现代分子生物学_课件(3)生物信息的传递(上)
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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 。
.
7
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。
.
6
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。
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。
现代分子生物学课件()生物信息的传递(上)
转录的终止
转录终止于特定的终止子 区域，RNA聚合酶在此处 停止合成RNA链。
DNA的翻译
翻译的起始
mRNA与核糖体结合，形 成翻译起始复合物。
翻译的延伸
核糖体沿着mRNA移动， 并连续合成多肽链，直到 遇到终止密码子。
翻译的终止
核糖体遇到终止密码子时 停止合成多肽链，释放出 合成的多肽链。
03
了解信号转导、基因表达调控和细胞 信号转导等不同类型的信息传递方式。
02
DNA的复制、转录与翻译
DNA的复制
复制的起始
DNA复制起始于特定的起始点， 称为复制子或复制起始位点。
半保留复制
DNA复制过程中，每条新链都是 以原有的母链作为模板，形成互补 链，因此每个DNA分子都保留了 原有的遗传信息。
信号转导与基因表达调控的异常 可以导致多种疾病的发生和发展，
如癌症、心血管疾病、代谢性疾 病等。
这些异常可以包括信号转导通路 的异常激活、基因表达调控的异 常调节、信号分子和酶的突变等。
深入了解信号转导与基因表达调 控的机制，有助于发现新的药物 靶点和治疗策略，为疾病的预防
和治疗提供新的思路和方法。
当核糖体遇到终止密码子时，肽链合成停 止，释放出合成的多肽链。
蛋白质表达的调控
转录水平调控
基因的转录是蛋白质合成的第一 步，转录水平的调控主要通过调 节基因的转录效率和起始时间来
实现。
翻译水平调控
翻译水平的调控主要通过影响 mRNA的稳定性、翻译起始和肽
链延伸等过程来实现。
蛋白质修饰
蛋白质的磷酸化、乙酰化、甲基 化等修饰可以影响蛋白质的活性
调控细胞功能 生物信息传递参与调控细胞的各种功能，包括代 谢、增殖、分化和凋亡，对维持机体稳态具有重 要意义。
现代分子生物学课件3生物信息的传递上
三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异
原核生物
真核生物
帽子结构 起始核苷酸 启动区范围 上游序列
没有
有
嘌呤或嘧啶
嘌呤（A为主）
较小(＋1～－70) 较大 (＋1～－110)
TTGACA
CAAT、GC、增强子
图5-4 P155页 原核生物与真核生物启动子比较
第四节 原核生物和真核生物转录及抑制剂
（三）RNA聚合酶 Ⅲ 的启动子
即 tRNA基因的启动子，称Ⅲ类启动子。
Ⅲ类启动子位于转录起始点下游，称下游启动 子或内部启动子。
Ⅲ类启动子包括：A盒、B盒 A盒靠近5′方向； B盒 靠近3 ′方向 。
Ⅲ类启动子需要的转录因子包括： TF Ⅲ C、TF Ⅲ B、TF Ⅲ A，前两者是共同 的，后者为5S rRNA基因转录所需。
RNA聚合酶——
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
(二） 真核生物RNA聚合酶
真核生物的RNA聚合酶
种类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
定位 转录产物
核仁 45s-rRNA
对鹅膏蕈碱反应 耐受
核质 hnRNA U1-13snRNA （U6除外） 极敏感
核质
5s-rRNA,tRNA, U6snRNA， 非UsnRNA 中度敏感
-35
-10 转录起点
TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp
（二）终止子结构
提供转录终止信号的序列称为终止子（terminator）;终止信号 存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。
原核生物终止子分为两类：
一类是不依赖于ρ因子的转录终止； 一类是依赖ρ因子的转录终止；
两类终止子有共同的序列特征： 在转录终止点之前有一段间断的回文结构。
分子生物学课件-第三章-生物信息传递(上)
无论在原核还是真核细胞中，RNA链的合 成都具有以下几个特点：
– RNA按5’→3’方向合成 – 以DNA双链中的反义链为模板 – 不需要引物参与 – 合成的RNA有与DNA编码链相同的序
列（T-U）
转录的不对称性：
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。
编码链与模板链
与合成的mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链； 将另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA 链称为模板链。
模 编板 码35′′链 链 … …G CG CA TC GA TT AG C … … T A 5 3′′ATC G DA T NG CA
