生物信息的傳遞上

1、RNA主要以單鏈形式存在于生物體內(nèi)生物體內(nèi)擁有三類RNA：n1、編碼特定蛋白質(zhì)序列的mRNA；n2、能特異性解讀mRNA 中的遺傳信息并將其轉(zhuǎn)化成相應氨基酸后加入多肽鏈中的tRNA；n3、直接參與核糖體中蛋白質(zhì)合成的rRNA。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 通通 論論一一. RNA轉(zhuǎn)錄的一般過程轉(zhuǎn)錄的一般過程 1.模板識別模板識別 2.轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 3.通過啟動子通過啟動子 4.轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的延伸 5.終止終止二二.轉(zhuǎn)錄的原料轉(zhuǎn)錄的原料: 1.RNA聚合酶聚合酶; 2.雙鏈雙鏈DNA模板模板; 3. NTPs ; 4.輔助因子輔助因子三三. 轉(zhuǎn)錄的方向轉(zhuǎn)錄的方向: 5 3四四. 轉(zhuǎn)錄中模板上的信號轉(zhuǎn)錄中模板

2、上的信號: (保守序列保守序列) 啟動子啟動子( promotor), 終止子終止子( terminator) 調(diào)控序列調(diào)控序列( 操縱子操縱子 operator, 增強子增強子 enhancer )五五.不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄一、一、二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分n1.RNA聚合酶(RNA polymerase)n2.轉(zhuǎn)錄復合物RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程中最關鍵的酶n1.主要以雙鏈DNA為模板，以4種核苷三磷酸作為活性前體。n2.需要Mg2+/Mn2+為輔助因子。n3.它不需要任何引物。n4.以53方向合成RNA鏈。n5.缺乏35外切酶活性。n6.是一個含有多個亞單位(multi-s

3、ubunit)的酶。RNA聚合酶RNA聚合酶需執(zhí)行的功能n(1)識別DNA雙鏈上的起始子；n(2) 使DNA變性在啟動子處解旋成單鏈；n(3) 通過閱讀啟動子序列，RNA pol確定它自己的轉(zhuǎn)錄方向和模板鏈。n(4) 最后當它達到終止子時，通過識別停止轉(zhuǎn)錄。 原核和真核生物的RNA聚合酶雖然都能催化RNA的合成，但在其分子組成、種類和生化特性上各有特色。 RNA聚合酶聚合酶( 2 ): 全酶全酶 = 核心酶核心酶 + nE. coli只有一種DNA-directed RNA聚合酶，來合成所有類型的RNA。n是細胞中最大的酶之一。大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數(shù)組分功能rp

4、oA 365002核心酶核心酶組裝，啟動子識別rpoB 1510001核心酶和共同形成RNA合成的活性中心rpoC 1550001核心酶？110001核心酶？rpoD 700001因子存在多種因子，用于識別不同的啟動子注意點注意點n1.原核生物mRNA, tRNA, rRNA 都 由同一種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄 (真核生物是3種) ;n2. 提高酶與啟動子序列的親和力(103),降低與非特異序列的親和力(104), 是核心酶的別構效應物.n3.不同的 識別不同的啟動子序列;n4. 參與模板識別和轉(zhuǎn)錄起始;n5.核心酶負責轉(zhuǎn)錄的延伸.n有3類RNA聚合酶；n結(jié)構比大腸桿菌RNA聚合酶復雜；n在細胞核中

5、的位置不同；n負責轉(zhuǎn)錄的基因不同，對-鵝膏蕈堿的敏感性也不同。n真核生物RNA聚合酶一般有8-14個亞基所組成，相對分子質(zhì)量超過5105。酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核質(zhì)tRNA約10% 存在物種特異性真核細胞的三種RNA聚合酶特征比較RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物無有產(chǎn)物較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時進行外切酶活性無5 3，3 5校對合成能力 無有修復能力無有 轉(zhuǎn)錄

6、起始復合物轉(zhuǎn)錄起始復合物 原核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物 轉(zhuǎn)錄因子 轉(zhuǎn)錄復合體TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的轉(zhuǎn)錄起始 真核生物轉(zhuǎn)錄起始復合物一.原核生物轉(zhuǎn)錄的特點 RNA聚合酶聚合酶( 2 ): 全酶全酶 = 核心酶核心酶 + 提高酶與啟動子序列的親和力(103),降低與非特異序列的親和力(104),注意點注意點n1.原核生物mRNA, tRNA, rRNA 都 由同一種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄 (真核生物是3種) ;n2. 提高酶與啟動子序列的親和力(103),降低與非特異序列的親和力(104), 是核心酶的別構效應物.n3.不同的 識別不同的啟動

7、子序列;n4. 參與模板識別和轉(zhuǎn)錄起始;n5.核心酶負責轉(zhuǎn)錄的延伸.啟動子（啟動子（promoter）n堿基定位堿基定位:轉(zhuǎn)錄的起點為轉(zhuǎn)錄的起點為+1, 下游方向依次為下游方向依次為+2, +3-; 上游方向依次上游方向依次-1, -2, -3-n+1 一般為一般為A (mRNA轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點)n兩段保守序列兩段保守序列: -10 box( Pribnow box ), -35boxn-10 box與與-35 box的最佳距離為的最佳距離為17 1 bpn越接近保守序列越接近保守序列, 起動子越強起動子越強 (下調(diào)突變下調(diào)突變,上調(diào)突變）上調(diào)突變）.強啟動子還有一些額外的元件，如強啟動子

