第十三章基因的转录、转录后加工及逆转录.ppt

第十三章 基因的转录、转录后加工及逆转录,转录(transcription)：,以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。,转录的条件：,模板,原料,酶,产物,配对,方向,引物,DNA(不对称转录）,NTP,RNA聚合酶,mRNA,tRNA,rRNA，,小RNA,A-,U,T-A,G-C,5 3,不需要,转录、复制的异同点,复制,二股链均复制,dNTP,A-T、G-C,DNA聚合酶,DNA,转录,基因的模扳链,NTP,A-T、T-A、G-C,RNA聚合酶,mRNA/tRNA/,rRNA,模板,原料,碱基配对,聚合酶,产物,DNA,核苷三磷酸,碱基配对原则,依赖,DNA,的聚合酶,多核苷酸,差 异,相同或相似,几个基本概念,结构基因(structure gene),模板链(template strand),Watson(W)链、负(-)链(minus strand)、,反意义链(antisense strand),编码链(coding strand),Crick(C)链、正(+)链(plus strand)、,有意义链(sense strand),不对称转录(asymmetric transcription),结构基因(structure gene)：,DNA分子中能转录出RNA的区段。,模板链：,反意义链,（,antisense,，,(-),链,）,以该链中的,DNA,碱基顺序指导,RNA,的合成即被转录的那条,DNA,链。,密码链：,有意义链,（,sense,，,（,+,）,链,）,不被转录的那条,DNA,链，,但其碱基顺序除,T,代替,U,外，其余与,mRNA,相同。,第一节 参与转录的酶 RNA聚合酶依赖DNA的RNA聚合酶（DNA-dependent RNA polymerase,DDRP）,以DNA为模板，催化2个游离的NTP,形成3，5-磷酸二酯键,一、原核生物RNA聚合酶,1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成,（1）全酶(holoenzyme),由4种,(5个),亚基,2,组成,（2）核心酶(core enzyme)2,，,参与转录的全过程,（3）亚基,亦称,因子（factor),转录辅助因子,识别启动子，,不参与转录过程,全,酶,核,心,酶,亚基,2,功能,决定哪些基因被转录,结合底物，形成磷酸二酯键,（催化）,结合模板,（开链）,（核心酶参与转录全过程）,识别起始点启动子（延长时脱落）,二、真核生物RNA聚合酶（三种）,类型,转录产物,rRNA,:18s,5.8s,28s,hnRNA,tRNA,5s,rRNA,snRNA,对鹅膏蕈碱,的反应,不敏感,高度敏感,不同物种,敏感性不同,第二节 转录过程 (起始、延长、终止),一、转录的起始,1、原核生物的起始,RNA,聚合酶,(全酶),与,DNA,模板,启动子)结合,结合过程：,闭和的启动子复合体,开放的启动子复合体,DNA,模板,启动子（,promoter,）,1,、,概念,:,转录开始时,能与,RNA,全酶,结合的,DNA,顺序（双链）,2,、原核生物启动子的特点,:(1)DNA,序列在转录起始点的,5,端区,(,上游区,),(2),-10bp,处,-TATAAT-,(,Pribnow,box)(3),-35bp,处-,TTGACA-,因子,RNA聚合酶中,识别及结合启动子的亚基，,延长时脱落，,不参与转录过程，是转录辅助因子。,因子识别位点：启动子-35区、-10区,原核生物有多种,因子,一般情况下起作用的是-,70,70,有四个保守区域：,第2区域、第4区域和-35区和-10区结合,结合过程：,闭和的启动子复合体,RNA,聚合酶（全酶）中的,因子,在,DNA,双链,上迅速、随机滑动，寻找到,启动子,-35区,，,形成,疏松的复合物，,DNA双链未解开,。,开放的启动子复合体,RNA,聚合酶（全酶）,移向-10区和转录起始,点在-20区DNA,双链解开,12-,17,bp,时的启动子,复合体。