1、2022-4-271 第三章第三章 生物信息传递（上）生物信息传递（上） 从从DNA到到RNA逆转录2022-4-272p 转录（转录（transcription) 以以DNA单链单链为模板，为模板，NTP为原料，在依赖为原料，在依赖DNA的的RNA聚合酶催化下合成聚合酶催化下合成RNA链的过程。链的过程。p 模板链（模板链（template strans） 或或无意义链无意义链( antisense strand)：作为模板，按碱基互补配对原则转录成作为模板，按碱基互补配对原则转录成RNA的的DNA链。链。p 编码链（编码链（coding strand）或或有意义链有意义链(sense st
2、rand) 与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转与模板链互补的非模板链，其编码区的碱基序列与转录产物录产物mRNA的序列相同（仅的序列相同（仅T、U互换）。互换）。2022-4-273编码链（编码链（coding strand）模板链（模板链（template strans）2022-4-274相同或相似相同或相似差异差异转录转录复制复制模板模板DNA模板链转录模板链转录两股链均可复制两股链均可复制原料原料核苷三磷酸核苷三磷酸NTPdNTP碱基配对碱基配对 遵从碱基配对原则遵从碱基配对原则A-U;T-A;G-CA-T;G-C聚合酶聚合酶依赖依赖DNA的聚合酶的聚合酶RNA聚合酶聚合酶
3、DNA聚合酶聚合酶产物产物多核苷酸链多核苷酸链mRNA , tRNA , rRNA 等等子代双链子代双链DNA特点特点不对称转录不对称转录半保留、半不连半保留、半不连续复制续复制转录与复制的异同点转录与复制的异同点2022-4-275第一节第一节 RNA转录的基本过程转录的基本过程第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分第三节第三节 启动子与转录的起始启动子与转录的起始第四节第四节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物 mRNA 特征的比较特征的比较第五节第五节 终止与抗终止终止与抗终止第六节第六节 内含子的剪切、编辑及化学修释内含子的剪切、编辑及化学修释2022-4-276第一节第
4、一节 RNA 的的 转录转录一、转录的基本过程一、转录的基本过程模板的识别模板的识别转录的起始转录的起始通过启动子通过启动子转录的延伸转录的延伸转录的终止转录的终止2022-4-277随机扩散随机扩散定向取代定向取代随机行走随机行走模板识别：模板识别：RNA聚合聚合酶与启动子酶与启动子DNA双链双链相互作用并与之相结合相互作用并与之相结合的过程。的过程。2022-4-278启动子（启动子（promoter)：是基因转录起始所必需的一段是基因转录起始所必需的一段DNA序列，是基因表达调控的上游顺式作用元件之一。序列，是基因表达调控的上游顺式作用元件之一。 在原核生物中，在原核生物中， 因子因子辨
5、认辨认-35区，区，全酶全酶与该区结与该区结合形成疏松复合物，继而全酶向合形成疏松复合物，继而全酶向-10区及区及起始位点起始位点移动，移动，到起始位点后全酶与到起始位点后全酶与DNA结合紧密。结合紧密。2022-4-279全酶全酶-启动子形成启动子形成闭合二重复合体闭合二重复合体；闭合复合体转变为闭合复合体转变为开放复合体开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一整合进最初两个核苷酸，形成一个磷酸二酯键，形成个磷酸二酯键，形成三重复合体三重复合体；转录的起始转录的起始原核生物转录的起始原核生物转录的起始2022-4-2710通过启动子通过启动子在酶不需要移动时，即可加在酶不需要移动时，即可加入
6、入9个核苷酸，但在加入核个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放苷酸过程中，随时可能释放RNA；起始成功后，起始成功后，释放出释放出 因子因子。2022-4-2711真核生物转录的起始真核生物转录的起始 真核生物有三种真核生物有三种RNA聚合酶，分别催化不聚合酶，分别催化不同同RNA的合成，每种酶的作用均需一些蛋白辅的合成，每种酶的作用均需一些蛋白辅助因子的参与，将这些因子称为助因子的参与，将这些因子称为转录因子转录因子。 转录因子的转录因子的命名命名冠以聚合酶的名称，如冠以聚合酶的名称，如RNA聚合酶聚合酶II所需的转录因子称为转录因子所需的转录因子称为转录因子II（transcript
