第三章-转录ppt课件

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1、第三章 生物信息的传递1（一）（一）RNARNA的转录的转录（二）启动子与转录起始（二）启动子与转录起始（三）终止和抗终止（三）终止和抗终止（四）转录后（四）转录后RNARNA的加工的加工（一）RNA的转录（二）启动子与转录起始（三）终止和抗终止（2DNADNA携带的遗传信息必须通过合成为蛋携带的遗传信息必须通过合成为蛋白质才能够体现，这称为白质才能够体现，这称为基因表达基因表达但但DNADNA中的遗传信息不能直接传递给蛋白中的遗传信息不能直接传递给蛋白质，质，必须通过一种中介体，即必须通过一种中介体，即RNARNA。DNA DNA携带的遗传信息（基因）传递给携带的遗传信息（基因）传递给RNA

2、RNA分子分子的过程称的过程称转录（转录（transcription transcription）。这种遗传信息通过这种遗传信息通过RNARNA传递给蛋白质的方传递给蛋白质的方式称为式称为中心法则中心法则（central dogmacentral dogma）。（一）（一）RNARNA的转录的转录DNA携带的遗传信息必须通过合成为蛋白质才能够体现，这称为基3在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：一是合成有两种方式：一是DNADNA指导的指导的RNARNA合成，此为生物体内的主合成，此为生物体内的主要合成方式要合成方式。另一种是。另一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合合成，此种

3、方式常见于病毒。成，此种方式常见于病毒。转录产生的初级转录本是转录产生的初级转录本是RNARNA前体（前体（RNA RNA precursorprecursor），），需经加工过程需经加工过程（processingprocessing）方具有生物学活性。方具有生物学活性。（一）（一）RNARNA的转录的转录在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导的RNA合成，4（一）（一）RNARNA的转录的转录一一.转录的特点转录的特点二二.转录的基本过程转录的基本过程三三.转录机器的主要成分转录机器的主要成分（一）RNA的转录一.转录的特点二.转录的基本过程三.转录机5第三章-转录ppt课件6RNA

4、的结构的结构与与DNA在在核糖和碱基核糖和碱基上上有所不同，有所不同，RNA的分子量较小，有的分子量较小，有三种三种RNA，主要主要以单链的形式以单链的形式存在存在于细胞之中，高级结构较为复杂。于细胞之中，高级结构较为复杂。一一.转录的特点转录的特点RNA的结构与DNA在核糖和碱基上有所不同，RNA的分子量较7转录是在转录是在 DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶的催化聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸NTPNTP为原料（为原料（DNADNA中的中的T T在在RNARNA合成中变为合成中变为U U）合成一条与模板合成一条与模板DN

5、ADNA互补的互补的RNA RNA 的过程。的过程。一一.转录的特点转录的特点 RNA的转录合成类似于的转录合成类似于DNA的复制，的复制，RNA多核苷酸链的合成都是多核苷酸链的合成都是以以53的方向的方向。转录是在 DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对8模板链又称为负链模板链又称为负链(minus strand，），）、反反意义链意义链(anti-sense strand)，它与转录出来它与转录出来的的RNA反义（序列相反）；反义（序列相反）；由于转录产生的由于转录产生的RNA为单链且分子量较小为单链且分子量较小,因因此此只有只有DNA一条链的某一区段作为模板一条链的某一区段作

6、为模板(template strand)，这种方式称为这种方式称为不对称转录不对称转录。不做为模板的不做为模板的DNA链为编码链，又称为正链链为编码链，又称为正链（plus strand，+）、）、有意义链有意义链(sense strand)，它与它与转录出来的转录出来的RNA同义同义（序列相同）。（序列相同）。一一.转录的特点转录的特点模板链又称为负链(minus strand，）、反意义9RNARNA的转录从的转录从DNADNA模板的特定位点开始，并在模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。位。合成起始于合成起始于DNA上的上

7、的启动子启动子（promoter）区域，终止于区域，终止于DNA 上的上的终止子终止子（terminator）区域。区域。一一.转录的特点转录的特点RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。10一一个个细细胞胞中中含含有有三三种种不不同同的的RNA，在在蛋蛋白白质质合成中发挥不同的作用。合成中发挥不同的作用。tRNA：转运转运RNA，携带氨基酸携带氨基酸。rRNA：核核糖糖体体RNA，核核糖糖体体是是蛋蛋白白质质合合成成 的场所。的场所。mRNA：信信使使RNA，编编码码了了一一个个或或多多个个蛋蛋白白质，将质，将DNA的信息传递给蛋白质。的信息传递给蛋白质。一个细胞中含有三

8、种不同的RNA，在蛋白质合成中发挥不同的作用11不对称转录不对称转录不对称转录12有意义链有意义链反意义链反意义链+链链链链有意义链反意义链+链链13RNA聚合酶聚合酶启动子启动子终止子终止子RNA聚合酶启动子终止子14转录的过程都包括以下几个阶段转录的过程都包括以下几个阶段1.模板识别模板识别2.转录起始及通过启动子转录起始及通过启动子3.转录延伸转录延伸4.转录终止转录终止二二.转录的基本过程转录的基本过程转录的过程都包括以下几个阶段二.转录的基本过程151.模板识别模板识别RNA聚合酶首先与模板上的聚合酶首先与模板上的特异起始部位特异起始部位结合结合,DNA上这个与转录起始有关的部位称上

9、这个与转录起始有关的部位称为为启动子启动子（promoter）。在原核生物和真在原核生物和真核生物中启动子的结构和特点不同核生物中启动子的结构和特点不同1.模板识别RNA聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合,DN162.转录起始阶段转录起始阶段转录起始后直到形成转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于聚合酶一直处于启动子区，新生的启动子区，新生的RNA链与链与DNA模板链的模板链的结合不够牢固，容易掉落使转录重新开始结合不够牢固，容易掉落使转录重新开始RNA聚合酶成功通过聚合酶成功通过通过启动子阶通过启动子阶段，转录就进入正常

