资源描述
,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第 三 章,RNA生物合成,1/76,RNA组成及结构,RNA聚合酶,开启子结构,RNA合成过程,RNA前体加工,本章主要内容,2/76,1 引言,转录（transcription）：,以DNA单链为模板，按照碱基配对规则,酶(DdRp)促合成互补于模板DNA单链片段RNA过程。是基因表示关键步骤。,3/76,关于基因有义链和编码链等概念,基因DNA（+）链有义链编码链,基因DNA（-）链反义链模板链,与mRNA序列相同那条DNA链称为,编码链,；将另一条依据碱基互补标准指导mRNA合成DNA单链称为,模板链,。,这种新定义主要是基于以下考虑：,非模板链碱基次序与以模板链为模板转录出来RNA碱基次序一致（只是T与U有别）。,(2)便于将有义链（即编码链）DNA序列直接与氨基酸密码子相对应起来,。,4/76,转录方向,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,转录方向,对基因组DNA分子来说,不一样基因模板链或编码链并非一定存在于同一条单链上。,5/76,例题：,试判断以下题目中哪条链为基因有义链(编码链)？,a.5 ATG AAA TTT CCC GGG GTA 3,b.3 TAC TTT AAA GGG CCC CAT 5,c.5 AUG AAA UUU CCC GGG GUA 3,d.Met Lys Phe Pro Gly Val,6/76,2 RNA结构及种类,2.1 组成与结构,（1）RNA是多核糖核苷酸链,含有AMP、CMP、,GMP和UMP等残基。,主链由相间排列磷酸和核糖所组成。侧链碱基为A、,G、,C 和,U等。,多核糖核苷酸链化学式,7/76,大肠杆菌16S rRNA二级结构,几乎每个RNA分子都有许多短双螺旋区域。,大肠杆菌,16S rRNA长1,542nt,;而,23S rRNA,长,2,904nt。,（2）大分子RNA结构,8/76,RNA分子茎环结构特征,RNA分子茎环结构示意图,9/76,2.2 RNA种类,（1）mRNA,：信使RNA（messenger RNA），为合成多肽链模板。寿命短，半衰期只有几分钟。,（2）rRNA,：核糖体RNA（ribosomal RNA），参加核糖体组成，较为稳定。,（3）tRNA,：传递RNA（transfer RNA），氨基酸传递工具。含稀有碱基，成熟tRNA二级结构呈三叶草形。,10/76,与mRNA相关几个概念：,基因:,编码一条多肽链或功效RNA所必需全部核苷酸序列。,基因种类:,(1)结构基因(structural genes)与调整基因(regulatory genes);(2)功效RNA基因,如,rRNA基因和tRNA基因等。,转录单元（transcription unit）：,一段从开启子开始至转录终止子结束DNA序列。代表一个基因或操纵子。,严格地说,不能将开启子(promoter)和操纵基因称之为基因。,11/76,读码框（open reading frame,ORF）：,mRNA分子上自起始密码子至终止密码子之间三个一组碱基序列。,单顺反子mRNA：,只编码一条多肽链mRNA。,多顺反子mRNA：,编码几条不一样多肽链mRNA。,隔离序列：,多顺反子mRNA中顺反子之间间隔序列。,SD序列：,mRNA中用于结合原核生物核糖体序列。,12/76,前导序列：,mRNA中5端和肽链合成起始点所对应碱基之间序列。,原核生物基因编码区与前导序列之间关系示意图,不论原核或真核生物mRNA都存在5和3端2个非编码区，所以，mRNA通常比其所编码多肽链所需要碱基序列要长一些。细菌5端不编码多核苷酸序列（前导序列）约含25150nt。,13/76,2.3 RNA酶促合成特点,（1）,以一条DNA链为模板,。试验证据：新合成RNA只能与一条DNA链杂交。,（2）,RNA合成反应不需要引物,，RNA聚合酶无校正功效。,（3）,新链延伸方向：5 3,。试验证据：新加入核苷酸均出现于3端。