生物信息的传递(上)
第6章转录资料
Sequence ladder is required to determine the precise position
5’ *
AATAAG
编码链 模板链
转录起始点
启动子 Probnow盒子
AACTGT
ATATTA
TTGACA
35
TATAAT
10
+1
3’
DNA
5’
转录区
转录起点
5’
3’
RNA
大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区
T85T83G81A61C69A52
T89A89T50A65A100
K4 Transcription process
2. 转录起始复合物的形成
+1
四个阶段： 聚合酶搜索并结合DNA特异位点 聚合酶与启动子形成封闭复合物 封闭复合物转变成开放复合物 三元复合物的形成
限，而且存在的时间不长，很快被DNA双螺旋取代。
原核生物RNA pol的结构与功能
• 1 大肠杆菌的RNA pol • 如下页图 • 2 古细菌的RNA pol • 结构与组成上像真核生物的细胞核
RNA pol。
β
α
σ
ω
α
β’
图 12-5 E.coli RNA 聚合酶的亚基组成
大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
链形成环。
• 6 转录过程中，转录物不断与模板剥离 • 7 RNA pol在转录的起始阶段受到多种上调节蛋白的调节 • 8 RNA pol的底物是NTP，其中UTP代替dTTP • 9 RNA pol启动转录需要识别启动子 • 10 RNA pol反应的速率低，平均只有50nt/s • 11 RNA pol催化产生的RNA与DNA形成的杂交双螺旋长度有
第三章 转录(1)
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。
分子生物学-总目录
基础分子生物学1、绪论2、染色体与DNA3、生物信息的传递（上）——从DNA到RNA4、生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质5、基因的表达与调控（上）——原核6、基因的表达与调控（下）——真核第2章染色体与DNA一、 DNA的组成与结构二、 DNA的生理意义三、 C-Value和Cot1/2 四、染色体结构五、染色体的组成六、原核与真核染色体DNA比较第三章 DNA复制DNA代谢 DNA复制哺乳动物DNA聚合酶 DNA连接酶单链结合蛋白(SSB) 解链酶拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ引物酶引发前体蛋白1. DNA复制的起始2.DNA子链的延伸3.DNA链的终止复制的方式线状DNA末端复制的问题真核生物染色体端粒的复制第4章突变和修复第1节突变概述1、突变的定义2、突变的分类：染色体畸变、基因突变；多点突变、单点突变（碱基插入、缺失、替代）、碱基替代；同义突变、错义突变、无义突变；正向突变、回复突变第2节诱发突变和自发突变1、碱基类似物二、DNA分子上碱基的化学修饰三、嵌合剂的致突变作用四、转座成分的致突变作用五、增变基因六、紫外线和高能射线的致突变作用七、突变热点第3节 DNA的修复1、复制修复：1.尿嘧啶－糖基酶系统 2.错配修复系统2、损伤修复1.光修复：（直接修复）：胸腺嘧啶二聚体2.切除修复3.重组修复4.SOS response第5章重组和转座第1节重组的分类1、同源重组或普遍性重组2、位点特异性重组3、转座2、模板选择（copy choice）性重组第2节同源重组1、Holliday连接2、Rec BCD途径－同源重组的酶学机制：1.Overview 2.RecBCD: 3.Rec A 4.Ruv A-B-C3、基因转换(gene conversion)第3节位点特异性重组位点特异性重组最典型的列子是λ噬菌体对E.coli的整合。
1、att位点2、整合和切离的相关蛋白3、λ整合通常是通过单链交换而不是“一致性剪切”第4节转座1、原核转座子的类型：1、插入序列2、复合转座子3、Tn A家族2．转座机制：1、复制型转座 2、非复制型转座 3、保守转座3、转座中的一般过程1.非复制转座：转座子插入到DNA上新的位点，首先交错切开靶DNA，再将转座子连接到靶DNA的凸出单链上，最后填补空缺完成转座2.非复制转座的断裂和再连接过程3.复制型转座第5节真核生物的转座因子：Ac-Ds系统第6章转录和转录后加工第1节 RNA聚合酶up, and members cadres shoe vocational due diligence combined up, ensure successfully completed early determine of the target task, ensure successfully completed levels leadership general task, ensure successfully completed poverty storming annual target task, ensure social overall harmony stable. Three, compacting the main responsibilities and strengthen the "two" leadership of educational organizations do a good job "two" education without a strong organization and leadership. Party construction of party organizations at all levels should firmly establish the main consciousness, grasping party building as the first responsibility, strengthen leadership, demonstrable, scientific to ensure solid education effectively. First, the layers of responsibility. Party committees (leading party group) to study education as a major political task, primary responsibility for