转录 GCAGUACAUGUC mRNA
胞嘧啶-脱氧核糖核苷三磷酸dCTP CTP
dNTP指碱基脱氧核糖核苷三磷酸，表示dGTP，dATP, dTTP,dCTP的 混合物。T就是英文的three，P是指phosphate 即磷酸，d指的是 deoxy 即脱氧。
NTP指碱基核糖核苷三磷酸，表示GTP，ATP, UTP,CTP的混合物。
腺嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dATP ATP
腺嘌呤-脱氧核糖核苷酸 dAMP，AMP 鸟嘌呤-脱氧核糖核苷酸 dGMP，GMP 胞嘧啶-脱氧核糖核苷酸 dCMP，CMP 胸腺嘧啶-脱氧核糖核苷 酸dTMP TMP 是DNA 或者RNA的组成 成分。
鸟嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dGTP GTP 腺嘌呤-脱氧核糖核苷三磷酸 dATP ATP 胸腺啶-脱氧核糖核苷三磷酸dTTP TTP
RNA聚 合酶Ⅲ
核质
tRNA
相对活 性
5070%
2040%
约10%
对α-鹅膏蕈碱的 敏感性 不敏感
《生物信息的传递》幻灯片
50S大亚基结合，释放翻译起始因
子。
30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA 起始位点的性质，IF-3协助该亚基完成这种 选择。
Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生 物mRNA上都有一个5’-AGGAGGU-3’ 序列，这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA 3’末端的富嘧啶区5’GAUCACCUCCUUA-3’相互补。
SD序列〔Shine-Dalgarno sequence)
存在于原核生物起始密码子AUG上游 7～12个核苷酸处的一种4～7个核苷酸 的保守片段，它与16S rRNA 3’端反向 互补，所以可将mRNA的AUG起始密码 子置于核糖体的适当位置以便起始翻译 作用。根据首次识别其功能意义的科学 家命名。
酶
酰-tRNA上
EF-Tu 结合 氨基酰-tRNA的进
位点
入
EF-G 结合 移位
位点
核糖体的活性位点
组分 S1、S18、S21；及 S3、S4、S5、 S1216SrRN3A′末端区域 L2、L27及 L14、L18、L24、L33 16S和 23SrRN3A′附近区域 L1、L5、L7/L12、L20、L30、L33 16S和 23SrRN（A 16S 的 1400 区） 23SrRNA是重要的 L5、L18、L25复合体 L2、L3、L4、L15、L1623SrRNA 是重要的
真核生物中，起始氨基酸是： 甲硫氨酸
起始AA-tRNA是：
Met-tRNAMet
存在tRNAiMet和tRNAeMet
4.4.2 翻译的起始 蛋白质合成的起始是指在模板mRNA编码
区5’端形成核糖体-mRNA-起始tRNA复 合物并将甲酰甲硫氨酸放入核糖体P位点。
原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板 相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后 与50S大亚基结合
生物信息的传递ppt课件
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coding strand*
positive strand Crick strand sense strand
5’
3’
GTAC
CATG
3’
GUAC3’
5’
antisense strand
5’
new RNA strand
Watson strand negative strand
template strand*
Transcription bubble
The length of the bubble is ~12-14 bp, and the
length of RNA-DNA hybrid within it is ~8-9 bp.
精选编辑ppt
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DNA-mRNA-the encoded peptide
a. mRNA: as the intermediate between the gene and the proteinsynthesizing machinery. b. tRNA: as an adaptor between the codons in the mRNA and amino acids. c. rRNA: play a structural role, as in the case of the RNA components of the ribosome.
• RNA is a regulatory molecule
Small non-coding RNA which through sequence complementarity binds to, and interferes with the translation of certain mRNAs.
