烟大生化教学课件

1.DNA1.DNA指导下指导下RNARNA的合成过程、有关的酶的合成过程、有关的酶2.RNA2.RNA指导下指导下RNARNA和和DNADNA的合成及其意义的合成及其意义3.RNA3.RNA的转录后加工的转录后加工基本要求基本要求7/5/20247/5/20241 119581958，CrickCrick，中心法则，中心法则一、转录一、转录DNADNA指导下指导下RNARNA的合成的合成7/5/20247/5/20242 2DNADNA复制：复制：以以DNADNA为模板合成为模板合成DNADNA，遗传信息自上一代细胞向下，遗传信息自上一代细胞向下 一代细胞传递一代细胞传递转录：转录：以以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA，遗传信息自，遗传信息自DNADNA转录至转录至RNARNA分子分子翻译：翻译：以以mRNAmRNA为模板合成蛋白质，遗传信息表达至蛋白质为模板合成蛋白质，遗传信息表达至蛋白质逆转录：逆转录：以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA（RNARNA病毒、真核细胞的端粒酶）病毒、真核细胞的端粒酶）RNARNA复制：复制：以以RNARNA为模板合成为模板合成RNARNA（RNARNA病毒）病毒）7/5/20247/5/20243 3生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程转录转录RNARNA聚合酶聚合酶（依赖（依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶）聚合酶）7/5/20247/5/20244 41.1.模板：模板：DNADNA2.2.原料：原料：核苷酸核苷酸3.3.合成方向：合成方向：5 35 34.4.酶：酶：依赖依赖DNADNA的的 RNA RNA聚合酶聚合酶5.5.碱基互补碱基互补配对规律配对规律6.6.产物：产物：多聚核苷酸链多聚核苷酸链复制和转录的异同点复制和转录的异同点相同点：相同点：7/5/20247/5/20245 5不同点不同点复制复制转录转录模板模板 两股链均作为模板两股链均作为模板 模板链作为模板模板链作为模板原料原料 dNTP NTP dNTP NTP聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶产物产物 子代子代DNADNA双链双链 mRNA;tRNA;rRNA mRNA;tRNA;rRNA配对配对 A-T A-T；G-C A-UG-C A-U；T-A;G-CT-A;G-C引物引物 RNA RNA引物引物 不需要引物不需要引物 方式方式(特点特点)半保留复制半保留复制 不对称转录不对称转录7/5/20247/5/20246 6RNARNA链的转录起始于链的转录起始于DNADNA模板的一个特定位点模板的一个特定位点 （启动子启动子promoterpromoter）并在另一位点处终止（并在另一位点处终止（终止子终止子terminatorterminator）此转录区域称为转录单位此转录区域称为转录单位转录单位：转录单位：7/5/20247/5/20247 7顺式作用元件顺式作用元件调节转录的调节转录的DNADNA序列，如序列，如启动子、终止子、增强子启动子、终止子、增强子反式作用因子反式作用因子可与顺式作用元件结合的调节蛋白；如可与顺式作用元件结合的调节蛋白；如启动转录因子、终止因子启动转录因子、终止因子RNARNA聚合酶聚合酶几个有关的概念几个有关的概念转录的主要酶，即依赖转录的主要酶，即依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶加工加工转录产生的转录产生的RNARNA的切割、加帽、加尾和化学修饰的切割、加帽、加尾和化学修饰 （如形成稀有碱基）（如形成稀有碱基）DDDPDDDP：依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶DDRPDDRP：依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶7/5/20247/5/20248 8（一）（一）DNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶聚合酶MwMw：465465480kD480kD亚基组成：亚基组成：2 