effective implementation, strengthen leadership, carefully guiding the Steering, do a good job overall, study and solve problems in a timely manner. Progress evaluation by the grass-roots party building this year, to study education as the primary evaluation organizations, poor organization, the problems are many, to criticize, to accountability. Main is responsible for comrade to consciously bear up first responsibility people duties, not only to tube good cadres, and with good team, also to tube good members, and with good team, both first examples, lead participate in learning education, and by Qian command, input enough of time and energy, strengthened Guide and checks role, on work programme personally validation, on important task personally deployment, on exists problem timely solution, throughout put responsibility carry in shoulder Shang, improper "shuaishouzhanggui". The County party Committee and municipal party Committee municipal workers, Various enterprises and institutions, Commission, party committees and departments in charge of industry practice, develop specific implementation plan, organizing special forces responsible for educational work to strengthen this unit to the system study and education in the region specific guidance. Organization departments, as the lead department, to strengthen the planning, organization, coordination and guidance, good design, decomposition, each key action to implement. Carry out study and education, to rely on strict doc real guide, pressure conveying layer upon layer, step by step, compaction of responsibility. In steering the Steering must prevent formalism, catch the way the thinking of prevention activities, study and education, preventing routine aside, prevent simple, doing as much as meeting notes to judge the educational results. To take reports, customized research, attending the meeting, random spot checks, briefings and other means, to focus the push Guide to grassroots, on the party branch, in-depth understanding of education and actual effect, sum up fresh experience to promote grass roots, to detect and correct the signs of problems. Public information一、RNA合成的基本特征：-RNA的前体:ATP，GTP，CTP，UTP-RNA合成的方向:5’→3’-RNA聚合酶能起始一条新链的合成，起始核苷酸一般是嘌呤核苷三磷酸（pppA或 pppG）-RNA聚合酶以单链为模板，一个NTP的3’-OH和另一个NTP的5’-P反应，去掉焦磷酸，形成磷酸酯键2、原核生物的RNA聚合酶1、RNA聚合酶的组成2、σ亚基三、真核生物的RNA聚合酶第二节启动子一、原核生物启动子：1、-10序列 2、-35序列 3、CAP位点 4、葡萄糖效应二、真核生物启动子和转录因子：真核生物启动子由转录因子而不是RNA聚合酶识别1.RNA聚合酶I启动子1) 核心启动子序列2) 上游启动子序列3) RNA聚合酶I需要两类转录因子参与作用2. RNA聚合酶III启动子1) 5SrRNA和tRNA基因为内在启动子，位于转录单位内部2) 核内小RNA(snRNA)基因的启动子位于转录起始位点上游(type 3)3) RNA聚合酶III的转录因子3.RNA聚合酶II的启动子1）核心启动子的成分：主要决定转录起始点的位置 2）上游启动子元件：控制转录起始频率3) RNA聚合酶II的转录因子4. TBP是三种RNA聚合酶通用的转录因子 1) TBP与DNA小沟结合，形成一个马鞍形结构2) TBP的结合使DNA弯曲约80°第3节转录的起始、延伸和终止一、起始:1）起始识别：RNA聚合酶与启动子结合形成封闭的启动子复合物，识别位点在-35处；2）活化：-10区域形成形成开放的启动子复合物，解开双链；3）形成三元起始复合物，开始转录。
