生物信息的传递上.ppt

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1、第三章 生物信息的传递（上）从DNA到RNA,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,Contents,一、基本概念,生物体以DNA为模板合成RNA的过程。,转录(transcription)：,参与转录的物质,原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白质因子,RNA合成方向：5 3,转录的不对称性：,在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。,编码链与模板链,与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链；将另一条根据碱

2、基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链。,模板链并非永远在同一条单链上,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。,结构基因：,转录单元（transcription unit）,一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,Contents,二、参与转录起始的关键酶与元件,（一）RNA聚合酶,原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌为例）,全酶=核心酶+因子,大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析,真核生物RNA聚合酶,真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较,RNA聚合

3、酶与DNA聚合酶的区别,（二）启动子(promoter),启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。,原核生物启动子结构,Pribnow,41-44bp,TTGACA区：提供了RNA聚合酶全酶识别的信号,TATA区：酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）,转录起点,与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。,大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区,T85T83G81A61C69A52,T89A89T50A65A100,典型启动子的结构,-35-10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp,真核生物启动子,真核生物启动子的结

4、构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）,1、核心启动子,定义：指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区,作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始,TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50,2、上游启动子元件,包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等,作用：控制转录起始频率。,CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bp,SV40 早期启动子组蛋白H2B,TATA,CAAT

5、,GC,（三）转录起始复合物,原核生物转录起始复合物,转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始,真核生物转录起始复合物,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,Contents,三、转录的基本过程,1、起始位点的识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。,2、转录起始,RNA链上第一个核甘酸键的产生,3、RNA链的延伸,亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核

6、心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。,核心酶 DNA RNA,4、转录终止,终止子（terminator，t）强终止子内部终止子 弱终止子 需要因子（rho factor）又称为依赖性终止子（Rho-dependent terminator）,不依赖Rho()因子的转录终止依赖Rho()因子的转录终止,不依赖因子的终止,终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，转录出RNA形成发夹结构；,在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，RNA的3端为寡聚U,发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。,终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度 效率,依赖因子

7、的终止,因子：六聚体蛋白、水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。,Contents,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,四、转录后加工,5端加帽3端加尾RNA的剪接RNA的编辑,5端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5端的这种结构称为帽子（cap）。,1、在5端加帽,m7Gppp,鸟甘酸转移酶,帽子结构功能：能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5末端，以保护mRNA免受5核酸外

8、切酶的降解，增强mRNA的稳定。,2、3端加尾,多聚腺苷酸尾巴,AAUAAA：准确切割加poly（A）,多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。,3、RNA的剪接,地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/4,生物体内内含子的主要类型：GU-AG、AU-AC、类内含子、类内含子,5.AAGUAAGU.CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3,Intron,exon,exon,Polyprimidine,CAG=UAG AAG GAG,参与RNA剪接的物质：,snRNA（核内小分子RNA）snRNP（与snRNA结合的核蛋白）,类内含子的自我剪接,类内含子的自我剪接,4、RN

9、A的编辑,编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。,C变为U,碱基的突变,尿苷酸的缺失和添加,在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。,锥虫coxII 基因的编辑,特异性的化学修饰,甲基化、去氨基化、硫代、碱基的同分异构化、二硫键的饱和化、不常见的核苷酸替代等具有位点的特异性,非编码RNA的名称与缩写符号,Noncoding RNAs(ncRNAs)in eukaryotesSmall RNA(sRNA)in bacteriaSmall nuclear RNAs(sn

10、RNAs)Small nucleolar RNAs(snoRNAs)MicroRNA(miRNA)Small temporal RNAs(stRNAs)Small interfering RNAs(siRNAs)RNA interference(RNAi)Guide RNAs(gRNAs)tRNA/mRNA:tmRNA,C/D盒snoRNAs:引导rRNA甲基化C/D盒snoRNAs:引导snRNA甲基化C/D盒snoRNAs:未鉴定目标H/ACA盒snoRNAs:引导rRNA假尿嘧啶化H/ACA盒snoRNAs:引导snRNA假尿嘧啶化H/ACA盒snoRNAs:未鉴定目标H/ACA盒和C/

