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1、第三章 生物信息的传递（上） 从DNA到RNA,以基因的形式荷载遗传信息，是生命遗传的物质基础。 DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存（DNA 复制）。作为基因复制和转录的模板，是个体生命活动的信息基础。 DNA的生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质的过程来控制生物个体性状（基因表达）。,DNA的基本功能：,基因表达(gene expression)：是指细胞在生命过程中,把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译,转变成具有生物活性的蛋白质分子。,一、基本概念,生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。,转录(transcription)
2、 ：,转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息从DNA向RNA传递过程，也是基因表达的开始。,第一节 转录的基本原理,参与转录的物质,模板:DNA酶: RNA聚合酶原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)其他蛋白质因子,RNA合成方向：5 3,转录模板,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列为一个转录单元。 DNA双链按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作反意义链或Waston链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为有意义链或Crick链。,
3、5G C A G T A C A T G T C33 c g t c a t g t a c a g5,5G C A G U A C A U G U C3,N Ala Val His Val C,DNA,转录,mRNA,翻译,肽,DNA模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系,编码链,模板链,不对称转录(asymmetric transcription),在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 ；模板链并非永远在同一条单链上。,转录与复制的相似之处： 都是酶促的核苷酸聚合过程； 都以DNA为模板； 都需依赖DNA的聚合酶； 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键
4、； 都从5至3 方向延伸成新链多聚核苷酸； 都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于DNA复制。 转录与复制都受到严格的调控,二、转录与复制的异同,转录和复制的区别,引物 有 无高度进行性 中途不停止 可一段一段复制,（一）原核生物RNA 聚合酶,RNA聚合酶（大肠杆菌为例）,全酶=核心酶+ 因子,第二节 DNA指导下的RNA聚合酶,大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,RNA聚合酶,(二） 真核生物RNA聚合酶,真核生物的RNA聚合酶,定 位 核 仁 核 质 核 质转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA,tRNA, U1-13snRNA U6snR
5、NA， （U6除外） 非UsnRNA 对鹅膏蕈碱反应 耐受 极敏感 中度敏感,RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别,第 三 节 与转录起始和终止有关的DNA结构,一、原核生物的启动子和终止子,启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,（一）启动子结构,转录单元, RNA聚合酶保护法分析启动子结构,Pribnow,41-44bp,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,(Pribnow box)酶的紧密结合位点（富
6、含AT碱基，利于双链打开）,T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,(Sextama box)提供了RNA聚合酶全酶识别的信号,大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区序列分析,T85T83G81A61C69A52,T89A89T50A65A100,Pribnow 框,Sextama 框,1、Pribnow 框：,10区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框是RNA聚合酶的牢固结合位点，,的存在保证原核生物RNA聚合酶只能与启 动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。,2、Sextama 框：,35区，保守序列为TTGACA。S