10、的延伸阶段段，转录就进入正常的延伸阶段启动子附近的启动子附近的DNA双链分开形成转录泡，双链分开形成转录泡，促使底物促使底物NTP与模板与模板DNA碱基配对，然碱基配对，然后合成后合成RNA的的第一个核苷酸第一个核苷酸，通常是通常是pppA或或pppG2.转录起始阶段转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子173.延伸阶段延伸阶段在在RNA链离开模板时，此杂交区即复原，链离开模板时，此杂交区即复原，同时同时两条两条DNA链即又重复螺旋化链即又重复螺旋化。RNA链的延伸阶段开始后，链的延伸阶段开始后，RNA聚合酶在聚合酶在延伸延伸RNA链时同时使链时同时使DNA螺旋解链，螺旋解链，RNA链的

11、生长点是大约链的生长点是大约812bp长的长的RNA-DNA杂交区，转录速度约为杂交区，转录速度约为30-50bp/S。RNA链链的合成方面是的合成方面是53。3.延伸阶段在RNA链离开模板时，此杂交区即复原，同时两条D184.终止阶段终止阶段当当RNA链延伸到到链延伸到到转录终止位点转录终止位点时，时，RNA-DNA杂和物分离，杂和物分离，DNA恢复成恢复成双链状态，双链状态，RNA聚合酶和聚合酶和RNA链都链都从模板上释放。从模板上释放。4.终止阶段当RNA链延伸到到转录终止位点时，RNA-DNA19第三章-转录ppt课件20第三章-转录ppt课件21第一个核苷酸通常是第一个核苷酸通常是p

12、ppA或或pppG。第一个核苷酸通常是pppA或pppG。22转录生长点转录生长点转录生长点23第三章-转录ppt课件24三三.转录机器的主要成分转录机器的主要成分转录是在转录是在转录是在转录是在RNARNARNARNA聚合酶的催化下进行的，聚合酶的催化下进行的，聚合酶的催化下进行的，聚合酶的催化下进行的，RNARNARNARNA聚合聚合聚合聚合酶通过与酶通过与酶通过与酶通过与DNADNADNADNA模板、新生模板、新生模板、新生模板、新生RNARNARNARNA形成不同的复合物形成不同的复合物形成不同的复合物形成不同的复合物来催化转录反应的进行。来催化转录反应的进行。来催化转录反应的进行。来

13、催化转录反应的进行。RNARNARNARNA的转录从的转录从的转录从的转录从DNADNADNADNA模板的特定位点开始，并在一模板的特定位点开始，并在一模板的特定位点开始，并在一模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶2.2.转录复合物转录复合物三.转录机器的主要成分转录是在RNA聚合酶的催化下进行的，25催化催化RNA合成的酶主要为合成的酶主要为RNA聚合酶聚合酶,有以下性质有以下性质:以核苷三磷酸以核苷三磷酸(NT

14、P)为原料催化合成为原料催化合成RNA以单链以单链DNA为模板为模板,不需要引物不需要引物催化催化NTP加到生长中加到生长中RNA链的链的3-OH末端末端催化催化RNA合成的方向是合成的方向是53原核生物原核生物RNA聚合酶和真核聚合酶和真核RNA聚合酶聚合酶在组成上各有不同。在组成上各有不同。1.RNA聚合酶聚合酶催化RNA合成的酶主要为RNA聚合酶,有以下性质:以核苷三26 因子因子本身没有催化活性本身没有催化活性,也不能单独结合也不能单独结合DNA,因子因子可以极大的提高可以极大的提高RNA聚合酶聚合酶与启与启动子的亲和力，动子的亲和力，其作用是识别模板上合成的其作用是识别模板上合成的起

15、始信号起始信号，合成开始后即释放出来。，合成开始后即释放出来。原核生物原核生物RNA聚合酶由聚合酶由5个亚基组成个亚基组成:2,其中其中2称为核心酶称为核心酶,有些核心酶有些核心酶还具有还具有w w亚基。亚基。因子与核心酶因子与核心酶可以结合疏可以结合疏松松,可自由释放可自由释放原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶 因子本身没有催化活性,也不能单独结合DNA,因27RNA聚合酶的核心酶具有催化活性聚合酶的核心酶具有催化活性,可催化核可催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。苷酸间磷酸二酯键的形成。其中其中亚基参与合成的引发、延伸；亚基参与合成的引发、延伸；亚基参与亚基参与酶与酶与DNA模板的结合；模板的结

16、合；亚基与模板的结合、酶亚基与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关的滑动以及碱基识别有关原核生物原核生物RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶的核心酶具有催化活性,可催化核苷酸间磷酸二酯键28 真核生物中已发现有真核生物中已发现有3种种RNA聚合酶聚合酶、，另外在线粒体和叶绿体中也有不同的，另外在线粒体和叶绿体中也有不同的RNA聚合酶，真核聚合酶，真核RNA聚合酶的亚基更多，聚合酶的亚基更多，分子量更大。分子量更大。原核生物靠原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一种叫做聚合酶外还需另

17、一种叫做转录因子转录因子的蛋的蛋白质分子参与转录的全过程。白质分子参与转录的全过程。真核真核RNA聚合酶聚合酶 真核生物中已发现有3种RNA聚合酶、，另外在线29第三章-转录ppt课件30真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶种类种类 分布分布转录产物转录产物对对-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱的敏的敏感程度感程度核仁核仁rRNA不敏感不敏感核质核质hnRNA低浓度敏感低浓度敏感核质核质tRNA，5sRNA高浓度敏感高浓度敏感Mt线粒体线粒体Mt RNA不敏感不敏感Cl叶绿体叶绿体Cl RNA不敏感不敏感真核生物的RNA聚合酶种类分布转录产物对-鹅膏蕈碱的敏感程312.转录复合物转录复合物在转录过程中，在转

