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1、第三章 生物信息的传递（上）从DNA到RNA,3.1 RNA的转录 3.2 启动子与转录起始 3.3 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 3.4 终止与抗终止 3.5 内含子的剪接、编辑及化学修饰,DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成信使RNA、翻译生成蛋白质的过程来控制生命现象。,转录(transcription),基因表达,翻译(translation),拷贝出一条与DNA链序列完全相同(U替换T)的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤；,以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。,转 录,翻
2、 译,ATGC,RNA分子来自DNA。储存于DNA双链中的遗传信息通过转录酶促反应按照碱基互补配对的原则被转化成为单链RNA分子。 生物体内共有3种,信使RNA(messenger RNA，mRNA),转移RNA(transfer RNA，tRNA),核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA),转录(transcription):是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4中rNTP（ATP、 CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。,转录 ( transcription ) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程,转录,在有些病毒中，RNA也可以指导合成RN
3、A。,是基因表达的第一步，也是最关键的一步。以Double Strand DNA中的一条单链作为转录模板(杂交实验所证实),T C G A G T A C,A G C T C A T G,C G A G U A C,G C A U,RNA聚合酶,有意义链,反意义链,RNA,PPi,5,5,3,GTP,UTP,CTP,ATP,UTP,RNA在DNA模板上的生物合成,3,3,5,转 录 过 程,有义链 (sense strand) 又称编码链 coding strand: 指不作模板的DNA单链,反义链 (antisense strand) 又称模板链 template srand : 指作为模板
4、进行RNA转录的链,(60年代以前的表示方法与此相反)没有 AU GC 的规律,在依赖DNA的RNA聚合酶作用下进行转录AU、CG 合成RNA分子转录合成RNA链的方向为53，模板单链DNA的极性方向为35， 而非模板单链的极性方向与RNA链相同，均为53。（书写） 基因转录方式为不对称转录(一条单链DNA 为模板,RNA聚合酶的结合),参 与 转 录 的 物 质：,原料 : 4种NTP ( ATP, UTP, GTP, CTP ) 模板 : DNA 酶 : RNA聚合酶 其他蛋白质因子,不对称转录两层含义：（1）在DNA双链分子上，仅一股链可转录（2）模板链非永远在同一条单链上,模 板,为结
5、构基因 （有义链、编码连）,为反义链（模板链）,不对称转录,3,3,5,5,（箭头表示转录产物生成方向）,3.1 RNA的转录,3.1.1 转录的基本过程无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括:模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。,RNA 的转录包括 promotion. elongation. terminaton 三过程 从启动子 (promoter)到终止子(terminator)称为转录单位 (transcription unit) (转录起始点)原核生物的转录单位多为 polycistron in operon,真 核生物中的 转录单位多为monocistron,
6、 No operon 转录起点即转录原点记为1，其上游记为负值，下游记为正值,转录起始点,两个相关概念: 操纵元(operon):是原核生物基因表达调控的一个完整单元，其中 包括结构基因、调节基因、操纵子和启动子,酶与模板的辩认结合1、转录起始点开始转录的位点，常标以 +12、结合部位约为7个碱基长度，其中心位于上游- 10 bp处被称为 10区或 Pribnow 盒(TATA盒）。该区具高度保守性，并易解链。3、识别部位RNA聚合酶亚基识别的部位，约含6个碱基长度，其中心位于上游 - 35 bp处被称为 35 区。,启动序列(原核）,启动子（真核） 顺式作用元件,TGTTGACA,TATAA
7、T,3 5,5 3,DNA,编码链模板链,- 35 区,- 10 区,+ 1,5 McGPPP,转录起始部位,启动子,基因转录区,RNA产物,NH2,翻译开始,转录开始,基本过程1、转录起始原核生物需要依赖 因子辨认转录起始点， 被辨认的DNA区段处-35区特定序列。真核生物转录起始也需要RNApol对起始区 上游DNA序列做辨认和结合，并生成起始复合物， 但其上游DNA序列（统称为顺式作用元件）不象 原核生物那样典型。,2、延长在RNA聚合酶催化下，按 53 方向合成 5，3-磷酸二酯键。酶-DNA-RNA形成转录复合物。 3、终止原核生物有两种机制：（1）依赖 因子（Rho factor）
