生物信息的传递(上)

第三章生物信息的传递（上）—从DNA到RNAReversetranscription第一节RNA的转录•转录的基本过程•转录机器的主要成分其中模板链（templatestrand）也叫反义链(antisensestrand)与模板链互补的链因为与RNA链碱基序列相同，所以叫编码链（codingstrand）叫正义链（sensestrand）。5′3′3′3′5′5′DNARNA转录方向反义链模板链、（－）链正义链、编码链、（+）链转录：以DNA为模板合成RNA的过程一、转录的基本过程1.模板识别2.转录起始3.转录延伸4.转录终止1、模板识别RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程识别序列结合序列起始位点启动子RNA聚合酶（全酶）原核生物结合•真核生物的转录起始是在转录因子的协助下，RNA聚合酶辨认结合转录起始点上游的DNA序列(启动子)，生成起始复合物。TFIIFRNA聚合酶TFIIDTATADNATFIIATFIIBTFIIE转录前起始复合物σ因子辨认起始点RNA聚合酶全酶结合到起始点打开双链RNA链合成开始σ因子脱落，RNA链延长2、转录起始原核生物：真核生物：3、转录延伸4、转录终止TranscriptionRNApolymerase,RNA聚合酶closedpromotercomplex,封闭的启动子复合物openpromotercomplex,开放的启动子复合物initiationelongationterminationRNAproductRNAchainsaresynthesizedina5’to3’direction二、转录机器的主要成分1.RNA聚合酶2.转录复合物1、RNA聚合酶(1)E.ColiRNA聚合酶全酶:α2ββ′σ核心酶：α2ββ′α2ββ′σ（全酶holoenzyme）=α2ββ′+σ(2)真核生物的RNA聚合酶三种不同的RNA聚合酶根据它们对α-鹅膏蕈碱（α-amanitin）的敏感性不同分为RNA聚合酶I、II、III。•对抑制物的敏感性•酶的种类真核生物RNA聚合酶•对高浓度α-鹅膏蕈碱敏感•RNA聚合酶III•对低浓度α-鹅膏蕈碱敏感•RNA聚合酶II•对α-鹅膏蕈碱不敏感•RNA聚合酶I真核生物RNA聚合酶2、转录复合物原核生物真核生物第二节启动子与转录起始一段位于结构基因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。启动子（Promoter）+1转录起点增强子一、启动子区的基本结构1、原核生物启动子结构-10signal(TATAbox,Pribnowbox)-35signal（TTGACA）transcriptionstartsite确定被保护DNA的序列操纵子-35区-10区+1trptRNAlacrecAaraTyrTTTACA....N16.....TATGAT.....N7.....A...TTTACA.....N17.....TATGTT......N6....A....TTGATA.....N16.....TATAAT......N7....A....CTGACG....N18.....TACTGT......N6....A.......TTGACA....N17....TTAACT.....N7.....A....TTGACA……TATAATPu……-35区的序列与起始点的辨认有关,称为辨认位点,-10区的序列称为Pribnow盒(box)结合位点2、真核生物启动子结构1）-25bp~-30bpTATAboxDNA解链开始转录位置2）CAATbox-75左右，RNA聚合酶结合有关3）更上游GCbox转录因子结合其上4）增强子ATATAACCAATGCCACACCC或GGGCGGG+1转录起点TATAboxCAATboxGCbox增强子-35~-25-80~-70-110~-80promotermodel(RNAPolII)RNApolⅠpromoter+1+6-31-100UCE:50~80bpCorepromoterPre-rRNAgeneEnhancetranscriptionEssentialfortranscriptionInitiationofpolⅠgene’stranscriptionUBFUBFSL1POLⅠNOTE:UBF----upstreambindingfactorSL1----selectivityfactorPolⅢgene+1内启动子Abox+50~+65Cbox+81~+995srRNAgene二、启动子区的识别RNA聚合酶与启动子的识别——通过氢键互补的方式识别，并由非特异性结合到特异性结合.大沟和小沟：大沟中碱基的差异很易被识别，是蛋白质结合特异DNA序列的位点。三、酶与启动子区的结合RNA聚合酶全酶与启动子区闭合双链DNA结合形成二元闭合复合物（全酶、模板DNA）再解链为二元开链复合物，转录起始，形成三元复合物（全酶、模板DNA、新生RNA），因子释放，RNA合成开始：TranscriptionRNApolymerase,RNA聚合酶closedpromotercomplex,封闭的启动子复合物openpromotercomplex,开放的启动子复合物initiationelongationterminationRNAproductRNAchainsaresynthesizedina5’to3’direction四–10区和-35区的最佳距离•-10区与-35区的最佳间距大约是16～19bp.•下降突变（TATAAT→AATAAT）•上升突变（TATGTT→TATATT）五、增强子及其功能（一）增强子概念及结构特点位于启动子上游或下游甚至基因内的一段DNA顺序，它可以增强启动子发动转录的作用，从而明显地提高基因转录的效率。真核基因控制区示意图（二）增强子的功能及作用特点1）能远距离增强启动子的活性；2）在启动子的上游和下游均起作用；3）无方向性；4）对启动子的影响无严格的专一性。