第三章生物信息的傳遞（上） 從DNA到RNA（一） 、大體概念轉(zhuǎn)錄（transcription）:生物體以DNA為模板合成RNA的進程。參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP） 模板:DNA酶:RZA聚合酶 其他蛋白質(zhì)因于RNA合成方向：5* 3*轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。結(jié)構(gòu)基因：DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結(jié)構(gòu)基因。轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit）一段從啟動于開始至終止于結(jié)束的DNA序列。（二） 、參與轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵酶與元件RNA聚合酶?原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶二核心酶+。因于? 真核生物RNA聚合酶真核細胞的三種RNA聚合酶特征比較酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對活性對一鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚臺WI核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合核質(zhì)hiiRNA20-4()%敏感

RNA聚合核質(zhì)tRNA約10%存在物種特異性RNA聚合酶與DNA聚合酶的區(qū)別RNA聚合酶DNA聚合酶大?。∕）大，X105dol小，X105dol引物無有產(chǎn)物較短，游離較長，與模板以氫鍵相連作用方式一條鏈的某一段兩條鏈同時進行外切酶活性無5' 3',3，->校對合成能力無有修復(fù)能力無有參與轉(zhuǎn)錄起始的元件（一） 啟動-T（promoter）啟動于概念：指能被RNA聚合酶識別、結(jié)歸并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。（二） 原核生物啟動于結(jié)構(gòu)TATA區(qū)：酶的緊密結(jié)臺位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶因別的信號轉(zhuǎn)錄起點：與新生RNA鏈第一個核甘酸相對應(yīng)DNA鏈上的堿基。（三） 真核生物啟動于真核有三種不同的啟動于和有關(guān)的元件啟動于II最為復(fù)雜，它和原核的啟動于有很多不同1?特點啟動于II最為復(fù)雜，它和原核的啟動于有很多不同：有多種元件：TATA框，GC框，CAAT框，OCT等；(2)結(jié)構(gòu)不恒定；(3)它們的位置、序列、距離和方向都不完全相同；(4)有的有遠距離的調(diào)控元件存在，如增強于；(5)這些元件常常起到控制轉(zhuǎn)錄效率和選擇起始位點的作(6)不直接和RNApol結(jié)合；(7)需多種轉(zhuǎn)錄因于介入。2?真核生物啟動于的結(jié)構(gòu)、核心啟動于?槪念：指保證BNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列,包括轉(zhuǎn)錄起始位點尺轉(zhuǎn)錄起始位點上游TATA區(qū)TATA常在-25bp左右，相當(dāng)于原核的-1()序列T85A97T93A85A63A83A50?作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精準(zhǔn)起始核心元件.TATA框合又稱Hogiicss框，Goldbcrg-Hogiicss框，俚語稱為金磚.其一致序列是:丁85人9￡皿63350?常在-25左右，相當(dāng)于原核的-1()序列。?其作用是：(1)選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點，保證精準(zhǔn)起始，故也稱為選擇于(selector)o⑵影響轉(zhuǎn)錄的速度。、上游啟動于元件?包括CAAT盒(CCAAT)和GC盒(GGGCGG)等?作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。增強于特點?它是在1981年由BcnCrji,Rusc()ni小組和Chambom等發(fā)覺的，又稱遠上游序列?其特點是：①具有遠距離效應(yīng)。②無方向性。③順式調(diào)節(jié)。④無物種和基因的特異性。⑤具有組織的特異性。⑥有相位性。其作用和DNA的構(gòu)象有關(guān)。⑦有的増強于能夠?qū)ν獠啃盘柈a(chǎn)生反映。增強于為何具有遠距離作用呢？