《从DNA到RNA的过程》课件

精选课件ppt第三章从DNA到RNA精选课件ppt本章将介绍生物信息的传递的上半部分,即转录——从DNA到RNA。精选课件ppt精选课件ppt基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位,其生理学功能以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者,它通过自主复制得到永存,并通过转录生成mRNA,翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。精选课件ppt转录（transcription）——生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录后得到的RNA要经过加工才能变成成熟的mRNA转录产物还可以变为rRNA和tRNA。参与转录的物质:底物:4种NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子Flash1-06精选课件ppt一、RNA转录的基本过程精选课件ppt无论在原核还是真核细胞中，RNA链的合成都具有以下几个特点:RNA按5’→3’方向合成以DNA双链中的反义链为模板不需要引物参与合成的RNA有与DNA编码链相同的序列（A-U）转录的基本过程包括:模板的识别，转录起始，转录延伸，转录终止精选课件pptA.模板的识别模板的识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。启动子是基因转录起始所必需的一段DNA序列,是基因表达调控的上游顺式作用元件之一。真核细胞中的模板识别与原核细胞有所不同,需要一些转录调控因子（辅助蛋白）,RNA聚合酶才能识别启动子并形成转录前起始复合物（PIC）。精选课件pptB.转录起始RNA聚合酶结合到启动子上以后,使启动子附近的DNA解旋并解链,形成转录泡以促使核糖核苷酸与模板DNA配对。转录起始即是RNA链上第一个核苷酸键的产生。无需引物。起始后直到形成9个核苷酸的过程是通过启动子阶段,此时RNA聚合酶一直在启动子处,之后进入正常延伸。精选课件ppt精选课件pptC.转录延伸转录延伸即是RNA聚合酶释放σ因子离开启动子后,核心酶沿着模板DNA移动并使新生RNA链不断伸长的过程。D.转录终止当RNA链延伸到终止位点时,RNA将停止合成,转录泡瓦解,DNA链复原,新生RNA链和RNA聚合酶将被释放下来。这即是转录终止。精选课件ppt精选课件ppt精选课件ppt二、转录系统的组成精选课件pptA.RNA聚合酶RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶。原核和真核生物的RNA聚合酶虽然都能催化RNA的合成,但在其分子组成、种类和生物化学特性上各有特色。精选课件ppt原核生物RNA聚合酶在细菌中，一种RNA聚合酶几乎负责所有mRNA.rRNA和tRNA的合成。大肠杆菌RNA聚合酶：2个α亚基1个β亚基1个β’亚基1个σ亚基核心酶全酶精选课件ppt转录的起始过程需要全酶，延伸过程仅需要核心酶。各亚基的功能：β亚基和β’亚基组成了聚合酶的催化中心，它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的两个大亚基同源。β亚基能与模板DNA.新生RNA链及核苷酸底物相结合。α亚基可能与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。精选课件pptσ因子的作用是负责模板链的选择与转录的起始,它是酶的别构效应物,使酶专一性识别启动子。提高酶对启动子的亲和力,酶底结合常数提高103倍降低酶对非专一性位点的亲和力,非特异性结合常数降低104倍某些细菌内含有能识别不同启动子的σ因子。精选课件ppt单个核苷酸与开链启动子-酶复合物结合新生RNA的5’端6-9个核苷酸后,稳定酶-DNA-RNA三元复合物释放σ因子,进入延伸期精选课件ppt真核生物RNA聚合酶在真核生物中共有3类RNA聚合酶。真核生物RNA聚合酶一般由8-16个亚基所组成,相对分子质量超过5×105。酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁28s,18s,5.8srRNAs50～70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核质hnRNA,mRNA,某些SnRNAs20～40%高度敏感RNA聚合酶Ⅲ核质tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs～10%存在物种特异性

