第三章 转录(1)
第三章生物信息的传递上——转录
大肠杆菌RNA聚合酶由5个亚基所组成即α2ββ'σ。 全酶：大肠杆菌RNA聚合酶整个酶分子α2ββ'σ 核心酶： σ亚基解离后的其余部分α2ββ'
2020/8/15
β
α
ω
α
β ’
σ
图12-5 E.coli RNA聚 合 酶 的 亚 基 组 成
2、上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）
●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等。
CAAT：-70 - -80bp GGGCGG：-80 - -110bp
●作用：控制转录起始频率。
2020/8/15
2020/8/15
转录因子
● TBP
真
核 生 TAFs
-35 (R)
-10 (B)
+1 (I) RNA
R -35
B -10 I +1
Sextama Box
Pribnow Box Initiation
典型启动子的结构
转录起始点
编码链 模板链
启动子 Pr ibnow盒子
AACTGT
ATATTA
TTGACA
35
16-19bp
5-9bp
TATAAT
10
+1
• RNA包括hnRNA（不均一核RNA，heterogeneous nuclear RNA) 、 mRNA、 rRNA、tRNA、snRNA（小核 RNA,small nuclear RNA）和scRNA（小胞浆RNA，small cytosol RNA) ，它们均与遗传信息的表达有关。
(整理)第三章转录课件
概述●基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）两个阶段。
●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。
R N A转录合成的特点☐1、转录的不对称性☐2、转录的连续性☐3、转录的单向性☐4、有特定的起始和终止位点R N A转录合成的特点1、转录的不对称性●双链DNA分子中只有一条链作为RNA模板。
如果DNA的两条链均作为RNA模板，则每个基因必将产生两条互补的RNA。
而遗传学证明每个基因只合成了一条RNA链。
即使合成两条RNA链，其中也只有一条有功能。
事实上，在活体内只存在这两条RNA 链中的一条。
●如将双链DNA加热使之变性，再加入以此DNA为模板所合成的单链RNA，进行退火。
结果除复性的DNA双螺旋外，还形成了DNA-RNA杂种分子。
结果表明只有一条DNA 链被转录。
在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。
2、转录的连续性●RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。
●合成的RNA中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子。
3、转录的单向性●RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3'。
4、有特定的起始和终止位点●RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。
复制和转录的区别第二节原核生物R N A转录的起始(R N A T r a n s c r i p t i o n p r o m o t i o n i n p r o k a r y o t s)●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。
第三章 转录
原核生物RNA聚合酶 原核生物RNA聚合酶由5个亚基组成:α2ββ′σ, 其中α2ββ′称为核心酶, 有些核心酶还具有w 亚基。σ因子与核心酶可以结合疏松,可自由 释放 σ因子本身没有催化活性,也不能单独结合 DNA, σ因子可以极大的提高RNA聚合酶与启 动子的亲和力，其作用是识别模板上合成的 起始信号，合成开始后即释放出来。
（一）RNA的转录 （二）启动子与转录起始 （三）终止和抗终止 （四）转录后RNA的加工
（一）RNA的转录
DNA携带的遗传信息必须通过合成为蛋 白质才能够体现，这称为基因表达 但DNA中的遗传信息不能直接传递给蛋白 质，必须通过一种中介体，即RNA。 DNA 携带的遗传信息（基因）传递给RNA分子 的过程称转录（transcription ）。 这种遗传信息通过RNA传递给蛋白质的方 式称为中心法则（central dogma）。
1.转录起始复合物 在原核生物中，当RNA聚合酶的σ因子发现 其识别位点时，全酶就与启动子结合形成一 个封闭复合物。
然后在此处发生局部DNA（17bp）的解 链形成开放复合物。暴露出模板链，合 成第一个核苷酸
新生RNA与开放复合物形成三元复合物， σ因子释放，由核心酶引导转录开始
1.转录起始复合物
真核生物的RNA聚合酶
种类 分布 转录产物 rRNA hnRNA 对α-鹅膏蕈碱的敏 感程度 不敏感 低浓度敏感
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
Mt
Cl
核仁 核质 核质
tRNA ，5sRNA 高浓度敏感
线粒体
叶绿体
Mt RNA
Cl RNA
不敏感
不敏感
2.转录复合物
第三章 RNA的转录机制
（coding strand）