11、D盒snoRNAs:脑特异性，未鉴定目标位于mRNA编码区内的RNAs位于mRNA的5-或3-端非编码区的RNAs类似重复因子的RNAs未知序列和结构的snmRNAs,snoRNA的类别和功能,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,Contents,五、原核生物与真核生物mRNA的特征比较,1、原核生物mRNA的特征 半衰期短 多以多顺反子的形式存在,多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。,单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。,结构基因,Z：-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰基转移酶

12、,5 端无“帽子”结构，3 端没有或只有较短的poly（A）结构。,SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。,2、真核生物mRNA的特征,5 端存在“帽子”结构,多数mRNA 3 端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）,以单顺反子的形式存在,“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。,原核生物和真核生物mRNA结构的比较,基本概念 转录起始：RNA聚合酶、启动子 转录的基本过程 转录后加工 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 RNA合成与DNA合成异同点,Contents,六、RNA合成与DNA合成异同点,相同点：1、都以DNA链作为模板2、合成的

13、方向均为53 3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3,5-磷酸 二酯键，使核苷酸链延长。,不同点：,中国科学院2001年硕士研究生入学考试：名词解释：Transcription;Reverse transcription,1、下列有关TATA盒(Hognessbox)的叙述,哪个是正确的:A.它位于第一个结构基因处B.它和RNA聚合酶结合C.它编码阻遏蛋白D.它和反密码子结合,B,2.转录需要的原料是:dNTPB.dNDP C.dNMP D.NTP E.NMP,D,3、DNA模板链为 5-ATTCAG-3,其转录产物是:A.5-GACTTA-3 B.5-CTGAAT-3 C.5-UAAGUC-

14、3 D.5-CUGAAU-3,D,4、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描述哪项是错误的?A.转录以DNA一条链为模板,而以DNA两条链为模板进行复制 B.在这两个过程中合成均为5-3方向 C.复制的产物通常情况下大于转录的产物 D.两过程均需RNA引物,D,5、真核生物的mRNA加工过程中,5端加上（），在3端加上（），后者由（）催化。如果被转录基因是不连续的，那么，（）一定要被切除，并通过（）过程将（）连接在一起。,帽子结构、多聚腺苷酸尾巴、poly(A)聚合酶、内含子、剪接、外显子,6、10位的（）区和35位的（）区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力

15、。,TATA、TTGACA,7、决定基因转录基础频率的 DNA 元件是（），它是（）的结合位点,启动子、RNA聚合酶,8、原核生物 RNA 聚合酶核心酶由（）组成，全酶由（）组成。,2、2,9、下面那一项不属于原核生物mRNA的特征（）A：半衰期短 B：存在多顺反子的形式 C：5端有帽子结构 D：3端没有或只有较短的多聚（A）结构,10、比较RNA转录与DNA复制，下列哪些是正确的？A.都在细胞核内进行 B.转录是连续的 C.链的延长均为53 D.与模板链的碱基配对均为GC,11、真核细胞中的mRNA帽子结构是（）A.7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸 B.7-甲基尿嘧啶核苷三磷酸 C.7-甲基腺嘌呤核苷三磷酸 D.7-甲基胞嘧啶核苷三磷酸,12、下面哪一项是对三元转录复合物的正确描述（）（A）因子、核心酶和双链DNA在启动子形成的复合物（B）全酶、模板DNA和新生RNA形成的复合物（C）三个全酶在转录起始点形成的复合物（D）因子、核心酶和促旋酶形成的复合物,简答题：举出DNA 序列上对转录过程十分重要的序列和结构原核生物同真核生物mRNA 的区别。RNA 的剪切种类及其机制转录终止的过程简述转录的调控,