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1、第十三章 基因的转录、转录后加工及逆转录,转录(transcription)： 以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。 转录的条件：,模板 原料 酶 产物 配对 方向 引物,DNA(不对称转录） NTP RNA聚合酶 mRNA,tRNA,rRNA，小RNA A-U,T-A,G-C 5 3 不需要,转录、复制的异同点,复制 二股链均复制 dNTP A-T、G-C DNA聚合酶 DNA,转录 基因的模扳链 NTP A-T、T-A、G-C RNA聚合酶 mRNA/tRNA/ rRNA,模板 原料 碱基配对 聚合酶 产物,DNA 核苷三磷酸 碱基配对原则
2、 依赖DNA的聚合酶 多核苷酸,差 异,相同或相似,几个基本概念,结构基因(structure gene) 模板链(template strand) Watson(W) 链、负(-)链(minus strand)、 反意义链(antisense strand) 编码链(coding strand) Crick(C)链、正(+)链(plus strand)、 有意义链(sense strand) 不对称转录(asymmetric transcription),结构基因(structure gene)： DNA分子中能转录出RNA的区段。,模板链： 反意义链（antisense，(-)链） 以该链
3、中的DNA碱基顺序指导RNA的合成即被转录的那条DNA链。,密码链： 有意义链（sense，（+）链） 不被转录的那条DNA链，但其碱基顺序除T代替U外，其余与mRNA相同。,5-GCAGTACATGTC-3编码链 DNA 3-CGTCATGTACAG-5模板链 5-GCAGUACAUGUC-3 mRNA N -Ala-Val-His-Val-C 蛋白质,不对称转录 1.DNA双链上，一股链可转录，另一股不转录。 2.有意义链与反意义链并非固定不变。 3.转录方向都是5 3,转录方向5 3,模板链,图13-1,第一节 参与转录的酶 RNA聚合酶依赖DNA的RNA聚合酶 （DNA-depende
4、nt RNA polymerase,DDRP）,以DNA为模板，催化2个游离的NTP 形成3，5-磷酸二酯键,一、原核生物RNA聚合酶,1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成 （1）全酶(holoenzyme) 由4种(5个)亚基2组成 （2）核心酶(core enzyme) 2 ，参与转录的全过程 （3）亚基 亦称因子（ factor)转录辅助因子 识别启动子，不参与转录过程,全 酶 核 心 酶,亚基 2 ,功能 决定哪些基因被转录 结合底物，形成磷酸二酯键（催化） 结合模板（开链） （核心酶参与转录全过程） 识别起始点启动子（延长时脱落）,二、真核生物RNA聚合酶（三种）,类型 ,转录产物 rR
5、NA:18s,5.8s,28s hnRNA tRNA,5srRNA,snRNA,对鹅膏蕈碱 的反应 不敏感 高度敏感 不同物种 敏感性不同,第二节 转录过程 (起始、延长、终止),一、转录的起始 1、原核生物的起始 RNA聚合酶(全酶)与DNA模板(启动子)结合 结合过程： 闭和的启动子复合体 开放的启动子复合体,DNA模板 启动子（promoter） 1、概念: 转录开始时能与RNA全酶结合的DNA顺序（双链） 2、原核生物启动子的特点: (1)DNA序列在转录起始点的5端区(上游区) (2)-10bp处 -TATAAT- (Pribnow box) (3)-35bp处 -TTGACA-,因
6、子 RNA聚合酶中识别及结合启动子的亚基，延长时脱落，不参与转录过程，是转录辅助因子。 因子识别位点：启动子-35区、-10区,原核生物有多种因子 一般情况下起作用的是-70 70 有四个保守区域： 第2区域、第4区域和-35区和-10区结合,结合过程： 闭和的启动子复合体 RNA聚合酶（全酶）中的因子在DNA双链 上迅速、随机滑动，寻找到启动子-35区， 形成疏松的复合物，DNA双链未解开。 开放的启动子复合体 RNA聚合酶（全酶）移向-10区和转录起始 点在-20区DNA双链解开12-17bp时的启动子 复合体。,2,5,5,原核生物转录起始过程,2、真核生物的起始 较原核生物复杂 顺式作
7、用元件 (启动子/增强子) 转录因子(transcription factor,TF) RNA聚合酶所需的转录因子 -转录因子 （TF）,真核生物启动子 （1）DNA序列在转录起始点的5端区(上游区)（2）-25bp ：TATA盒（Hogness box） （3）-90bp ：GC盒 （4）-70bp ：CAAT盒,GC,CAAT,-90,-70,RNA聚合酶催化的转录起始,RNA聚合酶催化各种前体mRNA的合成 需要多种TF参与：TFA-J,真核生物转录起始复合物的组装 启动子TATA盒+ TFD +D-A复合物(TFD+ TFA) + TFB +(RNA聚合酶+ TFF)复合物 +TFE
