生物信息的传递(上)

真核mRNA的5’端帽子结构特点
5′ pppG
磷酸酶
5′ ppG + pi pppG 鸟苷酸转移酶
5′ GpppG + ppi SAM 甲基转移酶
5′ m7GpppG
真核mRNA5’端帽子结构功能
• 有利于核糖体对mRNA的识别，Cap0必需 •帽子结构具有增强翻译效率的作用： •增加mRNA的稳定性，避免核酸酶的作用
initiation
elongation
termination
RNA product RNA chains are synthesized in a 5’ to 3’ direction
二、转录机器的主要成分
1. RNA聚合酶 2. 转录复合物
1、RNA聚合酶
(1) E.Coli RNA聚合酶
全酶: α2ββ′σ 核心酶：α2ββ′ α2ββ′σ（全酶 holoenzyme）=α2ββ′+σ
第三章 生物信息的传递（上） —从DNA到RNA
Reverse transcription
第一节 RNA的转录
•转录的基本过程 •转录机器的主要成分
转录：以DNA为模板合成RNA的过程
5′ DNA 3′
5′ RNA
3′ 转录方向
正义链、 编码链、 （+）链
3′ 5′
反义链 模板链、 （－）链
其中模板链（template strand）也叫反义链(antisense strand)
三 、酶与启动子区的结合
RNA聚合酶全酶与启动子 区闭合双链DNA结合形成 二元闭合复合物（全酶、 模板DNA）
再解链为二元开链复合物， 转录起始，形成三元复合 物（全酶、模板DNA、新 生RNA），因子释放， RNA合成开始：
Transcription
closed promoter complex,封闭的启动子复合物
真核mRNA的3’端Poly(A)尾巴
• Poly A 尾巴结构的功能
• mRNA穿越核膜的能力有关 • 影响到mRNA的稳定性和翻译效率。
第四节 终止和抗终止
RNA转录延伸阶段特点
•大约30-50b/秒； •速度不恒定，有时降低速度或暂停；
一、不依赖于ρ因子的终止
RNA RNA聚合酶
真 核 基 因 启 动 子 的 多 元 性
第三节 原核与真核生物mRNA的特征比较
一、原核生物mRNA的特征
1. 原核mRNA的半衰期短 2. 许多原核mRNA以多顺反子的形式存在 3. 原核mRNA的5’端无帽子结构或只有短
的Poly（A）尾巴
细菌内mRNA的转录、翻 译与降解几乎是同时进行
二、依赖于ρ因子的终止
机理： 因子结合于新合成的RNA链，借助 水解ATP的能量沿RNA 链运动，当RNA 聚 合酶遇终止子停止时， 因子追上酶，促使 转录终止。
依赖 因子和不依赖因子终止的区别
三、抗终止
某些特异因子可使RNA Pol 酶越过终止
子继续转录，称为通读（read through）。
1
2
结构基因
衰减子区域
3
4
trp 密码子 终止密码子
UUUU……
UUUU……
衰减子结构
UUUU……
UUUU……
形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4
衰减子作用
2、依赖于蛋白质因子的转录抗终止
常见于某些噬菌体的时序控制，早期 基因与晚期基因以终止子相隔，早期 基因产生抗终止因子，使发生通读以 表达晚期基因。
…TTGACA… … TATAATPu …
-35区的序列与起始点的辨认有关,称为辨认位点, -10区的序列称为Pribnow盒(box) 结合位点
2、真核生物启动子结构
1）-25bp~-30bp TATA box DNA解链开始转 录位置
2）CAAT box -75左右，RNA聚合酶结合有关 3）更上游 GC box 转录因子结合其上 4）增强子
UCE:50~80bp
Core promoter Pre-rRNA gene
-100
-31
+6
+1
Initiation of pol Ⅰgene’s transcription
UBF
UBF
SL1
POL Ⅰ
NOTE: UBF----upstream binding factor SL1----selectivity factor
原核生物启动区范围较小
－-7～-10区的TATAAT（Pribnow区） －-35区TTGACA区
真核生物基因调控区较大
－-20～-30区的TATAA/TA(Hogness) －-70~78区CCAAT区 －更上游的GC盒 －增强子
（二）真核启动子结构对转录的影响
－TATA区主要作用使转录精确地起始 －除去或突变后，转录产物下降但不明显 －RNA的产物起始点不固定
－CAAT和GC区主要控制转录起始频率 －不参与起始位点的确定 －对转录起始频率影响最大
（三）真核启动子的多元性
并不是每个基因的启动子区都包含这三个UPE
•UPE对转录起始的决定性作用可能是各个UPE
之间的距离，而不是序列本身
•基因转录实际上是RNA Pol、转录调控因子和
启动子区各种调控元件相互作用的结果.
