第三章 生物信息的传递(上)

• 信息从DNA到RNA
转录的不对称性
转录
• 转录(transcription) 的不对称性就是指以双链 DNA 中的一条 链作为模板进行转录，从而将遗传信息由 DNA 传递给 RNA。
•经转录生成的
RNA有多种，主
要的是rRNA， tRNA，mRNA， scRNA, snRNA, snoRNA和 hnRNA。
号，并促使RNA的释放。
富含 G-C 系列U 不依赖于Rho（）的终止子 依赖于Rho（）的终止子
大肠杆菌两类终止子的回文结构
DNA
5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3
5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`
CAA
第 2153 个密码子编码 Glu 编辑
CAA 翻译
在肝中剪接后的 mRNA 编码了 4563aa 的载脂蛋白
UAA 翻译
肠中的 mRNA 经编辑 产生了终止密码子，在 2153aa 处终止合成
图 13-42 载脂蛋白的基因 ApoB 在肠中经过编辑， 引入终止密码子，不能翻译成完整的载脂蛋白。 (参考 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997，Fig31.14)
图 13-43 锥虫 coxⅡ基因片断及其产物顺序的比较。核酸序列的数字是以起始密码子 AUG 的 A 开始编号。 蛋白质以单个字母表示。方框表示与酵母、人类同源的氨基酸。黑体表示编辑位点。 ( 参考 B.Lewin:《GENES》 Ⅵ,1997，Fig31.15)
扩充遗传信息
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)
（一）RNA的剪接
1. 剪接信号
2. 剪接过程
–hnRNA中具有内含子剪接 的特定结构信号，在一系列 剪接加工因子的参与下，在 内含子上构建剪接体，行使 mRNA内含子的剪接，最 后产生成熟的mRNA
3. RNA的自我剪接
• 研究四膜虫RNA前体的内含子时，发现rRNA内含子可以自我 剪接，不需要剪接体复合物，甚至不需要任何蛋白质 • RNA自我剪接有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型
编辑的校正作用
基因组中编码 DNA 序列 I S S L C I K V E N L V G V M
ATA TCA AGT TTA GCT TAT AAA GTA GA 480 400
G A AC CTG GTA GGT GTA AT 500 移框 －1 个碱基
RNA 序列 AUA UCA AGU UUA GGU AUA AAA GUA GAU UGU AUA CCU GGU AGG UGU AAU 蛋白质顺序 I S S L G I K V D C I P G R C N
固醇类激素等。
（8）增强子具有独立的结构,改变其两侧的顺序组成不影响增强子的作用. （9）有许多增强子的结构成分含有重复拷贝,这些重复拷贝中如果缺失其中某些成 员并不丧失整个增强子的功能.
增强子可能有如下3种作用机制：
①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致 DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以 蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与 启动子之间“成环”连接，活化基因转录；
（二）RNA的编辑、再编码
及化学修饰
1.RNA的编辑
RNA编辑是某些RNA，特别是mRNA前体的加工方式，如插 入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编码的遗传信
息的改变。
编辑的生物学意义： (1) 校正作用；
(2) 调控翻译；
(3) 扩充遗传信息。
ApoB 基因有 29 个外显子
编 辑 的 调 控 作 用
锥虫coxII的mRNA 上158个位点插放了394核苷酸；在9个位点删去了18个尿 苷酸，实际增加了376个核苷酸，使coxII 的长度增加了55%。因此coxII的 基因比成熟的mRNA小了很多，故称其隐匿基因。
2.RNA的再编码
RNA的再编码： mRNA在某些情况下不是以固定的方式被
翻译，而可以改变原来的编码信息，以不同
5’
RNA-pol
3’
转录终止的修饰点
五、原核与真核生物mRNA的特征比较
（一）原核生物mRNA
2.多顺反子
1.半衰期短。
细菌mRNA在转录1min 后就开始降解。
3.原核生物5‘端 无帽子结构，3’ 有较短或没有 polyA。
（二）真核生物mRNA的结构特征
1.