8、的转录终止可识别来自RNA产物的终止信号，而不是来自DNA摸板。（2）非依赖 因子的转录终止终止子特点是RNA产物具有发夹结构（茎-环结构）和一段富含polyU片段。真核生物的转录终止是与转录后修饰密切相关的：,启动子(promoter),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(频率、效率),模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。,转录起始前，启动子附近的DNA双键分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。,在原核生物中,通过启动子阶段
9、,转录起始后直到形成9个核苷酸短链,此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进人正常的延伸阶段。,所以，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。一般说来，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。,转录的延伸,RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程,在37时，大肠杆菌RNA聚合酶完成该反应的速度为每秒40个核苷酸。,RNA链的延伸图解,转录的终止,当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，R
10、NA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来,复 制 转 录 模板 两股链 模板链（反义链） 原料 dNTP NTP 配对 A - T , G - C A - U , G - C 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 产物 半保留DNA 三种RNA,转录与复制的区别,真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要转录调控因子(辅助蛋白质)按特定顺序结合于启动子上，RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物。,转录和翻译的速度基本相等，37时，转录生成mRNA的速度每秒钟合成14个密码子，而蛋白质合成的速度大约是每秒钟15个氨
11、基酸。,3.1.2 转录机器的主要成分,3.1.2.1 RNA聚合酶,原核和真核生物的RNA在分子组成、种类和生化特性上各有特色。,不需要任何引物,RNA或RNA-DNA双链杂合体不能作为模板,一、原核生物的RNA polymerase (E. coli),1、全酶 (Holo Enzyme)和核心酶(Core Enzyme),原核生物的RNA聚合酶(DDRP)E. coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（ 2 ）,起始因子,RNA聚合酶全酶及核心酶电泳图谱,(1) 全酶（Holo Enzyme） 用于转录的起始 依靠空间结构与DNA模板结合 (与核心酶结合后 引起的构象变化) 专一性
12、地与DNA序列(启动子)结合 结合常数：1014mol 半衰期：数小时 （107mol 1秒以下） 转录效率低，速度缓慢（ 的结合 ）,（2） 核心酶 （Core Enzyme） 作用于转录的延伸过程（终止） 依靠静电引力与DNA模板结合（蛋白质中碱性 基团与DNA的磷酸根之 间） 非专一性的结合（与DNA的序列无关） 结合常数：1011mol 半衰期：60秒,此外，新发现的一种亚基的功能尚不清楚。 2、各亚基的特点和功能（1） 因子 因子可重复使用 修饰RNApol构型 使Holo Enzyme 识别启动子的Sextama Box(35区),并通过与模板链结合,2 ,2, 2 ,2,（3）全
13、酶的组装过程, 不同的因子识别不同的启动子E.coli 中有四种因子（70、32、54、28）枯草杆菌中有11种因子（因子的更替对转录起始的调控） （2）因子, 核心酶的组建因子, 促使RNApol 与DNA模板链结合, 前端因子使模板DNA双链解链为单链 尾端因子使解链的单链DNA重新聚合为双链,（3） 因子, 完成NMP之间的磷酸酯键的连接 Editing 功能（排斥与模板链不互补的碱基） 与Rho （）因子竞争RNA 3end,E site（elongation site RifR）:对NTP非专一性地结合（催化作用和Editing功能）,（4） 因子 参与RNA非模板链（sense strand）的结合 （充当SSB）, 构成Holoenzyme 后，因子含有两个位点I site（initiation site . Rifs）: 该位点专一性地结合ATP或者GTP （需要高浓度的ATP或GTP）,由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点,有义DNA链结合位点（ 亚基提供）DNA/RNA杂交链结合位点（亚基提供）双链DNA解链位点（前端 亚基提供）单链DNA重旋位点（后端亚基提供）因子作用位点,E. coli RNA polymerase,用于起始和延伸,只用于起始,36.5 KD,36.5 KD,151 KD,155 KD,
