸 RNA链不断伸长，速度不均一。大肠杆菌：50-90个核苷酸/秒。解链区：RNA-DNA杂合链解开，DNA双链重新形成。2、转录的延伸

●强终止子－不依赖Rho(ρ)因子的转录终止

●弱终止子－需要ρ因子又称为ρ依赖性终止子

3、转录的终止发夹式结构和寡聚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，长度效率（１）强终止子－－不依赖

因子的终止二重对称区（２）弱终止子－－依赖

因子的终止

因子：六聚体蛋白、具NTP酶和解螺旋酶活性，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。RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段5

3

RNA

启动子

终止子5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

离开识别（ρ-dependentterminator）；经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和hnRNA。

4、转录产物

相同点：

合成反应的化学本质；模板的使用合成的方向5′3′；发生的部位

不同点：（1）转录：一条DNA链为模板复制：两条链都可作模板；（2）DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合成后释放，而DNA复制结束后，新链和母链形成双链；（3）RNA合成不需引物，而DNA复制需引物；（4)转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP；碱基由复制时的T替换为转录时的U。（5）聚合酶系统不同。三、转录与DNA复制的异同3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较RNApol执行多种功能(1)识别DNA双链上的启动子；(2)使DNA变性，在启动子处解旋成单链；(3)通过阅读启动子序列，RNApol确定它自己的转录方向和模板链。(4)起始，延伸RNA链，最后当它达到终止子时，通过识别终止序列停止转录。第三节转录机器的主要成分-RNA聚合酶原核生物：全酶(HoloEnzyme)和核心酶(CoreEnzyme)3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较启动子是一段位于结构基因5′端上游区的DNA序列，能与RNA聚合酶结合，起始基因的转录。启动子的结构影响其与RNA聚合酶的结合，从而影响基因表达的水平。第四节启动子与转录起始一、启动子（promoter）的结构与功能启动子(promoter)：是指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成起始转录复合物的区域，它还包括一些调节蛋白因子的结合位点.启动子是由一些短的保守序列组成的。位于转录起点附近。启动子可位于上游，也可在下游（个别）。转录起点即转录原点记为＋1，其上游5’记为负值，下游记为正值

upstreamstartpointdownstream－10＋1＋10二、原核生物启动子二、原核生物启动子-10区与-35区的最佳间距增强子增加或促进转录起始三、真核生物启动子四、转录的抑制剂1、模板抑制剂如烷化剂，放线菌素D，嵌入染料，与DNA结合，抑制DNA的模版功能2、RNA聚合酶抑制剂如利福霉素，利链霉素，-鹅膏蕈碱：抑制RNA聚合酶活性。3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较第六节原核生物和真核生物mRNA结构的比较原核生物和真核生物的mRNA在结构上有所不同：原核生物的mRNA是多顺反子的，真核生物的mRNA是单顺反子的；2)原核mRNA5'端无帽子结构，真核mRNA5'端有一段帽子结构（m7GpppNmpNmp-）；3)原核mRNA3’端无PolyA，真核mRNA3’端有PolyA。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。原核与真核mRNA对比

真核生物mRNA的结构帽子作用：是加速翻译的起始速度，增加mRNA的稳定性PolyA作用：它与mRNA由核内向胞质的转移及与mRNA的稳定性有关。3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较5’端加帽3’端加尾RNA的剪接RNA的编辑RNA的再编码RNA的化学修饰第七节真核生物RNA的转录后加工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）。一、在5’端加帽P97一、在5’端加帽（1）5′端形成特殊的帽子结构，有三类：①帽子0：m7GpppX单细胞生物（如酵母）②帽子1：m7GpppXm多细胞生物，主要形式③帽子2：m7GpppXmpYm占10-15%（2）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。P97二、3’-端加尾多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。AAUAAA：准确切割★加poly（A）三、RNA的剪接三、RNA的剪接内含子剪切异常可引起疾病，如地中海贫血病人的珠蛋白基因1、mRNA前体的主要剪接方式pre-mRNA剪接

（ＧＵ-ＡＧ类）P102ＡＧ前一位核苷酸可影响剪接效率：CAG=UAG>AAG>GAG②剪接的过程：①参与RNA剪接的物质：snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）U1snoRNA含与内含子５’-端互补序列；U2snoRNA含与分支处互补序列2、Ⅰ类内含子的自我剪接借助与鸟苷酸或鸟苷的作用，内含子自我催化，通过两次转酯反应完成拼接。3、Ⅱ类内含子的自我剪接

也是由内含子自我催化完成，但转酯反应无鸟苷的参与，两次转酯反应后内含子形成套索结构而切下。3.1RNA的结构、分类和功能3.2RNA转录的基本过程3.3转录机器的主要成分—RNA聚合酶3.7真核生物RNA的转录后加工3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰3.4启动子与转录起始3.5原核生物与真核生物转录产物的比较3.6原核生物与真核生物mRNA的特征比较一、RNA的编辑

1、定义编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、添加或缺失等现象。3.8RNA的编辑、再编码和化学修饰2、编辑机制：

①碱基的突变，C变为U②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的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。3、RNA编辑的生物学意义

校正作用：消除移码突变等基因突变的危害；

扩充遗传信息：增加了基因产物的多样性，有于生物进化；

调控翻译：与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式。二、RNA的再编码(1)定义：把RNA编码和读码方式的改变称为RNA的再编码（RNArecding)。(2)RNA再编码的主要表现：

①+1/-1移码②核糖体跳跃③终止子通读三、RNA的化学修饰(1)转录产物的化学修饰对象：前体rRNA和Trna(2)参与化学修饰的物质：70~100个核苷酸的核仁ＲＮＡ（snoRNA),

一般认为，snoRNA上的D盒是甲基化酶的识别位点.(3)化学修饰的主要类型:甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构等。四、核酶

1981年CechT在研究四膜虫(Tetrahymenathermophila)rRNA前体拼接过程中发现，此类的拼接无需蛋白质的酶参与作用，它可自我催化完成。Cech称具有催化功能的RNA为核酶（ribozyme）。1989年cechT和AltmanS共同获诺贝尔化学奖，AltmanS的贡献是发现RnaseP中的M1RNA单独也具有催化功能。核酶的发现改变了酶的化学本质是蛋白质的传统观念，被认为是近二十年来生物化学领域中最令人鼓舞的成就之一。一、选择题1、下列有关TATA盒(Hognessbox)的叙述,哪个是正确的:A.它位于第一个结构基因处

B.它和RNA聚合酶结合

C.它编码阻遏蛋白

D.它和反密码子结合

B

复习题

2.转录需要的原料是:dNTPB.dNDPC.dNMPD.NTPE.NMPD3、DNA模板链为5’-ATTCAG-3’,其转录产物是:A.5’-GACTTA-3’

B.5’-CTGAAT-3’

C.5’-UAAGUC-3’

D.5’-CUGAAU-3’

D4、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的?A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行复制

B.在这两个过程中合成均为5`-3`方向

C.复制的产物通常情况下大于转录的产物

D.两过程均需RNA引物

D

5、真核生物的mRNA加工过程中,5’端加上（），在3’端加上（），后者