六、内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修饰
启动子功能 —— 突变
原核生物中转录起始区的共同序列
（二）真核生物启动子
启动子区
作用：使转录精确起始
作用：控制转录起始频率，基本不参与起始位点的确定
3.远端调控区
增强子（enhancer）：位于转录起始位点的上游，它们不是 启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始。称这种能强 化转录起始的序列为~。
②将模板固定在细胞核内特定位置，如连接 在核基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变
DNA双螺旋结构的张力，促进RNA聚合酶II
在DNA链上的结合和滑动；
③增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚
合酶II进入染色质结构的“入口”。
远距离增强子元件的成环作用机制
四、转录的终止
（一）原核生物转录的终止
（二）真核生物转录的终止
与模板DNA结合
ω：还未清楚它的功能。 但是它在耻垢分枝杆 菌中似乎是提供保护功 能予β'亚基。
起始识别因子 与核苷酸 结合，起 始和催化 部位
与DNA 上启动 子结合
亚基组成：a2bb'ws = a2bb'w + s
全酶 核心酶
σ亚基：识别DNA上转录的起始部位，从而 引导全酶结合上去
核心酶：解开前方的DNA双螺旋、RNA链的 延伸、恢复后面的DNA双螺旋
此外，每个RNA聚合酶还含有2个Zn离子。
枯草杆菌噬菌体SPOI早、中、晚基因表达的转换
σ因子决定RNA聚合酶识别特异性
早期基因
早期，a2b b ‘s 55，产 生gp28
gp28
中期基因
gp32 gp34
晚期基因
(二)真核生物RNA聚合酶
(1)真核生物RNA聚合酶种类
人类RNA聚合酶I、Ⅱ及Ⅲ的必要亚基
真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录因子及其功能
转录因子 TFⅡA TFⅡB TFⅡD TFⅡE TFⅡF TFⅡH 功 能
稳定TFⅡD与启动子结合 促进pol Ⅱ结合 结合TATA盒，TBP是3类启动子 的基本转录因子 ATPase 解旋酶 解旋酶、激酶
三、启动子与转录起始
• 启动子(promoter)是指RNA聚合酶识别、结合和开始 转录的一段DNA序列。 • 转录单位(transcription unit)是一段从启动子开 始至终止子(terminator)结束的DNA序列。 • 转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA 链上的碱基,通常为一个嘌呤。
RNA
UUUU...…
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使
酶得以越过终止子继续转录，称为通读。
能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。
（二）真核生物的转录终止
—— 和转录后修饰密切相关
mRNA
核酸酶
3’
5’ AATAAA GTGTGTG
二、 转录机器的主要成分
底物： 四种核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，
UTP。 模板：以一段单链DNA作为模板。 RNA聚合酶（DDRP）： 这是一种不同于引物酶 的依赖DNA的RNA聚合酶。该酶在双链DNA模 板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，不需要引 物，即可从5'→3'聚合RNA。
（一）原核生物RNA聚合酶
（一）原核生物启动子
-35 -10 16 ~ 19 bp
startpoint
TTGACA
TATAAT
5 ~ 9 bp
原核生物启动子特点：
1.启动子是一些特定位点的短保守序列； 2.启动子的保守序列包括起始点处的一个嘌呤碱基， -10区的六聚体TATAAT以及 -35区的另外一个六聚体； 3.不同启动子之间通常在共有序列的一个或多个位置上存在差别。
第三章 生物信息的传递（上）
-------从DNA到RNA
本章的主要内容
一、 RNA转录的基本过程
二、 转录机器的主要成分
三、 启动子与转录起始
wenku.baidu.com四、 原核与真核生物mRNA的特征比较
五、内含子的剪接、编辑、再编辑及化学修饰
Reverse transcription
基因表达
一、 RNA转录的基本过程(自学)
的方式进行翻译，科学上把RNA编码和读码
方式的改变称为RNA的再编码。
3. 核 酶
• 核酶是指一类具有催化功能的RNA分子，通过催 化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性地 剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达。 • 核酶根据不同的催化功能，可以分为两大类：
• （1）剪切型核酶
• （2）剪接型核酶
增强子功能：
（1）远距离效应 增强子调节功能可以超长距离. （2）增强子为顺式作用（调节） 只调节位于同一染色体上的靶基因，而对于其 他染色体上的基因没有作用. （3）无方向性 无论位于靶序列的上游、下游或内部都可以发挥增强转录的作用. （4）增强子无物种和基因的特异性 （5）增强子具有组织特异性 同 （6）增强子有相位性 其作用和DNA的构象有关。 （7）有的增强子可以对外界的信号产生反应 如高温、金属离子（镉和锌）或类 增强子连接到异源基因上发挥作用。 SV40的增强子在Hela细胞和多瘤病毒中的强度不
（一）原核生物转录的终止
终止子： 在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNA序 列，它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。
原核生物RNA转录合成的终止机制有两种：
• 自动终止：模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含
GC的反向重复序列区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形 的二级结构，引起RNA聚合酶变构及移动停止，破坏RNA-DNA 杂合链5’端的正常结构；寡聚U的存在则使杂合链的3’端产生不 稳定的dA.rU(DNA.RNA)区域，使DNA和RNA杂交链易于拆 开，导致RNA转录的终止。发夹结构和寡聚U二者的长短与终止 效率成正比。 • 依赖辅助因子的终止：由终止因子(ρ因子)识别特异的终止信