第三章-生物信息的传递(上)RNA的转录(1)全篇
（二）转录起始和延伸
在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r 的解链形成全酶和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶β亚基催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP，以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。
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。
2、转录机器的主要成分
（1）依赖DNA的RNA聚合酶（DDRP） 真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有以下特点： ①以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模板（模板链），所以这种转录方式又叫做不对称转录。 ③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U，T=A，C=G，合成与模板DNA序列互补的RNA链。 ④RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成。 ⑤需要Mg2+或Mn2+离子。 ⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。
第3章 生物信息的传递(上)-转录
1. 增强子的定义
增强子(Enhancer)：
位于离转录起始点较远的位置上，具
有参与激活和增强转录起始功能的序列元
件。
2. 增强子的位置
Transcription is controlled by a promoter and enhancer
3. 增强子的作用特点
① 远距离效应
② 无方向性
③ 顺式调节
Lac启动子的-10区和-35区
3.3.2 启动子区的识别
一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基 对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。 因此启动子功能既受DNA序列影响，又受其构 象影响。
应用：同一表达盒在基因组不同位置可 能有不同的转录强度。
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
◆全酶识别启动子形成闭合二元复合物 ◆解链区开链形成开放二元复合物
Catalytic site resumes elongation
3.1.4 转录终止
当RNA链延伸到转录终止位点时，
RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键， RNA-DNA杂合链分离，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。
3.2 转录机器的主要成分
3.2.1 RNA聚合酶 3.2.2 转录复合物
RNA聚合酶在起始阶段的尺寸改变
3.3 启动子与转录起始
3.3.1 启动子区的基本结构 3.3.2 启动子区的识别
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
3.3.4 -10区与-35区的最佳间距
3.3.5 增强子及其功能
3.3.6 真核生物启动子对转录的影响
3.3.7 转录的抑制
3.3.1 启动子区的基本结构
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。
分子生物学复习题1
生物信息的传递（上）——从DNA到RNA一、名词解释1、增强子：DNA上能强化转录起始的序列，能够在启动子任何方向以及任何位置（上游或下游）作用。
2、RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，发生编辑后，导致DNA所编码的遗传信息的改变。
3、不对称转录：DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称为不对称转录。
4、转录泡：是由DNA双链，RNA聚合酶与新合成的转录本RNA局部形成的结构，它贯穿于延长过程的始终。
5、转录单位：DNA链上从启动子直到终止子为止的长度称为一个转录单位。
一个转录单位可以包括一个基因，也可以包括几个基因。
6、选择性剪接：在mRNA前体的剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟mRNA中是可以选择的，这种剪接方式称为选择性剪接。
二、选择题1、有关RNA转录合成的叙述，其中错误的是 A 。
A、转录过程RNA聚合酶需要引物B、转录时只有一股DNA作为合成RNA的模板C、RNA链的生长方向是5＇3＇D、所有真核生物RNA聚合酶都不能特异性地识别promoter2、以下有关大肠杆菌转录的叙述，哪一个是正确的？ B 。
A、-35区和-10区序列间的间隔序列是保守的B、-35区和-10区序列距离对转录效率非常重要C、转录起始位点后的序列对于转录效率不重要D、-10区序列通常正好位于转录起始位点上游10bp处3、真核生物转录过程中RNA链延伸的方向是 A 。
A、5＇3＇方向B、3＇5＇方向C、N端C端D、C端N端4、真核生物mRNA转录后加工不包括 A 。
A、加CCA—OHB、5＇端“帽子”结构C、3＇端poly（A）尾巴D、内含子的剪接5、以下对DNA聚合酶和RNA聚合酶的叙述中，正确的是： B 。
A、RNA聚合酶的作用需要引物B、两种酶催化新链的延伸方向都是5＇3＇C、DNA聚合酶能以RNA作模板合成DNAD、RNA聚合酶用NDP作原料三、判断题1、在真核生物中，所有rRNA都是由RNA聚合酶Ⅱ转录的。
第三章 生物信息的传递(上)-RNA编辑和化学修饰
➢ 校正作用 ➢ 调控翻译 ➢ 扩充遗传信息
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的RNA分子，特别是mRNA分 子，由于核苷酸的缺失、插入和置换，基因转 录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生 成的蛋白质氨基酸组成，不同于基因序列中的 编码信息.