,（4）,合成用底物为NTP,（N：A、G、U、C），,模板DNA链与新合成RNA之间碱基配对规律为dT-A、dA-U、dG-C、dC-G,。,14/76,2.4 转录与复制异同,相同点：,都需要依赖DNA聚合酶；都以DNA为模板；聚合酶沿模板链移动方向均为35;新链延伸方向均为53；恪守碱基互补配对规律；产物为多聚核苷酸链。,不一样点 复制 转录,特征 半保留复制 不对称转录,模板用量 两股链均作为模板 模板链作为模板,原料 dNTP,（N：A，T，G，C）,NTP,（N：A，U，G，C）,聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶,校对机制 有 无,引物 需RNA引物 不需引物,碱基配对 A-T，G-C dA-U，dT-A，dG-C,dC-G,产物 子代DNA双链 mRNA，tRNA，rRNA,15/76,3 RNA聚合酶与开启子,3.1 原核生物RNA聚合酶,大肠杆菌RNA聚合酶分子呈球形，直径约10nm（其长度相当于30bp双螺旋），实际与DNA结合时，可覆盖60bp。,每个细胞中约有7000个RNA聚合酶。,全酶=关键酶+因子,16/76,全酶,：,2,负责开启子选择和转录起始,关键酶,：,2,负责新生RNA链延伸,因子,：,有各种因子，用于识别不一样开启子,17/76,3.2 真核生物RNA聚合酶,依据对鹅膏覃碱敏感性反应不一样，将,真核RNA聚合酶分为,三种：RNA聚合酶、。,-,鹅膏覃碱是一个毒蘑菇主要毒性成份，为真核RNA合成抑制剂。,真核RNA聚合酶、为寡聚酶，每种酶分子含2个大亚基和4-8个小亚基，分子量在500 KD左右。,真核生物线粒体、叶绿体中RNA聚合酶，分子量及活性与细胞核中不一样，主要是由核基因编码。,种类 Poly Poly Poly,对,鹅膏覃碱敏感性 耐受 敏感 中度耐受,转录前体产物 45S rRNA hnRNA 5S RNA及tRNA前体,转录后加工产物 5.8、18、28S rRNA mRNA 5S rRNA,tRNA,18/76,DNA聚合酶和RNA聚合酶表示方法,DNA聚合酶 RNA聚合酶,原核,DNA Pol,、,2,真核,DNA Pol、RNA Pol、,19/76,4 开启子,开启子：,是基因转录起始所必需一段DNA序列，处于结构基因上游，是RNA多聚酶识别和结合序列。通常开启子本身不被转录。,20/76,开启子克隆及判定方法介绍,开启子分离,（1）从已分离到基因中去分离;（2）利用基因开启子探针型载体去分离。,开启子判定,依据遗传标识基因特征进行筛选和判定。,21/76,41-44bp,4.1 原核生物基因开启子,22/76,不一样开启区所含有共有序列称为,保守序列,或,一致性序列。,原核生物部分基因开启子共有序列,大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别开启子区,23/76,转录起点:,与新生RNA链上第一个核甘酸相对应DNA正链上,核甘酸，通常为嘌呤核甘酸,。,24/76,经典开启子结构,TATA区：,酶紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）。,TTGACA区：,提供了RNA聚合酶全酶识别信号。,25/76,开启子组成三要素：,Pribnow构想：,因子结合-35区，即Sextama框,，为RNA聚合酶识别位点，碱基组成为TTGACA（T,82,T,84,G,78,A,65,C,54,A,45,）。,关键酶结合-10区，即Pribnow框，,大多包含TATAAT序列（,Pribnow框,一致序列为T,80,A,95,T,45,A,60,A,50,T,96,），是RNA聚合酶牢靠结合位点。,转录起始位点。,26/76,4.2 真核生物基因开启子,3种聚合酶，,各有其所识别和结合开启子,：,RNA Pol I,近开启子：位于-40 +5；远开启子：位于-165 -40,RNA Pol II,其开启子,最为复杂，它和原核开启子有很多不一样,属于多部位结构，主要包含四个部位:,(1)转录起始位点；,(2)TATA框（Hogness box），其共有序列为：,(3)CAAT框：GGC/TCAATCT；,(4)增强子（enhancer）（远上游序列），在5侧（上游），少数在3侧,能起增强基因转录作用。