生物信息的传递上-(2)PPT课件

第3章 生物信息的传递(上)——从DNA到RNA
3.1 RNA的结构、分类和功能 3.2 DNA转录的基本过程 3.3 RNA聚合酶 3.4 启动子与转录起始 3.5 原核生物与真核生物转录产物比较 3.6 原核生物与真核生物mRNA的特征比较 3.7 真核生物RNA的转录后加工 3.8 RNA的编辑、再编码和化学修饰
➢ RNA聚合酶Ⅱ存在于细胞核质内，转录产物为 hnRNA，经加工后生成mRNA。
➢ RNA聚合酶 Ⅲ存在于细胞核质内，主要转录产物 为tRNA、5Sr RNA、snRNA。
➢ 真核生物RNA聚合酶一般由8~16个亚基所组成， 相对分子质量超过5×105 。
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3.2.2 转录起始
➢ RNA聚合酶结合到启动子上后，使启动子附近的 DNA双链解旋并解链，形成转录泡以便底物核苷 酸与模板上的碱基配对。
➢ 转录起始是RNA链上第一个磷酸二酯键的产生。
➢ 转录起始可分为3个阶段：
✓ RNA聚合酶全酶与启动子结合形成封闭复合物。 ✓ DNA构象改变，封闭复合物转变成开放复合物。 ✓ 开放复合物与最初两个NTP结合形成磷酸二酯键，转
➢ RNA转录的基本过程：模板识别、转录起始、转 录延伸和转录终止。
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3.2.1 模板识别
➢ 模板识别是指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互 作用并与之相结合的过程。
➢ 启动子是基因转录起始所必需的一段DNA序列。
➢ 真核细胞中模板识别与原核细胞不同。
➢ 真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子 区，需要转录调控因子(辅助蛋白)按特定顺序结 合于启动子上，RNA聚合酶才能与之结合并形成 复杂的转录前启始复合物。
➢ 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。
➢ 由β和β'亚基组成了聚合酶的催化中心。
➢ σ因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始。
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3.3.2 真核生物生物RNA聚合酶
➢ 真核生物RNA聚合酶有3种(见P83表3-4)。
➢ RNA聚合酶Ⅰ存在于细胞核的核仁中，转录产物 是45S rRNA前体，经剪接修饰后生成除5S rRNA 外的各种rRNA。
➢ RNA链可自身折叠形成局部双螺旋。主要是A-U、 G-C配对，偶而有G-U配对。RNA双螺旋的大小 沟差异不大，不适合与蛋白质进行序列特异性相 互作用。
➢ RNA可折叠形成复杂的三级结构。RNA主链上的 未配对区可自由旋转，以及不规则的碱基配对。
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3.1.2 RNA的种类和功能
➢ mRNA：编码了一个多肽中的氨基
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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。
➢ 基因表达包括转录和翻译两个阶段。
➢ 转 录 是 指 拷 贝 出 一 条 与 DNA 链 序 列 完 全 相 同 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。
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3.2 DNA转录的基本过程
➢ RNA链合成的特点：
✓ 新链合成方向5'→3'。DNA模板链方向3'→5'。 ✓ 以DNA双链中的反义链(模板链)为模板。 ✓ RNA聚合酶以四种核苷三磷酸(NTP)为底物。 ✓ DNA模板链与RNA链之间的碱基配对规则：A-U、T-A、
G-C、C-G。 ✓ 各核苷酸之间通过3', 5'磷酸二酯键相连。 ✓ RNA聚合酶不需要引物，可从头合成RNA。 ✓ RNA链带有与DNA编码链相同的序列(U→T)。
变成RNA聚合酶、DNA和新RNA三元复合物。
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3.2.3 转录延伸
➢ 当RNA聚合酶催化新生RNA链长达9~10核苷酸时， σ因子从全酶上脱落下来。
➢ 核心酶沿DNA模板链移动使新生RNA链不断伸长， 这个过程称为转录延伸。
➢ 全酶构象是与DNA专一结合所要求的，核心酶就失 去了对DNA特异性序列的识别和结合能力。
➢ 在延伸阶段，底物NTP不断被添加到RNA链的3'OH端。DNA双链不断解开，RNA新链继续延伸。
➢ 由核心酶、DNA和新生RNA组成的延伸复合物直 到遇到转录终止信号时，才停止加入新的核苷酸。
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3.2.4 转录终止
➢ 当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不 再 形 成 磷 酸 二 酯 键 ， RNA-DNA 杂 合 双 链 分 离 ， DNA恢复双链状态，而RNA聚合酶和RNA链从模 板上释放出来，这就是转录的终止。
酸信息。
➢ rRNA：是核糖体中的主要成分。 ➢ hnRNA：由DNA转录生成的原始转录产物。 ➢ snRNA：核小RNA，在前体mRNA加工中，参与去
除内含子。
➢ snoRNA：核仁小RNA，主要参与rRNA及其它 RNA的修饰、加工、成熟等过程。
➢ scRNA：细胞质小RNA在蛋白质合成过程起作用。
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原核细胞中的RNA转录过程
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3.3 RNA聚合酶
3.3.1 原核生物RNA聚合酶
➢ 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(见P82表3-2)。
➢ 转录起始需要全酶，延伸过程仅需核心酶。
➢ 转录的终止信号存在已经转录的RNA序列中，提供 终止信号的这段DNA序列称为终止子。
➢ 终止子的主要特征：转录终止点前有一段富含G-C 碱基对的回文序列，能形成茎环或发卡结构；其后 有一段4~8个寡聚A序列。
➢ 转录终止分为不依赖ρ因子和依赖ρ因子两类。
➢ 有时转录遇到终止信号仍继续转录，称为抗终止。
➢ 编码链(有意义链)与mRNA序列相同的DNA单链。
➢ 模板链(反义链)指导mRNA合成的DNA单链。
➢ 不对称转录：RNA只转录DNA的模板链。
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DNA模板-mRNA-多肽链 之间的共线性关系
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3.1 RNA的结构、分类和功能
3.1.1 RNA的结构特点
➢ RNA主要以单链形式存在于细胞中。碱基主要有 A、G、C、U。