分子生物学讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1、原核生物开启子基本结构、原核生物开启子基本结构二、开启子（二、开启子（promoter）Pribnow box-35区-10区+1，起始点上游|约17bp|第1页原核生物开启子原核生物开启子第2页2、真核生物开启子基本结构、真核生物开启子基本结构 真核生物开启子有其特殊性，真核生物有各种真核生物开启子有其特殊性，真核生物有各种RNA聚聚合酶，每一个都有自己开启子类型。以合酶，每一个都有自己开启子类型。以RNA聚合酶聚合酶开开启子结构为例，人们比较了上百个真核生物启子结构为例，人们比较了上百个真核生物RNA聚合酶聚合酶开启子核苷酸序列结构，发觉在开启子核苷酸序列结构，发觉在-25区有区有TATA框，又框，又称为称为Hogness框或框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为框。其一致序列为T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基本上都由，基本上都由A，T碱基所碱基所组成，又叫组成，又叫 TATA框。框。Hogness boxTATA box-75区-25区+1，起始点上游CAAT box第3页 TATA TATA框决定了转录起始部位，即框决定了转录起始部位，即RNARNA聚聚合酶要和它结合才能够开始转录。合酶要和它结合才能够开始转录。CAATCAAT框框则决定了转录起始频率。则决定了转录起始频率。因为真核生物突变体诱导和判定非常困因为真核生物突变体诱导和判定非常困难，所以，真核生物开启子研究远比原核难，所以，真核生物开启子研究远比原核生物困难。生物困难。除开启子外，真核生物转录起始点上游除开启子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子序列，它能极大地处还有一个称为增强子序列，它能极大地增强开启子活性，它位置往往不固定，可增强开启子活性，它位置往往不固定，可存在于开启子上游或下游。存在于开启子上游或下游。第4页 在在原核生物原核生物中，当中，当RNA聚合酶聚合酶 亚基发觉其识亚基发觉其识别位点（别位点（-35区）时，全酶就与开启子区）时，全酶就与开启子-35区序区序列结合形成一个封闭（指列结合形成一个封闭（指DNA为双链状态）开为双链状态）开启子复合物。因为全酶分子较大（大约能够覆盖启子复合物。因为全酶分子较大（大约能够覆盖70bp长度），其另一端可抵达长度），其另一端可抵达-10区。这时，整区。这时，整个酶分子向个酶分子向-10序列转移并与之牢靠结合，在此序列转移并与之牢靠结合，在此处发生局部处发生局部DNA解链（普通在解链（普通在12-17bp左右），左右），形成全酶和开启子开放性（形成全酶和开启子开放性（DNA为单链状态）为单链状态）复合物。复合物。三、转录开始和延伸三、转录开始和延伸第5页 在复合物中起始位点和延长位点被对应在复合物中起始位点和延长位点被对应核苷酸充满，在核苷酸充满，在RNA聚合酶聚合酶亚基催化下形亚基催化下形成成RNA第一个磷酸二酯键。第一个磷酸二酯键。RNA合成第一合成第一个核苷酸总有个核苷酸总有GTP或或ATP，以，以GTP常见。常见。此时此时 因子就完成了它这一次起始使命，因子就完成了它这一次起始使命，从全酶解离下来，靠关键酶在从全酶解离下来，靠关键酶在DNA链上向链上向下游滑动，而脱落下游滑动，而脱落 因子与另一个关键酶结因子与另一个关键酶结合成全酶，能够重复利用。合成全酶，能够重复利用。第6页第7页第8页 真核生物真核生物转录起始机制非常复杂，还不转录起始机制非常复杂，还不是很清楚。因为有各种转录酶，每一个都是很清楚。因为有各种转录酶，每一个都有它特异性。不过，能够知道是，有许多有它特异性。不过，能够知道是，有许多蛋白质转录因子要参加起始和延伸。（参蛋白质转录因子要参加起始和延伸。（参考考p408-410）转录速度：转录速度：30-50bp/秒，但不是恒定，会秒，但不是恒定，会有改变。