7、ion factor II , TF II)。 2022-4-2712 TFs 帮助帮助RNA聚合酶聚合酶识别启动子识别启动子。TFs ( 转录因子）必须先与转录因子）必须先与DNA形成复合物，帮形成复合物，帮助助RNA聚合酶定位到转录起始的位点。聚合酶定位到转录起始的位点。 RNA聚合酶和转录因子在聚合酶和转录因子在DNA上的定位形成上的定位形成前起始复合物前起始复合物，由于转录因子的作用复合物，由于转录因子的作用复合物由由封闭型封闭型转换成转换成开放型开放型。2022-4-2713正常的延伸中，新的正常的延伸中，新的磷酸二酯键磷酸二酯键在特定的活性在特定的活性位点进行；位点进行；(NMP)
8、n + NTP= (NMP)n+1 + PPi转录的延伸转录的延伸2022-4-2714l出现故障时，出现故障时，RNA聚合酶聚合酶停止前进并回撤；停止前进并回撤；l在在RNA的的3端切割，形成端切割，形成新的新的3-OH末端；末端；l重新开始延伸重新开始延伸RNA链。链。2022-4-2715转录的终止转录的终止RNA聚合酶释放，聚合酶释放， RNA链释放，链释放， DNA恢复成双螺旋状态恢复成双螺旋状态2022-4-2716第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分一、一、RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶主要以聚合酶主要以双链双链DNA为模板；为模板；RNA聚合酶聚合酶是转录过程中
9、最关键的酶；每个是转录过程中最关键的酶；每个细胞中约有细胞中约有7 000个个RNA 聚合酶；聚合酶； 任何时候大约任何时候大约2 0002 500个核心酶执行个核心酶执行转录功能。转录功能。2022-4-2717催化中心催化中心：参与核心酶组装及的启动子识别：参与核心酶组装及的启动子识别 全全 酶酶2 2 核心酶核心酶 2 2亚基亚基识别模板链并与启动子结合使转录起始，在识别模板链并与启动子结合使转录起始，在 转录延伸阶段，转录延伸阶段， 亚基与核心酶解离，仅由核心酶亚基与核心酶解离，仅由核心酶参与延伸过程。参与延伸过程。1、原核生物、原核生物RNA聚合酶聚合酶与模板与模板DNA、底物、底物
10、NTP及新生及新生RNA链结合链结合2022-4-2718 核心酶可以核心酶可以DNA为模板合成为模板合成RNA，但不能在正，但不能在正确的位点起始。起始必须有确的位点起始。起始必须有 因子；因子； 因子能够因子能够提高提高酶和启动子识别的特异性，同时也酶和启动子识别的特异性，同时也降低降低酶和非特异酶和非特异位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同位点的亲和力。在某些细菌细胞内含有能识别不同启动子的启动子的 因子，以适应不同生长发育阶段的要求，因子，以适应不同生长发育阶段的要求，调控不同基因转录的起始。调控不同基因转录的起始。 因子因子因子基因功能70rpoD广泛32rpoH热休克54r
11、poN氮代谢2022-4-2719T32蛋白部分变性蛋白部分变性rpoH 表达表达热激蛋白基因转录热激蛋白基因转录热激反应热激反应（heat shock response）正常条件下，核心酶与正常条件下，核心酶与70结合，转录普通基因；结合，转录普通基因；温度升高后，新的转录因温度升高后，新的转录因子表达，激活热激基因的子表达，激活热激基因的表达。表达。32可与可与70竞争核心酶，竞争核心酶，并可迅速降解。并可迅速降解。2022-4-2720 因子与核心酶的解离因子与核心酶的解离-结合对结合对RNA聚合酶功能的影响聚合酶功能的影响核心酶与核心酶与DNA双链的作用比较双链的作用比较松散，结合半寿
12、期约松散，结合半寿期约1 h。核心。核心酶不区分启动子和其他序列。酶不区分启动子和其他序列。 因子加入后，全酶与松散结合因子加入后，全酶与松散结合位点的结合力下降，半寿期位点的结合力下降，半寿期1 s；但与启动子结合可增强但与启动子结合可增强1000倍，倍，半寿期达几个小时。半寿期达几个小时。全酶与启动子结合常数基本反映全酶与启动子结合常数基本反映了启动子的强度。了启动子的强度。2022-4-2721聚合酶前进时，将前聚合酶前进时，将前端的端的DNA双链解旋，双链解旋，在后方则重新结合。在后方则重新结合。聚合酶所保护的聚合酶所保护的DNA序列约为序列约为40 bp，而解，而解旋的旋的DNA区域
