基因转录转录后加工及逆转录ppt课件

第十三章第十三章 基因的转录、转录后加工及逆转录基因的转录、转录后加工及逆转录转转 录录翻翻 译译复复 制制基因的遗传:DNA基因的表达:DNA RNA Protein复制复制转录转录翻译翻译 转录(transcription)以单链DNA为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA的过程。复复 制制转转 录录模模 板板其中一股链模板链其中一股链模板链两股链两股链原原 料料dNTPNTP聚合酶聚合酶DNADNA依赖的依赖的DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA依赖的依赖的RNARNA聚合酶聚合酶产产 物物DNAmRNA,tRNA,rRNA复制与转录的比较复制与转录的比较碱基配对碱基配对A-T；G-CA-U,T-A；G-C相关概念相关概念模板链模板链template strand反意义链反意义链antisense strand负链负链minus strand WatsonW链链编码链编码链coding strandcoding strand有意义链有意义链sense strandsense strand正链正链plus strandplus strand CrickCrickC C链链5 编码链编码链 AGCTCCAGGTTCCATGGCTAACG33 模板链模板链 TCGAGGTCCAAGGTACCGATTGC55 mRNA CUCCAGGUUCCAUGGCUA 3mRNA与编码链序列根本一致与编码链序列根本一致 不对称转录不对称转录asymmetric transcriptionasymmetric transcription 不同基因的模板链不同基因的模板链,并不固定在并不固定在DNADNA双链上的某一双链上的某一链链,但转录方向总是但转录方向总是5 35 3，因此不同基因的转录，因此不同基因的转录方向不同。方向不同。编码链编码链模板链模板链模板链模板链编码链编码链5335基因基因1 1 转录方向转录方向 基因基因2 2 转录方向转录方向 5533第一节第一节 参与转录的酶类参与转录的酶类一、原核生物的一、原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶RNA polRNA pol 亚亚 基基功功 能能参与全酶组装及全酶识别启动子参与全酶组装及全酶识别启动子与原料与原料NTPNTP及新生及新生RNARNA链结合，链结合，与模板与模板DNADNA结合结合识别启动子，识别转录起始点识别启动子，识别转录起始点中心酶中心酶全全 酶酶催化催化3535磷酸二酯键磷酸二酯键 因子因子 亚基亚基 转录起始因子转录起始因子 以分子量命名以分子量命名 e.g.70 分子量分子量70kDa rpoH 基因基因 32 热激形状热激形状启动子启动子 hsp基因基因53Hspheat shock proteins5533 54 参与氮源利用基因的转录参与氮源利用基因的转录 E 参与细菌鞭毛生成基因的转录参与细菌鞭毛生成基因的转录二、真核生物的二、真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶RNA polRNA polIIIIII定位定位转录产物转录产物对抑制剂鹅膏蕈碱对抑制剂鹅膏蕈碱敏感性敏感性核仁核仁核质核质核质核质45SrRNAtRNA,5SrRNA,snRNAhnRNA不敏感不敏感敏感敏感不同物种敏感性不同不同物种敏感性不同RNA Pol I 45SrRNA 5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNARNA Pol III 5SrRNA tRNA RNA Pol II hnRNA mRNA 原核生物原核生物RNA Pol RNA Pol IRNA Pol III 100KD100KD 19KD40KDRNA Pol II 100KD100KD 44KD44KD真核生物真核生物RNA Pol 第二节第二节 转录过程转录过程 转录起始转录起始 转录延伸转录延伸 转录终止转录终止一、转录起始一、转录起始 1、原核生物转录起始、原核生物转录起始 原核生物启动子特征：原核生物启动子特征：-10 bp：Pribnow 盒盒 5-TATAAT-3 -35 bp：5-TTGACA-3 5-TTGACA-TATAAT-3编码链编码链-35 