(2)RNA编辑的方式
I. 剪接替换（A→I; C → U） II. U的缺失或添加 III. 剪接的化学修饰
U
A
内含子和外显子的边界序列－GU-AG法则
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．
（二）I类内含子的剪接
• 自我剪接型内含子 • 四膜虫rRNA的内含子
（三）Ⅱ类内含子的剪接
自我剪接型内含子
RNA的可变剪接(选择性剪接)
在真核生物个体发育或细胞分化 时可以有选择地越过某些外显子或某 个剪接点进行变位剪接，产生出组织 或发育阶段特异性mRNA。
可变剪接
三、RNA的编辑和化学修饰
（一）mRNA前体内含子的剪接
hnRNA：(heterogenous nuclear RNA) mRNA原始转录产物或前体
生物信息的传递
生物信息的传递(上)—从DNA到RNA基因表达：是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。
转录(transcription)：以DNA为模板，按照碱基互补原则合成一条单链RNA，从而将DNA 中的遗传信息转移到RNA中去的过程称为转录。
编码链(coding strand)=有意义链模板链(template strand)=反义链不对称转录(asymmetric transcription)：转录仅发生在DNA的一条链上。
启动子(promoter)：是DNA转录起始信号的一段序列，它能指导全酶与模板正确的结合，并活化酶使之具有起始特异性转录形式。
终止子(terminator)：转录终止的信号，其作用是在DNA模板特异位置处终止RNA的合成。
转录单位：DNA链上从启动子直到终止子为止的长度称为一个转录单位。
3.1 RNA的转录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。
1、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。
转录起始前，启动子附近的DNA双链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。
2、转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。
3、转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。
4、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。
5、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，这就是转录的终止。
3.1.1 转录的基本过程RNA合成的基本特点：1.底物是：ATP、GTP、CTP、UTP2.在聚合酶作用下形成磷酸酯键3.RNA的碱基顺序由DNA的顺序决定4.仅以一条DNA链作为模板5.合成方向为5’→3’6.合成中不需要引物3.1.2 转录机器的主要成分原核生物RNA聚合酶：亚基基因相对分子量亚基数组分功能αrpoA 3.65×10 4 2 核心酶核心酶组装，启动子识别βrpoB 1.51×10 5 1 核心酶β和β’共同形成RNA合成的活性中心β’rpoC 1.55×10 5 1 核心酶？11×10 4 1 核心酶未知σrpoD 7.0×10 4 1 σ因子存在多种σ因子，用于识别不同的启动子1、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。
第三讲 生物信息的传递(上)--- 转录
转录起点 与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。
RNA聚合酶的进入位点 聚合酶的进入位点 （1） Sextama框（Sextama Box） ） 框 ） 序列， 聚合酶的松弛（ § -35序列，RNA聚合酶的松弛（初始）结合位点， 序列 聚合酶的松弛 初始）结合位点， § RNA聚合酶依靠其 亚基识别该位点 聚合酶依靠其σ亚基识别该位点 聚合酶依靠其 —识别位点（R位点） 识别位点（ 位点 位点） 识别位点 § 大多数启动子中共有序列为 T82T84G78A65C54A45 重要性:很大程度上决定了启动子的 很大程度上决定了启动子的强度 § 重要性 很大程度上决定了启动子的强度 因子） （RNApol 的σ因子） 因子 § 位置在不同启动子中略有变动
大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区
•
启动子上升突变、 启动子上升突变、启动子下降突变
序列与－ 序列的间隔区与转录效率的关系 （2） －35序列与－10序列的间隔区与转录效率的关系 ） 序列与 ◆ 碱基序列并不重要 碱基序列并不重要 ◆ 间距非常重要，17bp的间距转录效率最高 间距非常重要， 的间距转录效率最高 间距上的突变种类： ◆ 间距上的突变种类： 间距趋向于17bp → 上升突变 间距趋向于 间距远离17bp → 下降突变 间距远离
二、参与转录起始的关键酶与元件
（一） RNAσ聚合酶
●原核生物RNA聚合酶（大肠杆菌为例） 全酶=核心酶+ σ(sigma)因子
β ω α
α
σ
β’
图 12-5 E.coli RNA 聚合酶的亚基组成
大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚 基 α β β' ω σ 基因 rpoA rpoB rpoC ？ rpoD 相对分 子量 36500 151000 155000 11000 70000 亚基 数 2 1 1 1 1 组分 功能
(NEW)朱玉贤《现代分子生物学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
4.3 名校考研真题详解 第5章 分子生物学研究法（上）——DNA、RNA及蛋白质操作技术
5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 5.3 名校考研真题详解 第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术 6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 6.3 名校考研真题详解 第7章 原核基因表达调控 7.1 复习笔记 7.2 课后习题详解 7.3 名校考研真题详解 第8章 真核基因表达调控 8.1 复习笔记 8.2 课后习题详解 8.3 名校考研真题详解
② T2噬菌体感染大肠杆菌实验
a．在分别含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌。
b．用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，分别制备含35S的T2噬菌体和32P的
T2噬菌体。
c．分别用含35S的T2噬菌体和32P的T2噬菌体感染未被放射性标记的大 肠杆菌。
d．培养一段时间后，将混合液离心，检测子代噬菌体放射性。上清液 主要是噬菌体，沉淀物主要是大肠杆菌。
（4）基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划是一项国际性的研究计划，其目标是确定生物物种基因组所 携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成生物物种基因组的全部 DNA序列。
功能基因组学相对于测定DNA核苷酸序列的结构基因组学，其研究内容 是在利用结构基因组学丰富信息资源的基础上，应用大量的实验分析方 法并结合统计学和计算机分析方法来研究基因的表达、调控与功能，以 及基因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与蛋白质之间的 相互作用和生物的生长发育等规律。功能基因组学的研究目标是对所有 基因如何行使其职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。