有改变。第9页四、转录四、转录终止终止（Termination)转录是在DNA模板某一位置上停顿，人们比较了若干原核生物RNA转录终止位点附近DNA序列，发觉DNA模板上转录终止信号有两种情况:一类是不依赖于蛋白质因子而实现终止作用，一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子，通常又称因子。两类终止信号有共同序列特征，在转录终止之前有一段回文结构。第10页v不依赖不依赖因子终止序列中富含因子终止序列中富含GC碱基对，其下游碱基对，其下游6-8个个A。v依赖依赖因子终止序列中因子终止序列中GC碱基对含量较少，其下碱基对含量较少，其下游序列也没有固定特征，转录生成游序列也没有固定特征，转录生成RNA可形成二级可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构。这么二级结结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构。这么二级结构可能与构可能与RNA聚合酶某种特定空间结构相嵌合，妨聚合酶某种特定空间结构相嵌合，妨碍了碍了RNA聚合酶深入发挥作用聚合酶深入发挥作用。v除除DNA模板本身终止信号外，在模板本身终止信号外，在 噬菌体中，发觉噬菌体中，发觉一些蛋白质有帮助一些蛋白质有帮助RNA聚合酶跨越终止部位作用，聚合酶跨越终止部位作用，叫抗转录终止蛋白。叫抗转录终止蛋白。终止序列特征：终止序列特征：第11页真核生物因为RNA转录后很快就进行了加工，所以极难确定原初转录物3末端。病毒SV40终止位点经过研究发觉，很像大肠杆菌不依赖因子终止子，转录后RNA可形成一个发夹结构，3末端带有一连串U。爪蟾5sRNA3末端有4个U，它们前后序列为富含GC序列，这是全部真核生物RNA聚合酶转录终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相同，任何改变这种序列特征突变都将造成转录终止位置改变。第12页第13页第14页第15页第二节第二节 RNA RNA转录后加工与修饰转录后加工与修饰 提醒：提醒：原核或真核生物原核或真核生物rRNAs和和tRNAs都是以初都是以初级转录本级转录本(transcript)形式被合成，然后形式被合成，然后加工成为成熟加工成为成熟RNA分子。分子。绝大多数原核生物绝大多数原核生物mRNA却不需加工，仍却不需加工，仍为初级转录本形式。为初级转录本形式。真核生物产生真核生物产生mRNA要经过复杂加工才能要经过复杂加工才能成为成熟成为成熟RNA。加工过程大致分为四种。加工过程大致分为四种。第16页一、一、mRNAmRNA转录后加工转录后加工1、原核生物、原核生物 转录生成一条mRNA能够包含几个基因，有共同开启子和共同终止信号，编码几个不一样蛋白质。比如乳糖操纵子上Z、Y及A基因，转录生成mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移酶。原核生物中没有核膜，所以转录与翻译是连续进行，往往转录还未完成，翻译已经开始了，所以原核生物中转录生成mRNA没有特殊转录后加工修饰过程。第17页2、真核生物、真核生物 真核生物转录一个mRNA分子，只编码一个蛋白质分子。真核生物mRNA加工修饰，主要包含对5端和3端修饰以及对中间部分进行剪接。（1）加帽：转录开始后，mRNA就会经过鸟苷酸转移酶在5端催化产生5-5之间磷酸二酯键。再经过鸟嘌呤甲基转移酶在G7位甲基化，这种帽子叫“0型帽子”。用符号表示：m7GpppX。在酵母当中，这种类型帽子占据绝对优势。第18页 假如在第一个核苷酸假如在第一个核苷酸2-O位上再发生甲基化，位上再发生甲基化，则形成了则形成了“2型帽子型帽子”，符号表示为：，符号表示为：m7GpppXm。这种形式是除了单细胞真核生。这种形式是除了单细胞真核生物以外其它大多数真核生物帽子主要形式。物以外其它大多数真核生物帽子主要形式。