bp-10 bp+1bp上游上游下游下游调控序列启动子调控序列启动子构造基因构造基因53 启动子的方向性启动子的方向性封锁型转录起始复合物封锁型转录起始复合物 开放型转录起始复合物开放型转录起始复合物35bp10bp2、真核生物转录起始、真核生物转录起始 蛋白辅助因子蛋白辅助因子 转录因子转录因子 TF-I RNA pol I TF-II RNA pol II TF-III RNA pol III 转录因子转录因子transcription factor,TF：能直接或间接：能直接或间接与与 构造基因上游的调控序列构造基因上游的调控序列DNA序列或序列或RNA pol 结合，影响转录的蛋白质因子。结合，影响转录的蛋白质因子。1RNA pol II催化的转录起始催化的转录起始 真核生物启动子特征：真核生物启动子特征：-90 bp：GC盒盒 (顺式作用元件顺式作用元件 5-GGGCGG-3 -70 bp：CAAT盒盒 5-GGC(T)CAATCT-3 -30 bp：TATA盒盒(Hogness 盒盒)5-TATAA(T)AAT-3 转录因子转录因子：TF-AJ 反式作用因子反式作用因子TF-II HTATATF-II DTF-II ATF-II BRNA pol IITF-II FTF-II ETF-II J解开解开DNA双螺旋双螺旋蛋白激酶蛋白激酶ATPtase真核生物真核生物RNA-pol II不直接与不直接与DNA分子结合，需依托众多的转录因子。分子结合，需依托众多的转录因子。各转录因子各转录因子TF-II功能功能TF-II D：与启动子的：与启动子的TATA盒结合盒结合TF-II A：构成：构成TF-II AD复合物，防止抑制因子结合复合物，防止抑制因子结合TF-II B：作为其他因子结合的桥梁：作为其他因子结合的桥梁TF-II F：与：与RNA pol II结合结合TF-II E：ATP酶活性，为转录起始处的部分解链提供能量。酶活性，为转录起始处的部分解链提供能量。TF-II J：TF-II H：解开：解开DNA双链双链 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使RNA pol II的的C端多个丝氨酸残基磷酸化端多个丝氨酸残基磷酸化2RNA pol I催化的转录起始催化的转录起始+1bp中心元件中心元件上游调控元件上游调控元件3上游结合因子上游结合因子 UBF53中心元件中心元件上游调控元件上游调控元件上游结合因子上游结合因子 UBFTAFTBPTATARNA pol I3RNA pol III催化的转录起始催化的转录起始A盒盒B盒盒+1bpTF III CTF III BRNA pol IIItRNAA盒盒B盒盒+1bpTF III CTF III BRNA pol III5sRNAC盒盒TF III A二、转录延伸二、转录延伸1 1、部分单链构成：、部分单链构成：RNARNA聚合酶向下游挪动时，使聚合酶向下游挪动时，使DNADNA双链解开双链解开(10(1020bp)20bp)2 2、向下游滑动：、向下游滑动：因子因子 原核生物原核生物 TF II H TF II H真核生物真核生物 NTP NTP中焦磷酸中焦磷酸、水解原核、真核生物水解原核、真核生物3 3、解除部分张力：拓扑异构酶、解除部分张力：拓扑异构酶转录泡：转录泡：RNA聚合酶聚合酶-DNA模板模板-RNA转录产物结合在一同构成的复合物转录产物结合在一同构成的复合物A:U A:T三、转录终止三、转录终止 原核生物转录终止原核生物转录终止 1 因子依赖的转录终止因子依赖的转录终止 转录终止信号转录终止信号RNA上一段富含上一段富含C的序列的序列 因子因子 六聚体，具六聚体，具ATP酶活性酶活性水解水解ATP供能供能 解链酶解链酶解开解开DNA/RNA杂合链，杂合链，RNA链释放链释放 2 因子非依赖的转录终止因子非依赖的转录终止 GC 丰富区丰富区 茎茎-环构造环构造改动改动RNA聚合酶构象，停顿转录聚合酶构象，停顿转录 延续延续 T 序列序列 A=U配对区，不稳定配对区，不稳定 RNA链释放链释放GGCGCCCGGGCGCCTTTTTTTT 5353CCGCGGGCCCGCGGAAAAAAAAGCGCCGGCCGCGCGUUUUU35四、转录抑制剂四、转录抑制剂 1、作用于、作用于DNA模板的转录抑制剂模板的转录抑制剂 放线菌素放线菌素D：插入双链：插入双链DNA的的dG.dC 之间之间 阻止阻止RNA转录延伸转录延伸(低浓度低浓度)抑制抑制RNA转录起始转录起始(高浓度高浓度)2、作用于、作用于RNA聚合酶的转录抑制剂聚合酶的转录抑制剂 利福平利福平(利福霉素利福霉素)：与原核生物：与原核生物RNA聚合酶聚合酶亚基结合亚基结合 抑制抑制RNA转录起始转录起始 治疗结核杆菌治疗结核杆菌 鹅膏蕈碱：真核生物鹅膏蕈碱：真核生物RNA聚合酶聚合酶II 第三节第三节 转录后的加工转录后的加工几种主要的加工方式几种主要的加工方式1.1.