精选课件ppt精选课件ppt酵母的RNA聚合酶有12个亚基,晶体结构已定位了聚合酶Ⅱ的10个亚基,催化亚基位于两个大亚基间的缝中,当DNA进入聚合酶时下游的钳子（jaws）结构可夹住DNA链。精选课件ppt双环八肽──α-鹅膏蕈碱:在不论何种真核细胞中，RNA聚合酶Ⅱ的活性均可被低浓度的α-鹅膏蕈碱所迅速抑制，而聚合酶Ⅰ却不被抑制。聚合酶Ⅲ对α-鹅膏蕈碱的反应则不尽相同:在动物细胞中聚合酶Ⅲ可被高浓度α-鹅膏蕈碱所抑制，而在酵母和昆虫细胞中则不会被抑制。精选课件ppt其它RNA聚合酶除了前述两种RNA聚合酶，还有:T3和T7噬菌体RNA聚合酶。仅有一条多肽链组成，相对分子质量小于1×105。线粒体RNA聚合酶。仅有一条多肽链组成，相对分子质量小于7×104，与T7噬菌体RNA聚合酶有同源性。叶绿体RNA聚合酶。结构比较大，与细菌RNA聚合酶相似，由多个亚基组成。精选课件pptB.转录复合物在转录的不同阶段，RNA聚合酶将同DNA结合，形成不同的复合物:在识别阶段，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭二元复合物。接着，结合处DNA双链解开，封闭复合物变为开放二元复合物。转录开始，由RNA聚合酶、DNA和新生RNA形成三元复合物。精选课件ppt除RNA聚合酶外，真核生物转录还需要至少7种辅助因子参与。这些蛋白辅助因子统称转录因子。一般情况下，三元复合物进入以下两条途径:合成并释放2-9nt的短RNA转录物，即流产式转录。尽快释放σ亚基，转录起始复合物通过启动子区域形成转录延伸复合物。精选课件ppt精选课件ppt某些转录因子能与RNA聚合酶结合形成起始复合物,但不组成游离聚合酶的成分。这些因子可能是所有启动子起始转录所必须的,但亦可能仅是譬如说转录终止所必须的。在这一类因子中,要严格区分开哪些是RNA聚合酶的亚基,哪些仅是辅助因子,是很困难的。精选课件ppt全酶:启动子的选择、转录的起始核心酶:链的延伸σ因子帮助转录起始，之后会脱离起始复合物核心酶合成RNA，但不能识别起始位点精选课件ppt三、启动子与转录起始精选课件pptA.启动子区的基本结构启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列,能活化RNA聚合酶,使之与模板DNA准确地结合,并具有转录起始的特异性。精选课件ppt原核生物中经对启动子的比较，它们有共有序列:在上游10bp处为TATAAT，又称为Pribnow盒在上游35bp处为TTGACA。精选课件ppt真核生物中:TATA序列(TATAbox):位于-25～-35，使转录精确地起始，TATA序列也叫核心启动元件。CCAAT序列(CAATbox):位于-70～-80，CAAT区主要控制转录起始频率。GCCACACCC或GGGCGGG序列（GCbox）:位于-110～-80，主要控制转录起始频率。并非每个基因中都包含这3个区域。精选课件pptB.启动子区的识别RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身,而是通过氢键互补的方式加以识别。在启动子区DNA双螺旋结构中,存在特定方位的氢键供体和受体（碱基上的基团）,能与酶分子内也处于特定空间构象的氢键受体与供体结合,从而相互识别。精选课件pptC.RNA聚合酶与启动子区的结合在识别阶段，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭二元复合物。接着，结合处DNA双链解开，封闭复合物变为开放二元复合物。精选课件pptD.-10区与-35区的最佳距离原核生物中，-10区与-35区之间的距离大约是16～19bp，小于15bp或大于19bp都会降低启动子的活性。细菌中常见的两种突变：下降突变：如果Pribnow区从TATAAT变为AATAAT就会大大降低其结构基因的转录水平。上升突变：即增加Pribnow区共同序列的同一性。精选课件pptE、增强子及其功能增强子是长约100～200bp的序列,它们与启动子不同,可以位于转录起始位点的上游,也可位于其下游。增强子具有增加启动子的作用,与启动子一起都可视为基因表达调控中的顺式作用元件,可与转录因子和RNA聚合酶结合,启动并调节基因转录。