(1)拓樸效應(yīng)；拓樸效應(yīng)說以為增強于的作用是誘導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使核小體產(chǎn)生DNascl敏感區(qū)。(2)滑動模型；(3)成環(huán)模型。Enhancer、轉(zhuǎn)錄因于的種類一、 直接與DNA結(jié)合A、與啟動于結(jié)合：大體轉(zhuǎn)錄因于E、與增強于結(jié)合：轉(zhuǎn)錄調(diào)控因于二、 非直接結(jié)合蛋白質(zhì)與其他轉(zhuǎn)錄因于結(jié)合，通過蛋白質(zhì)之間的彼此作用，改變其他蛋白質(zhì)結(jié)合DNA的專一性和親和性。、TFIID一、 TF1ID與TATAbox的結(jié)合是形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物最先階段。二、 TF11D由多種蛋白質(zhì)組成：TBP(TATA-bindingprotein),僅一條多肽鏈與TATAboxbinding,⑴、存在于三種真核轉(zhuǎn)錄酶中:SL1,TF1IIB和TFI1D;、在C端存在保守域，含180個殘基；、具有對稱的馬鞍型結(jié)構(gòu)，馬鞍結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)與TATAbox結(jié)合，夕卜側(cè)與其它蛋白因于彼此作用；、TEP與TATAbox的結(jié)合造成DNA的45度的扭結(jié)。、TF1IATF1IATF1IA與TFBD結(jié)合，增強TF11D與TATAbox的結(jié)合力?？赡芟种埔蛴诘淖饔?，使裝配進程繼續(xù)進行。（四） 、TF1IE和其它轉(zhuǎn)錄因于（五） 、TF1IH（六）、RNAPoll!的竣基結(jié)尾結(jié)構(gòu)域（CTD）RNAPolII最大亞基的竣基端，含有7個氨基酸的重復(fù)序列：Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser,在哺乳類中重復(fù)52次,在酵母中重復(fù)26次,稱為（Carboxyl?terminaldomain）CTD。轉(zhuǎn)錄起始時：Sur、Thr的鏗基去磷酸化，易與DNA結(jié)合；轉(zhuǎn)錄延伸時，磷酸化，松弛與DNA的結(jié)合。轉(zhuǎn)錄的大體進程1、起始位點的識別：RNA聚合酶與啟動于DNA雙鏈彼此作用并與之相結(jié)合的進程。二、轉(zhuǎn)錄起始RNA鏈上第一個核甘酸鍵的產(chǎn)生3、 RNA鏈的延伸? 亞基脫落，RNA-pol＞合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移;?在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。（一）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物?原核生物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物1?全酶與模板的DNA接觸，生成非專一的，不穩(wěn)固的復(fù)合物在模板上移動；起始識別：全酶與一35序列結(jié)合，產(chǎn)生封鎖的酶-啟動于二元復(fù)合物（closedbinarycomplex）；3?全酶緊密地結(jié)合在JO序列處，模板DNA局部變性，形成開放的啟動于二元復(fù)合體；酶移動到I,第一個rNTP轉(zhuǎn)錄開始衛(wèi)因于釋放彤成酶-啟動于-rNTP三元復(fù)合體(ternarycomplex)。4、轉(zhuǎn)錄終止終止于(terminator,t)?強終止于一內(nèi)部終止于?弱終止于一需要v因于(rhofactor)又稱為y依賴性終止于不依賴因于的終止終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；在終止位點前面有一段由48個A組成的序列，RNA的3'端為寞聚U發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寞聚U的一路作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來。終止效率與二重對稱序列和寞聚U的長短有關(guān)，長度增加，效率提高依賴因于的終止因于：六聚體蛋白、水解各類核甘三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來，從而終止轉(zhuǎn)錄。nusA蛋白是一種分于量為69kd的酸性蛋白，它能與RNAT^RNA聚合酶相結(jié)合，在終止部位使二者被釋放。即NusA結(jié)合到核心酶上(形成色仲NusA復(fù)合物)，由ZusA識別終止于序列；轉(zhuǎn)錄終止后，RNA聚合酶離開模板，NusA又被。