遗传信息的表达

第 五 章 遗 传 信 息 的 表 达 第 一 部 分 转 录 （ tramscription） 转 录 ( transcription ) 生 物 体 以 DNA为 模 板 合 成 RNA的 过 程转录 RNADNA 参 与 转 录 的 物 质 ：原 料 : 4种 NTP ( ATP, UTP, GTP, CTP ) 模 板 : DNA 酶 : RNA聚 合 酶其 他 蛋 白 质 因 子 第 一 节 模 板 和 酶 一 模 板 53 35模板链编码链（ coding strand）结 构 基 因 （ structural gene ）编码链模板链（ template strand） 不 对 称 转 录 （ asymmetric transcription）* 在 DNA分 子 双 链 上 某 一 区 段 ， 一 股 链 可 转 录 ， 另 一 股 链 不 转 录 ；* 模 板 链 并 非 永 远 在 同 一 单 链 上 。 36512 决定哪些基因被转录 150618 催化功能 155613 结合DNA模板 70263 辨认起始点亚 基 分 子 量 功 能二 RNA 聚 合 酶1 原 核 生 物 的 RNA聚 合 酶 : 核 心 酶 core enzyme全 酶 holoenzyme 2 真 核 生 物 的 RNA聚 合 酶 种类 对鹅膏蕈碱 的反应45S-rRNA hnRNA 5S-rRNAtRNA、snRNA耐受极敏感中度敏感转录产物 三 模 板 和 酶 的 辨 认 、 结 合 一 个 转 录 区 段 可 视 为 一 个 转 录 单 位 ，称 为 操 纵 子 （ operon， 包 括 若 干 个 结 构 基因 及 其 上 游 的 调 控 序 列 。 53 35结 构 基 因调 控 序 列 RNA-pol 启 动 子 （ promoter )RNA 聚 合 酶 结 合 模 板 DNA的 部 位 ， 称 为 启 动 子 的 研 究 ： (RNA聚 合 酶 保 护 法 )5 5RNA聚 合酶 保 护 区 结 构 基 因 保守序列 （一致性序列）开 始 转 录T T G A C AA A C T G T-35 区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区1-30-5 0 10-10-40 -205 3 3 5 第 二 节 转 录 过 程 一 转 录 起 始转 录 起 始 需 解 决 两 个 问 题 ： 1 、 RNA聚 合 酶 必 须 准 确 地 结 合 在 转 录 模 板 的 起 始 区 域 2 、 DNA双 链 解 开 ， 使 其 中 的 一 条 链 作 为 转 录 的 模 板 （ 一 ） 原 核 生 物 的 转 录 起 始2 DNA双 链 解 开 , 形 成 转 录 空 泡1 RNA聚 合 酶 全 酶 (2 ) 与 模 板 结 合 3 在 RNA聚 合 酶 作 用 下 发 生 第 一 次 聚 合 反 应 5 -pppGpN OH + ppiRNApol - DNA - pppGpN- OH pppGNTPpN - OHppi起 始 复 合 物 :5-pppG -OH + NTP （ 二 ） 真 核 生 物 的 转 录 起 始 也 需 要 RNA聚 合 酶 辨 认 、 结 合 转 录 起 点上 游 的 DNA序 列 ， 生 成 起 始 复 合 物 。顺 式 作 用 元 件 - 真 核 生 物 结 构 基 因 上 游 的 调 控 区 存 在 的 相 似 或 一 致 性 的 DNA序 列 。 -GCGC-CAAT-TATA转录起始 TATA 盒 CAAT 盒 G C 盒 结 构 基 因 增强子 顺 式 作 用 元 件 DTATAA B DNAF E反 式 作 用 因 子 - 直 接 或 间 接 辨 认 、 结 合 顺 式 作 用 元 件 并影 响 其 功 能 的 蛋 白 质 。 RNA聚 合 酶 与 模 板 DNA的 结 合 需 一 系 列转 录 因 子 ( TF )的 参 与 。RNA聚合酶 二 转 录 延 长1 、 亚 基 脱 落 ， RNA pol 聚 合 酶 核 心 酶 变 构 ， 与 模 板 结 合 松 弛 ， 沿 着 DNA模 板 前 移 ； 2 、 在 核 心 酶 作 用 下 ， NTP不 断 聚 合 ， RNA链 不 断 延 长 。