在一些真核生物中，还存在着第二个核苷酸在一些真核生物中，还存在着第二个核苷酸（能够是四种中任何一个）（能够是四种中任何一个）2-O位上再发生位上再发生甲基化情况，这么就产生了甲基化情况，这么就产生了“3型帽子型帽子”。用。用符号表示为：符号表示为：m7GpppXmpYm，这种类型比，这种类型比较少，只有戴帽子较少，只有戴帽子mRNA10-15%左右。左右。不一样生物帽子结构不一样，进化程度高，不一样生物帽子结构不一样，进化程度高，结构越复杂。结构越复杂。第19页三种不一样三种不一样55端端“帽子帽子”第20页三种不一样三种不一样55端端“帽子帽子”第21页（2）5帽子作用：主要包含：它是mRNA 做为翻译起始必要结构，对核糖体对mRNA识别提供了信号。“0型帽子”是核糖体识别mRNA必需结构。体外翻译试验表明，没有帽子mRNA，不能进行有效翻译。这种帽子结构还可能增加mRNA稳定性，保护mRNA 免遭5外切核酸酶攻击。帮助其从核内运输到细胞质里。大多数RNA病毒都能够在他们基因组和mRNA上加帽，有些自己不能加帽能够从宿主细胞mRNA中偷帽子，叫“抢帽”（cap-snatching）。第22页（3）多聚腺苷酸尾巴）多聚腺苷酸尾巴大多数（2/3）真核mRNA 都有3端多聚（A)尾巴，多聚（A)尾巴大约为200bp。多聚（A)尾巴不是由DNA编码，而是转录后在核内加上去。此反应受poly（A）聚合酶（又叫RNA末端腺苷酸转移酶）催化，并加上约200个A残基。过程：转录产物3末端由一个特异酶切除一端，该酶能够识别这个酶切位点上游13-20bp附近特殊序列AAUAAA，此序列高度保守，又叫“加尾信号”。假如U发出突变，则切除和加尾效率显著降低。第23页第24页（4）polyA尾巴功效：尾巴功效：关于polyA尾巴功效问题尽管经过极其广泛探索，但还不完全清楚。有些人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质相关，不过相当数量没有polyA尾巴mRNA如组蛋白mRNA，也照样经过核膜进入细胞质。还有些人认为这种结构对真核mRNA翻译效率含有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定生物半衰期。有些人也认为和小核RNA（snRNA）相关。snRNA不是单独起作用。第25页二二、rRNA转录后加工转录后加工原核生物原核生物原核生物大肠杆菌有三种原核生物大肠杆菌有三种rRNA，即，即5S，16S和和23S，分别有，分别有120bp，1541bp和和2904bp。其中其中5S核苷酸中有一段保守序列，能够和核苷酸中有一段保守序列，能够和tRNAT C环结合，是二者相互识别位点。环结合，是二者相互识别位点。原核生物原核生物rRNA转录后加工，包含以下几转录后加工，包含以下几方面：方面：第26页大肠杆菌中有大肠杆菌中有7种操纵子，这些操纵子中排列种操纵子，这些操纵子中排列着着rRNA和和tRNA基因，其中基因，其中rRNA 首先合成一首先合成一个个30S前体；前体；前体被大肠杆菌前体被大肠杆菌RNase，RNaseE等剪切成等剪切成一定链长一定链长rRNA分子；分子；rRNA分子在修饰酶催化下进行碱基修饰；分子在修饰酶催化下进行碱基修饰；rRNA与蛋白质结合形成核糖体大、小亚基与蛋白质结合形成核糖体大、小亚基。第27页真核生物真核生物真核生物真核生物rRNA前体比原核生物大，包含四种前体比原核生物大，包含四种rRNA，分别是，分别是5.8S，18S，28S和和5S。其中前面。其中前面3个个来自一个共同来自一个共同45S初级转录本（前体）初级转录本（前体）。由。由RNA聚聚合酶合酶I 催化。催化。5SrRNA前体独立于其它三种前体独立于其它三种rRNA基因转录。由基因转录。由RNA聚合酶聚合酶III 催化。催化。45S前体上由许多甲基化位点，可能是酶识别位点。前体上由许多甲基化位点，可能是酶识别位点。45S前体转录后快速与蛋白质因子结合。前体转录后快速与蛋白质因子结合。不一样生物之间加工过程可能不一样（人、小鼠）。不一样生物之间加工过程可能不一样（人、小鼠）。第28页