2 (全酶全酶)2 2（核心酶）（核心酶）1 1、原核生物原核生物RNARNA聚合酶聚合酶（大肠杆菌）（大肠杆菌）：起始因子：起始因子，引导，引导RNARNA聚合酶结合到聚合酶结合到DNADNA启动子，开始转录启动子，开始转录不同不同因子识别不同启动子因子识别不同启动子转录开始，脱离聚合酶，转录开始，脱离聚合酶，核心酶核心酶催化催化RNARNA延长延长7/5/20247/5/20249 9RNARNA聚合酶各亚基、功能聚合酶各亚基、功能：RNARNA聚合酶聚合酶催化中心催化中心亚基：亚基：与启动子、活化因子结合与启动子、活化因子结合因子：基因转录终止因子：基因转录终止7/5/20247/5/20241010、专一专一转录不同基因转录不同基因转录转录过程、产物不同过程、产物不同2 2、真核生物、真核生物RNARNA聚合酶聚合酶加工产生加工产生5.8S rRNA5.8S rRNA，18S rRNA 18S rRNA、28S rRNA28S rRNA7/5/20247/5/20241111（二）模板（二）模板1 1、转录模板、转录模板|作为模板转录成作为模板转录成RNARNA的的DNADNA单链单链模板链模板链|对应互补链对应互补链编码链编码链|能转录能转录mRNAmRNA，指导蛋白质合成部分，指导蛋白质合成部分结构基因结构基因7/5/20247/5/202412122 2、不对称转录、不对称转录:DNADNA分子上一股转录分子上一股转录,另一股不转录另一股不转录模板链并非永远在同一单链上模板链并非永远在同一单链上7/5/20247/5/202413133 3、DNADNA全程复制，全程复制，RNARNA片段转录片段转录|复制：保留物种全部遗传信息复制：保留物种全部遗传信息全程复制全程复制|所有细胞都转录的基因所有细胞都转录的基因看家基因看家基因（持家基因）（持家基因）|能连续独立转录能连续独立转录DNADNA片段片段转录单位转录单位7/5/20247/5/20241414反意义链或负链反意义链或负链有意义链或正链有意义链或正链7/5/20247/5/20241515（三）（三）RNARNA聚合酶与模板的辨认结合聚合酶与模板的辨认结合I 亚基：亚基：识别启动子，启动识别启动子，启动RNARNA合成合成I 核心酶：核心酶：延长延长RNARNA链链7/5/20247/5/20241616不同不同因子识别不同启动子因子识别不同启动子，调节基因转录，调节基因转录7070：大肠杆菌的一般基因大肠杆菌的一般基因3232：热休克基因：热休克基因 因热或其他应激原存在时诱导产生的一类蛋白质（因热或其他应激原存在时诱导产生的一类蛋白质（HSPHSP）高度保守，高度保守，功能：功能：增强热耐受能力增强热耐受能力5454：固氮酶基因：固氮酶基因7/5/20247/5/20241717（四）转录过程（四）转录过程I 模板识别、起始、延长、终止模板识别、起始、延长、终止1 1、模板识别、模板识别I 原核生物：原核生物：亚基引导，聚合酶结合于启动子亚基引导，聚合酶结合于启动子 局部双链解开，形成局部双链解开，形成转录泡转录泡I 真核生物：真核生物：转录因子识别启动子转录因子识别启动子 聚合酶在起点处形成聚合酶在起点处形成起始复合体起始复合体7/5/20247/5/202418182 2、转录起始、转录起始I 在模板链通过碱基配对合成最初在模板链通过碱基配对合成最初RNARNA链链3 3、转录延伸、转录延伸I亚基脱离，核心酶向前移动，亚基脱离，核心酶向前移动，RNARNA链延长链延长I 原核生物：转录、翻译同时进行原核生物：转录、翻译同时进行7/5/20247/5/202419194 4、转录终止、转录终止I 聚合酶到达转录终点聚合酶到达转录终点I RNARNA、RNARNA聚合酶脱离聚合酶脱离终止子：终止子：能使转录终止的能使转录终止的DNADNA序列序列终止因子：终止因子：识别终止信号的识别终止信号的辅助蛋白质因子辅助蛋白质因子抗终止因子抗终止因子使转录酶越过终止子继续转录（通读）的蛋白质因子使转录酶越过终止子继续转录（通读）的蛋白质因子7/5/20247/5/202420201 1）原核生物转录终止）原核生物转录终止终止区终止区碱基形成特殊结构碱基形成特殊结构RNA 3RNA 3形成形成茎环结构茎环结构、寡聚寡聚U U依赖依赖因子因子(因子与因子与RNARNA结合，具结合，具ATPATP酶、解链酶活性酶、解链酶活性)7/5/20247/5/202421217/5/20247/5/202422222 