严格地说，重组DNA技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他
可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。
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。
分子生物学3.1
• DNA分子中的核苷酸排列顺序不但决 定了胞内所有RNA及蛋白质的基本结
构，还通过蛋白质（酶）的功能间接控
制了细胞内全部有效成份的生产、运转 和功能发挥。
• 因为只有mRNA所携带的遗传信息才被用
来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用 U、C、A、G这4种核苷酸而不是T、C、
A、G的组合来表示遗传性状。
板进行复制
B. 在这两个过程中合成均为5`-3`方向
C. 复制的产物通常情况下大于转录的产物 D. 两过程均需RNA引物 E. DNA聚合酶和RNA聚合酶均需要Mg2+
1、DNA复制和转录过程有许多相同点,下列描 述哪项是错误的? D. 两过程均需RNA引物
DNA复制需要引物，RNA转录不需要引物，
旋。
因为RNA没有形成长的规则双螺旋的限制，
1、RNA的结构特点 常形成大量的三级结构。由于 RNA骨架上未 配对的区域可以不受限制地自由旋转，所以
碱基和核糖磷酸骨架之间的非常规相互作用 含有核糖和尿嘧啶，通常是单链线性分子。 使RNA常常折叠成包括不规则的碱基配对的 复杂的三级结构。
RNA链自身折叠形成局部双螺旋。 RNA可折叠形成复杂的三级结构。
含有核糖和尿嘧啶，通常是单链线性分子。 RNA链自身折叠形成局部双螺旋。
由于RNA链频繁发生自身折叠，在互补序列间 形成碱基配对区，所以尽管RNA是单链分子，
它仍然具有大量的双螺旋结构。
RNA可以多种茎---环结构，如发夹结构、凸结构
或环结构的形式存在，因此RNA的碱基配对区可
以是规则的双螺旋，也可以是不连续的部分双螺
• C.两过程均需RNA为引物
• D.在生物体内只有一条DNA链转录.
• 8.以下关于DNA复制和转录的叙述,正确的是:
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。
《生物信息的传递上》PPT课件
物所保护的DNA序列约为35bp左右。
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16
3. 1. 1 模板识别 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。
启动子（promoter）是基因转录起 始所必需的一段DNA序列，是基 因表达调控的上游顺式作用元件。
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17
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 定顺序结合于启动子上，RNA聚 合酶才能与之相结合并形成复杂的 前起始复合物（preinitiation transcription complex, PIC），以 保证有效地起始转录。
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4
基因作为唯一能够自主复制、永久存 在的单位，其生物学功能是以RNA或 蛋白质的形式表达出来的。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。
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5
基因表达包括转录（transcription） 和翻译（translation）两个阶段。
完整版课件ppt
7
Francois Jacob (Left), Jacques Monod
(Center) & Andre完整L版w课件opptff (Right)
8
完整版课件ppt
9
与mRNA序列相同的那条DNA链 是编码链（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链则被称为模板链 （template strand）或称反义链 （antisensestrand）。
3.2.1 RNA聚合酶
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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
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）
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
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
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。
Pol Ⅲ gene 5s rRNA gene
A box C box
+1 +50~+65 +81~+9 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。
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。
•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．
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
•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
－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.
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：
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
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
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：
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
(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
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
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
TTTACA ....N16.....TATGAT.....N7.....A...
TTTACA.....N17.....TATGTT......N6....A....
recA
TTGATA.....N16.....TATAAT......N7....A....
ara
CTGACG....N18.....TACTGT......N6....A...
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
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）。
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
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）