第三章转录课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五讲 转录（2）,第五讲 转录（2）,1,原核生物与真核生物转录的差异,RNA聚合酶的种类和结构,启动子的结构,转录起始时是否需要转录因子,转录复合物,转录产物的成熟度,动画,原核生物与真核生物转录的差异RNA聚合酶的种类和结构动画,2,（一）原核生物mRNA的特征,1、原核生物mRNA的半衰期短,一、原核和真核生物mRNA的特征,（一）原核生物mRNA的特征 1、原核生物mRNA,3,3、许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在：,细菌mRNA可以同时编码不同的蛋白质。编码多个蛋白质的mRNA为,多顺反子mRNA,。,多顺反子mRNA是一组相邻基因的转录产物。,乳糖操纵子,LacZ,（,半乳糖苷酶）,3510bp,LacY,（,半乳糖苷通透酶）,780bp,LacA,（,半乳糖乙酰酶）,825bp,启动子（P）,TG,TTGACATTT,ATTTGT,TATAATG,CAT,69bp 47bp,操纵基因,（O）,识别部位,结合部位,调节基因（R）,1040bp,结构基因,2、原核生物常以AUG作为起始密码子，有时GUG或UUG也作为起始密码子。,3、许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在：细菌mR,4,对于多顺反子mRNA中的第一个顺反子来说，一旦mRNA的5端被合成，翻译起始位点即可与核糖体相结合，而后面几个顺反子翻译的起始就会受其上游顺反子结构的调控。,对于多顺反子mRNA中的第一个顺反子来说，一旦mRNA的5,5,(a),较远,较近,单链线性的多顺反子mRNA,(a)较远较近单链线性的多顺反子mRNA,6,在噬菌体RNA,中，一个顺反子的翻译有时完全取决于它前面顺反子的翻译,，,因为噬菌体RNA往往形成,复杂的二级结构,，,只有第一个翻译起始位点是暴露的，在这个顺反子翻译产生多肽的过程中，核糖体的运动破坏了后续顺反子的二级结构，才使起始位点较容易与核糖体相结合形成起始复合物。,二级结构的多顺反子mRNA,在噬菌体RNA中，一个顺反子的翻译有时完全取决于它前面顺反子,7,第三章转录课件,8,4、原核生物mRNA 5无帽子结构,3端无（或较短）的poly(A)结构,原核生物起始密码上游7-12核苷酸处有一保守序列称为,SD序列,。该序列可与,rRNA,进行碱基互补配对。在核糖体与mRNA识别和结合过程中起重要作用。,4、原核生物mRNA 5无帽子结构 原核生,9,（二）真核生物mRNA的特征,1、真核生物mRNA的半衰期稍长,因为真核细胞mRNA的合成和功能表达发生在不同的空间和时间范畴内。,2、真核生物几乎永远以AUG作为起始密码子。,3、真核生物的mRNA几乎都是以,单顺反子形式存在。,单顺反子mRNA：,只编码一个蛋白质的mRNA,。,（二）真核生物mRNA的特征1、真核生物mRNA的半衰期稍长,10,人珠蛋白基因家族,包括：,珠蛋白,基因簇,和珠蛋白,基因簇,人珠蛋白基因家族,11,4、真核生物mRNA结构上的最大特征是5端的帽子及3的poly(A)结构。,4、真核生物mRNA结构上的最大特征是5端的帽子及3的p,12,二、真核生物mRNA前体的加工,真核生物,DNA转录生成的原始转录产物是,核不均一RNA,(hnRNA，,RNA前体,),，经过5,加“帽”和3酶切加多聚腺苷酸，再经过RNA的剪接，编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个,连续的可读框(open reading frame，,ORF)，通过核孔进入细胞质，作为蛋白质合成的模板。,二、真核生物mRNA前体的加工真核生物DNA转录生成的原始转,13,第三章转录课件,14,第三章转录课件,15,（一）加帽,真核生物的mRNA(不包括叶绿体和线粒体),5 端,都是经过,修饰,的，基因转录一般从A起始，第一个核苷酸保留了5 端的三磷酸基团并能通过其3-OH位与下一个核苷酸的5 磷酸基团形成二酯键，转录产物的起始序列为,pppApNpNp,加帽过程,是指mRNA前体5 端第一个核苷酸前方，以5 5 连接方式加上一个,三磷酸鸟苷酸,。