18、录过程中，RNA聚合酶主要通过聚合酶主要通过与与DNA形成转录复合物来进行转录形成转录复合物来进行转录转录复合物包括转录复合物包括转录起始转录起始复合物和转录延伸复合物复合物和转录延伸复合物2.转录复合物在转录过程中，RNA聚合酶主要通过与DNA形成321.转录起始复合物转录起始复合物 在原核生物中，当在原核生物中，当RNA聚合酶的聚合酶的因子发现因子发现其识别位点时，全酶就与启动子结合形成一其识别位点时，全酶就与启动子结合形成一个个封闭复合物封闭复合物。然后在此处发生局部然后在此处发生局部DNA（17bp）的解的解链形成链形成开放复合物开放复合物。暴露出模板链，合。暴露出模板链，合成第一个核

19、苷酸成第一个核苷酸新生新生RNA与开放复合物形成三元复合物，与开放复合物形成三元复合物，因子释放，由核心酶引导转录开始因子释放，由核心酶引导转录开始1.转录起始复合物 在原核生物中，当RNA聚合酶的因子33真真核核生生物物的的转转录录起起始始较较为为复复杂杂。目目前前已已知知RNA聚聚合合酶酶至至少少有有六六种种不不同同的的蛋蛋白白因因子子参参与与转转录录复复合合体体的的形形成成。这这些些蛋蛋白白因因子子被被称称为为转转录录因因子子（transcriptional factor,TF)。包包括括TBP，TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TFH。转录因子转录因子陆续与陆续与RNA聚合酶结合

20、聚合酶结合形成形成转转录复合物录复合物1.转录起始复合物转录起始复合物真核生物的转录起始较为复杂。目前已知RNA聚合酶至少有六种342.转录延伸复合物转录延伸复合物转录延伸复合物极为稳定，可以长时转录延伸复合物极为稳定，可以长时间与模板间与模板DNA结合而不解离，只有在结合而不解离，只有在遇到转录终止信号时，才停止转录，遇到转录终止信号时，才停止转录，释放释放RNA聚合酶聚合酶转录开始后，转录开始后，因子释放因子释放，由核心酶，由核心酶引导负责链的延伸，此时由聚合酶、引导负责链的延伸，此时由聚合酶、DNA和和RNA形成转录形成转录延伸复合物延伸复合物2.转录延伸复合物转录延伸复合物极为稳定，可

21、以长时间与模板D35封闭的启动子复合物封闭的启动子复合物封闭的启动子复合物36开放的启动子复合物开放的启动子复合物开放的启动子复合物37第三章-转录ppt课件38链的延长和链的延长和因子的解离因子的解离链的延长和因子的解离39（三）启动子与转录起始（三）启动子与转录起始转录开始时，转录开始时，RNA聚合酶首先与模板上的特聚合酶首先与模板上的特异起始部位结合异起始部位结合,DNA上这个与转录起始有关上这个与转录起始有关的部位称为的部位称为启动子启动子（promoter）。在原核生。在原核生物和真核生物中启动子的结构和特点不同物和真核生物中启动子的结构和特点不同一一.原核启动子的基本结构原核启动子

22、的基本结构二二.真核启动子的基本结构真核启动子的基本结构（三）启动子与转录起始转录开始时，RNA聚合酶首先与模板上的40一一.原核生物启动子原核生物启动子在在DNA上开始转录的起点规定为上开始转录的起点规定为+1，与转录相反的方向称上游与转录相反的方向称上游(up stream)，用用“”表示；转录方向为下游表示；转录方向为下游(down stream)用用“+”表示。表示。原核生物启动子包括原核生物启动子包括开始识别部位、开始识别部位、牢固结合部位和转录起点牢固结合部位和转录起点三个部分三个部分一.原核生物启动子在DNA上开始转录的起点规定为+1，与转录41开始识别部位开始识别部位：位于转录

23、起点上游：位于转录起点上游35个个bp位位置，记为置，记为35，同源序列为，同源序列为TTGACA，这这是是RNA聚合酶全酶识别并首先结合的部位聚合酶全酶识别并首先结合的部位牢固结合部位牢固结合部位：位于转录起点上游：位于转录起点上游10个个bp位置，记为位置，记为10，含同源序列，含同源序列TATAAT，又称为又称为Pribnow盒。这个区域能和盒。这个区域能和RNA聚合聚合酶牢固的结合酶牢固的结合转录起点转录起点：记为：记为+1，总为一个嘌呤，总为一个嘌呤，A或或G一一.原核生物启动子原核生物启动子10 区与区与35区的最佳距离大约是区的最佳距离大约是16-19bp，小于小于15或大于或大

24、于20都会降低启动子的活性都会降低启动子的活性开始识别部位：位于转录起点上游35个bp位置，记为35，同42RNA聚合酶主要通过氢键互补的聚合酶主要通过氢键互补的方式识别启动子方式识别启动子RNA聚合酶识别启动子后，首先与启动聚合酶识别启动子后，首先与启动子子-35区闭合双链区闭合双链DNA形成形成闭合复合物闭合复合物，然后核心聚合酶滑向然后核心聚合酶滑向-10区，此时区，此时DNA解链形成解链形成开放复合物，并开始转录开放复合物，并开始转录一一.原核生物启动子原核生物启动子RNA聚合酶主要通过氢键互补的方式识别启动子RNA聚合酶识别43 bacterial promoters contain