13、大约区域大约17 bp，RNA的的3端大约端大约有有2030个核苷酸与个核苷酸与DNA或聚合酶结合，或聚合酶结合，而其中而其中RNA-DNA杂交杂交区仅约区仅约9 bp。2022-4-2722细胞中不同状态细胞中不同状态RNA聚合聚合酶的数量酶的数量每个每个E.coli细胞中含约细胞中含约7000个个RNA 聚合酶；聚合酶；核心酶主要以松散的闭核心酶主要以松散的闭合复合体为主；合复合体为主；足量的足量的因子使三分之因子使三分之一的聚合酶以全酶形式一的聚合酶以全酶形式存在，主要是在非特异存在，主要是在非特异位点的松散复合体和启位点的松散复合体和启动子处的紧密（开放）动子处的紧密（开放）复合体；复
14、合体；约约2500个核心酶正在进个核心酶正在进行转录。行转录。2022-4-2723 2、真核生物、真核生物RNA聚合酶聚合酶酶酶细胞内定位细胞内定位转录产物转录产物相对活性相对活性对对-鹅膏蕈碱的敏感鹅膏蕈碱的敏感程度程度RNA聚合酶聚合酶I核仁核仁rRNA5070不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶II核质核质hnRNA2040敏感敏感RNA聚合酶聚合酶III核质核质tRNA约约10存在物种特异性存在物种特异性 2022-4-2724p 真核生物真核生物RNA聚合酶一般由聚合酶一般由816个亚基所组成。其个亚基所组成。其中中RNA 聚合酶聚合酶II的两个大亚基（的两个大亚基（RPB1和和RPB2
15、）与）与细菌核心酶的两个大（细菌核心酶的两个大（和和）；（）；（RPB3和和RPB11）与与亚基同源；亚基同源；RPB6与与亚基同源。亚基同源。p 真核生物真核生物RNA聚合酶共性：聚合酶中有两个相对分聚合酶共性：聚合酶中有两个相对分子质量超过子质量超过 1 x 105 的大亚基；三类聚合酶有的大亚基；三类聚合酶有“共享共享”小亚基的倾向。小亚基的倾向。2022-4-2725pRNA聚合酶聚合酶I的转录产物是的转录产物是45S rRNA，经剪接修，经剪接修饰后生成除饰后生成除5S rRNA外的各种外的各种rRNA。pRNA聚合酶聚合酶II在核内转录生成在核内转录生成hnRNA，经剪接加，经剪接
16、加工后生成成熟工后生成成熟mRNA被运送到细胞质中作为蛋白被运送到细胞质中作为蛋白质合成的模板。质合成的模板。p 核不均一核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）：核内未被剪接的有内含子的：核内未被剪接的有内含子的mRNA前前体，或是核内体，或是核内mRNA的初级转录产物。的初级转录产物。2022-4-2726pRNA聚合酶聚合酶III的转录产物是的转录产物是tRNA，5S rRNA，snRNA。pSnRNA（small nuclear RNA），即核内小），即核内小RNA，主要存在于核内，是核内，主要存在于核内，是核内100300个核个核苷酸序列的小型
17、苷酸序列的小型RNA，参与，参与RNA的剪接。的剪接。2022-4-2727蟹爪蟹爪2个钳子个钳子RPB1RPB2RNA聚合酶聚合酶的结构的结构活性中心活性中心由由RPB1和和RPB2的的一些区域共同构成一些区域共同构成活性中心裂隙活性中心裂隙位于钳子基部位于钳子基部 当钳子形结构处于开放状态，启动子当钳子形结构处于开放状态，启动子DNA序列序列才能进入，起始基因的转录。才能进入，起始基因的转录。2022-4-27282、转录复合物全酶全酶-启动子形成启动子形成闭合二重复合体闭合二重复合体；闭合复合体转变为闭合复合体转变为开放复合体开放复合体；整合进最初两个核苷酸，形成一个整合进最初两个核苷酸
18、，形成一个磷酸二酯键，形成磷酸二酯键，形成三重复合体三重复合体；在酶不需要移动时，即可加入在酶不需要移动时，即可加入9个核个核苷酸，但在加入核苷酸过程中，随苷酸，但在加入核苷酸过程中，随时可能释放时可能释放RNA；起始成功后，起始成功后，释放出释放出 因子因子。核心酶、核心酶、DNA和新生和新生RNA组成组成转录转录延伸复合物延伸复合物。2022-4-2729RNA聚合酶结合在聚合酶结合在DNA上时，上时，其长度会发生变化其长度会发生变化起始复合物（包括起始复合物（包括 因子因子）结）结合合DNA的长度为的长度为7580bp起始延伸复合物结合起始延伸复合物结合DNA的的长度为长度为5560bp
19、一般延伸复合物结合一般延伸复合物结合DNA的的长度为长度为3040bp2022-4-2730DNA转录循环理论转录循环理论1、NTP填补了开放的底物位点，并在活性填补了开放的底物位点，并在活性位点形成磷脂键；位点形成磷脂键；2、处于聚合酶中心的核酸发生位移，其是、处于聚合酶中心的核酸发生位移，其是连接区连接区螺旋结构由笔直变为弯曲再恢复螺旋结构由笔直变为弯曲再恢复成为笔直状态，为下一轮成为笔直状态，为下一轮RNA的合成留出的合成留出了空的底物位点。了空的底物位点。Pg 742022-4-2731 转录因子（转录因子（transcription factor, TF）：真：真核生物转录起始过程中
