基因转录、转录后加工及逆转录

,*,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,第十三章 基因的转录、转录后加工及逆转录,转 录,翻 译,复 制,基因的遗传:DNA,基因的表达:DNA RNA Protein,复制,转录,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 制,转 录,模 板,其中一股链（模板链）,两股链,原 料,dNTP,NTP,聚合酶,DNA依赖的DNA聚合酶,DNA依赖的RNA聚合酶,产 物,DNA,mRNA,tRNA,rRNA,复制与转录的比较,碱基配对,A-T；G-C,A-U,T-A；G-C,相关概念,模板链（template strand）,反意义链（antisense strand）,负链（minus strand）,Watson（W）链,编码链,（coding strand）,有意义链（sense strand）,正链（plus strand）,Crick（C）链,5 编码链,AG,CTCCAGGTTCCATGGCTA,ACG3,3 模板链 TCGAGGTCCAAGGTACCGATTGC5,5 mRNA ,CUCCAGGUUCCAUGGCUA,3,mRNA与编码链序列基本一致,不对称转录（asymmetric transcription）,不同基因的模板链,并不固定在DNA双链上的某一链,但转录方向总是5 3，因此不同基因的转录方向不同,。,编码链,模板链,模板链,编码链,5,3,3,5,基因1 转录方向,基因2 转录方向,5,5,3,3,第一节 参与转录的酶类,一、原核生物的RNA聚合酶（,RNA pol）,亚 基,功 能,参与全酶组装及全酶识别启动子,与原料NTP及新生RNA链结合，,与模板DNA结合,识别启动子，辨认转录起始点,核心酶,全 酶,催化35磷酸二酯键,因子,亚基,转录起始因子,以分子量命名,e.g.,70,（,分子量,70kDa,）,rpoH 基因,32,热激状态,启动子,hsp基因,5,3,Hsp（heat shock proteins）,5,5,3,3,54,参与氮源利用基因的转录,E,参与细菌鞭毛生成基因的转录,二、真核生物的RNA聚合酶（,RNA pol）,I,II,III,定位,转录产物,对抑制剂（鹅膏蕈碱）,敏感性,核仁,核质,核质,45,SrRNA,tRNA,5,SrRNA,snRNA,hnRNA,不敏感,敏感,不同物种敏感性不同,RNA Pol I,45,SrRNA,5.8,SrRNA,18,SrRNA,28,SrRNA,RNA Pol III,5,SrRNA,tRNA,RNA Pol II,hn,RNA,mRNA,原核生物,RNA Pol,RNA Pol I,RNA Pol III,100KD,100KD,19KD,40KD,RNA Pol II,100KD,100KD,44KD,44KD,真核生物,RNA Pol,第二节 转录过程,转录起始,转录延长,转录终止,一、转录起始,1、原核生物转录起始,原核生物启动子特征：-10,bp：Pribnow 盒,5-TATAAT-3,-35 bp：5-TTGACA-3,5-,TTGACA,-,TATAAT,-3,编码链,-35,bp,-10 bp,+1bp,上游,下游,调控序列（启动子）,结构基因,5,3,启动子的方向性,封闭型转录起始复合物,开放型转录起始复合物,35bp,10bp,2、真核生物转录起始,蛋白辅助因子,转录因子 TF-I,RNA pol I,TF-II,RNA pol II,TF-III,RNA pol III,转录因子,（,transcription factor,TF,）,：能直接或间接与,结构基因上游的调控序列（DNA序列）或RNA pol,结合，影响转录的蛋白质因子。,1,）,RNA,pol,II,催化,的转录起始,真核生物启动子特征：,-90,bp,：,GC,盒,(顺式作用元件）,5-GGGCGG-3,-70,bp,：,CAAT,盒,5-GGC,(,T,),CAATCT-3,-30,bp,：,TATA,盒,(,Hogness,盒,),5-TATAA,(,T,),AAT-3,转录因子：,TF-AJ,（,反式作用因子）,TF-II H,TATA,TF-II D,TF-II A,TF-II B,RNA pol II,TF-II F,TF-II E,TF-II J,解开DNA双螺旋,蛋白激酶,ATPtase,真核生物RNA-pol II不直接与DNA分子结合，需依靠众多的转录因子。,各转录因子,TF-II,功能,TF-II D：,与启动子的TATA盒结合,TF-II A：形成TF-II AD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,TF-II F：与,RNA pol II结合,TF-II E：ATP酶活性，为转录起始处的局部解链提供能量。,TF-II J：,TF-II H：解开DNA双链,蛋白激酶活性，使RNA pol II的C端多个丝氨酸残基磷酸化,2）,RNA pol I催化的转录起始,+1bp,核心元件,上游调控元件,3,上游结合因子,UBF,5,3,核心元件,上游调控元件,上游结合因子,UBF,TAF,TBP,TATA,RNA pol I,3）,RNA pol III催化的转录起始,A盒,B盒,+1bp,TF III C,TF III B,RNA pol III,tRNA,A盒,B盒,+1bp,TF III C,TF III B,RNA pol III,5sRNA,C盒,TF III A,二、转录延长,1、局部单链形成：RNA聚合酶向下游移动时，使DNA双链解开(1020bp),2、向下游滑动：,因子（原核生物）,TF II H（真核生物）,NTP中焦磷酸（、）水解（原核、真核生物）,3、解除局部张力：拓扑异构酶,转录泡：RNA聚合酶-DNA模板-RNA转录产物结合在一起形成的复合物,A:U A:T,三、转录终止,原核生物转录终止,1）因子依赖的转录终止,转录终止信号RNA上一段富含C的序列,因子 六聚体，具ATP酶活性水解ATP供能,解链酶解开DNA/RNA杂合链，RNA链释放,2）因子非依赖的转录终止,GC 丰富区,茎-环结构改变RNA聚合酶构象，停止转录,连续 T 序列 A=U配对区，不稳定 RNA链释放,GGCGCCC,GGGCGCC,TTTTTTTT,5,3,5,3CCGCGGGCCCGCGGAAAAAAAA,GC,GC,CG,GC,CG,CG,CG,UUUUU,3,5,四、转录抑制剂,1、作用于DNA模板的转录抑制剂,放线菌素D：插入双链DNA的dG.dC 之间 阻止RNA转录延长(低浓度),抑制RNA转录起始(高浓度),2、作用于RNA聚合酶的转录抑制剂,利福平(利福霉素)：与原核生物RNA聚合酶亚基结合 抑制RNA转录起始,治疗结核杆菌,鹅膏蕈碱：真核生物RNA聚合酶II,第三节 转录后的加工,几种主要的加工方式,1.