25、 recognizable 35 and 10 regions,but the sequences are not identical.start bacterial promoters conta44第三章-转录ppt课件45 在在-70-80含有含有CCAAT序列序列（CAAT box），），在在-80-100含有富含含有富含GC序列的序列的GC区区（GC box），），这两个区主要控制转录起始频率这两个区主要控制转录起始频率另外，在上游远端还有另外，在上游远端还有增强子增强子（enhencer）序列，能增强或促进转录的序列，能增强或促进转录的起始，在起始，在下游也有一些调控序列下游也有一

26、些调控序列。二二.真核生物启动子真核生物启动子真核生物启动子核苷酸序列的共同特点：真核生物启动子核苷酸序列的共同特点：在在-25区区-35区有区有TATA框框，称为，称为Hogness box或上游启动子元件（或上游启动子元件（UPE）。）。TATA框决定了框决定了转录起点的选择。转录起点的选择。在-70-80含有CCAAT序列（CAAT box46第三章-转录ppt课件47 RNA的的 转转 录录 终终 止止 由由 终终 止止 子子 决决 定定。终终 止止 子子(terminator)是是模模板板DNA上上终终止止转转录录的的特特殊殊信信号号序序列列。终终止止子子的的作作用用是是在在DNA模

27、模板板的的特特异异位位点点处处终止终止RNA的合成。的合成。RNA的转录有的转录有两种终止机制两种终止机制（三）终止和抗终止（三）终止和抗终止1.不依赖于不依赖于因子因子的终止的终止2.依赖于依赖于因子因子的终止的终止3.抗终止抗终止 RNA的转录终止由终止子决定。终止子(termina48例题：一段例题：一段DNA序列如下序列如下(只列出单链部分只列出单链部分),请找出这段序列中所含有的以下几个功能位请找出这段序列中所含有的以下几个功能位点点一个启动子一个启动子,一个转录起始点一个转录起始点,一个转一个转录终止子录终止子 转录出的转录出的RAN序列序列ATTAT5TAGAT10GATCT15

28、TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35CCTAT40AATAG45AGTCA50TTTTG55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAGGA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCG 例题：一段DNA序列如下(只列出单链部分),请找出这段序列中49ATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGAGG25ACAAG30GGGCT35

29、CCTAT40AATAG45AGTCA50TTTTG55AGGAG60GTGTG65ATGAT70AGCGC75GTCGA80GGATT85CAGGA90CCGAT95ATTGT100CATAT105TGCCA110CTAAG115TTGAT120AATCC125TTCAC130CTGTC135GGAGT140GAAGG145TTTTT150TTTTC155ATGCG160CCG ATTAT5TAGAT10GATCT15TGACA20TGA50 这种终止由这种终止由DNA上的终止信号引发，当上的终止信号引发，当RNA聚聚合酶移动到合酶移动到特定的特定的DNA序列时合成即告终止序列时合成即告终止

30、，这，这一特定一特定DNA序列称为终止子（强终止子）序列称为终止子（强终止子）1.不依赖于不依赖于因子因子的终止的终止通过分析产物的结构，发现通过分析产物的结构，发现终止子上游为一富终止子上游为一富含含G-C的回文结构的回文结构，这段这段DNA以及转录产生的以及转录产生的RNA容易形成阻碍聚合酶滑动的容易形成阻碍聚合酶滑动的发卡结构发卡结构；终止子前有终止子前有polyA，并导致转录本的并导致转录本的RNA3端端为寡聚为寡聚U，从而形成不稳定的从而形成不稳定的rUdA区域区域，这这两种结构特征决定了两种结构特征决定了转录的终止转录的终止。这种终止由DNA上的终止信号引发，当RNA聚合酶移动51

31、Rho-independent terminator contains a short inverted repeat(20 bp)and a stretch of 8 A:T base pairs.Rho-independent terminator con52Weakest base pairing:A:U make the DNA-RNA dissociation easierWeakest base pairing:A:U make53两类终止子有共同的两类终止子有共同的DNA序列特征，在终止子序列特征，在终止子之前都有一段回文结构，这种结构的之前都有一段回文结构，这种结构的DNA以及

32、以及转录出的转录出的RNA容易形成发夹形的茎环结构，称容易形成发夹形的茎环结构，称为为Gierer结构结构Gierer结构结构结构结构对对RNA聚合酶的滑动是一种阻聚合酶的滑动是一种阻碍碍，聚合酶在此暂停，而不终止，当，聚合酶在此暂停，而不终止，当因子滑向因子滑向此区域时，与聚合酶结合使此区域时，与聚合酶结合使Gierer结构更趋于结构更趋于稳定，促使稳定，促使RNA链的释放，于是链的释放，于是转录终止转录终止（三）（三）RNA合成的终止合成的终止两类终止子有共同的DNA序列特征，在终止子之前都有一段回文结542.依赖于依赖于因子的终止因子的终止这种终止机制需要特定的终止位点序列这种终止机制需

33、要特定的终止位点序列使使RNARNA聚合酶暂停，但不终止聚合酶暂停，但不终止。还需要。还需要一种蛋白因子一种蛋白因子因子，称为弱终止子因子，称为弱终止子因子因子是一个六聚体蛋白，在是一个六聚体蛋白，在RNA合成起始以合成起始以后，后，因子即附着在新生的因子即附着在新生的RNA链上，靠链上，靠ATP水解产生的能量，沿着水解产生的能量，沿着53方向朝方向朝RNA聚合酶移动。聚合酶移动。到达到达RNA的的3-OH端后取代了暂停在终止位端后取代了暂停在终止位点上的点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程完成转录过程。2.依赖于因子的终止这种终止机制需要特定的