现代分子生物学课件
DNA聚合酶
▪ DNA分子切割
限制性内切酶
▪ DNA片段与载体连接
DNA连接酶
▪ DNA凝胶电泳
▪ 细胞转化及重组子的筛选与鉴定等
2020/12/8
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分子生物学的研究内容
DNA重组技术
三大基本工具: ➢ “分子手术刀” 限制性核酸内切酶 ➢ “分子缝合针” DNA连接酶 ➢ “分子运输车” 基因进入受体细胞的载体
（4）基因组、功基因组与生物信息学研究
基因组（genome): 生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA，包括
核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细胞器中 的DNA。
P. 456
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分子生物学的研究内容 基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划: 测定基因组序列。
- 人类基因组计划 目的是揭开人类所有的遗传结构, 包括所有的基因(尤其是与疾病相关的基因)和基因外 序列的结构。1990年-2001年，美、英、法、德、 日、中 6 国的合作已完成人类基因的全部序列测定工 作。见表2-1, P. 19. - 小家鼠、果蝇、线虫、拟南芥、水稻、啤酒酵母，以 及多种真菌、细菌的基因组研究相继展开，其中拟南 芥基因组的全序列测定已完成。
结构分子生物学
结构分子生物学就是研究生物大分子特定的空间结 构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。
主要包括三个研究方向： ✓ 结构的测定 采用X射线衍射、二维或多维核磁共振等方法 ✓ 结构运动变化规律的探索 ✓ 结构与功能相互关系的建立
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分子生物学的研究内容 基因组、功能基因组与生物信息学研究
(3.2 108bp)。 ➢2001年, 完成人类基因组全序列测定(3.5 109bp)。
现代分子生物学(第四版)朱玉贤课件 PPT 第1章 绪论
特别是基因的一般结构与生物功能，基因活 性的修饰与调节； 4. 掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原 理，了解现代分子生物学基本研究方法； 5.了解基因组与比较基因组学的新成果， 新进展。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
主要教材与参考书
1.《现代分子生物学》 第3版（2007）朱玉贤、李毅、郑晓峰
2. 现代生物学精要(Instant Notes)系列 《分子生物学》第二版（2002）刘进元 《Molecular Biology》2e P.C.turner,et al 3. Principles of Biochemistry
1994 Gilman Rodbell 美国
1995
Lewis Nusslein-Volhard Wieschaus
美国 德国 美国
建立DNA测序方法
诺贝尔生理医学奖
建立和发展了单克隆抗体技术
诺贝尔生理医学奖
发现可移动癌基因
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理医学奖
G蛋白在细胞内信息传导中的作用 诺贝尔生理医学奖
发现了控制果蝇体节发育的基因
诺贝尔生理医学奖
年份
科学家
Doherty 1996 Zinkernagel
国籍
澳 瑞士
1997 Prusiner
美
Furchgott
美
1998
Ignarro Murad
1999 Blobel
美
Carlsson
德
2000 Greengard
预计到2020年，生物医药占全球药品的比重 将超过1/3，生物质能源占世界能源消费的比 重将达5%左右，生物基材料将替代10%-20%的 化学材料。
生物制造、生物能源、生物环保等一 批新兴产业正在快速形成。
据Ernst＆Young研究报告，2010年生 物环境、生物工业处理、生物海洋技术世界市 场规模将达到 134亿美元、327亿美元、288 亿美元。
第三章生物信息的传递(上)PPT课件
转录机器的主要成分——RNA聚合酶
RNA聚合酶主要以双链DNA为模板（也可以单链DNA为模板，不过其活性大大降低）， 以Mg2+/Mn2+为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物。
第一部分 RNA的结构、 分类和功能
RNA的结构、分类和功能
1.mRNA（messenger RNA）即信使RNA，在大肠杆菌中，mRNA占细胞内总RNA的2% 左右（tRNA占16%，而rRNA则占80%以上）
2.原核生物和真核生物细胞内的mRNA执行的功能虽然相同，但是其生物合成的具体过程 以及成熟mRNA的结构是不同的。
核酶：是具有催化功能的小分子RNA ，属于生物催化剂，可降解特异的mRNA序列，主 要参加RNA的加工与成熟。 1982年，美国科学家T.Cech和他的同事在对"四膜虫编码rRNA前体的DNA序列含有间隔 内含子序列"的研究中发现，自身剪接内含子的RNA具有催化功能，并因此获得了1989 年诺贝尔化学奖。
生物信息的传递（上ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ——从DNA到RNA
目录
01 RNA的结构、分类和功能 02 RNA转录概述 03 RNA转录的基本过程 04 原核生物和真核生物的转录及产物特征比
较
05 原核生物RNA聚合酶与RNA转录 06 真核生物RNA聚合酶与RNA转录
目录