剪接剪接(splicing)(splicing)2.2.剪切剪切(cleavage)(cleavage)3.3.修饰修饰(modification)(modification)4.4.添加添加(addition)(addition)一、原核生物转录后加工自学一、原核生物转录后加工自学二、真核生物转录后加工二、真核生物转录后加工 1、rRNA转录后加工转录后加工:剪切、甲基化修饰、与蛋白质结合剪切、甲基化修饰、与蛋白质结合18S18S5.8S5.8S28S28S18S18S5.8S5.8S28S28S5S5S小亚基小亚基大亚基大亚基核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)具有催化活性的具有催化活性的RNARNA称为核酶，意为可切割特异性称为核酶，意为可切割特异性RNARNA序列的序列的RNARNA分子。分子。异体催化或本身催化。异体催化或本身催化。核酶二级构造核酶二级构造槌头状茎环构造槌头状茎环构造(hammerhead structure)(hammerhead structure)e.g.e.g.四膜虫四膜虫 26SrRNA 26SrRNA前体，本身剪接，去除前体，本身剪接，去除414414核苷酸片段。核苷酸片段。同一分子上包括有催化部位和底物部位同一分子上包括有催化部位和底物部位 催化部位和底物部位组成槌头构造催化部位和底物部位组成槌头构造 酶酶 核酶核酶种类种类 多多 少少反响反响 广泛广泛 局限核酸局限核酸2、tRNA转录后加工：剪切、剪接、碱基修饰转录后加工：剪切、剪接、碱基修饰TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNA pol 前体前体tRNAtRNARNAasePtRNA核苷酸转移酶、衔接酶核苷酸转移酶、衔接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰2复原反响复原反响 如：如：U DHU4脱氨反响脱氨反响 如：如：A I 如：如：A Am1甲基化甲基化 3核苷内的转位反响核苷内的转位反响 如：如：U 2 2 1 1 1 1 3 3 4 43、mRNA转录后加工转录后加工1)51)5端加帽端加帽(m7GpppGpN)(m7GpppGpN)5 pppGpN5 GpppGpNpppG ppi鸟苷酰鸟苷酰转移酶转移酶5 m7GpppGpN甲基转移酶甲基转移酶SAM5 ppGpN磷酸酶磷酸酶 Pi帽子构造帽子构造17G5 m7GpppGpN5 m7GpppGmpNm5 m7GpppGmpN1.维护维护mRNA不被核酸外切酶水解不被核酸外切酶水解2.与帽结合蛋白结合，识别核糖体与帽结合蛋白结合，识别核糖体意义意义2)32)3端加尾端加尾(polyA)(polyA)AAAAAAAAA TTTTTTTTTT 5533AAAAAAAAA53?AATAAAGTTTATTT CA AAUAAAGU535533剪切位点剪切位点AAUAAAAAAAAAA(A)n53 polyA聚合酶聚合酶ATPPPi剪切信号剪切信号mRNA意义意义添加添加mRNA稳定性稳定性3)mRNA3)mRNA的剪接的剪接断裂基因断裂基因(splite gene)(splite gene)CABD编码区编码区 A A、B B、C C、D D非编码区非编码区真核生物构造基因，由假设干个编码区和非编码区相互间隔但又真核生物构造基因，由假设干个编码区和非编码区相互间隔但又延续镶嵌而成，去除非编码区再衔接后，可翻译出由延续氨基酸延续镶嵌而成，去除非编码区再衔接后，可翻译出由延续氨基酸组成的完好蛋白质，这些基因称为断裂基因。组成的完好蛋白质，这些基因称为断裂基因。DNAmRNA 53外显子外显子(exon)(exon)和内含子和内含子(intron)(intron)外显子外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核苷酸序的核苷酸序列。