34、终止位点序列使R55依赖于依赖于因子的终止子因子的终止子不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子RNA的终止序列的终止序列依赖于因子的终止子不依赖于因子的终止子RNA的终止序列56第三章-转录ppt课件57三三.抗终抗终止止1.破坏终止位点破坏终止位点RNA茎环结构茎环结构原核生物的控制氨基酸合成的操纵子结原核生物的控制氨基酸合成的操纵子结构基因前的一段终止序列，在该氨基酸构基因前的一段终止序列，在该氨基酸浓度较高时，浓度较高时，mRNA能形成正常的二级能形成正常的二级结构（包括茎环结构），终止转录结构（包括茎环结构），终止转录当氨基酸浓度较低时，当氨基酸浓度较低时，mRNA不能不能形成正常的

35、二级结构，茎环结构被形成正常的二级结构，茎环结构被破坏，转录继续进行，出现抗终止破坏，转录继续进行，出现抗终止三.抗终止1.破坏终止位点RNA茎环结构原核生物的控制氨基酸582.依赖于蛋白因子的转录抗终止依赖于蛋白因子的转录抗终止噬菌体中的噬菌体中的N蛋白和寄主的另外几种蛋白蛋白和寄主的另外几种蛋白质可以结合在终止子附近的质可以结合在终止子附近的DNA位点，位点，形成一个蛋白复合物，并通过形成一个蛋白复合物，并通过NusA蛋白蛋白与与RNA聚合酶结合聚合酶结合，使其对终止信号不，使其对终止信号不敏感，继续转录敏感，继续转录三三.抗终抗终止止2.依赖于蛋白因子的转录抗终止噬菌体中的N蛋白和寄主的

36、另外几59第三章-转录ppt课件60(四四).转录后转录后RNA的加工的加工通常在细胞核中合成的是各种通常在细胞核中合成的是各种RNARNA的前体的前体,前体前体RNARNA往往往需要一系列变化往需要一系列变化,包括链的裂解、包括链的裂解、5 5 和和3 3 末端的末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的辑等过程，才转变为成熟的RNARNA分子。此过程总称为分子。此过程总称为RNARNA的成熟或称为的成熟或称为RNARNA的转录后加工。的转录后加工。一一.mRNA的转录后加工的转录后加工三三.tRNA的转录后加工

37、的转录后加工二二.rRNA的转录后加工的转录后加工(四).转录后RNA的加工通常在细胞核中合成的是各种RNA61rRNA的基因的基因(rDNA)通常是多拷贝通常是多拷贝,许许多个相同的多个相同的rDNA串联在一起构成串联在一起构成重复顺序重复顺序,中间由间隔顺序隔开。中间由间隔顺序隔开。二二.rRNA的转录后加工的转录后加工原核生物的原核生物的rRNA前体为前体为30S,在加工过程在加工过程中产生一系列中间体中产生一系列中间体,最后形成最后形成3种成熟种成熟的的rRNA,有的有的tRNA基因也含于基因也含于rRNA基基因中因中,因此加工时也产生因此加工时也产生tRNArRNA的基因(rDNA)

38、通常是多拷贝,许多个相同的rDNA62 真核生物有真核生物有4种种rRNA，其中其中18S rRNA、28S rRNA和和5.8S rRNA为一个转录单位，为一个转录单位，在哺乳在哺乳动物中该转录单位的动物中该转录单位的初级转录产物为初级转录产物为45s，在在低等真核生物中则为低等真核生物中则为38s；而而5srRNA存在于另一个转录单位。存在于另一个转录单位。二二.rRNA的转录后加工的转录后加工45s rRNA前体经过一系列剪切加工，自前体经过一系列剪切加工，自动拼接反应形成动拼接反应形成成熟的成熟的rRNA。真核生物有4种rRNA，其中18S rRNA、28S 63Prokaryotic

39、 rRNA ProcessingProkaryotic rRNA Processing64第三章-转录ppt课件65 原原核核或或真真核核生生物物中中的的tRNA基基因因往往往往成成簇簇存存在在，并并由由一一个个启启动动子子转转录录成成一一条条长长的的前前体体RNA链链。每个每个tRNA都是前体都是前体RNA的一部分。的一部分。三三.tRNA的转录后加工的转录后加工原核生物和真核生物转录生成的原核生物和真核生物转录生成的tRNA前体无前体无生物活性，经生物活性，经剪切和拼接等加工剪切和拼接等加工后才能才加后才能才加工成为成熟的工成为成熟的tRNA分子。分子。原核或真核生物中的tRNA基因往往成

40、簇存在，并由一个启663.通过修饰形成稀有碱基通过修饰形成稀有碱基:尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶；尿嘧啶尿嘧啶；尿嘧啶,核苷转变为假尿嘧啶核苷；核苷转变为假尿嘧啶核苷；腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸等。腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸等。1.5-末端和末端和3-末端在核酸内切酶作用下除末端在核酸内切酶作用下除去多余碱基。去多余碱基。tRNA的转录后加工有以下三点的转录后加工有以下三点三三.tRNA的转录后加工的转录后加工2.内含子剪接形成反密码区内含子剪接形成反密码区，3-末端末端在核在核苷酸转移酶作用下，换上苷酸转移酶作用下，换上tRNA分子统一的分子统一的CCA-OH末端，完成

41、末端，完成tRNA分子中的氨基酸分子中的氨基酸臂结构。臂结构。3.通过修饰形成稀有碱基:尿嘧啶还原为二氢尿嘧啶；尿嘧啶,核67The processing of the primary tRNA transcripts include removal of the 5and 3 ends,addition of the CCA sequenceat the 3 end,modification of many bases,and splicing of introns(in eukaryotic cells).The processing of the primary 68一一.mRNA的转录