不对称转录（asymmetric transcription）
5/ 3/
3/ 不对称转录： 1、RNA分子上只有一条可转录 2、模板链并不总是在同一单链上 RNA合成方向：5/→3/
5/
DNA 5´……G G A G T A C A T G T C …3´（编码链，+, ） 3´……C C T C A U G U A C A G …5´（模板链，-，） ↓（转录） 5´…… G G A G U A C A U G U C ……3´ ↓（翻译） mRNA
第3章 生物信息的传递---从DNA到RNA（转录）
本章主要内容
1、转录是基因表达的中心环节 2、转录涉及的酶与过程 3、转录后的加工
转录（transcription）
以DNA为模板，在RNA聚合酶（RNA
polymerase）的作用下合成mRNA，将遗传信息从
DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转 录。
尿苷酸的缺失和添加 1986.R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时
发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸， 1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。
锥虫coxII 基因的编辑
T UAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUUUUUUAUAUUUA UUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTT UAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUUGAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTT UUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAUUUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图 13-44 锥虫 (T.brucei) coxⅡ基因的部分 RNA 顺序。很多 U(红色)在 DNA 中未编码，而另一些在 DNA 中编码的 T(紫色)在 mRNA 中被删除了。(参考 B.Lewin:《GENES》 Ⅵ,1997，Fig31.16)
分子生物学第三章RNA转录
分⼦⽣物学第三章RNA转录第三章 RNA 转录(RNA transcription)3.1. Basic concept3.2. Trancription survey3.3. Promoter in Eukaryotes and Prokaryotes3.4. Transcription Termination3.5. Pre-RNA processing in Eukaryotes3.1. 基本概念（P64） Basic concept●基因表达的第⼀步●以D. S. DNA 中的⼀条单链作为转录的模板某⼀基因只以⼀条单链DNA 为模板进⾏转录（不对称转录）●在依赖DNA 的RNA 聚合酶的作⽤下●按A U ，C G 配对的原则，合成RNA 分⼦●模板单链 DNA 的极性⽅向为3’ → 5’, ⽽⾮模板单链DNA 的极性⽅向与RNA 链相同，均为5’ → 3’.● RNA 的转录包括promotion, elongation, termination 三个阶段●从启动⼦（promoter ）到终⽌⼦（terminator ）的DNA序列称为转录单位（transcriptional unit ）●原核⽣物中的转录单位多为 polycistron in operon真核⽣物中的转录单位多为monocistron, No operon●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值● RNA 的主要种类及功能：mRNA ——携带编码多肽的遗传信息tRNA ——将核苷酸信息转化为aa 信息转运aa 进⼊核糖体rRNA ——参与多肽合成3.2.RNA 转录概况3.2.1转录的基本过程1. 模板识别：RNApol 与启动⼦相互识别并结合的过程（形成封闭的⼆元复合物）启动⼦（promoter ）：DNA 分⼦上结合RNApol 并形成转录起始复合物的区域，通常也包括促进这⼀过程的调节蛋⽩结合位点rich A/T ，易发⽣DNA 呼吸现象形成单链区2转录起始：启动⼦区解链，转录起始（封闭的⼆元复合物开放的⼆元复合物三元复合物）通常在这⼀过程中RNApol 移动较慢，且易发⽣脱落——流产式起始 ——决定启动⼦的强弱3延伸：延伸过程中的延宕现象（Eukaryotes ）：Euk genome G/C 分布不均匀σ脱离全酶（Pro ）/RNApol 脱离转录起始复合物（Euk ）4终⽌：在终⽌⼦（terminator ）处停⽌转录3.2.2 RNApolymerase1 RNA polymerase in Prokaryotes （以E.coli 为例）1）构成核⼼酶(core enzyme)：2αββ’DNA3’----TACTCAT----5’ RNA 