07 RNA转录的抑制 08 真核生物RNA的转录后加工 09 RNA的结构、分类和功能 10 RNA转录概述 11 RNA转录的基本过程 12 原核生物和真核生物的转录及产物特征比较
发夹结构：由于RNA单链分子上存在二重对称区， 通过自身回折使得互补的碱基对相遇，形成氢键结 合而成的结构。 发夹结构的作用:控制转录的终止、翻译的效率以及 mRNA的稳定性。
分子生物学3生物信息的传递（上）——从DNA到RNA
分子生物学3生物信息的传递（上）——从DNA到RNA第三章生物信息的传递（上）——从DNA到RNA重点：1.启动子与转录起始2. 原核生物和真核生物mRNA的特征比较3. 内含子的剪接、编辑及化学修饰难点：1.启动子与转录起始2. 终止和抗终止3. 内含子的剪接、编辑及化学修饰第四节启动子与转录起始大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括启动子区的识别、酶与启动子的结合及因子的结合与解离等。
1. 原核启动子的基本结构（1）启动子：是一段位于结构基因5 ′端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的相结合并具有转录起始的特异性。
基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，所以，RNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之结合是转录起始过程中首先要解决的问题。
我们知道，转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是RNA聚合酶与启动子的相互作用。
启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达水平。
（2）转录单元：是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。
RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。
在细菌中，一个转录单元可以是一个基因，也可以是几个基因(3)转录起点：是指与新生RNA链地一个核苷酸相对应DNA链上的碱基。
常常把起点前面，即5′末端的序列称为上游，而把其后面即3′末端的序列称为下游。
在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次为+2、+3等，上游方向依次为-1、-2、-3等。
启动子区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接影响到转录的效率。
那么，启动子区有什么结构特点呢？（4）绝大部分原核启动子都存在-10区和-35区-10区：在-6~-13bp之间，共同序列为TATAAT，又称pribnow 框，酶在此处与DNA结合成稳定的复合物，在转录方向上解开双链形成开放型起始结构。
-35区：共同序列为TTGACA，是RNA聚合酶起始识别区，这一识别过程与σ因子有关。
现代分子生物学_课件(3)生物信息的传递(上)(精选)共97页PPT
现代分子生物学_课件(3)生物信息的 传递(上)（精选）
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
Байду номын сангаас 谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
《现代分子生物学》PPT课件
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13
遗传密码
• 遗传密码的破译 • 遗传密码的特性：无逗号、不重叠、通用
性、简并性、起始密码和终止密码
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14
tRNA的结构与功能
• tRNA的二级结构：三叶草型——四环四臂 • tRNA的三级结构：倒L型 • tRNA的功能：密码子与反密码子的配对 • tRNA种类：起始tRNA与延伸tRNA、同工
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35
免疫球蛋白
• 免疫系统：体液免疫和细胞免疫 • B细胞的分化过程 • 免疫球蛋白的结构 • 免疫球蛋白基因重排产生多样性
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36
果蝇胚胎的模式发育
• 重要基因：BICOID和HUNCHBACK（前端 形成），NANOS和CAUDAL（后端形成）
• 同源域基因：存在于生物中的一类高度保 守的基因，可能与模式发育有关。
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21
酵母双杂交系统
• 用于分离能与已知靶蛋白质互作的基因 • 基本原理：真核生物的转录因子大多有两
个结构分开、功能上独立的结构域组成： DNA结合域（BD）和转录激活域（AD）， 只有两者在空间上相互靠近才能起始转录。
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22
第六章 基因的表达与调控（上）
知识要点
• 基因表达调控的基本概念 • 操纵子模型
• 激素调节、热激蛋白调节、金属蛋白调节
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31
第八章 疾病与人类健康
知识要点
• 癌症发病机制 • 癌基因概念和分类 • 基因治疗的概念
完整版课件ppt
32
癌基因的概念和分类
• 癌基因：体外引起细胞转化，体内诱发肿 瘤。分为v-onc（HIV和HBV）和c-onc两类
生物信息的传递上-(2)PPT课件
.