剪接(splicing),2.剪切(cleavage),3.修饰(modification),4.添加(addition),一、原核生物转录后加工（自学）,二、真核生物转录后加工,1、rRNA转录后加工:剪切、甲基化修饰、与蛋白质结合,18S,5.8S,28S,18S,5.8S,28S,5S,小亚基,大亚基,核酶(ribozyme),具有催化活性的RNA称为核酶，意为可切割特异性,RNA序列的RNA分子。,异体催化或自身催化。,核酶二级结构槌头状茎环结构(hammerhead structure),e.g.,四膜虫 26SrRNA前体，自身剪接，去除414核苷酸片段。,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结构,酶 核酶,种类 多 少,反应 广泛 局限（核酸）,2、tRNA转录后加工：剪切、剪接、碱基修饰,TGGCNNAGTGC,GGTTCGANNCC,DNA,RNA pol,前体tRNA,RNAaseP,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,（2）还原反应,如：U,DHU,（4）脱氨反应,如：A,I,如：A,A,m,（1）甲基化,（3）核苷内的转位反应,如：U,（2）,（1）,（1）,（3）,（4）,3、,mRNA转录后加工,1)5,端加帽(,m,7,GpppGpN),5,pppG,pN,5,Gp,ppG,pN,pppG,ppi,鸟苷酰转移酶,5,m,7,Gp,ppG,pN,甲基转移酶,SAM,5,ppG,pN,磷酸酶,Pi,帽子结构,1,7,G,5,m,7,Gp,ppG,pN,5,m,7,Gp,ppG,m,pN,m,5,m,7,Gp,ppG,m,pN,1.保护mRNA不被核酸外切酶水解,2.与帽结合蛋白结合，识别核糖体,意义,2)3,端加尾(,polyA,),AAAAAAAAA,TTTTTTTTTT,5,5,3,3,AAAAAAAAA,5,3,?,AATAAA,GT,TTATTT CA,AAUAAA,GU,5,3,5,5,3,3,剪切位点,AAUAAA,AAAAAAA(A),n,5,3,polyA,聚合酶,ATP,PPi,剪切信号,mRNA,意义,增加mRNA稳定性,3),mRNA的剪接,断裂基因(splite gene),C,A,B,D,编码区 A、B、C、D,非编码区,真核生物结构基因，由若干个,编码区,和,非编码区,互相间隔但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,DNA,mRNA,5,3,外显子(exon)和内含子(intron),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,RNA,的核苷酸序列。,编码区,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,。,非编码区,5,5,5,5,3,5,3,3,3,3,外显子,内含子,外显子,外显子,内含子,5,5,5,5,3,5,3,3,3,3,外显子,内含子,外显子,外显子,内含子,5GU,-UACUA,A,C-,AG,3,5和3剪接点：GU-AG规则,分支点,剪接体 snRNP（snRNA+蛋白质）,5,3,3,5,剪接体,鸡卵清蛋白基因及其转 录、转录后加工,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,加帽、加尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,4）mRNA编辑(mRNA editing),在前体分子中插入、剔除或置换一些核苷酸。,人类apo B基因,mRNA（14500个核苷酸）,肝脏,apo B100,（分子量为500 000）,肠道细胞,apo B48,（分子量为240 000）,mRNA编辑,4536,a.a,2152,a.a,C,AA谷氨酰胺,U,AA终止密码子,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，可以分化成多用途的编码序列，在不增加基因组DNA遗传信息容量的前提下，大大增加了,mRNA信息容量。,人类基因组计划：预测：5至10万个基因,实际：35000个基因,印证了RNA编辑的存在,遗传信息在水平发生改变,一种结构基因产生不止一种蛋白质,第四节 逆转录、逆转录病毒及癌基因,一、转录与逆转录,DNA,RNA,转录,逆转录,二、逆转录酶与逆转录病毒,逆转录酶：,RNA 依赖的DNA聚合酶,逆转录病毒：RNA病毒,逆转录酶的活性：,RNA依赖的DNA聚合功能,RNA水解,DNA依赖的DNA聚合功能,RNA,RNA,DNA(-),DNA(-),DNA(+),DNA(-),三、逆转录病毒的生活周期,逆转录病毒的基因组：两个完全相同的单链,RNA分子。,RNA病毒,DNA前病毒,子代,RNA病毒,RNA,RNA,DNA(-),DNA(-),DNA(+),mRNA,mRNA,protein,基因组RNA,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 转化，引起动物肿瘤的基因。,鸡肉瘤病毒（,ASV