20、，除核生物转录起始过程中，除RNA聚合酶之聚合酶之外的其它辅助因子统称为转录因子。外的其它辅助因子统称为转录因子。2022-4-2732一、转录的基本过程模板的识别模板的识别转录的起始转录的起始通过启动子通过启动子转录的延伸转录的延伸转录的终止转录的终止闭合二重复合体闭合二重复合体二、转录的主要机器二、转录的主要机器RNA聚合酶聚合酶转录复合物转录复合物原核生物原核生物真核生物真核生物核心酶核心酶 因子因子开放二重复合体开放二重复合体三重复合体三重复合体转录延伸复合物转录延伸复合物2022-4-2733第三节第三节 启动子与转录的起始启动子与转录的起始一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结
21、构 启动子（启动子（promoter）：是一段位于结构：是一段位于结构基因基因5端上游区的端上游区的DNA序列，能活化序列，能活化RNA聚聚合酶，使之与模板合酶，使之与模板DNA准确地结合并具有转准确地结合并具有转录起始的特异性。录起始的特异性。2022-4-2734 转录单元（转录单元（transcription unit）：是一段：是一段从启动子开始到终止子结束的从启动子开始到终止子结束的DNA序列，序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条到终止子为止，转录出一条RNA链。链。 转录起始位点：转录起始位点：是指与新
22、生是指与新生RNA链第一个链第一个核苷酸相对应核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。为一个嘌呤。2022-4-2735转录单元转录单元（transcription unit）起点起点（startpoint）上游上游（upstream）下游下游（downstream）2022-4-2736启动子区的基本结构细菌启动子特征：细菌启动子特征：1、起点通常是一个、起点通常是一个嘌呤嘌呤；2、起点上游、起点上游10 bp处，有一约处，有一约6 bp的保守区域，称为的保守区域，称为-10 区区（也叫（也叫Pribnow Box），共有序列为：），共有序列为：T A
23、T A A；3、起点上游、起点上游35 bp处，有一约处，有一约 6 bp的保守区，称为的保守区，称为-35区区，共有序列为：，共有序列为：T T G A C A；4、90%的启动子中，的启动子中，-10与与-35区的距离在区的距离在16-19bp之间；之间；两个保守区之间的序列并不重要，但距离很两个保守区之间的序列并不重要，但距离很关键关键。2022-4-27372022-4-2738TATA box：位于：位于RNA聚合酶聚合酶II转录起点上游约转录起点上游约-35-25 bp处的共同序列处的共同序列TATAAA，绝大多数情况下全部，绝大多数情况下全部是是A-T碱基对，只有少数含有碱基对，
24、只有少数含有G-C。CAAT box：在起点上游：在起点上游-78-70 bp处还有另一段共处还有另一段共有序列有序列CCAAT，称为，称为CAAT区。区。GC box：在起点上游：在起点上游-110-80 bp处有一段富含处有一段富含GC碱碱基对的序列（基对的序列（GCCACACCC或或GGGCGGG），称为），称为GC区。区。增强子增强子：能强化转录起始频率的：能强化转录起始频率的DNA序列。序列。真核生物基因中启动子特征：2022-4-2739二、启动子区的识别二、启动子区的识别 RNA聚合酶对启动子的识别是通过与聚合酶对启动子的识别是通过与碱基上的氢键供体和受体在一定距离内互碱基上的氢
25、键供体和受体在一定距离内互补，形成补，形成氢键氢键而实现的。而实现的。 启动子的功能既受启动子的功能既受DNA序列序列的影响，又的影响，又受其受其构象构象的影响。的影响。2022-4-274070的氨基酸与启动子的氨基酸与启动子-10区非模板区非模板链特异碱基的结合链特异碱基的结合2022-4-2741 开链区一般在开链区一般在-9 +13，而酶与启动子结，而酶与启动子结合的区域主要在其上游。合的区域主要在其上游。二元闭合复合物二元闭合复合物二元开链复合物二元开链复合物2022-4-2742 -10与与-35区的距离在区的距离在16-19 bp之间，否之间，否则会降低启动子的活性。即一旦则会降