精选课件ppt精选课件ppt增强子的特点:远距离效应。一般位于上游-200bp处。无方向性。可位于靶基因的上游、下游或内部。顺式调节。只调节位于同一染色体上的靶基因。无物种和基因特异性。可连接到异源基因上发挥作用。有组织特异性。需要特定的蛋白因子参与。有相位性。其作用与DNA的构象有关。有的增强子可以对外部信号产生反应。精选课件pptF.真核生物启动子对转录的影响TATA区:使转录精确的起始剔除或突变该区，RNA产物起始点不固定GAAT区和GC区:控制转录起始频率，不参与起始位点的确定。该区任意碱基的改变，极大影响靶基因的转录强度。精选课件pptG.转录的抑制转录抑制剂根据其作用性质主要可以分为两大类:DNA模板功能抑制剂，与DNA结合而改变模板的功能。RNA聚合酶抑制剂，与RNA聚合酶结合而抑制其活力。除上述抑制剂外，还有一些嘌呤和嘧啶的类似物，如5-氟尿嘧啶等，可以作为核苷酸代谢拮抗物来抑制核酸前体的合成。抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌的全酶与β亚基结合，阻止起始链霉溶菌素细菌的核心酶与β亚基结合，阻止延长放线菌素D真核RNA聚合酶Ⅰ与DNA结合，并阻止延长α-鹅膏蕈碱真核RNA聚合酶Ⅱ与RNA聚合酶Ⅱ结合Flash12-0212-06精选课件ppt四、mRNA的特征精选课件pptA.原核生物mRNA的特征原核生物mRNA半衰期短许多原核生物mRNA可能以多顺反子的形式存在5’端无帽子结构,3’端没有或只有较短的poly(A)结构起始密码子常为AUG,有时也为GUG,甚至UUG精选课件ppt存在SD序列(Shine-Dalgarnosequence)。原核生物起始密码子AUG上游7～12个核苷酸处的一段保守序列,与16SrRNA端3′端反向互补,被认为在核糖体-mRNA的结合过程中起作用。精选课件pptB.真核核生物mRNA的特征:单顺反子5′端存在帽子结构。3′端具poly(A)尾巴（除组蛋白基因外）起始密码子仅为AUG精选课件ppt精选课件ppt5’端加帽反应在转录早期即已完成。帽子结构有三种不同甲基化形式。帽子的作用可能使mRNA免遭核酸酶的破坏。甲基化的帽子也可能是蛋白质合成起始信号的一部分。精选课件ppt多聚尾巴是在转录后,由内切酶切开mRNA3’端的特定部位,然后由polyA聚合酶催化多聚腺苷酸反应。PolyA是mRNA进入胞质必需的形式,增强稳定性。mRNA刚进入进入胞质时,polyA尾巴较长,随时间推移将变短直至消失,随后mRNA将降解。精选课件ppt精选课件ppt精选课件ppt五、终止和抗终止精选课件ppt 至目前为止，尚未发现某一特定位点具有特异的转录终止功能。 RNA终止时，3’端核苷酸如何定位？ 根据转录终止是否需要辅助因子，可将终止子分为两类：不依赖于ρ因子的终止依赖于ρ因子的终止精选课件pptA.不依赖于ρ因子的终止此类终止反应中,无任何其它因子参与。模板中存在终止转录的特殊信号——终止子,又称内在终止子（intrinsictermation）每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。精选课件ppt内在终止子的特点:终止位点上游一般存在一段富含GC碱基的二重对称区，其转录生成的mRNA容易互补形成的发卡式结构。终止位点上游一般有4～8个A组成的序列，转录生成的mRNA的3′末端中相应的有一连串U序列。精选课件ppt新生RNA中出现发卡结构可导致RNA聚合酶暂停,破坏RNA-DNA杂合链5’端正常结构,寡聚U是杂合链3’端部分出现不稳定rU·dA区域。新生RNA链将解离出来。终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关。精选课件pptB.依赖于ρ因子的终止有些终止点的DNA序列缺乏共性,不能诱导转录的自发终止,需要ρ因子的参与。“穷追”模型大肠杆菌ρ-依赖型终止子占所有终止子的一半左右。精选课件ppt由于不同生理要求,转录过程中有时即使遇到终止信号,仍需要继续转录的现象。C.抗终止精选课件ppt精选课件ppt两种类型:破坏终止位点RNA的茎-环结构当介质中某一氨基酸的浓度较低时，缺乏相应氨酰-tRNA，将致使核糖体滞留在串联密码子上，mRNA不能形成特定的二级结构，末端茎-环结构被破坏，因此转录仍将继续进行，出现抗终止现象。精选课件ppt依赖于蛋白质因子的转录抗终止蛋白复合物形成后,将会改变聚合酶的构象,使之对终止信号不敏感,从而抗终止。精选课件ppt六、mRNA的加工精选课件ppthnRNA和snRNA核不均一RNA(heterogeneousnuclear