所取代，由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物和終止復(fù)合物兩種形式的循環(huán)。轉(zhuǎn)錄后加工5'端加帽3'端加尾 RNA的剪接RNA的編輯5'端的一個核昔酸老是7-甲基鳥核昔三磷酸(m7Gppp)omRNA5,端的這種結(jié)構(gòu)稱為帽于(eg)O0號帽于：KGpppS單細胞真核生物如酵母帽于1:HGpppXm,這是除單細胞真核生物外的其余真核生物的主要帽于形式。帽于2:m_GpppXmYm,R占有帽于的10%-15%。帽于結(jié)構(gòu)功能：能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封鎖mRNA5'結(jié)尾，以保護mRNA免受5'核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)固。2、3廠端加尾多聚腺昔酸尾巴功能：提高TmRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)固性。3、RNA的剪接地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4正常，由于p珠蛋白基因突變，卩mRNA缺乏或轉(zhuǎn)錄及翻譯缺點，致使0肽鏈減少或缺如。⑴核酶(Ribozyme)①一般的酶是純的蛋白質(zhì)，而核酶是RNA或帶有蛋白的RNA;②核酶既是催化劑又是底物，隨著反映的進行，本身也消失了。核酶催化的反映分為自體催化和半自體催化兩類。自體催化包括：I類內(nèi)含于的自我剪接；】1類內(nèi)含于的自我剪接；半自體催化包括：核mRNA內(nèi)含于的剪接；tRNA5加工⑵.邊界順序內(nèi)含于的兩個結(jié)尾并非存在同源或互補序列。在剪切的初始階段，可能直接連接連接點具有很短的保守序列(圖13-20)也稱為邊界順序。10()種內(nèi)含于的5’端都是GT;3’端都是AG,因此稱為GT-AG法則(GT-AGrulc)，又稱為Chambon法則。但不適用于I類內(nèi)含于。⑶內(nèi)含于的主要類型：GU-AG、AU-AC.I類內(nèi)含于、II類內(nèi)含于(4)核mRNA的剪接參與RNA剪接的物質(zhì)：snRNA（核內(nèi)小分于RNA）snRNP（snurp小的細胞核核糖核蛋白）scRNA（小胞質(zhì)RNA）ScRNP（scyrp小的細胞質(zhì)核糖核蛋白）?1.邊界順序:其邊界序列是完全符合GU-AG法則。?2.分枝點順序：它和II類內(nèi)含于相似也具有分枝點順序。位于內(nèi)含于3'端上游18-4（）nt處，序列為Py80NPy87Pu75APy95其中A為百分之百的保守，且具有2’-OHo?3.內(nèi)含于5’端有一保守序列（5'GUAAGUA3Z）能夠和U1snRNA的5'端的保守順序3'CAUUUCAU5'互補和H類內(nèi)含于十分相似，但根本的不同點是核mRNA前體的剪接本身不能形成二級結(jié)構(gòu)，必需依賴于snRNP（Ul,U2,U4,U5,U6）的幫忙才能形成剪接體，進行自我剪接。它們自己本身不能象I類及II類內(nèi)含于那樣依賴核心結(jié)構(gòu)，形成莖環(huán)，將5’和3'剪切點拉在一路。和snRNA的結(jié)合是相當(dāng)復(fù)雜的，但剪接反映的第一步5’位點的剪接是由U6催化的，3'位點是由5’外顯于1的3'-OH對內(nèi)含于3’端切點進行轉(zhuǎn)酯反映來完成。⑸I類內(nèi)含子的剪接機制第一是GTP進入G結(jié)合位點，左側(cè)外顯于的3'端通過和引導(dǎo)序列的互補配對迸入底物位點。GTP的3'OH作用左側(cè)外顯于和內(nèi)含于交壤處的磷酸二酯犍，本身結(jié)核到內(nèi)含于的5’結(jié)尾，備切下的5'外顯于仍維持在底物位點上，并未游離。第二步內(nèi)含于的G414又進入了G結(jié)合位點，切下的外顯于的3'OH又對G結(jié)合位點上的G與3'外顯于之間的磷酸二酯犍發(fā)動親核進攻，切開磷酸二酯鍵，而其3'OH和3'外顯于的P從頭形成磷酸二酯鍵而連接起來，如此就完成內(nèi)含于的剪接。內(nèi)含于成為顯性的413nt的RNA分于。第三步，內(nèi)含于5'端和引導(dǎo)序列相鄰的序列通過引導(dǎo)序列互補配對，進入底物位點。G414仍然留在G結(jié)合位點上，其3'OH再作用底物位點上的序列，切下19nt的內(nèi)含于5'端，并和余下內(nèi)含于的5'P形成二酯鍵，形成414nt的環(huán)狀內(nèi)含于。I類內(nèi)含于的自我剪接(6)II類內(nèi)含于的自我剪接列為5’JGUGCG……YnAGI，符合GT-AG法則。二級結(jié)構(gòu)的形成使兩個并列的功能區(qū)靠近。