26、低启动子的活性。即一旦-10与与-35区间的超螺旋结构发生改变，区间的超螺旋结构发生改变，RNA聚合酶聚合酶就难以保持正确的取向。就难以保持正确的取向。2022-4-2743启动子突变启动子突变下降突变下降突变：降低其结构基因转录水平的启动子：降低其结构基因转录水平的启动子突变，称为下降突变。突变，称为下降突变。上升突变上升突变：提高其结构基因转录水平的启动：提高其结构基因转录水平的启动子突变，称为上升突变。子突变，称为上升突变。2022-4-2744 增强子或强化子增强子或强化子(enhancer)：指能强化转录：指能强化转录起始频率的起始频率的DNA序列。序列。增强子的特点增强子的特点：（
27、1）远距离作用；）远距离作用；（2）无方向性；）无方向性；（3）顺式调节；）顺式调节；（4）无物种和基因的特异性；）无物种和基因的特异性；（5）具有组织特异性；）具有组织特异性；（6）有相位性；）有相位性；（7）有的增强子可对外部产生信号。）有的增强子可对外部产生信号。2022-4-2745真核生物启动子真核生物启动子TATA（-35-25）CAAT（-80-70）GC（-110-80）上游启动子元件上游启动子元件（UPE）或上游激活序列上游激活序列（UAS）启动子的作用启动子的作用TATA：使转录精确地起始：使转录精确地起始上游启动子元件：控制转录起始频率上游启动子元件：控制转录起始频率20
28、22-4-27462022-4-2747抑制剂抑制剂DNA模板功能抑制剂，如放线菌素模板功能抑制剂，如放线菌素DRNA聚合酶的抑制物，如聚合酶的抑制物，如- -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱2022-4-2748一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构原核生物原核生物真核生物真核生物2022-4-2749第四节第四节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物 mRNA 特征的比较特征的比较一、原核生物一、原核生物mRNA的特征的特征1、半衰期短、半衰期短基因的连续性基因的连续性转录和翻译在时间和空间上的一致性转录和翻译在时间和空间上的一致性2022-4-27502、许多原核生物、许多原核生物 mRNA 以多
29、顺反子的形式存在以多顺反子的形式存在 操纵子（操纵子（operon）:一组相邻或相互重叠的基因一组相邻或相互重叠的基因, 在基因转录时协同作用，这样一组基因称为在基因转录时协同作用，这样一组基因称为操纵子操纵子（operon）。 多顺反子（多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个蛋：编码多个蛋白质的白质的mRNA称为多顺反子称为多顺反子mRNA 。 单顺反子单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个：只编码一个蛋白质的蛋白质的mRNA称为单顺反子称为单顺反子mRNA。2022-4-2751 - -半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶
30、大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子阻遏蛋白阻遏蛋白2022-4-2752mRNAAUG 之前的之前的5 端上游非编码区端上游非编码区编码区编码区终止密码子之后终止密码子之后3 端下游非编码区端下游非编码区 在原核生物中，一条在原核生物中，一条mRNA链可编码多个蛋白；链可编码多个蛋白；而在真核生物中，一条成熟的而在真核生物中，一条成熟的mRNA链只编码一种链只编码一种蛋白。蛋白。2022-4-2753 在真核生物中一个基因可以编码不同的蛋白在真核生物中一个基因可以编码不同的蛋白质，但一条质，但一条mRNA链只编码一个蛋白质。链只编码一个蛋白质。原因原因：真核生物基因：真核生物基因的不连续性，
31、使得前的不连续性，使得前体体mRNA发生选择性发生选择性剪切，而产生不同的剪切，而产生不同的成熟成熟mRNA，但基因，但基因指的是指的是DNA序列，其序列，其本身不变。本身不变。2022-4-2754l3、原核生物、原核生物mRNA 5端无帽子结构，端无帽子结构，3 端端没有或只有较短的没有或只有较短的poly(A) 结构，在起始密码结构，在起始密码子子AUG上游上游712个核苷酸处有个核苷酸处有6个核苷酸的个核苷酸的保守序列，被称为保守序列，被称为SD序列。序列。 SD序列在与核糖体的结合过程中起作用。序列在与核糖体的结合过程中起作用。2022-4-2755二、真核生物二、真核生物mRNA的