17
3.4.4 真核生物启动子对转录的影响
➢ 真核生物启动子的结构包括核心启动子和上游启 动子元件。
➢ 核心启动子 指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始 所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点 及 转 录 起 始 位 点 上 游 -25~-35 区 TATA 序 列 (TATA 盒)。其作用是选择正确的转录起始位点，保证精 确起始。
.
1
➢ 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。
➢ 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。
.
12
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。
➢ 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。
.
9
3.2.4 转录终止
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5´……G C A G U A C A U G U C……3´
mRNA 翻译
N …… Ala · Val · His · Val ……C
肽
DNA模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系
不对称转录(asymmetric transcription) • 在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板 指引转录，另一股链不转录 ；
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A U A U C
G
DNA
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A U A U C
mRNA
G
DNA上的遗传信息就传递到mRNA上
mRNA在细胞核中合成
细胞核
A A T C T A T A G U U A G A U A U C
微小RNA(microRNA, miRNA)
小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA) 相同点: (1)二者的长度都约22 nt左右; (2) 二者同是Dicer（一种具有RNAaseⅢ活 性的核酸酶）产物; (3)二者同是 RISC(RNA－induced silencing complex) 的组分，因此在siRNA 和miRNA 介导的 沉默机制上有重叠。
第二节 DNA指导下的RNA聚合酶
（一）原核生物RNA 聚合酶 ●RNA聚合酶（大肠杆菌为例） 全酶=核心酶+ σ因子
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚 基 α β 基因 rpoA rpoB 相对分 子量 36500 151000 亚基 数 2 1 组分 核心酶 核心酶 功能 核心酶组装，启动子识别
DNA的生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。 通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质的过程来控 制生物个体性状（基因表达）。
基因表达(gene expression)：是指细胞在生命过程
中,把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译,
转变成具有生物活性的蛋白质分子。
第一节 转录的基本原理
一、基本概念
C——G；
G—C
细 胞 核 中
A A T C T A T A G
RNA
聚合酶
G
组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G
RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别
大小(M) 引物 产物 作用方式 外切酶活性 校对合成能力 修复能力
RNA聚合酶 大，4.8×105dol 无 较短，游离 DNA聚合酶 小，1.09×105dol 有 较长，与模板以氢 键相连 两条链同时进行 5’ 3’，3’ 5’
一条链的某一段 无 无 无
有 有
α: 二聚体存在，核心酶组装，启动子识 别，参与RNA聚合酶和部分调节因子的 相互作用。
β: 能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸 底物相结合。催化磷酸二酯键的形成。 β和β′共同 形成聚合酶的催化中心 σ：负责模板链的选择和转录的起始，是 酶的别构效应物，使酶和专一性识别模板 上的启动子，起始转录。
端体酶RNA(telomerase RNA):与染色体 末端的复制有关； 反义RNA(antisense RNA): 是指与mRNA
互补的RNA分子, 也包括与其它RNA互补
的RNA分子。它参与基因表达的调控。
转录模板
• DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。 • 一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列为一
某些细菌含有能识别不同启动 子的σ因子，调控不同基因转录的 起始， 如枯草杆菌有6种不同的σ因子： σ55、 σ29等。
E.coli中不同的因子 可识别不同的启动子
(二） 真核生物RNA聚合酶
真核生物的RNA聚合酶
种类 定 位 转录产物 Ⅰ 核 仁 45s-rRNA Ⅱ 核 质 hnRNA U1-13snRNA （U6除外） 极敏感 Ⅲ 核 质 5s-rRNA,tRNA, U6snRNA， 非UsnRNA 中度敏感