功能區(qū)5和功能區(qū)6被2堿基隔離開。?功能區(qū)6含有1個不配對A殘基，其上帶有2-OH第一進行轉(zhuǎn)酯反映。在內(nèi)含于的近3’端具有分支點順序(branch-pointscgucncc)，也就是在第6功能區(qū)有6-121H保守序列，在哺乳動物中為YNCURAY(Y:口密卩定，R:代表瞟吟，N表示任何核昔酸)。分支點順序可和上游序列互補，形成莖環(huán)，但A不配對。⑺原核生物iRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：?切斷。(由核酸內(nèi)切酶在iKZA兩頭切斷)?剪接。由核酸外切梅從3'端逐個地切去附加的順序，進行修剪(trimming)?化學(xué)修飾。在1KNA3'端加上-CCAoh?核昔酸的修飾和異構(gòu)化。RNA的編輯?編輯(editing)是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象。這一改變不是突變引發(fā)的:突變是指DNA上的堿基發(fā)生改變，而Ap()E的DNA模板并未發(fā)生改變。上述轉(zhuǎn)換的頻率遠髙于突變。尿昔酸的缺失和添加在研究錐蟲線粒體mRNA轉(zhuǎn)錄加工時發(fā)覺mRNA的多個編碼位置上加入或丟失尿昔酸，1990年在髙等動物和病毒中也發(fā)覺了編輯現(xiàn)象。編輯的生物意義校正作用 調(diào)控翻譯 擴充遺傳信息，五、原核生物與真核生物mRNA的特征比較1、 原核生物mRNA的特征?半衰期短?多以多順反于的形式存在單順反于mRNA:只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNAo多順反于mRNA:編碼多個蛋白質(zhì)的mRNAo5'端無“帽于”結(jié)構(gòu)，3'端沒有或只有較短的poly(A)結(jié)構(gòu)。2、 真核生物mRNA的特征“基因”的分于生物學(xué)槪念:產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全數(shù)核甘酸序列。?5'端存在“帽于”結(jié)構(gòu)?多數(shù)mRNA3'端具有poly(A)尾巴(組蛋白除外)?以單順反于的形式存在RNA合成與DNA合成異同點相同點：1、 都以DNA鏈作為模板2、 合成的方向均為5'-3'3、聚合反映均是通過核昔酸之間形成的3’,5,■磷酸二酯鍵，使核昔酸鏈延長。不同點:復(fù)制轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈均復(fù)制模板鏈轉(zhuǎn)錄(不對稱轉(zhuǎn)錄)原料dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物于代雙鏈DNA(半保留復(fù)制)mRNA、tRNA,rRNA配對A-T;G-CA-U;T-A;G-C引物RNA引物無RNAPollGenes、RNA聚合酶1的功能：細胞間期，合成除5SrRNA外，其它rRNA。、rRNA-cncodinggenes(rDNA)一、Pre-rRNA的轉(zhuǎn)錄單位2、前后串聯(lián)形成基因簇(Tandemgenecluster)核仁：細胞核中的濃密區(qū)，rRNA的生產(chǎn)和修飾區(qū)域。、RNAPol1promotersUCE：Upstreamcontrolelement◎■核心啟動于(corepromoter)或核心元件(coreelement),位于-45到+2(),負責(zé)轉(zhuǎn)錄的起始。令上游控制元件(upstream,controlelementUCE),從-180延伸到-107,可増加核心元件的轉(zhuǎn)錄起始的效率。、轉(zhuǎn)錄因于：UEF和SLIUEF: SL1: TBP TAFs TAFls:UEF: SL1: TBP TAFs TAFls:RNAPolvmcrascIIIGenes、RNApolymerase111的特點:一、至少由16個不同亞基組成；二、位于核質(zhì)中；3、合成前體tRNA5SrRNAU6snRNAandseRNA、tRNA基因的轉(zhuǎn)錄一、轉(zhuǎn)錄控制區(qū)位于轉(zhuǎn)錄起始點的轉(zhuǎn)錄單位內(nèi)2、TwocomplexDNA-bindingfactors⑴、TFII1C(2)、TFII1B、5SrRNA基因的轉(zhuǎn)錄一、 5SrRNA是核糖體大亞單位的組成份，唯一獨立分開轉(zhuǎn)錄的rRNA。約200()個基因串聯(lián)成簇(cluster)o二、 轉(zhuǎn)錄控制區(qū)boxC位于起始點下游81-99bp處。啟動于區(qū)域。、轉(zhuǎn)錄因于(1)、TF11IA(2)、THIIC(3)、TF1IIB1、下列有關(guān)TATA盒(Hogucssbox)的敘述，哪個是正確的：它位于第一個結(jié)構(gòu)