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 53 DNA原 核 生 物 转 录 过 程 中 的 现 象核糖体RNARNA聚合酶 三 转 录 终 止- RNA聚 合 酶 在 DNA模 板 上 停 止 前 进 ， 转 录 产 物 RNA链 从 转 录 复 合 物 上 脱 落 下 来(一 ) 原 核 生 物 的 转 录 终 止1、 依赖 因子（Rho) 的转录终止2、 不依赖 因子的转录终止 DNA模 板 上 靠 近 终 止 处 ， 有 些 特 殊 的碱 基 序 列 ， 转 录 出 RNA后 ， RNA产 物 形 成特 殊 的 结 构 来 终 止 转 录 。 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA 或UUUU UUUU 茎环结构RNA 5pppG5 3 35茎环结构使转录终止：1，使RNA聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离， RNA产物释放RNA-pol （ 二 ） 真 核 生 物 的 转 录 终 止 和转录后修饰密切相关5 -AAUAAA-5 -AAUAAA- Poly (A)mRNA核酸酶-GUGUGUGAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点5 533 RNA-pol 第 三 节 转 录 后 修 饰 （ 真 核 生 物 ） 几 种 主 要 的 修 饰 方 式 ：1、剪 接 (splice) 2、剪 切 (clavage )3、碱 基 修 饰4、添 加 一 mRNA的 转 录 后 加 工（ 一 ） 首 、 尾 的 修 饰1、 5 端 形 成 帽 子 结 构2、 3 端 加 上 聚 腺 苷 酸 （ polA） 尾 巴 5 m7GpppGp ( NTP ) n (NTP) n A A A A A A - OH 3 （二） mRNA内的剪接1、hnRNA 和 snRNA 核内的初级mRNA称为 杂化核RNA （hetero - nuclear RNA , hnRNA ) snRNA ( small nuclear RNA )（并接体）核内的蛋白质核糖核酸蛋白体snRNA 2、断 裂 基 因 、外显子 和 内含子 真 核 生 物 的 结 构 基 因 ， 由 若 干 个编 码 区 和 非 编 码 区 互 相 间 隔 开 但 又 连续 镶 嵌 而 成 。断 裂 基 因 ( splite gene ) CA B D编 码 区 A、 B、 C、 D 非 编 码 区 外 显 子 ( exon ) 内 含 子 ( intron ) 真 核 生 物 的 结 构 基 因 上 ， 能 够 为 特 定的 蛋 白 质 编 码 的 DNA序 列 。 真 核 生 物 的 结 构 基 因 上 ， 不 能 为 特 定的 蛋 白 质 编 码 的 DNA序 列 。 除去hnRNA中的内含子，将外显子连接 (ppG,pppG) pGoH U -OHG pUpA G -OHpA U pU 第 一 次 转 酯 反 应第 二 次 转 酯 反 应U pA G pU外显子内含子外显子 （ 三 ） 内 含 子1、 按 基 因 的 类 型 分 为 : 主要存在于 线粒体、叶绿体 及 某些低等真核生物 的 rRNA 发现于 线粒体、叶绿体 的 mRNA基因 常见的形成套索后剪接的内含子，见于大多数的mRNA基因 tRNA的基因 及 其初级转录 产物中的内含子 2、按 中 断 基 因 线 性 表 达 的 方 式 分 为 ：a 翻译前删除内含子b 翻译绕过式内含子c 翻译后删除内含子3、内 含 子 的 功 能 物 种 进 化 ？ 基 因 调 控 ？ 二 tRNA 的 转 录 后 加 工剪切 (a) 剪接(b) (c)添加碱基修饰(d) 碱 基 修 饰 的 方 式 ：（ 2） 还 原 反 应 如 ： U DHU （ 3） 核 苷 内 的 转 位 反 应 如 ： U （ 4） 脱 氨 反 应 如 ： A Im 如 ： A A（ 1） 甲 基 化（ 1）（ 1） （ 3）（ 2） （ 4） 三 rRNA 的 转 录 后 加 工转录45S - RNA剪接18S - RNA 5.8S , 28S RNA rDNA28 S5.8S18 S 四 膜 虫 的 rRNA二 级 结 构rRNA的 剪 接 采 用 自 我 剪 接 方 式 具 有 酶 促 活 性 的 RNA称 为 核 酶（ribozyme） GOH 3G5 OH 53 G OH414 G 3995339553E1E2I四 膜 虫 RNA的 自 我 剪 接 53L19RNA 具 有 催 化活 性 的 片 段 人 工 设 计 的 核 酶粗 线 表 示 天 然 DNA分 子细 线 表 示 合 成 DNA分 子X 表 示 一 致 性 序 列箭 头 表 示 切 断 点