42、后加工的转录后加工mRNA是携带遗传信息的载体是携带遗传信息的载体,DNA上的上的信息通过信息通过mRNA的翻译传递给蛋白质的翻译传递给蛋白质在细胞核中转录生成的是在细胞核中转录生成的是mRNA的前体的前体,称为称为hnRNA，只有经过只有经过加工成熟加工成熟,mRNA才能进入细胞质翻译为蛋白质才能进入细胞质翻译为蛋白质1.原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的特征比较的特征比较2.mRNA的加帽和加尾的加帽和加尾3.内含子的剪接、编辑和化学修饰内含子的剪接、编辑和化学修饰一.mRNA的转录后加工mRNA是携带遗传信息的载体,DN69 原原核核生生物物的的结结构构基基因因是是连连续续编

43、编码码序序列列，转转录录出出的的的的mRNA不不需需加加工工修修饰饰。原原核核生生物物没没有有核核膜膜，转转录录和和翻翻译译是是相相偶偶联联的的，往往往往转转录录还还未完成，翻译已经开始了。未完成，翻译已经开始了。原核生物原核生物mRNA的具有如下特征的具有如下特征:半衰期短半衰期短,mRNA以多顺反子（一个基因可翻译以多顺反子（一个基因可翻译为多种蛋白质）的形式存在为多种蛋白质）的形式存在,5 端和端和3 端没有端没有特殊结构，基因内部没有内含子。特殊结构，基因内部没有内含子。1.原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的特征比较的特征比较 原核生物的结构基因是连续编码序列，转录出的的m

44、RNA不70 真真核核生生物物的的结结构构基基因因都都是是单单顺顺反反子子，即即一一个个基因转录出的基因转录出的mRNA只翻译为一种蛋白质。只翻译为一种蛋白质。一一个个完完整整的的真真核核基基因因，不不但但包包括括编编码码区区，还还包包括括5和和3 端端的的非非转转录录序序列列，这这些些序序列列在在基基因表达中起重要作用。因表达中起重要作用。1.原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的特征比较的特征比较 真核生物的结构基因都是单顺反子，即一个基因转录出的mR71真核生物真核生物mRNA的具有如下特征的具有如下特征:1.真核生物真核生物mRNA 5 端存在端存在帽子结构帽子结构2.真核生物

45、真核生物mRNA 3 端有端有poly(A)尾巴尾巴3.转录出的转录出的mRNA中编码蛋白质的信息区中编码蛋白质的信息区往往被非信息区隔开往往被非信息区隔开,信息区称为信息区称为外显子外显子(exon),非信息区称为非信息区称为内含子内含子(intron).因此真核因此真核mRNA的加工包括的加工包括加帽、加尾和加帽、加尾和内含子的剪接内含子的剪接1.原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的特征比较的特征比较真核生物mRNA的具有如下特征:因此真核mRNA的加工包括加72 真核生物帽子结构的复杂程度与生物进化程真核生物帽子结构的复杂程度与生物进化程度关系密切。度关系密切。mRNA 5-端

46、帽子结构是端帽子结构是mRNA翻译起始的必要结构，对核糖体对翻译起始的必要结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号；这种帽子结构还的识别提供了信号；这种帽子结构还可能增加可能增加mRNA的稳定性，保护的稳定性，保护mRNA 免遭免遭5 3核酸外切酶的攻击。核酸外切酶的攻击。成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA的的5-端有一个端有一个m m7 7G GPPPPPPX Xm mP PY Y结构，称为结构，称为甲基鸟苷帽子甲基鸟苷帽子(CAP)。它是在一系列酶催化形成的。它是在一系列酶催化形成的。真核生物帽子结构的复杂程度与生物进化程度关系密切。mR73真核细胞的真核细胞的mRNA mRNA 33末

47、端末端有一段可长达有一段可长达200200个左右的多聚腺苷酸，称为个左右的多聚腺苷酸，称为“尾尾”(”(tail)tail)结构结构.表示为表示为poly Apoly A，原核生物原核生物mRNA一般一般无此结构无此结构 Poly（A）尾功能可能与尾功能可能与mRNA从细胞核转从细胞核转送到细胞质有关。还可能对真核送到细胞质有关。还可能对真核mRNA的翻的翻译效率具有某种作用，使译效率具有某种作用，使mRNA较容易被核较容易被核糖体辨认，并能稳定糖体辨认，并能稳定mRNA结构，保持一定结构，保持一定的生物半衰期。的生物半衰期。真核细胞的mRNA 3末端有一段可长达200个左右的多聚腺74真核真

48、核mRNA 5 5末端的末端的m m7 7G GPPPPPPX Xm mP PY Y帽结构帽结构真核mRNA 5末端的m7GPPPXmPY帽结构75Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的。尾巴是转录后在核内加上的。真核基因的真核基因的3-端有端有AATAA序列，作为序列，作为mRNA 3-端加端加polyA尾的信号。尾的信号。Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的。76第三章-转录ppt课件772.mRNA的加帽和加尾的加帽和加尾成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA的的5-端有一个端有一个m7GpppN结构，称为甲基鸟苷帽子。结构，称为甲基鸟苷帽子。mRNA的加帽反应是在转录开始就进行的加帽反

49、应是在转录开始就进行的的,它是在一系列酶催化形成的。它是在一系列酶催化形成的。加帽酶加帽酶通常附着在通常附着在RNA聚合酶的尾巴上聚合酶的尾巴上,当当mRNA一旦转录出来一旦转录出来,即进行加帽反应即进行加帽反应2.mRNA的加帽和加尾成熟的真核生物mRNA的5-端有一78mRNA的加帽反应是在一系列酶催化形的加帽反应是在一系列酶催化形成的成的。帽子结构由。帽子结构由GTP和原和原mRNA5 端端的的ATP通过通过5-5 磷酸二酯键缩合形成磷酸二酯键缩合形成,然然后后GTP的鸟苷总被甲基化的鸟苷总被甲基化,称为称为0号帽子号帽子紧接的第二个核苷酸的核糖紧接的第二个核苷酸的核糖2 -OH 也也可