一些情况下，能够从无开启子基因处激活转录作用。,RNA Pol III,内部开启子，位于转录起始位点下游。,27/76,关键开启子（core promoter）：,指确保RNA聚合酶正常起始转录所必需、最少DNA序列，包含转录起始位点及其上游TATA区。,TATA区,常在-25bp左右，相当于原核-10区，其保守序列为：T,85,A,97,T,93,A,85,A,63,A,83,A,50,作用：,选择正确转录起始位点，确保准确起始。,上游开启子元件（upstream promoter element，UPE）：,包含CAAT盒和GC盒等。,作用：,控制转录起始频率。,28/76,SV40,早期开启子,组蛋白H2B,TATA,CAAT,GC,29/76,5 RNA酶促合成,5.1 原核生物RNA转录合成过程,(1),起始位点识别,RNA聚合酶与开启子DNA双链相互作用并与之相结合过程。,RNA多聚酶与开启子上-35区及-10区作次序专一性接触（即因子结合-35区，关键酶结合-10区），形成复合物；解链：在起始位点附近发生解链，两个DNA单链局部解开。,形成转录泡。,30/76,RNA聚合酶与开启子结合形成转录起始复合物,(2),转录起始,RNA多聚酶使第一和第二个核苷酸形成磷酸二酯键。用于RNA合成第一个核苷酸通常是ATP或GTP。,31/76,(3)RNA链延伸,转录起始后直到产生由9个nt所聚合而成短链。RNA聚合酶离开开启子区,（经过开启子）,，沿DNA链移动并催化新RNA链继续延伸。,RNA新链开始延伸后，因子即从反应复合物上脱落。在关键酶催化下，,NTP,不停聚合，RNA链不停延长。,合成过程中存在一个约12bp长DNA-RNA杂交区。,32/76,(4)RNA合成终止,转录终止子（terminator of transcription）：,是指基因编码区下游DNA序列，可被RNA多聚酶识别，为停顿合成RNA信号。,转录终止：,不再形成磷酸二酯键，RNADNA分离，转录泡瓦解，DNA恢复双链。,转录终止分为两种类型：,依赖因子终止作用,因子：,一个六聚体蛋白。水解各种NTP，促使新生RNA链从“RNA聚合酶-DNA-RNA”三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。,33/76,依赖,因子终止作用,因子识别终止序列，使RNA聚合酶合成作用停顿；促使新生RNA链从合成反应复合物中释放出来。,34/76,因子参加RNA合成终止模式,35/76,不依赖因子终止子序列有2个显著特征：含有反向重复序列；模板链上含有大约6个碱基一串A。,发夹式结构和寡聚U共同作用，促使RNA从三元复合物中解离出来。,不依赖因子终止序列和终止RNA结构,箭号所指为突变碱基,2）不依赖因子终止作用,36/76,终止效率与二重对称序列和寡聚U长短相关,RNA合成时所形成发夹终止结构,37/76,5.2 真核生物RNA合成,转录起始：,因为开启子组成较为复杂，每一个开启子成份都有对应转录因子与之结合。各类开启子都有其对应转录开启机制。,基因转录实际上是RNA聚合酶、转录调控因子和开启子区各种调控元件相互作用结果。,转录延伸：,RNA合成速度约为3040核苷酸/秒。RNA链延长速度并不恒定，通常，富含G-C碱基模板区转录合成RNA速度会大大降低或延迟。,转录终止：,当前了解得极少。,38/76,转录因子 转录复合体,TBP,TAFs,TFIIA,TFIIB TFIIF,Pol II,TFIIE,RNA pol 转录起始,真核生物,转录起始复合物,39/76,40/76,5.3 试论开启子与“开启基因”,Monod和Jacob乳糖操纵子模型,当代基因概念,可将原操纵子模型中“开启基因”和“操纵基因”视作当代基因概念中开启子组成部分。,41/76,6 RNA,转录后加工,42/76,转录后加工:,各种RNA合成时,先以DNA为模板生成份子量较大,RNA前体,(,初级转录产物,),然后在专一性酶作用下切除多出部分,或进行修饰,最终才能生成有活性,“,成熟,”,RNA。