基因转录课件

生物信息的传递---从DNA到RNA遗传信息传递的中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上。细胞分裂过程中，DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给子细胞。子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。一些RNA病毒能以自己的RNA为模板A为合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。RNA•RNA，即核糖核酸，由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。•一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。•RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T。一级结构二级结构信使RNA（mRNA）转运RNA（tRNA）核蛋白体RNA（rRNA）种类转录的概念•在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程称为转录（transcription）。•经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA等。DNA转录RNA基本特点•不对称性以双链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模板链编码链5’5’3’3’5’5’•连续性RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。•单向性RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'。•有特定的起始和终止位点RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。转录过程•参与转录合成的酶和蛋白因子原料：NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板：单链DNA酶：RNA聚合酶（RNA-pol）其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子等•RNA聚合酶依赖DNA的RNA聚合酶，该酶在单链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5‘→3’聚合形成RNA。原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即2'。亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分（2'）被称为核心酶，与RNA链的聚合有关。•真核生物的RNA聚合酶真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈碱的敏感性而分为三种，它们均由10~12个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。•转录因子直接或间接参与转录起始复合体的形成的蛋白因子被称为转录因子（transcriptionalfactor,TF）。•（抗）终止因子协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质称为终止因子(terminationfactor)。原核生物中的终止因子蛋白是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为50kd。蛋白能识别转录终止信号，并与RNA紧密结合，导致RNA的释放。转录过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA启动子（promoter)终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开•起始原核生物转录起始时，首先由RNA聚合酶中的因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子（promoter）。开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子的保守序列TTGACAAACTGT-35区RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33•流产转录•通过启动子（起始）快：强启动子慢：弱启动子RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3转录起始复合物•延长因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。•终止RNA聚合酶停滞，RNA解离RNA转录合成的终止机制有两种：1，内在因子，非Rho因终止子：转录的终止的特殊信号（一段RNA序列）2．依赖Rho因子的转录终止：由终止因子（因子）识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于Rho（）的终止子A.依赖于Rho（）的终止子富含G-C系列U模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含GC和AT的区域，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，导致RNA转录的终止。1．非依赖Rho的转录终止：ATP2，依赖Rho因子的转录终止DNA序列缺乏共性，不能形成强的发卡结构6聚体，具有NTP酶和解螺旋酶真核生物的转录过程真核生物启动子保守序列参与转录位点确定起始控制转录起始频率•在远离受控基因处存在的，能够增强基因转录活性的调控序列称为增强子（enhancer）。增强子特点：远距离效应；无方向性；顺势调控；广泛性，相位性•真核生物转录起始：首先由TFⅡD的TBP亚基识别并结合TATA盒，然后在其他转录因子的配合下，与RNA聚合酶Ⅱ组装形成转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)。•RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。•RNA聚合酶Ⅱ的羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸RNA链。•真核生物转录延长：与原核生物类似，但由于存在核小体的高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。•真核生物转录终止：在polyA修饰位点的下游存在一组共同序列AATAAA和GTGTGT……，为转录终止的识别修饰位点。在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切断，随即进行加帽和加尾修饰。真核生物RNA的转录终止核酸酶RNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA真核生物转录后加工1．加帽（addingcap）：•即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内，即HnRNA即可进行加帽。•加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5'-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。GAAGuanine-7-methyl-transferase2`-O-methyl-transferaseCap010~15%100%2．加尾（addingtail）：•这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再加入polyA。•polyA结构与mRNA的半寿期有关。The3`endsofmRNAsaregeneratedbycleavageandpolyadenylation；ThesequenceAAUAAAisnecessaryforcleavagetogeneratea3`endforpolyadenylation.CABD编码区A、B、C、D非编码区•真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因3、RNA的剪接（RNAsplicing）•tRNA•rRNA•Ⅰ型内含子（mRNA,rRNA）特点:依赖于特定序列（GU…AG,AU…AC）;SnSNP形成剪接体；转酯反应•Ⅱ型内含子（核酶）（mRNA,rRNA）（自我剪接）特点：依赖于特定序列(U…U、U…G等)；特殊结构，自身催化；转酯反应tRNA的转录后加工•主要有以下几种加工方式：1.切断2.剪接3.3’-末端-CCA序列添加4.化学修饰tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNAtRNA前体的转录合成tRNA前体的切断和剪接加工tRNA3'-末端-CCA序列的添加tRNA的碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）rRNA的转录后加工在高等真核生物中，前体以沉降速率来命名，命名为45SRNA，真核生物中前体包括了18SrRNA、5.8SrRNA和28SrRNA序列rRNA前体的转录和剪接加工核内带有外显子和内含子编码序列的初级RNA转录产物称为杂化核RNA（hetero-nuclearRNA,hnRNA）hnRNA经剪接加工除去内含子编码序列并将外显子编码序列连接起来才能形成成熟的mRNAⅠ型内含子：hnRNA和snRNA：snRNA为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如U1、U2等snRNA与核内蛋白质组装形成小核蛋白体（snRNP），参与hnRNA的剪接加工A/CAGGUPuAGUAPyrichAGG5'5'剪接位点分支点3'剪接位点内含子外显子外显子3'U1U1U2U4/6U5U1U2U4/6U5U1U2OHOHUACUAACGUAGOHUACUAACUGAG剪接体GUAGAUGAGAGUAGA套索结构套索的形成及剪接1212Ⅱ型内含子•线粒体与叶绿体的rRNA中•1981年T.Cech和S.Atman四膜虫rRNA•核酶（ribozyme）：是指一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达锤头型核酶的二级结构和空间立体结构示意图UpAGpU外显子1内含子外显子2pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应G-OHUpUpGpA剪接机制核酶与传统酶的区别：一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带蛋白的RNA有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应核酶发现的重大意义：突破了酶的概念揭示了内含子自我剪接的奥秘，促进了RNA的研究为生命的起源和分子进化提供了新的依据可变剪接（Alternativesplicing）可变剪接是指从一个特定的基因转录物中通过利用不同5’、3’剪接位点产生出不同的成熟的mRNA的过程。主要有四种方式：（1）利用不同的启动子（2）利用不同的Poly（A）位点（3）保留某些内含子（4）保留或去除某些外显子4.RNA的编辑、再编码和修饰•RNA的编辑(RNAediting)RNA的一种加工方式，它导致了RNA所编码的遗传信息的改变（如单碱基突变），特别是mRNA编辑，是在mRNA水平上信息发生改变（碱基取代、插入或缺失）的过程DNA序列GAGAAmRNA序列GAU*U*GU*AU*A蛋白质序列AspCysIle单碱基突变尿苷酸的缺失和添加①碱基取代•哺乳动物载脂蛋白BmRNA的编辑：载脂蛋白B的mRNA含29个外显子，有4563个code，第2153号code是CAA，在肝中mRNA编码4563AA的蛋白，小肠中存在的脱氢酶使C脱氢，将CAA→UAA，小肠的mRNA中编辑产生UAA使翻译停止在2153code处Apo100Apo48:形成CM:乳糜颗粒②碱基的插入或缺失和移码•移码：锥虫coxII（cytochromeoxidase,细胞色素氧化酶II）基因的mRNA相对于其DNA序列出现了读码框的偏移，通过插入4个U，才能产生正确的读码框插入或缺失：锥虫线粒体的细胞色素氧化酶IIImRNA序列分析表明，许多U并非在DNA中编码（红色）或在RNA中被除掉（用T表示）。这些U的专一性插入信息是由向导RNA（guideRNA）提供的，向导RNA含有和正确编辑的RNA互补的一段序列AAAUUUAUGUUGUCUUUUAACU