2）真核生物转录终止真核生物转录终止I 编码链：编码链：转录终止修饰点转录终止修饰点AATAAAAATAAAI mRNAmRNA：polyApolyA尾巴尾巴7/5/20247/5/20242323转录过程转录过程7/5/20247/5/20242424(五五)启动子、转录因子启动子、转录因子 启动子：启动子：与基因表达相关的特定与基因表达相关的特定DNADNA序列（顺式作用元件）序列（顺式作用元件）(聚合酶与之特异结合，基因转录开始部位聚合酶与之特异结合，基因转录开始部位转录因子：转录因子：聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）(与顺式作用元件结合（反式作用因子）与顺式作用元件结合（反式作用因子）(识别识别其他因子或识别其他因子或识别RNARNA聚合酶聚合酶7/5/20247/5/202425251 1、原核生物启动子：、原核生物启动子：E.coliE.coli；2 2部分组成部分组成7/5/20247/5/20242626|不同的启动子有不同的不同的启动子有不同的因子识别因子识别|不同的启动子启动速率不同不同的启动子启动速率不同|间隔长短也决定于起始速率间隔长短也决定于起始速率7/5/20247/5/202427272 2、真核生物启动子：、真核生物启动子：复杂，差异较大复杂，差异较大|mRNAmRNA启动子：启动子：3 3部分部分 -25-25-30-30：TATATATA框，解链位置，决定转录起点框，解链位置，决定转录起点 -75-75：CAATCAAT框，与框，与RNARNA聚合酶结合有关聚合酶结合有关 上游：上游：GCGC框，结合转录因子框，结合转录因子上游因子上游因子影响转录起始频率影响转录起始频率7/5/20247/5/20242828|启动子由转录因子识别，转录因子的种类繁多启动子由转录因子识别，转录因子的种类繁多|增强子增强子：增强基因转录顺式作用元件（：增强基因转录顺式作用元件（DNADNA序列）序列）无启动子功能，位置不定无启动子功能，位置不定7/5/20247/5/20242929二、转录后加工二、转录后加工|转录生成的转录生成的RNARNA初级转录产物初级转录产物（前体（前体RNARNA，RNARNA前体）前体）|经加工、修饰，体现生物学功能经加工、修饰，体现生物学功能转录后加工转录后加工|形式：形式：去除、添加核苷酸、剪切拼接等去除、添加核苷酸、剪切拼接等7/5/20247/5/20243030原核生物原核生物|mRNAmRNA：转录、翻译同时进行，不加工转录、翻译同时进行，不加工|tRNAtRNA、rRNArRNA：加工加工真核生物：真核生物：较复杂较复杂|转录（细胞核）、翻译（细胞质）转录（细胞核）、翻译（细胞质）|hnRNAhnRNA：加帽、切尾，切除内含子、拼接外显子加帽、切尾，切除内含子、拼接外显子成熟成熟RNARNA|RNARNA：不同的加工方式，表达不同的信息不同的加工方式，表达不同的信息7/5/20247/5/20243131（一）原核生物（一）原核生物rRNArRNA加工加工|E E.Coli.Coli：7 7个转录单位个转录单位|转录单位：转录单位：16S16S、23S23S、5S RNA5S RNA、tRNAtRNA基因基因|16S16S、23S23S间，间，tRNAtRNA隔开隔开7/5/20247/5/20243232（二）原核生物的（二）原核生物的tRNAtRNA加工加工1 1）55切割切割2 2）33切切割割3 3）33加加CCA-OHCCA-OH帽帽4 4）碱基修饰成稀有碱基）碱基修饰成稀有碱基（甲基化碱基、假尿苷）（甲基化碱基、假尿苷）5 5）拼接）拼接7/5/20247/5/20243333（三）原核生物（三）原核生物mRNAmRNA加工加工7/5/20247/5/20243434（四）真核生物（四）真核生物rRNArRNA加工加工|甲基化，假尿嘧啶化、切割甲基化，假尿嘧啶化、切割7/5/20247/5/20243535（五）真核生物（五）真核生物mRNAmRNA加工加工|加帽加帽|加尾加尾|切除内含子切除内含子|拼接外显子拼接外显子7/5/20247/5/20243636真核生物的结构基因通常是断裂的真核生物的结构基因通常是断裂的断裂基因断裂基因（Split gene or interrupted geneSplit gene or interrupted