分子生物学第三章生物信息的传递上

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❖ 与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码 链(coding strand)或称有意义链(sense strand)；
❖ 另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成 的 DNA链称为模板链(template strand)或 称反义链(antisense strand)。
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❖ 贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先 被转录生成RNA，才能得到表达。
第三章 生物信息的传递（上） －从DNA到RNA
1、RNA的转录 2、启动子与转录起始 3、原核生物与真核生物mRNA的特征比较 4、终止与抗终止 5、内含子的剪接、编辑及化学修饰
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❖ DNA序列是遗 传信息的贮存 者，它通过自 主复制得到永 存，并通过转 录生成信使 RNA、翻译生 成蛋白质的过 程来控制生命 现象。
❖ σ因子可以极大地提高RNA聚合酶对启 动子区DNA序列的亲和力，同时使RNA 聚合酶与模板DNA上非特异性位点的结 合降低。
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❖ σ因子大大增加聚合酶对启动子的 亲和力，并降低酶对非专一位点的 亲和力，使酶专一性识别模板上的 启动子。
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❖ 转录的起始是单个核苷酸与开链启动 子－酶复合物相结合构成新生RNA的5’ 端，再以磷酸二酯键的形式与第二个 核苷酸相结合，起始的终止反映在σ因 子的释放。
随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋持 续解开且新生RNA链的3’末端不断延伸，在 解链区形成RNA-DNA杂合物。
在解链区的后面DNA模板与非模板链重 新结合成为双螺旋。
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❖ 当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚 合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA 杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链 状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板 上释放出来，这就是转录的终止。
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❖ 转录起始前，启动子附近的DNA双键分 开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与 模板DNA的碱基配对。转录起始就是 RNA链上第一个核苷酸键的产生。
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❖ 转录起始后直到形成9个核酸苷短链前是通过 启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动 子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不 够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转 录重新开始。
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❖ 当新生RNA链达到6～9个核苷酸时， 能形成稳定的酶－DNA－RNA三元复 合物，并释放σ因子，转录进入延伸 期。
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❖ 当聚合酶按5’→ 3’方向延伸RNA链时，解旋 的DNA区域也随之移动。聚合酶可以横跨约 40bp，而解旋的DNA区域大约是17bp。自由 核苷酸能被聚合酶加到新生的RNA链上，并 形成DNA-RNA杂合体。随着聚合酶在模板上 的运动，靠近3'端的DNA不断解旋，同时在5' 端重新形成DNA双链，将RNA链挤出DNARNA杂合体。RNA的3'端大约有20～30个核 苷酸与DNA和聚合酶相结合。
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❖ 由β和β’亚基组成了聚合酶的催化中 心。β亚基能与模板DNA、新生RNA 链及核苷酸底物相结合。
❖ α亚基与核心酶的组装及启动子识别 有关，并参与RNA聚合酶和部分调 节因子的相互作用。
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❖ σ因子的作用是负责模板链的选择和转录 的起始，它使酶专一性识别模板上的启 动子。
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❖ 真核生物RNA聚合酶需要转录调 控因子(辅助蛋白质)按特定顺序 结合于启动子上并形成复杂的前 起始复合物。
❖ 转录和翻译的速度基本相等。
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3·1·2 转录机器的主要成分
3·1·2·1 RNA聚合酶
❖ 以DNA序列为模板的RNA聚合酶主要 以双链DNA为模板，以4种ＮＴＰ为 活性前体，催化RNA链的起始、延伸 和终止，不需任何引物，催化生成与 DNA模板链互补的RNA。
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3．1 RNA的转录
3·1·1 转录的基本过程 ❖ 无论是原核还是真核细胞，转录的基
本过程都包括:模板识别、转录起始、 通过启动子及转录的延伸和终止。
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❖ 在原核生物中，模板识别阶段主要指 RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作 用并与之相结合的过程。
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❖ RNA主要以单链形式存在于生物体内，其 高级结构很复杂，它们既担负着贮藏及转 移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在 细胞内发挥代谢功能。
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❖ RNA分子来自DNA。储存于DNA双链中的 遗传信息通过转录酶促反应按照碱基互补 配对的原则被转化成为单链RNA分子。
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❖ 生物体内共有3种RNA： １、信使RNA(messenger RNA，mRNA)－ 编码特定蛋白质序列； 2、转移RNA(transfer RNA，tRNA)－特异 性解读mRNA中的遗传信息、将其转化成 相应氨基酸并将其加入多肽链中； 3、核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)直 接参与核糖体中蛋白质合成。
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❖ 一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸 并离开启动子区，转录就进人正常的延伸阶 段。所以，通过启动子的时间代表一个启动 子的强弱。一般说来，通过启动子的时间越 短，该基因转录起始的频率也越高。
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❖ RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使 新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。
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❖ 基因表达包括转录(transcription)和翻 译(translation)两个阶段。
❖ 转录是指拷贝出一条与DNA链序列完 全相同(U替换T)的RNA单链的过程， 是基因表达的核心步骤；
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❖ 翻译是指以新生的mRNA为模板，把 核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸 序列、合成多肽链的过程，是基因表 达的最终目的。
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3·1·2 转录机器的主要成分
3·1·2·1 RNA聚合酶 ❖ RNA或RNA-DNA双链杂合体不能作为
模板。
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大肠杆菌RNA聚合酶的主要 成分与功能
❖ 大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相 同的，大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基、 一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组 成，称为核心酶。加上一个σ亚基后则 成为聚合酶全酶(holoenzyme) 。