5’----AUGAGUA----3’5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand)template (antisense strand)全酶（holoenzyme)2αββ’σα：核⼼酶组建因⼦/ 启动⼦识别β：RNA合成的活性中⼼β’：与β共同构成活性中⼼σ：识别启动⼦，增加酶与DNA的亲和⼒σ因⼦可减少RNApol与⾮启动⼦DNA序列的亲和⼒，⽽增加RNApol与启动⼦的亲和⼒，⼀旦转录起始，σ因⼦将脱离RNApol再次引导新的RNApol进⾏转录ρ：参与转录终⽌2）Rifamycin（利福霉素）及Streptolydigin（利链菌素）对Pro转录的影响Rif可结合β，阻⽌NTP的进⼊I位点（Initiation site )（⼀旦形成三元复合物Rif不再起抑制作⽤）；利链菌素结合β的延伸位点(Elongation site)，抑制延伸。
第三章 转录
不需要引物
特点
半保留复制
不对称转录
RNA合成的检测
• TCA(三氯醋酸)沉淀法：反应体系包括 DNA模板，RNA聚合酶，NTPs，用放射 性同位素至少标记一种NTP前体，保温一 段时间以后加入TCA，RNA不溶于TCA而 生成沉淀，而反应各组分不形成沉淀，然后 用滤纸过滤，在滤纸上的放射性强度和合成 的RNA量成正比。
复制和转录的异同点
相同点： 1.以DNA为模板 2.合成新链的方向均为5’→3’
3.都需要依赖DNA的聚合酶
4.遵守碱基互补配对规则
不同点 模板 原料 聚合酶
复制 两股链均作为模板 dNTP DNA聚合酶
转录 模板链作为模板 NTP RNA聚合酶
mRNA, tRNA, rRNA
产物
引物
子代DNA双链
RNA合成的起始
一般情况下，转录起始复合物可以进入两 条不同的反应途径： 合成并释放2-9个核苷酸的短RNA转录物， 即所谓的流产式起始； 尽快释放σ亚基，转录起始复合物通过上游 启动子区并生成由核心酶、DNA和新生 RNA所组成的转录延伸复合物。
转录延伸复合物较为稳定，可长时间与 DNA模板结合而不解离。只有在遇到转 录终止信号时，RNA聚合酶才停止加入 新的核苷酸，RNA-DNA杂合物解离， 释放转录产物并导致聚合酶本身从模板 DNA上脱落。
大肠杆菌RNA聚合酶核心酶单独合成RNA
a
b’
Active center cleft
a
w
b
真核生物RNA聚合酶 真核生物中有3类RNA聚合酶，其结构比 大肠杆菌RNA聚合酶复杂，它们在细胞核 中的位置不同，负责转录的基因不同，对 α-鹅膏覃碱的敏感性也不同。 真核生物RNA聚合酶一般有8-14个亚基所 组成，相对分子质量超过5×105。
03转录及调控-3
（一）真核生物基因表达的特点
1. 细胞的全能性 2. 基因表达的时间性和空间性 3. 转录和翻译分开进行
4. 初级转录产物要经过转录后加工修饰
5. 部分基因多拷贝
6. 不存在操纵子结构 真核生物的mRNA是单顺反子mRNA
(monocistronic mRNA)
胚胎期
ε
胚胎期 δ2 Hb Grow1
原核生物以负调控为主： 原核生物染色质没有核小体结构，DNA没有遮蔽，
催化转录的RNA聚合酶很容易发现启动子，其基 因表达的调节很容易通过阻遏蛋白实现。 负调控提供了一个非常保险的机制：即使调节系 统失灵，蛋白质照样可以合成。很多原核操纵子 （元）系统，原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋 白参与的开、关调节机制。
Transcription
mRNA 5′
3′
1
2
3
Translation
Proteins
1
2
3
3.转录和翻译偶联进行；
4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列—SD序 列，共有序列为AGGAGG； 5.原核生物基因表达调控主要在转录水平，即对 RNA合成的调控。
通常有两种方式： (1) 起始调控，即启动子调控 (2) 终止调控(衰减子调控)
转录终止调控方式 ： A.依赖ρ因子的终止调控
噬菌体
B.不依赖ρ因子的终止调控
• 依赖mRNA3′末端转录终止子
• 衰减子介导的转录终止
色氨酸操纵子的表达调控
1.色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子（tryptophan operon，trp operon）
负责色氨酸合成的操纵子，由启动子和操纵基因 区组成，该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合 成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。
第三章 转录
6.产物为多聚核苷酸链
• 不同点：
•
复制
转录
• • • • • •
模板 两股链均作为模板 模板链作为模板 原料 dNTP NTP 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRN 配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C ★ 引物 需RNA引物 -------★方式(特点) 半保留复制 不对称转录