1、作用特点2、作用机制六、真核生物启动子对转录的影响原核与真核生物转录起始位点上游区的结构比较UPE/UAS（一）原核与真核生物启动子结构的差异原核生物启动区范围较小－-7～-10区的TATAAT（Pribnow区）－-35区TTGACA区真核生物基因调控区较大－-20～-30区的TATAA/TA(Hogness)－-70~78区CCAAT区－更上游的GC盒－增强子（二）真核启动子结构对转录的影响－TATA区主要作用使转录精确地起始－除去或突变后，转录产物下降但不明显－RNA的产物起始点不固定－CAAT和GC区主要控制转录起始频率－不参与起始位点的确定－对转录起始频率影响最大（三）真核启动子的多元性并不是每个基因的启动子区都包含这三个UPE•UPE对转录起始的决定性作用可能是各个UPE之间的距离，而不是序列本身•基因转录实际上是RNAPol、转录调控因子和启动子区各种调控元件相互作用的结果.真核基因启动子的多元性第三节原核与真核生物mRNA的特征比较一、原核生物mRNA的特征1.原核mRNA的半衰期短2.许多原核mRNA以多顺反子的形式存在3.原核mRNA的5’端无帽子结构或只有短的Poly（A）尾巴细菌内mRNA的转录、翻译与降解几乎是同时进行mRNA肽链原核（多顺反子）真核（单顺反子）•两个顺反子之间距离较远•两个顺反子之间距离较近SDsequenceAUG~10basesUAAGGAGGU:complementarywith16srRNA5’ThesiteforribosomebindingSDsequence•在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段可与核糖体16SrRNA配对结合的、富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列.•使得结合于30S亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。二、真核生物mRNA的特征1.真核mRNA的5’端存在帽子结构2.绝大多数真核mRNA具有Poly（A）尾巴真核mRNA的5’端帽子结构特点pppG5′磷酸酶ppGpi5′+pppG鸟苷酸转移酶GpppG5′+ppiSAM甲基转移酶m7GpppG5′真核mRNA5’端帽子结构功能•有利于核糖体对mRNA的识别，Cap0必需•帽子结构具有增强翻译效率的作用：•增加mRNA的稳定性，避免核酸酶的作用真核mRNA的3’端Poly(A)尾巴•PolyA尾巴结构的功能•mRNA穿越核膜的能力有关•影响到mRNA的稳定性和翻译效率。第四节终止和抗终止•大约30-50b/秒；•速度不恒定，有时降低速度或暂停；RNA转录延伸阶段特点一、不依赖于ρ因子的终止RNARNA聚合酶二、依赖于ρ因子的终止机理：因子结合于新合成的RNA链，借助水解ATP的能量沿RNA链运动，当RNA聚合酶遇终止子停止时，因子追上酶，促使转录终止。依赖因子和不依赖因子终止的区别三、抗终止某些特异因子可使RNAPol酶越过终止子继续转录，称为通读（readthrough）。通读往往发生在强启动子、弱终止子的基因上。能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子（antiterminationfactors•抗转录终止的两主要方式：•破坏终止位点RNA的茎－环结构•依赖于蛋白质因子的转录抗终止1、破坏终止位点RNA的茎－环结构UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序列衰减子区域UUUU……前导mRNA1234衰减子结构终止密码子形成发夹结构能力强弱：序列1/2序列2/3序列3/4trp密码子UUUU……衰减子作用2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止常见于某些噬菌体的时序控制，早期基因与晚期基因以终止子相隔，早期基因产生抗终止因子，使发生通读以表达晚期基因。第五节内含子的剪接、编辑及化学修饰一、RNA中的内含子外显子（exonorextron）：真核细胞基因DNA中的编码序列，这部分序列可转录为RNA，并翻译成蛋白质，也称表达序列。内含子（intron）：真核细胞基因DNA中的不编码序列，这部分序列并不编码蛋白质，又称间隔序列。1、内含子的概念及发现分子杂交技术检测非编码的内含子的存在2、内含子的种类•I类内含子（核、线粒体、叶绿体）•II类内含子（真菌、藻类和植物线粒体和叶绿体mRNA前体）•III类内含子•mRNA前体中的内含子•tRNA前体中的内含子3、内含子的结构特点内含子的边界序列的核苷酸具有保守性4、RNA的主要加工过程•加帽子反应•加Poly（A）反应•RNA的剪接•RNA的切割二、RNA的剪接mRNA前体内含子的剪接I类内含子的剪接II类内含子的剪接RNA的剪接（Splicing）将转录形成的mRNA前体（pre-mRNA）中的内含子剪除，将外显子连接起来的加工过程．真核生物断裂（不连续）基因在表达过程中时必须经历的步骤．（一）mRNA前体内含子的剪接snRNA：(smallnuclearRNA)100-300核苷酸，以U分类：U1-6snRNP：(smallnuclearribonucleoprotein)作为mRNA剪切的场所。hnRNA：(heterogenousnuclearRNA)mRNA原始转录产物或前体•mRNA的剪接套索剪切模式–内含子有5′GU┄┄AG3′•5′GUU1-snRNA结合•3′AG•分支点AU2-snRNA结合–U1-snRNA,U2-snRNA等形成剪接体将内含子切除①snRNP剪接体的形成I.U1snRNA识别mRNA前体5’剪接点II.U2AF识别3’剪接点并引导U2snRNP与分支点相结合，形成剪接前体III.进一步与U4、U5、U6snRNP三聚体相结合，形成60S的剪接体②二次转酯反应hnRNA的内含子两端5’GU—AG-OH3’与U1,U2配对结合（二）I类内含子的剪接•自我剪接型内含子•四膜虫rRNA的内含子（1981，Cech）GOH3´G5´