真核生物RNA聚合酶
2、转录复合物
原 核 生 物
真 核 生 物
第二节 启动子与转录起始
启动子（Promoter）
增强子
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准确地结合并具有转录起始的 特异性。
转录起点
+1
一、启动子区的基本结构 1、原核生物启动子结构
与模板链互补的链因为与RNA链碱基序列相同，所以叫编码
链（coding strand）叫正义链（ sense strand）。
一、转录的基本过程
1. 模板识别 2. 转录起始 3. 转录延伸 4. 转录终止
1、模板识别
RNA聚合酶与启动子DNA双链相 互作用并与之相结合的过程
原核 生物
结 合
RNA聚合酶 （全酶）
真核基因控制区示意图
（二）增强子的功能及作用特点 1、作用特点
1） 能远距离增强启动子的活性； 2） 在启动子的上游和下游均起作用； 3） 无方向性；
4） 对启动子的影响无严格的专一性。
2、作用机制
六、真核生物启动子对转录的影响
原核与真核生物转录起始位点上游区的结构比较 UPE/UAS
（一）原核与真核生物启动子结构的差异
promoter model( RNA Pol II)
增强子 GC box -110 ~ -80
CAAT box -80 ~ -70
GCCACACCC 或
GGGCGGG
CCAAT
TATA box -35 ~ -25
转录起点
ATATAA +1
RNA pol Ⅰpromoter
Enhance transcription Essential for transcription
RNA polymerase,RNA聚合酶
open promoter complex,开放的启动子复合物
initiation
elongation
termination
RNA product RNA chains are synthesized in a 5’ to 3’ direction
四 –10区和-35区的最佳距离
(2) 真核生物的RNA聚合酶
三种不同的RNA聚合酶 根据它们对α-鹅膏蕈碱（α- amanitin） 的敏感性不同分为RNA聚合酶I、II、III。
真核生物RNA聚合酶
• 酶的种类
•对抑制物的敏感性
•RNA聚合酶I •对α-鹅膏蕈碱不敏感 •RNA聚合酶II •对低浓度α-鹅膏蕈碱敏感 •RNA聚合酶III •对高浓度α-鹅膏蕈碱敏感
-10 signal (TATA box,Pribnow box) -35 signal（ TTGACA ） transcription start site
确定被保护DNA的序列
操纵子 trp
Tyr
tRNA
lac
-35区
-10区
+1
....TTGACA....N17....TTAACT.....N7.....A....
原核（多顺反子）
mRNA 肽链
真核（单顺反子）
•两个顺反子之间距离较远 •两个顺反子之间距离较近
SD sequence
The site for ribosome binding
UAAGGAGGU:complementary with 16s rRNA
~10bases
5’
AUG
SD sequence
识别序列
结合序列 启动子
起始位点
• 真核生物的转录起始是在转录因子的 协助下，RNA聚合酶辨认结合转录起 始点上游的DNA序列 (启动子)，生成 起始复合物。
RNA聚合酶 TF II F
TF II D
TF II A
TATA
TF II B
TF II E
DNA
转录前起始复合物
2、转录起始
原核生物：
分子杂交技术检测非编码的内含子的存在
2、内含子的种类
•I 类内含子（核、线粒体、叶绿体） • II 类内含子（真菌、藻类和植物线粒体和叶
绿体mRNA前体）
•III 类内含子 •mRNA前体中的内含子 •tRNA前体中的内含子
3、内含子的结构特点
内含子的边界序列的核苷酸具有保守性
4、RNA的主要加工过程
•加帽子反应 •加Poly（A）反应 •RNA的剪接 •RNA的切割
二、 RNA的剪接
mRNA前体内含子的剪接 I类内含子的剪接 II类内含子的剪接
RNA的剪接（Splicing）
将转录形成的mRNA前体（pre-mRNA） 中的内含子剪除，将外显子连接起来的加工 过程．
真核生物断裂（不连续）基因在表达过 程中时必须经历的步骤．
•在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处， 有一段可与核糖体16S rRNA配对结合的、 富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，一 般为AGGA，此序列称SD序列. •使得结合于30S亚基上的起始tRNA能正 确地定位于mRNA的起始密码子AUG。
二、真核生物mRNA的特征
1. 真核mRNA的5’端存在帽子结构 2. 绝大多数真核mRNA具有Poly（A）尾巴
TTTACA ....N16.....TATGAT.....N7.....A...
TTTACA.....N17.....TATGTT......N6....A....
recA
TTGATA.....N16.....TATAAT......N7....A....
ara
CTGACG....N18.....TACTGT......N6....A...
第五节 内含子的剪接、编辑及化学修饰
一、 RNA中的内含子
1、内含子的概念及发现
外显子（exon or extron）：真核细胞基因DNA中 的编码序列，这部分序列可转录为RNA，并翻译成 蛋白质，也称表达序列。
内含子（intron）：真核细胞基因DNA中的不编码 序列，这部分序列并不编码蛋白质，又称间隔序列。
通读往往发生在强启动子、弱终止子的
基因上。
能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止
因子（antitermination factors
•抗转录终止的两主要方式： •破坏终止位点RNA的茎－环结构 •依赖于蛋白质因子的转录抗终止
1、破坏终止位点RNA的茎－环结构
调节区
trpR
PO
前导序列
前导mRNA
• -10区与-35区的最佳间距大约是16～19bp. • 下降突变（TATAAT→AATAAT） • 上升突变（TATGTT→TATATT）
五、增强子及其功能
（一）增强子概念及结构特点
位于启动子上游或下游甚至基因 内的一段DNA顺序，它可以增 强启动子发动转录的作用，从而 明显地提高基因转录的效率。
Pol Ⅲ gene 5s rRNA gene
A box C box
+1 +50~+65 +81~+99 内启动子
二、启动子区的识别
RNA聚合酶与启动子的识别——通过 氢键互补的方式识别，并由非特异性 结合到特异性结合.
大沟和小沟：大 沟中碱基的差异很 易被识别，是蛋白 质结合特异DNA 序列的位点。
σ 因子辨认起始点
RNA聚合酶全酶结合到起始点 打开双链
RNA链合成开始
σ 因子脱落，RNA链延长
真核生物：
ห้องสมุดไป่ตู้ 3、转录延伸
4、转录终止
Transcription
closed promoter complex,封闭的启动子复合物
RNA polymerase,RNA聚合酶
open promoter complex,开放的启动子复合物