32、特征的特征 基因：产生一条多肽链或功能基因：产生一条多肽链或功能RNA所必需的所必需的全部核苷酸序列。全部核苷酸序列。2022-4-27565 5 Gppp + pppApNpNp. 5 5 GpppApNpNp. + pp + p 在在磷酸酶磷酸酶的作用下，将的作用下，将5-端的磷酸基水解，由端的磷酸基水解，由腺苷腺苷酸转移酶酸转移酶加上鸟苷三磷酸，加上鸟苷三磷酸，形成形成GpppN的结构，再的结构，再由鸟嘌呤由鸟嘌呤-7-甲基转移酶甲基转移酶对对G进行甲基化。进行甲基化。新加的新加的G以反方向与以反方向与5连连接，这一结构称为帽子接，这一结构称为帽子（cap）结构。）结构。1、真核生物、真
33、核生物mRNA的的5端存在端存在“帽子帽子”结构结构2022-4-2757甲基化甲基化只在末端只在末端G的的7位甲位甲基化的帽子称为帽基化的帽子称为帽子子0（cap 0），写），写作作m7GpppX；若第二个核苷酸若第二个核苷酸2-OH甲基化，则甲基化，则称为帽子称为帽子1（cap 1），写作），写作m7GpppXm；若第三个核苷酸若第三个核苷酸2-OH甲基化，则称为甲基化，则称为帽子帽子2（cap 2），），写作写作m7GpppXmpYm。2022-4-2758帽子结构的作用帽子结构的作用:1、提高、提高mRNA的活性及稳定性；的活性及稳定性；2、作为蛋白质合成起始信号的一部分。、作为蛋白质
34、合成起始信号的一部分。2022-4-2759Pol II无特定终止位点？无特定终止位点？2、真核生物、真核生物mRNA的的3端存在端存在poly(A)尾巴尾巴2022-4-2760Pol II无特定终止位点，无特定终止位点，3-OH末端通过在特定位末端通过在特定位点切割后加上点切割后加上poly(A)来来形成。形成。几乎所有真核基因的几乎所有真核基因的3转转录终止位点上游录终止位点上游1530 bp存在保守序列存在保守序列AAUAAA,该序列作为切割和添加该序列作为切割和添加poly(A)位点的信号。位点的信号。2022-4-2761特异组分（特异组分（Cut and polyA Specia
35、l factor, CPSF）识识别别AAUAAA序列；序列；产生正确的末端结构需要产生正确的末端结构需要核核酸内切酶（由酸内切酶（由CFI和和CFII组组成）成）切割切割RNA；激发因子激发因子CstF，结合在切割，结合在切割位点下游一富含位点下游一富含G-U的序列的序列poly(A)聚合酶（聚合酶（PAP）合合成成poly(A)尾部；尾部；2022-4-2762二、真核生物二、真核生物mRNA的特征的特征5端存在端存在“帽子帽子”结构结构3端存在端存在poly(A)尾巴尾巴一、原核生物一、原核生物mRNA的特征的特征半衰期短半衰期短许多许多mRNA以多顺反子的形式存在以多顺反子的形式存在无
36、帽子和尾巴结构无帽子和尾巴结构2022-4-2763大肠杆菌的终止子大肠杆菌的终止子不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止依赖于依赖于因子的终止因子的终止2022-4-2764一、不依赖于一、不依赖于因子的终止因子的终止合成的合成的RNA尾部的序列特征：尾部的序列特征：1、二重对称的序列形成发卡、二重对称的序列形成发卡结构；在发卡结构的茎基部结构；在发卡结构的茎基部富含富含G-C对；发卡结构可减对；发卡结构可减缓或暂停合成；缓或暂停合成；2、尾部有约、尾部有约48个连续的个连续的U；连续的连续的A-U对使杂交链更容对使杂交链更容易分离。易分离。2022-4-27652022-4-2766二、依赖
37、于二、依赖于因子的终止因子的终止 因子是由因子是由 rho 基因编码，分子量为基因编码，分子量为55 KDa 的蛋白质，其活性形式为的蛋白质，其活性形式为六聚体六聚体，在离体，在离体条件下有两种活性，一种是条件下有两种活性，一种是解螺旋酶解螺旋酶的活性，的活性，另一种是另一种是NTP酶酶的活性。的活性。 因子因子可结合于自由可结合于自由RNA链，并沿链，并沿RNA链移动。链移动。2022-4-2767 结合在正在合成的结合在正在合成的RNA链的链的5端，利用端，利用水水解解NTP释放的能量，从释放的能量，从5端向端向3端移动，当端移动，当RNA聚合酶移动到终止子而暂停时，聚合酶移动到终止子而暂