,2,5,5,原核生物转录起始过程,2、真核生物的起始,较原核生物复杂 顺式作用元件 (,启动子,/增强子)转录因子(transcription factor,TF),RNA聚合酶,所需的转录因子 -,转录因子（TF）,真核生物启动子1）DNA序列在转录起始点的5端区,(上游区,)（2）-25bp：TATA盒（Hogness box）（3）-90bp：GC盒（4）-70bp：CAAT盒,GC,CAAT,-90,-70,RNA聚合酶催化的转录起始,RNA聚合酶催化各种,前体mRNA,的合成,需要多种TF参与：,TFA-J,真核生物转录起始复合物的组装,启动子TATA盒,+TF,D,+D-A复合物(TFD+TF,A,),+TF,B,+(,RNA聚合酶,+TF,F,)复合物,+TF,E,、TF,J,+TF,H,（解旋酶、蛋白激酶）,DNA解旋、RNA聚合酶C-端Ser磷酸化,从起始点向下游移动,TBP-TATA binding protein,TAF-TBP-associated factors,TAFs,TBP,TFD,TAFs,TBP,A,B,TAFs,TBP,A,B,TAFs,TBP,A,B,pol,F,pol,F,TAFs,TBP,A,B,pol,F,H,J,E,E,H,J,TATA盒,转录起始点,转录区,RNA聚合酶转录起始复合物的组装,二、延长,-,转录泡,（1）,RNA聚合酶（核心酶）,与,DNA,模板紧密结合，,沿,3 5,方向移动解旋作用：DNA解开,17 bp,聚合功能,（不具外切酶功能）（2）,杂交螺旋,RNA-DNA,形成,12bp,长的杂交螺旋,转录产物RNA沿,5 3,方向延长,RNA延长速度：,50,个核苷酸/秒/每分子酶,核心酶,图13-7,三.终止,转录至模板某一位置 停止形成磷酸二酯键,RNADNA杂交链解开 DNA解链的部分重新形成双螺旋 RNA聚合酶离开DNA,终止的方式,依赖-因子的终止,-因子的结构,六个亚基组成的,蛋白质,ATP酶活性,与单链RNA结合,-因子的作用,与新生RNA结合,ATP供能,-因子沿,新生的RNA单链推进,新生的RNA单链,从DNA模板上分离下来,新生RNA,图13-8,不依赖-因子的终止,DNA模板上有终止信号,转录出来的RNA,RNA聚合酶遇此结构,即停止工作。,DNA和RNA（dA：rU）,稳定性下降,GC富含和AT富含区的,回文结构,自身互补形成,发夹状结构（hairpin）,3尾端有,4个U,DNA恢复双链，,释放转录产物,发夹结构,环,茎,多个U,DNA模板,3,5,四.转录的抑制作用,与DNA模板作用,与RNA聚合酶作用,原核生物,真核生物,放线菌素D,-插入dG*dC间,低浓度-(-)RNA延长,高浓度-(-)RNA起始,(-)DNA复制,利福平/利福霉素,和原核生物RNA聚合酶,亚基结合-(-)转录起始,鹅膏蕈碱,-(-)RNA聚合酶,mRNA可直接作为翻译的模板,rRNA,转录产物要加工、修饰,tRNA,第三节 RNA转录后的加工,一.,原核生物,RNA,转录后的加工：,原核生物和真核生物,mRNA,的不同：,原核生物mRNA,多顺反子,转录与翻译同步,mRNA不需加工,寿命短,真核生物mRNA,单顺反子,转录后需加工运至胞浆,再翻译,mRNA需加工,寿命较长,二.,真核生物,RNA转录后的加工 1、rRNA转录后的加工,真核生物rRNA的基因,(rDNA),转录产物,成簇纵列串联排列,高度重复序列DNA,核质,:()-不需加工,5s rRNA,核仁,:()-,加工,5.8s rRNA 28s rRNA 18s rRNA,rDNA,内含子,基因间隔,18s,5.8s,28s,每个重复单位,45s 转录物,3种 rRNA前身,剪接,18srRNA,5.8s/28s rRNA,转录后的加工和与核糖体的装配同时进行,前rRNA的切割特点：,在特殊序列位点由,核仁小RNA(snoRNA),催化，snoRNA+蛋白质 核仁小核蛋白(sno-RNP),核酶,-真核生物rRNA的自身剪切,四膜虫,26SrRNA,核酶,（ribozyme）,应用,前体 6.4 kb,414bp内含子 5.986kb 无酶催化，,自身剪接,具有催化功能的RNA,切割特异性RNA序列,具特定的二级结构-槌头结构,人工合成核酶的槌头结构,破坏HIV病毒,底物,催化部分,图13-11,酶,底物,图13-12,2、tRNA的加工,碱基修饰,3端,5端,切除反密码环,的内含子,转位 -T,脱氨 -AMP IMP,还原 -DHU,甲基化-,m,A,m,G,CCA-OH,RNaseP,切除多余的核苷酸,RNaseP,在前tRNA二级结构基础上,3、,真核生物,的,mRNA,转录后加工,转录产物：,hnRNA,+,蛋白质,不均一核糖核蛋白（hnRNP）,真核生物,的,mRNA,转录后加工步骤：,加帽,加尾,mRNA前体的剪接,5端：,m7,GpppGpN,作用:稳定mRNA 