• 真核基因启动子：启动子中的元件可以分为两种： • ①核心启动子元件： 指RNA聚合酶起始转 录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及 其上游－25/－30bp处的TATA盒。核心元件单 独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平 的转录。 • ②上游启动子元件：包括通常位于－70bp附 近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的 上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高 或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子 元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分 别有不同的调控。以人金属硫蛋白基因为例，说明 真核基因上游启动子元件的组织情况和各元件相应 结合的转录因子。
• RNA酶促合成的特点： （1）合成原料为ATP、GTP、CTP、UTP
（2）的RNA在NDA模板上以RNA聚合酶
酶促合成
（3）只有一条DNA链作为一个基因的RNA
模板，这可用人工分子杂交试验证实。 （4）RNA链按照5‘－3’方向（DNA链的 3‘－5’）定向合成，因此RNA5‘端为三磷酸 键。
• 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖 70bp的DNA序列，因此酶分子上的一个 适合部位就能占据从-35到-10序列区域 （图）
大肠杆菌 RNA聚合 酶识别的 启动子区
• 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种 RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以 RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比较了上 百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列 伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness 框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基 本上都由A，T碱基所组成，离体转录实验表明， TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA 框的基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75 区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT。 有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG，兔子的β珠蛋白基因转录效率只有原来的 12%（图）。
第三章 RNA转录
第三章 RNA 转录(RNA transcription)3.1. Basic concept3.2. Trancription survey3.3. Promoter in Eukaryotes and Prokaryotes3.4. Transcription Termination3.5. Pre-RNA processing in Eukaryotes3.1. 基本概念（P64） Basic concept● 基因表达的第一步● 以D. S. DNA 中的一条单链作为转录的模板某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录（不对称转录）● 在依赖DNA 的RNA 聚合酶的作用下● 按A U ，C G 配对的原则，合成RNA 分子● 模板单链 DNA 的极性方向为3’ → 5’, 而非模板单链DNA 的极性方向与RNA 链相同，均为5’ → 3’.● RNA 的转录包括promotion, elongation, termination 三个阶段● 从启动子（promoter ）到终止子（terminator ）的DNA序列称为转录单位 （transcriptional unit ）● 原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon● 转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值● RNA 的主要种类及功能：mRNA ——携带编码多肽的遗传信息tRNA ——将核苷酸信息转化为aa 信息转运aa 进入核糖体rRNA ——参与多肽合成3.2.RNA 转录概况3.2.1转录的基本过程1. 