,转录产生,tRNA和rRNA前体,需要深入加工。真核生物,mRNA前体,，也需要加工；,而原核生物mRNA普通不需要加工。,43/76,原核生物与真核生物mRNA特征比较,原核生物mRNA特征,半衰期短,通常以多顺反子形式存在,5端无“帽子”结构，3端无或只有较短poly（A）尾巴,真核生物mRNA特征,半衰期较长,以单顺反子形式存在,5端存在“帽子”结构；多数mRNA 3端含有poly（A）尾巴（组蛋白除外）,6.1 mRNA前体加工,44/76,原核生物和真核生物mRNA结构比较,45/76,真核生物mRNA前体加工包含以下方面,（1）,5端7-甲基鸟苷帽添加,（2）,3端多聚腺苷酸尾巴,添加,（3）,mRNA前体剪接,（4）,RNA编辑,46/76,帽子结构功效,能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体结合。,m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5末端，以保护mRNA免受5核酸外切酶降解，增强mRNA稳定性。,m7Gppp,6.1.1 在5端加帽,5端一个核苷酸总是7-甲基鸟苷三磷酸（m7Gppp），这种结构称为帽子（cap）。,47/76,大多数真核mRNA,3末端含有由100200个腺苷酸连续排列而成,“,尾巴,”Poly（A）或多聚腺苷酸。此尾部是以ATP为底物由RNA末端腺苷酸转移酶催化合成。反应式为：,此酶不需要模板，但需要RNA作为引物。,6.1.2 真核mRNA 3端加尾反应,Poly（A）,功效：,可能与,mRNA顺利经过核膜而进入细胞质过程相关。,提升mRNA在细胞质中稳定性。,48/76,近年来研究认为，在大多数真核基因3端有一个AATAA序列，这个序列是mRNA 3端加polyA尾信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱基外切断磷酸二酯键，在polyA聚合酶催化下，在3-OH上逐一引入100-200个A碱基。,49/76,6.1.3 mRNA前体剪接,地中海贫血病人珠蛋白基因中，大约有1/4核苷酸突变发生在内含子5或3边界保守序列上，或即使位于内含子中间但干扰了前体mRNA正常剪接。,50/76,RNA三种剪接方式,自我剪接内含子,能够自发地进行剪接，又分为型内含子和型内含子两个亚类。,由,酶,蛋白参加剪接内含子,主要在tRNA前体中发觉。,由snRNP参加剪接内含子,存在于绝大多数真核细胞蛋白质基因中。,例题:tRNA前体与四膜虫rRNA前体自我剪接机制有何不一样?,51/76,5.,AA,GU,AAGU.CURAY.(10-40)(,U/C,),11,NC,AG,G.,3,Intron,exon,exon,Polyprimidine,AG前一位核苷酸能够影响剪接效率，普通说来，CAG=UAG,AAG,GAG。若mRNA前体上同时存在几个AG，则可能发生剪接竞争。,内含子主要类型：,GU-AG、AU-AC、类内含子、类内含子,52/76,剪接体参加mRNA前体剪接,绝大多数真核蛋白质基因mRNA前体剪接,剪接体组成：,snRNA,：内核小分子RNA,snRNP,：与snRNA结合核蛋白,53/76,UACUACA-AG,UG,U4,U5,U6,E1,E2,U1,U2,UACUACA-AG,UG,U6,E1,E2,U1、U4、U5,54/76,核酶（ribozyme）发觉:,1982年，由美国,Thomas Cech,在研究四膜虫rRNA前体自我剪接时发觉。,核酶（核酸代酶）：,含有酶活性RNA次序，是真核生物内含子转录物所含有内在前导次序（IGS），能够在离体条件下，在没有任何酶和其它蛋白分子存在时，催化内含子转录物剪切。,类内含子自我剪接,附:,55/76,56/76,57/76,自我催化高度立体结构特异性,上游外显子中一个富含嘧啶区（CUCUCU）与内含子中一个富含嘌呤指导序列（GGGAGG）相配对。