5端,和翻译的起始有关,3端:polyA尾巴,作用：稳定mRNA,和翻译模板活性有关,剪除内含子，连接外显子,5 pppGp,5 GpppGp,pppG,ppi,鸟苷酸转移酶,5 m,7,GpppGp,甲基转移酶,SAM,5 ppGp,磷酸酶,Pi,（1）真核生物mRNA转录后加工-“加帽”,帽0,帽1,帽2,m7,GpppGpN,m7,GpppG,m,pN,m7,GpppG,m,pN,m,三种5帽结构形式,步骤1,步骤2,作用位置,200250,（2）真核生物mRNA转录后加工-加polyA尾,外显子,内含子,DNA,hnRNA,（3）真核生物mRNA转录后加工剪接,剪接所需条件,snRNA,（U,1,-U,6,）,+蛋白质,（核内小分子核酸）,多种snRNP,（核内小核蛋白颗粒）多种snRNPs,装配成,剪接体,（参与剪接过程）,4、,RNA编辑（RNA editing）,（1）一种与,RNA加帽、加尾、剪接,不同的RNA 加工形式。（2）,转录后改变RNA的序列,，使熟RNA的序列 与基因组DNA序列不同。（3）生物学中心法则的补充，扩大了mRNA遗 传信息容量。,第2153位,谷氨酰胺,终止子,图13-18,第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因,一、逆转录,以,RNA为模板，,有,逆转录酶,的参与,，,在,4种dNTP,存在及适合的条件下，按,碱基配对的原则,，合成,cDNA,（complementary DNA,cDNA）的过程。,二、逆转录酶（reverse transcriptase),RNA依赖的DNA聚合酶（RDDP）,这种酶,以,RNA为模板，,在,4种dNTP,存在及适合的条件下，按,碱基配对的原则,，合成,cDNA,(cDNA,中无内含子）,。,催化三种反应：,RNA指导的DNA合成,RNA水解,DNA指导的DNA合成,ASV RNA,RNA,DNA(-),DNA(-),DNA(-),DNA(+),1.RNA,指导,DNA,合成,2.RNA水解,3.DNA指导DNA合成,逆转录酶的作用,三、逆转录病毒,（RNA病毒）,的基因组,1、逆转录病毒：,鸡肉瘤病毒（ASV）,Rouse,肉瘤病毒（,RSV）,小鼠白血病病毒（,MuLV),人类T细胞白血病病毒（HTLV-I）,爱滋病病毒（HIV）,SARS,2、基因组：,两个完全相同的单链,RNA,分子,含有,逆转录酶,含来自宿主的tRNA,（合成时的引物）,ASV（鸡肉瘤病毒）的基因组结构-,RNA,LTR,gag,pol,env,src,LTR,长末端,重复序列,正常病毒基因,癌基因,调节和,启动转录,产生病毒,核心蛋白,产生,逆转录酶,产生病毒,外膜蛋白,产生酪氨酸,激酶,3、逆转录病毒的生活周期,进入宿主细胞,双链RNA,逆转录酶,双链DNA前病毒,整合到宿主细胞基因组DNA中,宿主细胞RNA聚合酶II,mRNA,病毒RNA基因组,作为合成相应,病毒蛋白质,的模板,包装成,新的病毒颗粒,，离开宿主,二.癌基因,(oncogene),和抑癌基因,癌基因,病毒癌基因,(v-onc),细胞癌基因,（原癌基因）,(c-onc),DNA,肿瘤病毒的转化基因,RNA,病毒的癌基因,（ASV,src,),源自细胞癌基因,使宿主细胞发生恶化，形成肿瘤,正常,原癌基因为生命活动必需,调节细胞的正常生长和分化,原癌基因激活,基因结构异常/表达失控,导致细胞恶变,逆转录病毒与宿主细胞基因整合过程示意图,RNA,病毒粒子,病毒RNA,RNA,DNA,逆转录酶,DNA（前病毒）,和宿主细胞DNA整合,c-src,整合后的DNA进行复制,v-src,原癌基因,被激活的方式,获得启动子/增强子,基因易位,基因扩增,点突变,原癌基因,sis,erb B,src,家族,ras,家族,myc家族,myb家族,原癌基因的表达产物,生长因子(PDGF),生长因子受体,（酪氨酸激酶）,胞内信号传递体,（G蛋白/蛋白激酶）,核内转录因子,抑癌基因,控制细胞生长的负调节基因,与负责调节生长的原癌基因协调表达,维持细胞的正常生长、增殖与分化,抑癌基因缺失/突变,丧失抑癌作用，具备促癌效应,Rb基因,P53基因,本章结束！,