模板识别：RNApol 与启动子相互识别并结合的过程（形成封闭的二元复合物）• 启动子（promoter ）：DNA 分子上结合RNApol 并形成转录起始复合物的区域，通常也包括促进这一过程的调节蛋白结合位点rich A/T ，易发生DNA 呼吸现象形成单链区2转录起始：启动子区解链，转录起始（封闭的二元复合物 开放的二元复合物 三元复合物）通常在这一过程中RNApol 移动较慢，且易发生脱落——流产式起始 ——决定启动子的强弱3延伸：延伸过程中的延宕现象（Eukaryotes ）：Euk genome G/C 分布不均匀σ脱离全酶（Pro ）/RNApol 脱离转录起始复合物（Euk ）4终止：在终止子（terminator ）处停止转录3.2.2 RNApolymerase1 RNA polymerase in Prokaryotes （以E.coli 为例）1）构成• 核心酶(core enzyme)：2αββ’DNA3’----TACTCAT----5’ RNA 5’----AUGAGUA----3’5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand)template (antisense strand)•全酶（holoenzyme)2αββ’σ•α：核心酶组建因子/ 启动子识别•β：RNA合成的活性中心•β’：与β共同构成活性中心•σ：识别启动子，增加酶与DNA的亲和力σ因子可减少RNApol与非启动子DNA序列的亲和力，而增加RNApol与启动子的亲和力，一旦转录起始，σ因子将脱离RNApol再次引导新的RNApol进行转录•ρ：参与转录终止2）Rifamycin（利福霉素）及Streptolydigin（利链菌素）对Pro转录的影响Rif可结合β，阻止NTP的进入I位点（Initiation site )（一旦形成三元复合物Rif不再起抑制作用）；利链菌素结合β的延伸位点(Elongation site)，抑制延伸。
第三章 RNA转录
•The enzyme escapes from the promoter •The transition to the elongation phase •Stable ternary complex=DNA +RNA + enzyme
录起始的频率也越高。
三、转录机器的主要成分
（一） （二）
（一）
*hnRNA：heterogeneous muclear RNA, 核内不均一RNA, 为存在于真核生物细胞核中的不稳定、 大小不均的一组高分子RNA.这些hnRNA在受到加工之后，移至细胞质，作为mRNA而发挥其功能。 大部分的hnRNA在核内与各种特异的蛋白质形成复合体而存在着。 snRNA: small nuclear RNA, 它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分，参与 mRNA前体的加工过程。
第三章 生物信息的传递
——从DNA到RNA
中心法则
一、基础知识
RNA
二、RNA转录
RNA合成的特点 转录的基本过程
识别 起始 延伸 终止
RNA聚合酶
三、转录机器的主要成分
转录复合物
一、基础知识
二、RNA的转录（Transcription）
（一）、RNA合成的特点
（二）
•The initial binding of polymerase to a promoter. •DNA remains double stranded.
•The enzyme is bound to one face of the helix.
•The DNA strand separate over a distance of ~14 bp(-11 to +3 )around the start site(+1 site) •Transcription bubble forms
第三章 转录
② ρ因子的作用机理
“热追踪（hot-pursuit）”模型：
◆ρ因子结合：最初结合到RNA终止子上游一个伸展的 （约70个核苷酸）单链区。 ◆ρ因子移动：结合到RNA上后，发挥ATP酶活性以提供在
RNA上滑动的能量，直到它到达RNA-DNA杂合链区域(可
能ρ因子沿RNA移动比聚合酶沿DNA移动的速度快)，
TATA
RNA Pol II
2.4 起始到延伸的转变
转录的起始
真核生物转录的起始
♫ 三种RNApol均没有对启动子特异序列的识别 能力 ♫ 转录起始过程需要很多的辅助因子(称为转录因 子TF)参与, 并且按一定顺序与DNA形成复合物， 协助RNApol定位于转录起始点，RNA聚合酶I、 II、 III，分别称为TFI、 TFII和 TFIII
真核生物转录的开始
2、底物为4种三磷酸核苷酸：ATP，GTP， UTP 和CTP；
3、不需要引物；
4、需要其他起始蛋白的存在，聚合酶才能与 启动子结合并诱导起始；
2. 2 真核生物的启动子
• 三种 RNApol → 三种转录方式 • 三种启动子 → 三类基因，Ⅰ类 类 Ⅱ类 Ⅲ
2. 2 .1 RNA聚合酶I：核心元件和上游 控制元件
前; RNA发夹结构的
形成可能是必需的。
（2）ρ-依赖型终止子 (rho-dependent terminator)
①ρ因子的基本结构 ρ因子是大肠杆菌的一种基本蛋白质，只在终 止阶段发挥作用，由6个相同亚基组成。作为 RNA聚合酶的辅助因子行使功能。大肠杆菌中 的ρ-依赖型终止子占所有终止子的一半左右。
①内源性终止子的基本结构
1) 二级结构中的发夹(长度 7-20 bp; 发夹靠近基部通 常有一个G-C富集区）。
第三篇dna复制损伤修复、转录、翻译 (1)
第三篇遗传信息的传递简答题1.图示并文字说明分子生物学的中心法则。
并叙述其发现意义。
第十四章DNA的生物合成一、名词解释端粒、端粒酶、反转录、cDNA、复制、引发体、领头链、随从链、冈崎片段、引物、半保留复制、半不连续性复制、复制叉、复制子、Klenow片段二、填空题1．人类体细胞的基因组总长为6.0×109bp，含46条DNA分子。
2．在DNA复制过程中，能够连续合成的链称为领头链或先导链，不能够连续合成的链称为滞后链或随从链，这种复制方式称为半不连续复制。
