第三章 生物信息的传递(上)

1、第三章 生物信息的传递（上）,-从DNA到RNA,本章的主要内容,一、 RNA转录的基本过程 二、 转录机器的主要成分 三、 启动子与转录起始 四、 原核与真核生物mRNA的特征比较 五、内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修饰,基因表达,一、 RNA转录的基本过程(自学),转录的不对称性 转录(transcription)的不对称性就是指以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA。,经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，scRNA, snRNA, snoRNA和 hnRNA。,二、 转录机器的主要成分,底物： 四种核糖核苷酸，即ATP，G

2、TP，CTP，UTP。 模板：以一段单链DNA作为模板。 RNA聚合酶（DDRP）： 这是一种不同于引物酶的依赖DNA的RNA聚合酶。该酶在双链DNA模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从53聚合RNA。,（一）原核生物RNA聚合酶,起始识别因子,与模板DNA结合,与核苷酸结合，起始和催化部位,与DNA上启动子结合,：还未清楚它的功能。但是它在耻垢分枝杆菌中似乎是提供保护功能予亚基。,亚基组成：a2bbws = a2bbw + s 全酶 核心酶,亚基：识别DNA上转录的起始部位，从而引导全酶结合上去,核心酶：解开前方的DNA双螺旋、RNA链的延伸、恢复后面的DNA双螺旋,此外，

3、每个RNA聚合酶还含有2个Zn离子。,因子决定RNA聚合酶识别特异性,枯草杆菌噬菌体SPOI早、中、晚基因表达的转换,早期，2 55，产生gp28, 因子的调节作用,一般基因 (rpo D / 70 ) 热休克基因 (rpo H / 32 ) 关闭 / 开放, 热激蛋白 (heat shock protein), 环境胁迫, 氮代谢基因 (rpo N / 54 ) 少量因子, 氨饥饿, 其他氮源, 其他细菌 / 保守进化 鞭毛基因 (fli A / F ) 少量因子, 鞭毛结构蛋白, 化学向性 噬菌体基因（55） 枯草杆菌 (B.subtilis) (55)（ 29）,(二)真核生物RNA聚合

4、酶,(1)真核生物RNA聚合酶种类,人类RNA聚合酶I、及的必要亚基,转录因子 功 能 TFA 稳定TFD与启动子结合 TFB 促进pol 结合 TFD 结合TATA盒，TBP是3类启动子 的基本转录因子 TFE ATPase TFF 解旋酶 TFH 解旋酶、激酶,真核生物RNA聚合酶转录因子及其功能,启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。 转录单位(transcription unit)是一段从启动子开始至终止子(terminator)结束的DNA序列。 转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基,通常为一个嘌呤。,三、启动子与转录

5、起始,（一）原核生物启动子,原核生物启动子特点： 1.启动子是一些特定位点的短保守序列； 2.启动子的保守序列包括起始点处的一个嘌呤碱基， -10区的六聚体TATAAT以及 -35区的另外一个六聚体； 3.不同启动子之间通常在共有序列的一个或多个位置上存在差别。,启动子功能 突变,原核生物中转录起始区的共同序列,（二）真核生物启动子,作用：使转录精确起始,作用：控制转录起始频率，基本不参与起始位点的确定,3.远端调控区,增强子（enhancer）：位于转录起始位点的上游，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始。称这种能强化转录起始的序列为。,增强子功能：,（1）远距离效应 增强子调节

6、功能可以超长距离. （2）增强子为顺式作用（调节） 只调节位于同一染色体上的靶基因，而对于其他染色体上的基因没有作用. （3）无方向性 无论位于靶序列的上游、下游或内部都可以发挥增强转录的作用. （4）增强子无物种和基因的特异性 增强子连接到异源基因上发挥作用。 （5）增强子具有组织特异性 SV40的增强子在Hela细胞和多瘤病毒中的强度不同 （6）增强子有相位性 其作用和DNA的构象有关。 （7）有的增强子可以对外界的信号产生反应 如高温、金属离子（镉和锌）或类固醇类激素等。 （8）增强子具有独立的结构,改变其两侧的顺序组成不影响增强子的作用. （9）有许多增强子的结构成分含有重复拷贝,这些

7、重复拷贝中如果缺失其中某些成员并不丧失整个增强子的功能.,影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录； 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋结构的张力，促进RNA聚合酶II在DNA链上的结合和滑动； 增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶II进入染色质结构的“入口”。,增强子可能有如下3种作用机制：,远距离增强子元件的成环作用机制,四、转录的终止,（一）原核生物转录的终止 （二）真核生物转录的终止,终止子： 在DNA分子上（基因末端）

8、提供转录停止信号的DNA序列，它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。,（一）原核生物转录的终止,原核生物RNA转录合成的终止机制有两种： 自动终止：模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含 GC的反向重复序列区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形 的二级结构，引起RNA聚合酶变构及移动停止，破坏RNA-DNA 杂合链5端的正常结构；寡聚U的存在则使杂合链的3端产生不 稳定的dA.rU(DNA.RNA)区域，使DNA和RNA杂交链易于拆 开，导致RNA转录的终止。发夹结构和寡聚U二者的长短与终止效率成正比。 依赖辅助因子的终止：由终止因子(因子)识别特异的终止信 号，并促使RNA

9、的释放。,大肠杆菌两类终止子的回文结构,不依赖于Rho（）的终止子,依赖于Rho（）的终止子,富含G-C,系列U,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCC

10、UUUUU. 3,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读。,能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。,（二）真核生物的转录终止, 和转录后修饰密切相关,5 -AAUAAA-,5 -AAUAAA-Poly (A),mRNA,五、原核与真核生物mRNA的特征比较,（一）原核生物mRNA,1.半衰期短。 细菌mRNA在转录1min后就开始降解。,2.多顺反子,3.原核生物5端无帽子结构，3有较短或没有polyA。,（二）真核生物mRNA的结构特征,1.,六、内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修饰,（一）RNA

11、的剪接,1. 剪接信号,hnRNA中具有内含子剪接的特定结构信号，在一系列剪接加工因子的参与下，在内含子上构建剪接体，行使mRNA内含子的剪接，最后产生成熟的mRNA,2. 剪接过程,3. RNA的自我剪接,研究四膜虫RNA前体的内含子时，发现rRNA内含子可以自我剪接，不需要剪接体复合物，甚至不需要任何蛋白质 RNA自我剪接有型和型两种类型,（二）RNA的编辑、再编码 及化学修饰,1.RNA的编辑,RNA编辑是某些RNA，特别是mRNA前体的加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编码的遗传信息的改变。,编辑的生物学意义： (1) 校正作用； (2) 调控翻译； (3) 扩充遗传信息。,编辑的调控作用,编辑的校正作用,扩充遗传信息,锥虫coxII的mRNA上158个位点插放了394核苷酸；在9个位点删去了18个尿苷酸，实际增加了376个核苷酸，使coxII的长度增加了55%。因此coxII的基因比成熟的mRNA小了很多，故称其隐匿基因。,2.RNA的再编码,RNA的再编码： mRNA