7、extama 框是RNA聚合酶中 的识别位点， 也是RNA聚合酶的初始结合位点。,Pribnow 框与Sextama 框之间的碱基序列并不重要，但两个序列之间的距离十分重要； 天然启动子这段距离多为1520bp，距离的大小可能是决定启动子强度的因素之一。 实验表明：两个序列之间的距离为17bp时，转录效率最高。,3、CAP位点：（乳糖操纵子的启动子序列）,CAP即分解代谢物基因激活蛋白 (catabolite gene activation Protein) 也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。,CAP分子内有两个结构域： 羧基末端结构域是DNA结合区； 氨基末端结构域是cAMP结合位点。 CAP
8、与cAMP的结合能提高CAP对双链DNA的亲和力； CAP与启动子（CAP位点）的结合是激活乳糖操纵子转录的必要条件。,乳糖启动子中有两个CAP结合位点： 一个在 70 50位点，称位点； 一个在 50 40位点，称位点。,位点包含一个反向重复序列，是强结合位点； 位点是弱结合位点。,典型启动子的结构,-35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp,（二）终止子结构,提供转录终止信号的序列称为终止子（terminator）;终止信号存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。,原核生物终止子分为两类： 一类是不依赖于因子的转录终止； 一类是依赖因子的转录终止；,两类
9、终止子有共同的序列特征： 在转录终止点之前有一段间断的回文结构。,两类终止子碱基组成的不同点： 不依赖因子 回文结构富含G-C 下游富含A-T 依赖因子 G-C含量较少 下游无特征,转录方向,3,3,5,TCGGGCGAGCCCGC,CGCCCGAGCGGGCT,AAAAAATTT TTT,3,3,5,5,DNA,模板链,编码链,AAAAAAUUUUUU,5,TTTTTT,DNA,模板链,编码链,转录产物,3,不依赖因子 的终止子,转录方向,3,3,5,TAAGTAGATTCATC,CTACTTAGATGAAT,AGCTACTCGATG,3,3,5,5,DNA,模板链,编码链,AGCTACUC
10、GAUG,5,TCGATG,DNA,模板链,编码链,转录产物,3,依赖因子 的终止子,类启动子分两部分： 40 5 称为近启动子，决定转录起始的位点； 16540 称为远启动子，影响转录的频率。,（一）RNA聚合酶的启动子,即 rRNA 基因的启动子，称类启动子。,二、真核生物的启动子和终止子,真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同,（二）RNA聚合酶的启动子,1、帽子位点（cap site）： 即转录起始位点，其碱基大多为 A 。,2、TATA 框： 又称Hogness 框，位于25 附近，由含有TATA 的67个核苷酸组成，保守序列为 TATA（A/T
11、）A（A/T） 。 但TATA框的两侧富含G-C碱基对。,即 mRNA基因的启动子，称类启动子,核心启动子元件 作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始。其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。,3、CAAT 框：,位于 75 附近，保守序列为 GGNCAATCT。头两个 G 非常重要，一但突变，转录效率大大下降。,4、GC 框：,位于110附近，以5 CCGCC 3序列为特征。,上游启动子元件 作用： 控制着转录起始的频率。,5、增强子（enhancer）：,能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列。,增强子作用特点： 增强效应十分明显：使转
12、录频率增加百倍或千倍。 增强效应与其所处的位置和取向无关： 增强子以53或 35排列对启动子都有作用。 大多为重复序列：长约50bp，适合与反式因子结合，内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。 增强效应具有严密的组织和细胞特异性。 没有基因专一性。 许多增强子受外部信号的调控。,（三）RNA聚合酶 的启动子,即 tRNA基因的启动子，称类启动子。,类启动子位于转录起始点下游，称下游启动子或内部启动子。,类启动子包括：A盒、B盒 A盒靠近5方向； B盒 靠近3 方向 。,类启动子需要的转录因子包括： TF C、TF B、TF A，前两者是共同的，后者为5S rRNA基因转录所需。,三、原核生物
13、和真核生物转录起始位点的结构差异,图5-4 P155页,原核生物与真核生物启动子比较,原核生物和真核生物转录及抑制剂,第 四 节,原核生物转录的起始 原核生物转录的延长 原核生物转录的终止与新合成RNA链的释放 真核生物的转录 RNA生物合成抑制剂,转录起始需解决两个问题：DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。 RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,一、原核生物转录的起始,4. 当三元复合物中RNA长69个核苷酸时，因子从全酶解离下来，进入延长阶段。,2. RNA聚合酶向10区转移，并与之牢固结合。10区DNA双链解开1217bp，形成开放的二 元启动子复合物（模板酶）。,转录起始过程,1. 因子辨认转录起始点（-35区的TTGACA序列） ，RNA聚合酶全酶(2)与模板35序列结合，形成闭合的二元闭合启动子复合物。,3. 在RNA聚合酶亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，形成三元复合物（模板酶RNA）。转录复合物： RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,