然后在甲基转移酶的作用下进行甲基化。,（一）加帽真核生物的mRNA(不包括叶绿体和线粒体)5 端,16,0号帽子,1号帽子,2号帽子,0号帽子 1号帽子2号帽子,17,核苷酸磷酸水解酶,鸟苷酰转移酶,甲酰基转移酶,甲酰基转移酶,核苷酸磷酸水解酶鸟苷酰转移酶甲酰基转移酶甲酰基转移酶,18,mRNA的帽子结构常常被甲基化。第一个甲基出现在所有真核细胞的mRNA中，称为,零号帽子(cap0)。,第二个核苷酸(原mRNA5,第一位)的2,-OH位上加另一个甲基。有这个甲基的结构称为,1号帽子(cap1),，,真核生物中以这类帽子结构为主。,在某些生物细胞内，mRNA链上的第三个核苷酸（原mRNA5第二位）的2,-OH位也可能被甲基化，被称为,2号帽子（cap2,），占有帽mRNA总量的10%15%。,mRNA的帽子结构常常被甲基化。第一个甲基出现在所有真核细胞,19,帽子结构使mRNA免遭核酸酶的破坏。,帽子结构有利于mRNA从细胞核进入细胞质。,帽子结构的有利于核糖体识别mRNA。mRNA5端甲基化的帽子是翻译所必须的。甲基化的帽子结构是蛋白质合成起始信号的一部分。,帽子的功能,帽子结构使mRNA免遭核酸酶的破坏。帽子的功能,20,（二）加尾,除,组蛋白基因,外，真核生物mRNA的3末端都有poly(A)序列，其长度因mRNA种类不同而变化，一般为40200个A。,大部分真核mRNA有poly(A)尾巴，细胞中还有1/3没有poly(A)的mRNA，带有poly(A)的mRNA称为,poly(A),+,，而把没有poly(A)的mRNA称为,poly(A),。,（二）加尾除组蛋白基因外，真核生物mRNA的3末端都有po,21,真核基因的3末端poly(A)起始位点上游1530bp处有,一段保守序列AAUAAA,，,这对于初级转录产物的准确切割及加poly(A)是必需的,（,加尾信号,）。,加poly(A)时需要由,内切酶,切开mRNA3,端的特定部位，然后由,poly(A)合成酶,催化多聚腺苷酸的反应。,真核基因的3末端poly(A)起始位点上游1530bp处,22,CPSF,CstF,CPSFCstF,23,poly(A)可能是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式。,提高了mRNA在细胞质中的稳定性。当mRNA刚从细胞核细进入胞质时，其poly(A)较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间延长，poly(A)逐渐变短消失，mRNA开始降解。,poly(A)尾的功能,poly(A)可能是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式。,24,（三）内含子的剪接、编辑及化学修饰,真核基因大多是,断裂的,，即一个基因可由多个内含子和外显子间隔排列而成。内含子在真核基因中所占的比例很高，可超过99%。,（三）内含子的剪接、编辑及化学修饰真核基因大多是断裂的，即一,25,第三章转录课件,26,1、RNA中的内含子,真核基因表达往往伴随着RNA的剪接过程,从,mRNA前体,分子中切除被称为,内含子,(intron)的非编码序列，并使基因中被称为,外显子,(exon)的编码序列拼接形成成熟mRNA。,1、RNA中的内含子,27,第三章转录课件,28,2 RNA的剪接,2 RNA的剪接,29,不同生物细胞mRNA前体内含子的边界处存在相似的核苷酸序列,。,主要的边界序列是GU-AG，次要的边界序列是AU-AC。,除了边界序列之外，外显子与内含子交界处的序列以及,内含子内部的部分序列,都有可能参与内含子的剪接。,内含子的边界序列,不同生物细胞mRNA前体内含子的边界处存在相似的核苷酸序列。,30,第三章转录课件,31,核mRNA内含子：,边界序列为,5 GU-AG 3，,具有分支序列，但,无二级结构,。