50、以被甲基化可以被甲基化,称为称为1号帽子号帽子在某些生物中在某些生物中,第三个核苷酸的第三个核苷酸的2-OH也可能被甲基化也可能被甲基化,称为称为2号帽子号帽子2.mRNA的加帽和加尾的加帽和加尾mRNA的加帽反应是在一系列酶催化形成的。帽子结构由GTP和79Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的尾巴是转录后在核内加上的。真核基因的真核基因的3-端终止点上游的端终止点上游的AATAA序列序列，作为作为mRNA 3-端加端加polyA尾的信号。由尾的信号。由polyA合成酶合成酶(PAP)催化合成。催化合成。加加polyA时需要时需要两种内切酶两种内切酶CPSF(cleavage and pol

51、yadenylation cleavage and polyadenylation specificity factor)specificity factor)和和CstF(cleavage(cleavage stimulation factor)stimulation factor)切开切开mRNA3端的特端的特定部位定部位,然后由然后由polyA合成酶合成酶(PAP)催化多催化多聚腺苷酸加入到聚腺苷酸加入到3-端的反应端的反应2.mRNA的加帽和加尾的加帽和加尾Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的。加polyA时需要80Fig:RNA processing enzymes are rec

52、ruited by the tail of polymeraseadding capFig:RNA processing enzymes a81m7G-ppp-N-p“cap”0号帽子号帽子1号帽子号帽子m7G-ppp-N-p“cap”0号帽子1号帽子82Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的。尾巴是转录后在核内加上的。真核基因的真核基因的3-端有端有AATAA序列，作为序列，作为mRNA 3-端加端加polyA尾的信号。尾的信号。Poly（A）尾巴是转录后在核内加上的。83Fig:polyadenylation and termination1.CPSF&CstF bind to the p

53、oly-A signal,leading to the RNA cleavage 2.Poly-A polymerase(PAP)adds 200 As at the 3 end of the RNA,using ATP as a substrateFig:polyadenylation and termi84大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过录产物产物需要通过拼接（拼接（splicingsplicing），），去除插去除插入部分（即内含子入部分（即内含子intronintron），），使编码区（即外含使编码区（即外含子子Ex

54、onExon）成为连续序列，成为连续序列，这是基因表达的一个重这是基因表达的一个重要环节。要环节。RNARNA编码序列的改变称为编码序列的改变称为编辑（编辑（editingediting）。由于由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可一个基因可以产生多种蛋白质。以产生多种蛋白质。3.内含子的剪接、编辑和化学修饰内含子的剪接、编辑和化学修饰大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物产物需要通过85 RNA中的内含子中的内含子 RNA的剪接的剪接 RNA的编辑和化学修饰的编辑和化学修饰3.内含子的剪接、编辑和化学修饰内含子的剪接、编辑和化学修饰 RNA中

55、的内含子 RNA的剪接 RNA的编辑和化学修86 真核基因大多数是由多个内含子和外显真核基因大多数是由多个内含子和外显子间隔排列而成子间隔排列而成，内含子在真核基因中所，内含子在真核基因中所占站比例很高，甚至超过占站比例很高，甚至超过99%。真核基因平均含真核基因平均含8个内含子，不同生物个内含子，不同生物细胞内含子的边界处存在相似的核苷酸细胞内含子的边界处存在相似的核苷酸序列，可作为序列，可作为分类依据分类依据。内含子的保守的边界序列与正常剪接有关内含子的保守的边界序列与正常剪接有关，另外，外显子和内含子交界处序列，内含另外，外显子和内含子交界处序列，内含子内部部分序列也可能参与剪接。子内部

56、部分序列也可能参与剪接。RNA中的内含子中的内含子 真核基因大多数是由多个内含子和外显子间隔排列而成，内含子87 内含子类型内含子类型 细胞内定位细胞内定位GU-AG细胞核，前细胞核，前mRNAAU-AC细胞核，前细胞核，前mRNA类内含子类内含子细胞核，前细胞核，前mRNA，细胞细胞器器RNA，细菌细菌RNA类内含子类内含子细胞器细胞器RNA，细菌细菌RNA类内含子类内含子细胞器细胞器RNA双内含子双内含子细胞器细胞器RNAtRNA前体内含子前体内含子 细胞核，细胞核，tRNA前体前体表表 生物体内的各种内含子生物体内的各种内含子 内含子类型 细胞内定位GU-AG细胞核，前m88GU-AG

57、intronGU-AG intron89对对主要（主要（GU-AG类）和次要（类）和次要（AU-AC类）类）内含子的剪接由剪接体完成。细胞核内的一内含子的剪接由剪接体完成。细胞核内的一些小分子些小分子RNA(U1、U2、U4、U5、U6等等)和和RNA核蛋白（称为核蛋白（称为snRNPs）通过形成通过形成剪接剪接体体(splicesome)，将内含子切除。将内含子切除。RNA的剪接方式包括的剪接方式包括剪接体剪接和自我剪接剪接体剪接和自我剪接两种两种。其中。其中剪接体剪接是主要的剪接方式剪接体剪接是主要的剪接方式。剪接酶类通常附着在剪接酶类通常附着在RNA聚合酶上。聚合酶上。类和类和类内含子类