3. DNA体内复制的主要特征有半保留复制、双向复制和半不连续复制。
4．维持DNA复制保真性(Fidelity)的分子机制有：⑴严格遵守碱基配对法则；⑵DNA聚合酶对碱基的选择能力；⑶即时的校读功能。
DNA自发突变的频率约为10-9。
5．反转录合成cDNA包括三个步骤，它们是⑴以mRNA为模板合成cDNA的第一条链；⑵杂化双链中RNA链的水解；⑶合成cDNA的第二条链。
6．催化DNA复制的聚合酶的全称为DDDP；催化反转录的酶的全称为RDDP。
7．在E.coli中，特异识别复制起始区的蛋白因子是DnaA；在E.coli DNA复制过程中，执行校读功能的是DNA pol I，真正催化复制的酶是DNA pol Ⅲ，连接冈崎片段的酶是DNA连接酶。
8．催化真核生物染色体端粒中DNA复制的酶称为端粒酶，它是一种特殊的反转录酶，通过一种称为爬行模型的机制维持染色体的完整。
9. 原核生物DNA pol Ⅲ执行碱基选择功能的亚基是ε亚基。
10. DNA复制的底物是dNTP；而发生聚合的核苷酸是dNMP。
11. DNA复制时，子链的延伸方向是5′→3′。
12.引物的作用是提供3′-OH末端。
三、问答题1.何谓反转录（reverse transcription）？其发现意义是什么？2.DNA复制的主要特征及维持复制保真性的分子机制是什么？3.参加E.coli DNA复制的酶和蛋白因子有哪些？各自的功能怎样？4.真核生物的DNA聚合酶有哪几种？作用是什么？5.试举出5种在原核生物DNA复制中能够催化3′, 5′-磷酸二酯键生成的酶，并试述其功能。
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常识数据
•转录生成mRNA的速度大约是每分钟2500个 核苷酸(14个密码子/秒)，与翻译速度 (15aa/秒)基本相等，但比DNA复制的速度要 慢得多（800bp /秒）。
•基因开始表达→mRNA的间隔约为2.5分钟， 而再过半分钟就能在细胞内测到相应的蛋白 质。
转录机器的主要成分
1. RNA聚合酶 (RNA polymerase)
第三讲 生物信息的传递 （上）从DNA到RNA
Crick的中心法则（central dogma）
From DNA to Protein
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。
基因表达包括转录（transcription）和 翻译（translation）两个阶段。
Upstream identifies sequences proceeding in the opposite direction from expression; for example, the bacterial promoter is upstream of the transcription unit, the initiation codon is upstream of the coding region.
RNA聚合酶需执行的功能
(1)识别DNA双链上的起始子；
(2) 使DNA变性在启动子处解旋成单链； (3) 通过阅读启动子序列，RNA pol 确定它 自己的转录方向和模板链。
(4) 最后当它达到终止子时，通过识别停止 转录。
原核和真核生物的RNA聚合酶虽然 都能催化RNA的合成，但在其分子 组成、种类和生化特性上各有特 色。
RNA chains fold back on themselves to form local regions of double helix.
Pseudoknot
Pseudoknots are complex structure resulted frombase pairing of discontiguous RNA egments
前起始复合物 (preinitiation transcription complex, PIC)
真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启 动子区，需要一些被称为转录调控因子的辅 助蛋白质按特定顺序结合于启有效地起始转录。
Downstream identifies sequences proceeding farther in the direction of expression; for example, the coding region is downstream of the initiation codon.
RNA合成的特点
1. RNA 是以5’→3’方向合成的，它的序列是与 DNA编码链（意义链）相同。 2. RNA 的合成是以反义链(模板链)为模板。 3. 同在DNA中一样，形成磷酸二脂键 ( Phosphodiester bonds)。 4. 必需的成分: RNA polymerase, rNTPs, transcription factors, promoter & terminator/template
How do regulatory proteins interact with RNA polymerase to activate or to repress specific steps in the initiation, elongation, or termination of transcription?