,类内含子：,边界序列为,5U -G 3,，,具有,二级结构,（9个配对区，其中3、4、6、7为核心结构）。,类内含子：,边界序列为,5 GU-AG 3，,具有分支序列 和,二级结构,（6个功能区）。,内含子的类型,内含子的类型,32,核mRNA内含子 类内含子 类内含子,边界序列,GU-AG U -G GU-AG,特殊序列,分支序列 内部引导序列 分支序列,二级结构 无 有 有,三种内含子结构比较,核mRNA内含子 类内含子,33,核内mRNA原始转录产物的剪接方式是,最常见的,。在这一模式中，RNA的剪接,需要,特异性RNA-protein-复合物（snRNP）,已经发现,核内小RNA,至少有5种snRNAs-U1，U2，U4，U5，,U6,。,核内小RNA,(snRNA）自然状态下与核蛋白结合形成,核糖核酸蛋白复合体,(snRNPs)。,核mRNA内含子的剪接,核内mRNA原始转录产物的剪接方式是最常见的。在这一模式中，,34,剪接的基本过程,：,由,Ul snRNA,以碱基互补的方式,识别mRNA前体5,剪接点；,剪接的基本过程：由Ul snRNA以碱基互补的方式识别mR,35,由结合在3剪接点上游富嘧啶区的,U2AF,(U2 auxiliary factor),识别3,剪接点,并引导,U2 snRNP与分支点相结合,，形成,剪接体前体,(Pre-spliceosome)；,剪接体前体,进一步与U4、U5、U6 snRNP三聚体相结合，形成60 S的,剪接体,(spliceosome)，进行RNA前体分子的剪接。,由结合在3剪接点上游富嘧啶区的U2AF(U2 auxil,36,1,1,2,1,2,5,4/6,1,2,5,4/6,2,6,5,动画,1121254/61254/6265动画,37,I类内含子的自我剪接,I类内含子的自我剪接,38,Group II内含子自我剪接,Group II内含子自我剪接,39,三种内含子剪接方式的比较,核mRNA内含子 类内含子 类内含子,需要核内小RNA 鸟苷酸 分支点A,由剪接体完成 自我剪接 自我剪接,形成套索结构 无套索结构 套索结构,三种内含子剪接方式的比较核mRNA内含子 类内含子,40,（1）RNA的编辑,(RNA editing)是某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，它导致了DNA所编码的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。,主要方式：,点突变编辑,尿苷酸的缺失和添加,3 RNA的编辑和化学修饰,（1）RNA的编辑(RNA editing)是某些RNA，特,41,点突变编辑,哺乳动物,载脂蛋白mRNA的编辑,：下图分别是该基因的DNA序列以及在哺乳动物肝脏和肠组织中分离到的mRNA序列。,载脂蛋白基因编码区共有4563个密码子，在所有组织中其DNA序列都相同。,点突变编辑 哺乳动物载脂蛋白mRNA的编辑：下图分别是该,42,在,肝脏中,，该基因转录产生完整的mRNA并被翻译成有,4563个,氨基酸的全长蛋白质。,在,肠中,合成的却是只包含有,2153个,密码子的mRNA，翻译产生2153个氨基酸蛋白质。该蛋白是全长载脂蛋白的N端。它除了第2153位密码子从,C,AA突变为,U,AA之外完全与肝脏mRNA相同的核酸分子所编码的，,CU突变使编码谷氨酰胺的密码子变成了终止密码子。,在肝脏中，该基因转录产生完整的mRNA,43,第三章转录课件,44,尿苷酸的缺失和添加,由,指导RNA,(即guide RNA)来完成，指导RNA含有与编辑后mRNA相互补的核苷酸序列.,指导RNA与被编辑区及其周围部分核酸序列虽然有,相当程度的互补性,，但,该RNA上存在一,些未能配对的,腺嘌呤,，形成缺口，为插入尿嘧啶提供了模板。,反应完成后，指导RNA从mRNA上解离下来，而mRNA则被用做翻译的模板。,尿苷酸的缺失和添加,45,第三章转录课件,46,（2）RNA的化学修饰,前体rRNA和tRNA常进行化学修饰。,化学修饰途径有：,甲基化,脱氨基化,核苷酸的替代,二价键的饱和化,碱基的