38、停时， 因子达因子达到到RNA的的3-OH端追上并取代了停在终止位点端追上并取代了停在终止位点的的RNA聚合酶，聚合酶， 因子的因子的解螺旋活性解螺旋活性使转录产使转录产物物RNA链从模板链从模板DNA上释放，使转录终止。上释放，使转录终止。2022-4-2768先结合于终止区上游；先结合于终止区上游；沿沿 RNA链移动；链移动；RNA聚合酶在终止子处暂聚合酶在终止子处暂停；停；因子追上聚合酶并使之解因子追上聚合酶并使之解离，并拆分离，并拆分RNA-DNA杂交杂交链。链。2022-4-2769三、抗终止三、抗终止q 1、破坏终止位点、破坏终止位点RNA的茎环结构的茎环结构 在原核生物中，转录和
39、翻译相偶联。当介在原核生物中，转录和翻译相偶联。当介质中氨基酸减少时，相对应的携带这种氨基酸质中氨基酸减少时，相对应的携带这种氨基酸的的tRNA也减少，使得核糖体不能顺利通过串也减少，使得核糖体不能顺利通过串联密码子，而破坏了联密码子，而破坏了mRNA的的茎环结构茎环结构，使得，使得转录不能终止。转录不能终止。2022-4-2770q 2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止、依赖于蛋白质因子的转录抗终止 噬菌体中的噬菌体中的N N蛋白具有抗转录终止的作用。蛋白具有抗转录终止的作用。DNA序列序列A区（区（CGCTCTTA）二重对称序列二重对称序列结合结合N蛋白蛋白结合结合NusARNA聚合酶结合结合
40、 随后随后NusG，S10，NusB都结合在都结合在Nut位点，形位点，形成复合物，使成复合物，使RNA聚合酶构象改变，对终止信号不聚合酶构象改变，对终止信号不敏感，使敏感，使RNA链的合成继续。链的合成继续。2022-4-27711.转录的基本过程？转录的基本过程？2.终止子的类型，它们各自的作用机理？终止子的类型，它们各自的作用机理？3.细菌及真核生物启动子的特征？细菌及真核生物启动子的特征？4.原核生物及真核生物原核生物及真核生物 mRNA 特征特征?5.什么是多顺反子？什么是单顺反子？什么是多顺反子？什么是单顺反子？2022-4-2772一、一、RNA中的内含子中的内含子不连续基因（不
41、连续基因（interrupted / discontinuous gene，split gene，断裂基因）：，断裂基因）：真核生物基因真核生物基因除了与除了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些相对应的编码序列外，还含有一些不编码序列插在编码序列之间，这些不编码序列不编码序列插在编码序列之间，这些不编码序列在加工为成熟的在加工为成熟的mRNA时被去除。这样的基因称时被去除。这样的基因称为不连续基因或断裂基因。为不连续基因或断裂基因。2022-4-2773l外显子（外显子（exon）：基因中与：基因中与mRNA一致的序一致的序列。一个基因总是以外显子为起点和终点。列。一个基因总是以外显子为起
42、点和终点。l内含子（内含子（intron）：基因中编码序列之间的：基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为介入序列，在原初转录物加工为mRNA时被时被去除。去除。2022-4-2774 内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的共有序列，左端（上游）为的保守的共有序列，左端（上游）为GU，右端（下，右端（下游）为游）为AG。这一现象称为。这一现象称为GU-AG规则规则。左端的位点也叫左端的位点也叫供体位点（供体位点（donor site）或者或者5，右端也叫右端也叫受体位点（受体位点（acceptor site）或者或者3。2022-4
43、-2775内含子的结构特点内含子的结构特点GU-AG法则法则3端附近有一段端附近有一段1020个嘧啶核苷个嘧啶核苷酸的区域酸的区域5端有保守序列端有保守序列5-GUPuAGU-33 端上游端上游1850个核苷酸处有保守个核苷酸处有保守序列序列Py80NPy87Pu75APy95（分支位点）分支位点）3A/CAG GUPuAGU A Py rich AG G55剪接位点剪接位点分支点分支点3剪接位点剪接位点内含子内含子外显子外显子外显子外显子2022-4-2776剪接体的组装和剪接过程剪接体的组装和剪接过程内含子释放进一步与进一步与U4、U5、U6三聚体三聚体结合，形成结合，形成 60 S 60
44、 S 剪接体剪接体U1释放，释放，U5从内含子区移到外从内含子区移到外显子区，显子区，U6结合在结合在5剪切位点剪切位点U1结合在结合在5剪切位点，剪切位点，U2AF结合在多嘧啶区结合在多嘧啶区U2结合在分支点，形成结合在分支点，形成剪接前体剪接前体U4释放，U6/U2催化5剪切，U5结合在3剪切位点U2/U5/U6催化催化3剪切剪切二、二、mRNA的剪接的剪接2022-4-2777 组成性剪接组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通：在高等真核生物中，内含子通常是有序或组成性地从常是有序或组成性地从mRNA前体中被剪接，前体中被剪接，这种剪接方式称为组成性剪接。这种剪接方式称为组成性剪接。 变