8、、TFJ +TFH（解旋酶、蛋白激酶） DNA解旋、RNA聚合酶C-端Ser磷酸化 从起始点向下游移动,TBP-TATA binding protein TAF-TBP-associated factors,A,B,A,B,H,J,E,E,H,J,TATA盒,转录起始点,转录区,RNA聚合酶转录起始复合物的组装,二、延长- 转录泡 （1）RNA聚合酶（核心酶） 与DNA模板紧密结合，沿3 5方向移动 解旋作用：DNA解开17 bp 聚合功能（不具外切酶功能） （2）杂交螺旋 RNA-DNA形成12bp长的杂交螺旋 转录产物RNA沿5 3方向延长 RNA延长速度：50个核苷酸/秒/每分子酶,核心
9、酶,图13-7,三. 终止 转录至模板某一位置 停止形成磷酸二酯键 RNADNA杂交链解开 DNA解链的部分重新形成双螺旋 RNA聚合酶离开DNA,终止的方式,依赖-因子的终止 -因子的结构,六个亚基组成的 蛋白质 ATP酶活性 与单链RNA结合,-因子的作用,与新生RNA结合 ATP供能 -因子沿 新生的RNA单链推进 新生的RNA单链 从DNA模板上分离下来,新生RNA,图13-8,不依赖-因子的终止 DNA模板上有终止信号 转录出来的RNA RNA聚合酶遇此结构 即停止工作。 DNA和RNA（dA：rU） 稳定性下降,GC富含和AT富含区的 回文结构 自身互补形成 发夹状结构（hairp
10、in） 3尾端有4个U DNA恢复双链， 释放转录产物,发夹结构,环,茎,多个U,DNA模板 3,5,四.转录的抑制作用,与DNA模板作用 与RNA聚合酶作用 原核生物 真核生物,放线菌素D-插入dG*dC间 低浓度-(-)RNA延长 高浓度-(-)RNA起始 (-)DNA复制 利福平/利福霉素 和原核生物RNA聚合酶 亚基结合-(-)转录起始 鹅膏蕈碱 -(-)RNA聚合酶,mRNA可直接作为翻译的模板 rRNA 转录产物要加工、修饰 tRNA,第三节 RNA转录后的加工 一.原核生物RNA转录后的加工：,原核生物和真核生物mRNA的不同：,原核生物mRNA 多顺反子 转录与翻译同步 mRN
11、A不需加工 寿命短,真核生物mRNA 单顺反子 转录后需加工运至胞浆 再翻译 mRNA需加工 寿命较长,二.真核生物RNA转录后的加工 1、rRNA转录后的加工,真核生物rRNA的基因 (rDNA) 转录产物,成簇纵列串联排列 高度重复序列DNA 核质:()-不需加工 5s rRNA 核仁:()-加工 5.8s rRNA 28s rRNA 18s rRNA,rDNA,内含子,基因间隔,18s,5.8s,28s,每个重复单位,45s 转录物 3种 rRNA前身,剪接,18srRNA,5.8s/28s rRNA,转录后的加工和与核糖体的装配同时进行,前rRNA的切割特点： 在特殊序列位点由核仁小R
12、NA(snoRNA)催化，snoRNA+蛋白质 核仁小核蛋白(sno-RNP),核酶-真核生物rRNA的自身剪切,四膜虫 26SrRNA 核酶 （ribozyme） 应用,前体 6.4 kb 414bp内含子 5.986kb 无酶催化，自身剪接 具有催化功能的RNA 切割特异性RNA序列 具特定的二级结构-槌头结构 人工合成核酶的槌头结构 破坏HIV病毒,底物,催化部分,图13-11,酶,底物,图13-12,2、tRNA的加工,碱基修饰 3端 5端 切除反密码环 的内含子,转位 - T 脱氨 - AMP IMP 还原 - DHU 甲基化- mA mG CCA-OH RNaseP切除多余的核苷酸
13、 RNaseP 在前tRNA二级结构基础上,3、真核生物的mRNA转录后加工,转录产物：hnRNA + 蛋白质 不均一核糖核蛋白（hnRNP）,真核生物的mRNA转录后加工步骤：,加帽 加尾 mRNA前体的剪接,5端：m7GpppGpN 作用:稳定mRNA 5端 和翻译的起始有关 3端: polyA尾巴 作用：稳定mRNA 和翻译模板活性有关 剪除内含子，连接外显子,5 pppGp,（1）真核生物mRNA转录后加工-“加帽”,帽0 帽1 帽2,m7GpppGpN m7GpppGmpN m7GpppGmpNm,三种5帽结构形式,步骤1,步骤2,作用位置,200250,（2）真核生物mRNA转录后
14、加工-加polyA尾,外显子,内含子,DNA,hnRNA,（3）真核生物mRNA转录后加工剪接,剪接所需条件 snRNA （U1-U6） + 蛋白质 （核内小分子核酸） 多种snRNP （核内小核蛋白颗粒） 多种snRNPs装配成 剪接体 （参与剪接过程）,4、RNA编辑（RNA editing） （1）一种与RNA加帽、加尾、剪接不同的RNA 加工形式。 （2）转录后改变RNA的序列，使熟RNA的序列 与基因组DNA序列不同。 （3）生物学中心法则的补充，扩大了mRNA遗 传信息容量。,第2153位,谷氨酰胺,终止子,图13-18,第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因,一、逆转录 以RNA为模板，有逆转录酶的参与，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA（complementary DNA,cDNA）的过程。,二、逆转录酶（reverse transcriptase) RNA依赖的DNA聚合酶（RDDP） 这种酶以RNA为模板，在4种dNTP存在及适合的条件下，按碱基配对的原则，合成cDNA (cDNA中无内含子）。 催化三种反应： RNA指导的DNA合成 RNA水解 DNA指导的DNA合成,ASV RNA,RNA DNA(-),DNA(-),DNA(-