gene）基因中间被一些不能表达的核苷酸序列（插入序列、内含基因中间被一些不能表达的核苷酸序列（插入序列、内含子）隔开，致使一个结构基因被断裂成若干部分，这样的基因子）隔开，致使一个结构基因被断裂成若干部分，这样的基因7/5/20247/5/20243737外显子外显子（exonexon）|真核细胞真核细胞结构基因被结构基因被若干若干插入顺序（内含子）插入顺序（内含子）隔开隔开|被被隔开的部分隔开的部分外显子外显子内含子内含子（intronintron）|基因能被转录成基因能被转录成mRNAmRNA前体，但不能成为前体，但不能成为mRNAmRNA组分的序列组分的序列 （插入序列，居间序列；（插入序列，居间序列；intervening sequenceintervening sequence）|原核原核一般一般无内含子无内含子7/5/20247/5/202438381 1）55加帽：加帽：保护保护mRNAmRNA，防止核酸酶水解，防止核酸酶水解7/5/20247/5/20243939|polyApolyA能被能被3 3外切酶水解外切酶水解|polyApolyA越长，越长，mRNAmRNA寿命越长寿命越长2 2）33加尾：加尾：长度决定长度决定mRNAmRNA的寿命的寿命|成熟成熟mRNAmRNA的的polyApolyA长度长度2020200200|加尾在细胞核内完成加尾在细胞核内完成加尾信号加尾信号7/5/20247/5/202440403 3、切除内含子、拼接外显子、切除内含子、拼接外显子7/5/20247/5/20244141三、在三、在RNARNA指导下指导下RNARNA、DNADNA的合成的合成逆转录逆转录RNARNA复制复制|有些生物中，有些生物中，RNARNA是是遗传信息遗传信息的基本的基本携携带者带者，可复制，可复制|遗传信息从遗传信息从RNARNA传递给传递给DNA DNA|RNARNA为模板为模板|逆转录酶逆转录酶|合成合成DNADNA7/5/20247/5/20244242（一）（一）RNARNA的复制的复制|RNARNA复制酶：复制酶：感染感染RNARNA病毒的细胞分离病毒的细胞分离模板：模板：病毒病毒RNARNA原料：原料：4 4种核苷三磷酸、种核苷三磷酸、MgMg2+2+产物：产物：RNARNA（与模板性质相同）（与模板性质相同）|感染细胞感染细胞|产生正常的产生正常的RNARNA病毒病毒病毒病毒RNARNA：病毒全部遗传信息的携带者病毒全部遗传信息的携带者7/5/20247/5/20244343（二）（二）RNARNA的逆转录的逆转录（reverse transcriptionreverse transcription）以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA逆转录酶逆转录酶（致癌（致癌RNARNA病毒）病毒）7/5/20247/5/20244444|逆转录酶将逆转录酶将RNARNA转录成双链转录成双链DNADNA|双链双链DNADNA进入细胞核进入细胞核 与宿主细胞染色体整合与宿主细胞染色体整合|整合可能导致宿主细胞的癌变整合可能导致宿主细胞的癌变|伴随宿主细胞伴随宿主细胞DNADNA复制，病毒复制，病毒DNADNA复制复制|病毒病毒DNADNA转录转录RNARNA蛋白质蛋白质|RNARNA、蛋白质组装成病毒、蛋白质组装成病毒7/5/20247/5/20244545逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义 1 1、对中心法则的补充和修正、对中心法则的补充和修正 2.2.逆转录生成的逆转录生成的互补互补DNA(cDNA)DNA(cDNA)不含内含子不含内含子,可构建真核生物可构建真核生物的的cDNAcDNA文库文库；3.3.逆转录病毒可引起多种疾病，逆转录病毒可引起多种疾病，控制逆转录过程是治疗肿瘤、控制逆转录过程是治疗肿瘤、艾滋病等疾病的一种重要方法艾滋病等疾病的一种重要方法，如叠氮双脱氧胸苷（，如叠氮双脱氧胸苷（AZT)AZT)和双脱和双脱氧肌苷氧肌苷(DDI)(DDI)在体内转化为相应的三磷酸，抑制逆转录作用，对在体内转化为相应的三磷酸，抑制逆转录作用，对艾滋病有较好的疗效；艾滋病有较好的疗效；4.RT-PCR 4.RT-PCR常用于常用于特定基因的克隆特定基因的克隆；5.5.逆转录病毒经过改造可用作逆转录病毒经过改造可用作基因工程的载体基因工程的载体。7/5/20247/5/20244646谢谢！