45、位剪接变位剪接：又叫选择性剪接，指在剪接过程：又叫选择性剪接，指在剪接过程中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变位剪接，产生出不同接位点进行变位剪接，产生出不同mRNA，这种剪接方式称为变位剪接。这种剪接方式称为变位剪接。2022-4-2778内含子类型内含子类型细胞内定位细胞内定位GU-AG细胞核，前细胞核，前mRNA（真核）（真核）AU-AC细胞核，前细胞核，前mRNA（真核）（真核）I 类内含子类内含子细胞核，前细胞核，前rRNA（真核）（真核）,细胞细胞器器RNA，少数细菌，少数细菌RNAII 类内含子类内含子细胞器细胞器RNA，部分细
46、菌，部分细菌RNAIII 类内含子类内含子细胞器细胞器RNA双内含子双内含子细胞器细胞器RNAtRNA前体中的内含子前体中的内含子细胞核，细胞核，tRNA前体（真核）前体（真核）内含子的类型内含子的类型2022-4-2779I 类内含子（类内含子（Group I ） 出现于低等真核生出现于低等真核生物四膜虫物四膜虫pre-RNA。在真菌线粒体中很普在真菌线粒体中很普遍。也存在于噬菌体遍。也存在于噬菌体T4和细菌中。这类内和细菌中。这类内含子含子具有自我剪接具有自我剪接（self-splicing / autosplicing）的能力）的能力。2022-4-2780 GNP的的3-OH攻击攻击内
47、含子内含子5端，形成端，形成G-内含子，和外显子部内含子，和外显子部分；分； 分离的外显子分离的外显子3-OH攻击下一个外显子攻击下一个外显子的的5端；端； 释放的内含子释放的内含子3-OH攻击自身攻击自身5端端15碱碱基处。基处。类内含子的剪接主要是类内含子的剪接主要是转酯反应转酯反应2022-4-2781 具有具有9个配对区（双螺个配对区（双螺旋区），其中旋区），其中P4、P7比较比较保守；保守； P3、P4、P6、P7形成形成内含子的内含子的“核心核心”，是可进，是可进行具催化反应的最小区域；行具催化反应的最小区域； P1包括一段外显子，称包括一段外显子，称为为IGS（internal
48、guide sequence）。）。I 类内含子的一般二级结构类内含子的一般二级结构2022-4-2782 类内含子主要存在于真核生物的线粒类内含子主要存在于真核生物的线粒体和叶绿体体和叶绿体rRNA基因中。基因中。 两步反应都通过酯基两步反应都通过酯基转（转（transesterification）进行。进行。 分支位点分支位点A残基残基2-OH攻击攻击5位点。位点。 上游外显子上游外显子3-OH攻击攻击3位点。位点。2022-4-2783 剪接的第一步，分支位点剪接的第一步，分支位点A残基残基2 OH 攻击内含子攻击内含子5位点，位点，使内含子使内含子5 端与上游外显子之间端与上游外显子之
49、间断裂；断裂； 5端与内含子中靠近端与内含子中靠近3端的端的一一A 残基残基2-OH 形成一形成一索套形索套形中中间产物间产物; A 所在位点称为所在位点称为分支位分支位点（点（branch site）; 第二步，上游外显子第二步，上游外显子3 OH 攻击攻击3位点，在位点，在3位点切割，释位点切割，释放出内含子，连接两个外显子。放出内含子，连接两个外显子。II 类（类（group II）内含子的剪接）内含子的剪接2022-4-2784翻译翻译转录转录末端修饰末端修饰剪接剪接 RNA剪接、加剪接、加工均发生于核内。工均发生于核内。 翻译发生于细胞质中的核糖体上。2022-4-27851、RNA
50、的编辑的编辑 指某些指某些RNA，特别是在，特别是在mRNA中中插入插入、删除删除或或取代取代一些核苷酸残基，导致一些核苷酸残基，导致DNA所编所编码遗传信息的改变，从而翻译出多种氨基酸码遗传信息的改变，从而翻译出多种氨基酸序列不同的蛋白质。结果使成熟序列不同的蛋白质。结果使成熟mRNA的核的核苷酸序列不同于前体，也不同于苷酸序列不同于前体，也不同于DNA模板，模板，使遗传信息在使遗传信息在mRNA水平上发生改变。水平上发生改变。2022-4-2786介导介导RNA编辑的机制有两种：编辑的机制有两种：a、脱氨基作用、脱氨基作用b、引导、引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除指导的尿嘧啶插入或删除20