RNA,hnRNA):核内的初级mRNAsnRNA(smallnuclearRNA):核内小分子RNA小分子核糖核酸蛋白体（smallnuclearribonucleoprotein,snRNP）:也称并接体（splicesome）,由snRNA和核内蛋白质组成，作为RNA剪接的场所。断裂基因(splitegene):真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，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。精选课件ppt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的核酸序列。内含子:隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。精选课件ppt真核生物的结构基因中具有可表达活性的外显子,也含有无表达活性的内含子精选课件ppt转录产生的RNA要经过剪接、编辑、再编码及化学修饰等加工过程才能变成有活性的RNA分子。精选课件ppt 转录作用产生出的mRNA.tRNA及rRNA的初级转录本全是前体RNA或核不均一RNA(hnRNA)，而不是成熟的RNA，它们没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的、有活性的RNA。 RNA的加工过程主要是在细胞核内进行，也有少数反应是在胞质中进行。精选课件pptA.RNA中的内含子真核生物的基因往往是断裂的基因,其转录所形成的RNA前体要经过剪切,将内含子切除后,将外显子拼接起来才能形成成熟的mRNA。真核基因平均含8～10个内含子,前体分子一般比成熟mRNA大4～10倍。精选课件ppt内含子两端边界存在共有序列:（GU-AG法则）在内含子内部部分序列也可能参与内含子的剪接，他们可能是pre-mRNA剪接过程中各种核糖核蛋白剪接调节因子的结合位点。精选课件pptB.mRNA的剪接许多相对分子质量较小的核内RNA（如U1,U2,U3,U4,U5和U6）以及与这些RNA相结合的核蛋白参与RNA的剪接。精选课件ppt精选课件ppt生物体内各种内含子:与mRNA前体中主要（GU-AG类）和次要（AU-AC类）内含子剪接方式不同，I、II类内含子能进行自我剪接。内含子类型细胞内定位GU-AG细胞核，pre-mRNA（真核）AU-AC细胞核，pre-mRNA（真核）I类内含子细胞核，pre-mRNA（真核），细胞器RNA，少数细菌RNAII类内含子细胞器RNA，部分细菌RNAIII类内含子细胞器RNA双内含子细胞器RNAPre-tRNA内含子细胞核，pre-tRNA（真核）精选课件pptI类内含子的自我剪接过程精选课件pptFlash12-22II类内含子的自我剪接过程酵母线粒体某些mRNA或rRNA前体中的内含子中一个腺苷酸上的2’-OH,进攻内含子的5’剪接点并生成2’,5’-磷酸二酯键,形成一个与3’外显子尚未脱离的“套索”式中间产物,同时5’外显子被剪下。脱落的5’外显子中的3’-OH攻击内含子的3’端剪接点,剪下的3’外显子并与5’外显子连接成成熟的mRNA或rRNA,内含子则以套索形式被剪切下来而被核酸酶降解。精选课件pptmRNA前体的内含子末端的序列剪接位点突变引起剪切错误。剪切位点突变导致地中海贫血症（thalassemia),地中海贫血症起因于血红蛋白合成缺陷。此类贫血症中有一类是异常剪接引起。β-珠蛋白的第一内含子发生突变,突变位点发生在正常3’剪接位点上游20nt处。精选课件ppt正常人是G,病人是A,即G→A。导致产生了一个新的3′剪接位点（原位点上游）,新剪切位点剪切,使mRNA中密码子变化。在新剪切点后提前出现蛋白质合成的终止密码子。结果合成了异常的血红蛋白β-亚基,导致贫血症。精选课件pptC.RNA的编辑、再编码及化学修饰RNA的编辑RNA的编辑是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA编码的遗传信息的改变。介导RNA编辑的机制有两种:位点特异性脱氨基作用引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除。精选课件ppt位点特异性脱氨基作用载脂蛋白C→U导致提前终止由脱氨基酶催化精选课件ppt引导RNA指