•在动、植物及昆虫的细胞中，RNApol Ⅱ的 活性可被低浓度的α-鹅膏 蕈碱所抑制。但 却不抑制pol Ⅰ。
• Pol Ⅲ对α-鹅膏蕈的反应，不同的 生物 有所差异。在动物细胞中高浓度 的α-鹅膏 蕈可抑制转录，在昆虫中不受抑制。
真核生物RNA聚合酶的主要特征
•聚合酶中有两个相对分子质量超过1×105的 大亚基；
转录的终止
• 合成的终止： 当RNA链延伸到转录终止位 点时，RNA polymerase 和RNA链均从DNA模 板上释放出来。
• Terminator: 通常含有自我互补区域 self-complementary regions) ，在RNA产 物中可以形成stem-loop 或hairpin结构 。
G:U base pair
Non-Watson-Crick G:U base pairs represent additional regular base pairing in RNA, which enriched the capacity for self-complementarity
生物体内拥有三类主要RNA：
转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同 (除了T→U之外）的RNA单链的过程，是 基因表达的核心步骤。
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。
RNA主要以单链形式存在于生物体内
Secondary structure of RNA
Primary transcript is the original unmodified RNA product corresponding to a transcription unit.
How does RNA polymerase find promoters on DNA? ( how do proteins distinguish their specific binding sites in DNA from other sequences?
•同种生物3类聚合酶有“共享”小亚基的倾向， 即有几个小亚基是其中3类或2类聚合酶所共有 的。
真核生物RNA聚合酶的亚基
注：亚基按照分子量由大到小的顺序排列。
真核生物RNA聚合酶一般有8-16个亚基所组成, 相 对分子质量超过5×105。
真核生物线粒体和叶绿体中存在 不同的RNA聚合酶
线粒体中RNA聚合酶： • 只有一条多肽链，相对分子量小于7 X 104，是已知 最小的RNA聚合酶之一； • 与T7噬菌体RNA聚合酶有同源性。
2. 转录复合物
RNA聚合酶 (RNA polymerase)
RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶。
1. 主要以双链DNA为模板，以4种核苷三磷酸作为 活性前体。 2. 需要Mg2+/Mn2+为辅助因子。 3. 它不需要任何引物。 4. 以5’ → 3’方向合成RNA链。 5. 缺乏3’ → 5’外切酶活性。 6. 是一个含有多个亚单位(multi-subunit)的酶。
Replication: synthesis of two DNA strands using both parental DNA strands as templates. Duplication of a DNA molecule 1 DNA molecule → 2 DNA molecules •Transcription: synthesis of one RNA molecule using one of the two DNA strands as a template.
•是启动子识别的关键的酶，不仅增加聚合酶对启动子 的亲和力(提高103倍)，还可降低它对非专一位点 的亲和力(降低104倍)，使酶底复合物的半衰期小 于1s。
•在细胞中对σ因子量的需求少于聚合酶中其它亚单位。
在某些细菌中含有识别不同启动子的σ因 子，以适应不同生长发育阶段的要求， 控制不同基因转录的起始。
1、编码特定蛋白质序列的mRNA；
2、能特异性解读mRNA 中的遗传信息并将其 转化成相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA；
3、直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。
Biological roles of RNA
1. Genetic material of some viruses 2. The intermediate (mRNA) between the gene and the protein-synthesizing machinery. 3. An adaptor (tRNA) between the codons in the mRNA and amino acids. 4. A regulatory molecule, which through sequence complementarity binds to, and interferes with the translation of certain mRNAs. 5. Some RNAs are enzymes that catalyze essential reactions in the cell (RNase P ribozyme, large rRNA, self-splicing introns, etc).
一般情况下，转录起始复合物可以进入两 条不同的反应途径：
•合成并释放2-9个核苷酸的短RNA转录物， 即所谓的流产式起始； •一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸, 尽快释放σ亚基，RNA聚合酶离开启动子区， 转录就进入正常的延伸阶段。转录起始复合 物通过上游启动子区并生成由核心酶、DNA 和新生RNA所组成的转录延伸复合物。
Key terms related to transcription
RNA polymerases are enzymes that synthesize RNA using a DNA template (formally described as DNA-dependent RNA polymerases). Promoter is a region of DNA where RNA polymerase binds to initiate transcription. Startpoint (Startsite) refers to the position on DNA corresponding to the first base incorporated into RNA. Terminator is a sequence of DNA that causes RNA polymerase to terminate transcription. Transcription unit is the distance between sites of initiation and termination by RNA polymerase.