58、内含子的的RNA本身具有催话本身具有催话活性，可进行活性，可进行内含子的自我剪接内含子的自我剪接 RNA的剪接的剪接对主要（GU-AG类）和次要（AU-AC类）内含子的剪接由剪90U1 snoRNA结合内含子结合内含子5剪接点，剪接点，U2AF识别识别并引导并引导U2snRNP结合于内含子结合于内含子3 剪接点，形剪接点，形成成剪接前体剪接前体(pre-splicesome)。内含子的内含子的分支点腺苷酸分支点腺苷酸的的2-OH攻击内含攻击内含子子5端，并由剪接体切开端，并由剪接体切开RNA链形成链形成内含子内含子套索（套索（lariat）；再由上游外显子的；再由上游外显子的3-OH攻击内含子

59、攻击内含子3端，使内含子完全切开，端，使内含子完全切开，由剪由剪接体连接外显子接体连接外显子,形成形成成熟的成熟的mRNA剪接体剪接过程剪接体剪接过程剪接前体进一步与剪接前体进一步与U4、U5、U6 snRNP三三聚体结合形成聚体结合形成剪接体剪接体(splicesome)U1 snoRNA结合内含子5剪接点，U2AF识别并引导91E complexA complexB complexsplicesome-mediated splicing reactionsE complexA complexB complexspl92The consensus sequences for humanThe

60、 consensus sequences for hu93类内含子的自我剪接类内含子的自我剪接：鸟苷酸的鸟苷酸的3-OH攻击内含子攻击内含子5 端并切开端并切开RNA链；再由上游链；再由上游外显子的外显子的3-OH攻击内含子攻击内含子3端，使内含子端，使内含子完全切开，外显子连接起来。完全切开，外显子连接起来。内含子自我剪接内含子自我剪接类内含子的自我剪接类内含子的自我剪接：内含子本身的腺内含子本身的腺苷酸苷酸2-OH攻击内含子攻击内含子5端，并切开端，并切开RNA链形成内含子链形成内含子套索套索；再由上游外显子的；再由上游外显子的3-OH攻击内含子攻击内含子3端，使内含子完全切开，端，使内含

61、子完全切开，外显子连接起来。外显子连接起来。类内含子的自我剪接：鸟苷酸的3-OH攻击内含子5 端94第三章-转录ppt课件95第三章-转录ppt课件96 RNA的编辑和化学修饰的编辑和化学修饰RNARNA编辑编辑是指成熟是指成熟mRNAmRNA通过改变核苷酸通过改变核苷酸序列使实际编码序列发生改变，从而序列使实际编码序列发生改变，从而产生新的遗传信息。产生新的遗传信息。RNARNA编辑的方式主要有编辑的方式主要有核苷酸的互变核苷酸的互变以以及及核苷酸的插入和删除核苷酸的插入和删除。RNA的编辑和化学修饰RNA编辑是指成熟mRNA通过改变97RNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移码突

62、变等基因突变的危害消除移码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式的一种重要方式 RNA的编辑和化学修饰的编辑和化学修饰 RNA的编辑和化学修饰98 RNA的编辑和化学修饰的编辑和化学修饰 在在前体前体rRNA和和tRNA中中，存在特异性，存在特异性化学修饰。化学修饰。化学修饰主要包括对化学修饰主要包括对碱基的甲基化，去碱基的甲基化，去氨基化、硫代、同分异构化、二价键饱氨基化、硫代、同分异构化、二价键饱和化和稀有核苷酸替代和化和稀有核苷酸替代 RNA的编辑和化学修饰 在前体rRNA和tRNA中

63、，存在99哺乳动物载脂蛋白基因哺乳动物载脂蛋白基因在在肝脏中肝脏中转录转录产生完整的产生完整的mRNA并翻译成含有并翻译成含有4563个氨基酸的蛋白质个氨基酸的蛋白质 而在而在小肠中小肠中，该基因转录后，由于，该基因转录后，由于RNA编编辑使辑使2153位密码子从位密码子从CAA突变为突变为UAA终止终止密码，翻译后的蛋白质密码，翻译后的蛋白质含含2153个氨基酸个氨基酸哺乳动物载脂蛋白基因在肝脏中转录产生完整的mRNA并翻译成含100在利什曼原虫属在利什曼原虫属细胞色素细胞色素b mRNA在转在转录后会录后会增加一些尿苷酸增加一些尿苷酸，从而得到新，从而得到新的编码序列。的编码序列。编辑机制

64、编辑机制是通过一种是通过一种指导指导RNA（guide RNA）与与mRNA的被编辑区互补结合，的被编辑区互补结合，指导指导RNA存在一些未配对的腺嘌呤，形存在一些未配对的腺嘌呤，形成缺口为插入尿嘧啶提供模板成缺口为插入尿嘧啶提供模板在利什曼原虫属细胞色素b mRNA在转录后会增加一些尿苷酸，101表：表：RNARNA编辑的不同类型和分布编辑的不同类型和分布编辑类型编辑类型 机制机制 存在存在U U的插入与删的插入与删除除gRNAgRNA的转酯反应的转酯反应锥虫线粒体锥虫线粒体mRNAmRNAC C、A A或或U U的插的插入入多头绒孢菌线粒体的多头绒孢菌线粒体的mRNAmRNA和和tRNAt

65、RNA G G的插入的插入RNARNA聚合酶重复聚合酶重复转录转录副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因C C转变为转变为U U酶促脱氢酶促脱氢哺乳类肠的哺乳类肠的apoPtRNAapoPtRNAC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C脱氨基或氨基化脱氨基或氨基化植物线粒体植物线粒体mRNAmRNA和和tRNAtRNA A A转变为转变为I I脱脱氨基氨基脑谷氨酸受体亚基脑谷氨酸受体亚基mRNAmRNA表：RNA编辑的不同类型和分布编辑类型 机制 存102第三章-转录ppt课件103The human apolipoprotein geneStop codeIn liverIn intestinesThe human apolipoprotein geneS104第三章-转录ppt课件105第三章-转录ppt课件106第三章-转录ppt课件107