8、還有一些額外的元件，如E. coli 編碼編碼 rRNA的的 rrn gene中的中的UP element（上游元件）（上游元件） ，可提高表達數(shù)十倍，可提高表達數(shù)十倍延伸（延伸（elongation）n核心酶起極其重要的作用，亞基參與轉(zhuǎn)錄出的RNA的磷酸二酯鍵的形成.轉(zhuǎn)錄終止 (終止子)(1)不依賴于不依賴于 因子的終止因子的終止強終止子強終止子 =“ 一段反向互補序列一段反向互補序列 “ + “一段富含一段富含T的區(qū)域的區(qū)域”(2)依賴于依賴于 因子的終止因子的終止.; 弱終止子弱終止子 =“ 一段反向互補序列一段反向互補序列 “ 不依賴于不依賴于 因子的終止因子的終止依賴于依賴于 因子的

9、終止因子的終止二.真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄nRNA聚合酶IInII類啟動子:增強子增強子(沉默子沉默子)n無方向無方向, 位置位置, 距離的限制距離的限制n具有組織特異性具有組織特異性n有時兩者可相互轉(zhuǎn)換有時兩者可相互轉(zhuǎn)換.n不屬于啟動子不屬于啟動子n能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄n起動子起動子,增強子與沉默子都屬于順式作用增強子與沉默子都屬于順式作用元件元件.SV40 virus early control regionEnhancerGC boxes真核生物的轉(zhuǎn)錄因子n起始起始,延伸延伸, 終止都需要因子的幫助終止都需要因子的幫助.(與原與原核轉(zhuǎn)錄的區(qū)別核轉(zhuǎn)錄的區(qū)別)n分為分為: (1) 通

10、用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子-都需要都需要 (2) 基因特異轉(zhuǎn)錄因子基因特異轉(zhuǎn)錄因子-調(diào)控調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄終止n沒有明確的終止子,但有終止信號n轉(zhuǎn)錄會在AATAAA下游0.5-2kb處終止(AATAAA下游15-30bp加PolyA)前體前體mRNA的加工的加工(時序性時序性)n(1) 5加帽 (轉(zhuǎn)錄早期進行30 nt)n(2) 3加尾 (前體mRNA加polyA)n (3) 切除內(nèi)含子n (4) 編輯和修飾 5 cap的特殊結(jié)構和功能的特殊結(jié)構和功能n3 m7GpppNmNm-3 (G的方向與的方向與N的方向相反的方向相反,通過通過5-5相連相連)功能功能: (1) 保護mRNA (2)

11、提高翻譯能力（效率） (3) 有利于mRNA在細胞內(nèi)的運輸（運出細胞核） (4) 使mRNA前體的能正確剪接 (第一個內(nèi)含子) 三種帽子的共同 在帽 1 中可被甲基化 NH2 位 置 C N O CH3 N C CH C N HC C HN C N N CH O C O O O 2HN N N CH2 O P O P O P O CH O O O 帽 1 位置 OCH3 O O P O CH2 O 帽 2 位置 OCH3 O O P O O 圖 13- mRNA 5 端的帽子位置和可被甲基化的位點 npoly(A)的功能(1) 保護保護mRNA：延長其壽命（半衰期）(2) 提高提高mRNA的翻

12、譯能力的翻譯能力：能與poly(A)結(jié)合蛋白 結(jié)合，促進翻譯，促進mRNA與核糖體結(jié)合(3) poly(A)能促進最后一個內(nèi)含子的剪接能促進最后一個內(nèi)含子的剪接(3) RNA剪接（剪接（RNA splicing）n剪接信號(屬于內(nèi)含子的邊界) 主要主要: GU-AG (剪切體剪切體) 次要次要: AU-AC / 自我剪切的自我剪切的I, II內(nèi)含子內(nèi)含子n剪接體: snRNAs (核小分子RNA)參與特殊剪接方式n選擇性剪接選擇性剪接: 一個基因轉(zhuǎn)錄出來的RNA前體，通過不同的剪接方式（選擇不同的外顯子）而形成不同的成熟mRNA，產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)組成型剪接- 非特異的、默認的、唯一的剪接方式n

13、反式剪接反式剪接: 參與剪接的外顯子并不在同一個基因中（即在不同的RNA分子中）順式剪接-所有參與剪接的外顯子都在同一個基因中（同一個RNA分子中）123456AATAAAATAA1 2344 5 6321Calcitonin (thyoid cell 甲狀腺甲狀腺)CGRP ( brain )選擇性剪接的功能n通過選擇性剪接，可對基因的表達起一定的調(diào)控作用，因此選擇性剪接常用于在不同的組織或發(fā)育時期產(chǎn)生組織特異或調(diào)控發(fā)育的蛋白質(zhì) ;neg.膜結(jié)合抗體和分泌型抗體的轉(zhuǎn)換.反式剪接的機制Y形中間產(chǎn)物形中間產(chǎn)物(4) RNA編輯n在特定位點: 改變,插入,刪除核苷酸.n在轉(zhuǎn)錄后進行，沿3 5方向進

14、行;n由gRNA（guide RNA，向?qū)NA）指導進行;n因是RNARNA, 存在 G-U 配對.Comparison of the sequence of part of the COII gene of a trypanosome with its mRNA product有關的DNA序列并不是假基因（pseudogene），而是隱蔽基因（cryptogene）Model for the role of gRNAs in editingEditing of part of a hypothetical RNA(3)RNA編輯的生物學意義編輯的生物學意義The biological significance of editing:n proofreading(校正校正) ；ntranslation regulation(翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控)；nexpanded genetic information(擴展遺傳信息擴展遺傳信息). 原核和真核生物的RNA聚合酶雖然都能催化RNA的合成，但在其分子組成、種類和生化特性上各有特色。增強子增強子(沉默子沉默子)n無方向無方向, 位置位置, 距離的限制距離的限制n具有組織特異性具有組織特異