列。编码区编码区 内含子内含子 断裂基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核苷酸序列。断裂基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核苷酸序列。非编码区非编码区555535333外显子外显子内含子内含子外显子外显子外显子外显子内含子内含子555535333外显子外显子内含子内含子外显子外显子外显子外显子内含子内含子5GU-UACUAAC-AG 3 5和和3剪接点：剪接点：GU-AG规那么规那么 分支点分支点 剪接体剪接体 snRNPsnRNA+蛋白质蛋白质5335剪接体剪接体鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转 录、录、转转录录后后加加工工鸡卵清蛋白基因鸡卵清蛋白基因hnRNA加帽、加尾修饰加帽、加尾修饰hnRNAhnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNAmRNA4 4mRNAmRNA编辑编辑(mRNA editing)(mRNA editing)在前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸。在前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸。人类人类apo B基因基因 mRNA14500个核苷酸个核苷酸肝脏肝脏apo B100分子量为分子量为500 000肠道细胞肠道细胞apo B48分子量为分子量为240 000mRNA编辑编辑4536 a.a2152 a.aCAA谷氨酰胺谷氨酰胺 UAA终止密码子终止密码子第第2153 a.a RNA编辑意义：基因的编码序列经过转录后编辑加工，可以分化成多用编辑意义：基因的编码序列经过转录后编辑加工，可以分化成多用途的编码序列，在不添加基因组途的编码序列，在不添加基因组DNA遗传信息容量的前提下，大大添遗传信息容量的前提下，大大添加了加了mRNA信息容量。信息容量。人类基因组方案：预测：人类基因组方案：预测：5至至10万个基因万个基因 实践：实践：35000个基因个基因 印证了印证了RNA编辑的存在编辑的存在遗传信息在程度发生改动遗传信息在程度发生改动一种构造基因产生不止一种蛋白质一种构造基因产生不止一种蛋白质第四节第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因逆转录、逆转录病毒及癌基因一、转录与逆转录一、转录与逆转录DNARNA转录转录逆转录逆转录二、逆转录酶与逆转录病毒二、逆转录酶与逆转录病毒 逆转录酶：逆转录酶：RNA 依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶 逆转录病毒：逆转录病毒：RNA病毒病毒 逆转录酶的活性：逆转录酶的活性：RNA依赖的依赖的DNA聚合功能聚合功能 RNA水解水解 DNA依赖的依赖的DNA聚合功能聚合功能RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+)DNA(-)三、逆转录病毒的生活周期三、逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的基因组：两个完全一样的单链逆转录病毒的基因组：两个完全一样的单链RNA分子。分子。RNA病毒病毒DNA前病毒前病毒子代子代RNA病毒病毒RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+)mRNAmRNAprotein基因组基因组RNA四、癌基因、原癌基因和抑癌基因四、癌基因、原癌基因和抑癌基因癌基因：在病毒基因组中的一类参与细胞恶性癌基因：在病毒基因组中的一类参与细胞恶性 转化，转化，引起动物肿瘤的基因。引起动物肿瘤的基因。鸡肉瘤病毒鸡肉瘤病毒ASV：src基因，编码蛋白酪氨酸激酶，参与蛋白基因，编码蛋白酪氨酸激酶，参与蛋白质中酪氨酸磷酸化。质中酪氨酸磷酸化。原癌基因：在正常细胞基因组中的一类与癌基因同源，原癌基因：在正常细胞基因组中的一类与癌基因同源，被逆转录病毒获得后，能突变成有致肿瘤作用的基因。被逆转录病毒获得后，能突变成有致肿瘤作用的基因。抑癌基因：抑癌基因：分裂增殖分裂增殖分化成熟分化成熟