snRNA：(small nuclear)在前体mRNA 加工中，参与去除内含子。 snoRNA：(small nucleolar)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(small cytoplasmic ) 主要在蛋白质合成过程起作用。
个转录单元。
• DNA双链按碱基配对规律能指引转录生成RNA的
一股单链，称为模板链(template strand)，也称作
反意义链或Waston链。 • 相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称 为有意义链或Crick链。
编码链 模板链
5´……G C A G T A C A T G T C……3´ DNA 3´…… c g t c a t g t a c a g……5´｝ 转录
mRNA
DNA
核孔
细胞质
mRNA通过核孔进入细胞质
细胞核
A A T C T A T A G U U A G A U A U C
mRNA
U U A G A U A U C
mRNA
细胞质
mRNA：(messenger)编码了一个或多 个蛋白质序列； tRNA：(transfer)把mRNA上的遗传信 息变为多肽中的氨基酸信息； rRNA：(ribosomal)是合成蛋白质的工 厂核糖体中的主要成分。 hnRNA：(heterogeneous nuclear)由 DNA转录生成的原始转录产物，即前 体mRNA。
三、转录的基本过程
模板识别
转录起始
通过启动子
转录延伸
转录终止
模板识别 和转录起始
• 全酶识别启动子， 与其可逆性结合形 成封闭复合物—— DNA为双链。 • DNA构象变化，开 放复合物形成，全 酶结合的一小段双 链解开 。 • 开放复合物与最初 2个NTP结合，短 RNA链形成。
转录起始：第一个核苷酸键的形成
RNA合成方向：5' 3'
细 胞 核 中
DNA的平面结构图
A A T C T A T A G T T A G A T A T C
DNA 解旋，以一条链为模板合成RNA 细 胞 核 中
DNA的 一条链
A A T C T A T A G
G
游离的核糖核苷酸
(原料）
DNA与RNA的碱基互补配对：A——U； T——A；
其他非编码RNA： 按大小分： (1) 21～25 个核苷酸的RNA, 包括 microRNA(miRNA) 和小干扰RNA ( small interferin RNA（siRNA）。 (2) 100～200个核苷酸的small RNA (sRNA) , 往往在细菌细胞起翻译调节子功能。 (3) 大于 10000个核苷酸的非编码RNA，参与 更高级真核生物的基因沉默。
第三章 生物信息的传递（上） ——从DNA到RNA
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
DNA的基本功能：
• 以基因的形式荷载遗传信息，是生命遗传的物 质基础。
DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制 得到永存（DNA 复制）。
• 作为基因复制和转录的模板，是个体生命活动 的信息基础。
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A U
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A U A
G
细 胞 核 中
A A T C T A T A G U U A G A U A U
• 模板链并非永远在同一条单链上。
转录方向
5 3
编码链
模板链
模板链
编码链
3
5
转录方向
二、转录与复制的异同
转录与复制的相似之处：
⑴ 都是酶促的核苷酸聚合过程；
⑵ 都以DNA为模板；
⑶ 都需依赖DNA的聚合酶； ⑷ 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键； ⑸ 都从5′至3 ′方向延伸成新链多聚核苷酸； ⑹ 都遵从碱基配对规律—— 但转录忠实性要低于DNA复制。 ⑺ 转录与复制都受到严格的调控
转录(transcription) ： 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转 录
DNA
RNA
转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息从DNA向RNA传递过程，也是基因表达的开始。
参与转录的物质
模板:DNA 酶: RNA聚合酶 原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 其他蛋白质因子
不同点： (1) 二者的来源不同，miRNA 来 源于内源转录本，即单链RNA；siRNA 来 源于内源或外源的同源双链RNA； (2) miRNA 参与动植物正常的生长发育基因 调控，而现在一般认为siRNA 不参与正常 的基因调控，只在病毒或其他dsRNA 诱 导的情况下才产生; (3) miRNA 主要在翻 译水平起作用，而siRNA 为转录后水平调 控。
转录和复制的区别
复制 复制 复制 模板 两股链均复制 模板 两股链均复制 模板 两股链均复制 dNTP dNTP 原料 原料 dNTP 原料 DNA聚合酶 DNA聚合酶 酶 酶 DNA聚合酶 酶 子代双链DNA 产物 子代双链DNA 产物 子代双链DNA 产物 （半保留复制） （半保留复制） （半保留复制） A-T，G-C A-T，G-C 配对 配对 A-T，G-C 配对 引物 有 高度进行性 中途不停止 转录 转录 转录 模板链转录（不对称转录） 模板链转录（不对称转录） 模板链转录（不对称转录） NTP NTP NTP RNA聚合酶（RNA-pol） RNA聚合酶（RNA-pol） RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA mRNA，tRNA，rRNA mRNA，tRNA，rRNA A-U，T-A，G-C A-U，T-A，G-C A-U，T-A，G-C 无 可一段一段复制