,58/76,59/76,类内含子自我剪接,附：,60/76,机制：,分支点处A2-OH亲核攻击于内含子5-剪接点磷原子，形成2,5-磷酸二酯键（转酯反应），上游外显子分离；新形成外显子3,-OH再亲核攻击于内含子3-剪接点处磷原子，使得2个外显子形成3,5-磷酸二酯键（转酯反应）而连接在一起，同时，内含子以套索状放出。,61/76,62/76,6.1.4 RNA编辑,碱基突变：,C变为U,RNA编辑,（editing）:,在mRNA上发生因为个别碱基取代、缺失或插入，使得编码信息改变过程。,编辑类型：,（1）碱基取代；（2）碱基插入或缺失。,63/76,锥虫,coxII,基因编辑,1986.R.Benne在研究,锥虫,线粒体mRNA转录加工时发觉mRNA多个编码位置上,加入或丢失尿苷酸,，1990年在高等动物和病毒中也发觉了编辑现象。,尿苷酸缺失和添加,64/76,65/76,碱基插入编辑机制：,与RNA自我剪接类似,RNA指导序列：,作为模板并指导编辑RNA序列，该序列由独立DNA转录单位编码。,66/76,6.2 rRNA前体转录后加工,真核细胞rRNA基因(rDNA)属于称为丰富基因族DNA序列，也称为中度重复序列。,67/76,6.3,tRNA前体转录后加工,细胞内含有数十种tRNA,也是从较长前体产生。一些初级转录本含有几个tRNA序列，或含有同一个tRNA几个拷贝。,普通在加工过程中除去前体,5或3端多出核苷酸。加工还包含,3-端CCA-OH生成，一些碱基化学修饰，如甲基化反应、还原反应及脱氨基反应等。,68/76,思索题:,在原核表示系统中，（1）能用真核开启子吗？（2）能用原核开启子表示真核基因编码区吗？,69/76,1、以下相关TATA盒(Hognessbox)叙述,哪个是正确:,A.它位于第一个结构基因处B.它和RNA聚合酶结合C.它编码阻遏蛋白D.它和反密码子结合,B,中国科学院年硕士硕士入学考试：,名词解释：Transcription;Reverse transcription,70/76,2、转录需要原料是:,dNTP B.dNDP C.dNMP D.NTP E.NMP,D,3、DNA模板链为 5-ATTCAG-3,其转录产物是:,A.5-GACTTA-3,B.5-CTGAAT-3,C.5-UAAGUC-3,D.5-CUGAAU-3,D,71/76,4、DNA复制和转录过程有许多相同点,以下描述哪项是错误?,A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行 复制,B.在这两个过程中合成均为5,-3,方向,C.复制产物通常情况下大于转录产物,D.两过程均需RNA引物,D,5、真核生物mRNA加工过程中,5端加上（），在3端加上（），后者由（）催化。假如被转录基因是不连续，那么，（）一定要被切除，并经过（）过程将（）连接在一起。,(帽子结构；多聚腺苷酸尾巴；poly(A)聚合酶；内含子；剪接；外显子),72/76,6、10位（）区和35位（）区是RNA聚合酶与开启子结合位点，能与因子相互识别而含有很高亲和力。,TATA、TTGACA,7、决定基因转录基础频率 DNA元件是（），它是（）结合位点。,开启子、RNA聚合酶,8、原核生物 RNA 聚合酶关键酶由（）组成，全酶由（）组成。,2,；,2,73/76,9、下面那一项不属于原核生物mRNA特征（）,A.半衰期短 B.存在多顺反子形式,C.5,端有帽子结构 D.3,端没有或只有较短多聚（A）结构,10、比较RNA转录与DNA复制，以下哪些是正确？,A.都在细胞核内进行 B.转录是连续,C.链延长均为5,3,D.与模板链碱基配对均为GC,74/76,11、真核细胞中mRNA帽子结构是（）,A.7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸 B.7-甲基尿嘧啶核苷三磷酸,C.7-甲基腺嘌呤核苷三磷酸 D.7-甲基胞嘧啶核苷三磷酸,75/76,76/76,
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
