第四章遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

第四章遺傳信息的轉(zhuǎn)錄從DNA到RNA二O一五年十一月六日學習目標掌握RNA轉(zhuǎn)錄合成的特點和基本過程；掌握RNA聚合酶和啟動子的結構功能以及轉(zhuǎn)錄起始的機制；掌握與轉(zhuǎn)錄終止有關的DNA序列和蛋白質(zhì)因子的作用特點；RNA轉(zhuǎn)錄后加工的方式和特點。在DNA指導下RNA的合成稱轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄RNADNA

第一節(jié)轉(zhuǎn)錄的概述一、RNA轉(zhuǎn)錄的特點

轉(zhuǎn)錄單位：起始于DNA模板的特定起點，終止于特定終點的區(qū)域。一個轉(zhuǎn)錄單位可以是一個基因或多個基因。

分子雜交實驗表明：合成的RNA只與模板DNA形成雜交體。

在體外，RNA聚合酶能使DNA的兩條鏈發(fā)生轉(zhuǎn)錄，但在體內(nèi)轉(zhuǎn)錄的模板僅有DNA雙鏈中的一條。模板鏈：DNA雙鏈中具有轉(zhuǎn)錄功能的一條鏈，也稱反義鏈或負（-）鏈編碼鏈：DNA雙鏈中與模板鏈相對的單鏈，不進行轉(zhuǎn)錄，也稱有義鏈或（+）正鏈DNA5′……GGAGTACATGTC…3′（編碼鏈，+）3′……CCTCATGTACAG…5′（模板鏈，-）↓（轉(zhuǎn)錄）5′……GGAGUACAUGUC……3′mRNA↓（翻譯）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

天然（雙鏈）DNA作為模板比變性（單鏈）DNA更為有效。說明RNA聚合酶對模板的利用與DNA聚合酶不同。二、轉(zhuǎn)錄的基本過程起始（promotion）：

模板識別---轉(zhuǎn)錄起始---通過啟動子

延伸（elongation）

終止（temination）原核生物的RNA聚合酶亞基功能2核心酶組裝，啟動子識別與轉(zhuǎn)錄全過程有關′與DNA模板、新生RNA鏈結合引導全酶識別并結合于啟動子全酶：核心酶（2′）+起始因子（）原核生物轉(zhuǎn)錄過程三、RNA聚合酶

RNA聚合酶是催化以DNA為模板（template）、三磷酸核糖核苷為底物、通過磷酸二酯鍵而聚合的合成RNA的酶1.原核生物的RNA聚合酶(RNApolymerase)類型細胞內(nèi)定位催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對鵝膏蕈堿的反應Ⅰ核仁轉(zhuǎn)錄rRNA前體不敏感Ⅱ

核質(zhì)轉(zhuǎn)錄mRNA前體和snRNA低濃度敏感Ⅲ

核質(zhì)轉(zhuǎn)錄5SrRNAtRNA高濃度敏感2.真核生物RNA聚合酶α-Amanitin(鵝膏蕈堿):是一種來自毒蘑菇鬼筆鵝蕈(Amanitaphalloides)的真菌毒素，二環(huán)八肽，能抑制真核RNA聚合酶Ⅱ與RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄。第二節(jié)啟動子與轉(zhuǎn)錄的起始一、啟動子的基本結構

啟動子是一段位于結構基因5’端上游區(qū)的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA準確地相結合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。描述堿基位置時，一般用數(shù)字表示，1-30-5010-10-40-205335+1堿基：起始位點-10區(qū)：一致性序列為TATAAT又叫Pribnow盒是RNA聚合酶的結合位點-35區(qū)：一致性序列為TTGACA是RNA聚合酶的識別位點1.原核生物啟動子結構RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結合

開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列55RNA聚合酶保護區(qū)結構基因33富含A和TUP元件-60(Sextanabox)2.真核生物啟動子二、轉(zhuǎn)錄的起始啟動子區(qū)的識別原核生物基因轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄泡不依賴ρ因子的終止依賴ρ因子的終止子第三節(jié)轉(zhuǎn)錄終止1.

非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結構來終止轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3′末端常有多個連續(xù)的U，連續(xù)的U區(qū)5′端上游的一級結構，接近終止區(qū)的一段堿基可形成鼓槌狀的莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構形式的二級結構，這是非依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止的普遍現(xiàn)象。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA

5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…

UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`接近終止區(qū)的一段堿基形成鼓槌狀的莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構形式的二級結構，是普遍現(xiàn)象。用T4噬菌體DNA在試管內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄實驗，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄出的要長。說明：2.依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止①轉(zhuǎn)錄終止信號是可以跨越的；②細胞內(nèi)某些因素有執(zhí)行轉(zhuǎn)錄終止的功能。據(jù)此，1969年,J.Roberts

發(fā)現(xiàn)了能控制轉(zhuǎn)錄終止的蛋白質(zhì)，定名為因子。三、抗終止

在轉(zhuǎn)錄過程中有時即使遇到終止信號，卻仍然需要繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，于是出現(xiàn)了抗終止現(xiàn)象。第四節(jié)轉(zhuǎn)錄后的加工1.5’端加帽mRNA的前體：核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）一、mRNA的加工2.3’端加尾

3.mRNA中段序列的剪接二、rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工三、tRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工四、核酶的作用特點及方式至今，已發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種具有催化活性的不同的RNA酶。只有RNA組分單獨具有催化活性時，此RNA才屬于核酶。核酶RNA首先在細胞核中發(fā)現(xiàn)，并主要存在于胞核中，但在胞質(zhì)以及病毒和類病毒中也逐漸有所發(fā)現(xiàn)。剪切型剪接型2.核酶的作用方式1.核酶的作用特點作用底物比較單純催化效率較酶蛋白一般都低得多催化的反應必須有Mg2+存在時才能進行也表現(xiàn)一定的特異性五、RNA的剪接、編輯和再編碼RNA的剪接更多的發(fā)生于真核生物基因組內(nèi),特別是真核生物基因的內(nèi)含子被轉(zhuǎn)錄后。RNA的編輯是RNA分子上一種轉(zhuǎn)錄后修飾現(xiàn)象，包括插入、缺失或核苷酸的替換。mRNA在某些情況下可以不同的方式譯碼，即改變原來的編碼信息，稱為RNA的再編輯。

DNA和RNA生物合成的比較(1)復制轉(zhuǎn)錄1.原料

dNTPNTP2.模板

DNA兩條鏈DNA一條鏈3.引物

需要RNA引物不需引物4.新連延伸方向

5’→3’5’→3’5.主要酶類

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類（α2ββ’ωσ）

引物酶終止因子(ρ)DNA連接酶DNA和RNA生物合成的比較(2)復制過程轉(zhuǎn)錄過程模板DNA解旋與解鏈，σ因子辨認起始點,

形成復制叉；帶動全酶解開DNA雙鏈,形成引發(fā)體，促使轉(zhuǎn)錄啟動；合成RNA引物；σ因