基因的转录、转录后加工及逆转录
第十三章基因的转录、转录后加工及逆转录ppt课件
◆真核生物启动子 （1）DNA序列在转录起始点的5’端区(上游 区)（2）-25bp ：TATA盒（Hogness box） （3）-90bp ：GC盒 （4）-70bp ：CAAT盒
-90
-70
GC
CAAT
RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始
RNA聚合酶Ⅱ催化各种前体mRNA的合 成
需要多种TF参与：TFⅡA-J
第一节 参与转录的酶
RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶 （DNA-dependent RNA polymerase,DDRP）
以DNA为模板，催化2个游离的NTP 形成3’，5’-磷酸二酯键
一、原核生物RNA聚合酶
1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成 （1）全酶(holoenzyme)
由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成 （2）核心酶(core enzyme)
作用位置
步骤1 步骤2
200~250
（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接
内含子
外显子
DNA
hnRNA
●剪接所需条件
snRNA （U1-U6） + 蛋白质 （核内小分子核酸）
多种snRNP （核内小核蛋白颗粒）
多种snRNPs装配成
剪接体 （参与剪接过程）
4、RNA编辑（RNA editing）
二.真核生物RNA转录后的加工 1、rRNA转录后的加工
真核生物rRNA 的基因
(rDNA)
转录产物
成簇纵列串联排列
高度重复序列DNA
核质:(Ⅲ)--不需加 工
5s rRNA
核仁:(Ⅰ)--加工
5.8s rRNA 28s rRNA 18s rRNA
rDNA 内含子
基因间隔
名词解释-分子生物学
1、转录（Transcription）：以某一DNA链为模板，按照碱基互补原则形成一条新的RNA链的过程，是基因表达的第一步。
2、编码链：与mRNA 有相同序列的DNA 链3、下游：沿着表达方向的序列。
例如，编码区是在起始区的下游。
4、上游：转录起点之前的序列，例如，细菌启动子在转录单位的上游，起始密码在编码区上游。
5、启动子：结合RNA 聚合酶并起始转录的DNA 区域。
6、RNA聚合酶：使用DNA作为模板合成RNA的酶(正式应为DNA-依赖性RNA 聚合酶)7、终止子：是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。
DNA分子中终止转录的核苷酸序列。
8、转录单位：指RNA聚合酶起始位点和终止位点间的距离，可能包括不止一个基因。
9、初级转录本：与一个转录单位相对应的未修饰的RNA 产物。
10、组成型表达constitutive expression：个体发育的任一阶段，在所有细胞中都持续进行的表达。
一般是生命过程必需的基因。
11、负调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因表达；存在repressor的时候基因表达受阻。
12、正调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因关闭；存在activator的时候基因表达开启。
一般原核生物偏向负调控，原核生物的DNA裸露无保护，很容易启动转录，并翻译。
因此其细胞内的基因可以说是基本全部默认开启，因此在正常情况下原核细胞内存在大量不同的reressor阻遏着大量基因的转录。
细胞必须根据不同的条件，对一些被阻遏的基因进行去阻遏的调控，或对一些基因的表达进行阻止。
13、顺式作用元件cis-acting element DNA分子上的一些与基因转录调控相关的特定序列。
14、反式作用因子trans-acting factor一些与基因表达调控有关的蛋白因子。
15、顺式调控cis-acting regulation 一段非编码DNA序列对基因转录的调控作用，顺式正调控（启动子、增强子）；顺式负调控（沉默子）16、反式调控trans-acting regulation 转录因子作用于顺式作用元件对基因转录的调控。
基因的转录、转录后调控
基因的转录、转录后加工及逆转录转录(transcription) 是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA 聚合酶催化下合成RNA链的过程。
与DNA勺复制相比，有很多相同或相似之处，亦有其特点，它们之间的异同可简要示于表13-1转录的模板是单链DNA与复制的模板有较多的不同特点，引出了下列相关概念。
转录过程只以基因组DNA中编码RNA(mRNAtRNA rRNA及小RNA 的区段为模板。
把DNA分子中能转录出RNA的区段，称为结构基因(structure gene)。
结构基因的双链中，仅有一股链作为模板转录成RNA称为模板链(template strand)，也称作Watson(W链(Watson strand)、负(-)链(minus strand) 或反意义链(antisense strand) 。
与模板链相对应的互补链，其编码区的碱基序列与mRN的密码序列相同(仅T、U互换)，称为编码链(coding strand)，也称作Crick (0链(Crick strand )、正(+)链(plus strand)，或有意义链(sense strand)。
不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并不是固定在某一股链，这种现象称为不对称转录(asymmetric transcription) 。
模板链在相同双链的不同单股时，由于转录方向都从5'f 3'，表观上转录方向相反，如图13-1 o与DNA复制类似，转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子有所不同，转录过程及转录后的加工修饰亦有差异。
下面的讨论中将分别叙述。
? 参与转录的酶转录酶(transcriptase )是依赖DNA的RNA聚合酶(DNA dependent RNA polymerase，DDRP，亦称为DNA指导的RNA聚合酶(DNA directed RNA polymerase )，简称为RNA聚合酶(RNA pol)。
DNA 转录(DNA Transcription)
逆 转 录 病 毒 基 因 组 逆 转 录 的 详 细 过 程
某些DNA病毒生活史中的逆转录现象
某些DNA病毒，例如花椰菜镶嵌病毒 （CaMV）、乙型肝炎病毒（HBV）和其它 一些嗜肝DNA病毒，尽管遗传物质是DNA， 但其生活史中也有从RNA到DNA的逆转录过 程。这些DNA病毒被称为泛反转录病毒
转录的起始
转录的起始实际上是RNA聚合酶与启动子相互作 用并形成活性转录起始复合物的过程，整个反 应可分为以下几步： * RNA聚合酶与dsDNA非特异性结合 * RNA 聚合酶全酶与启动子形成封闭复合物 * 封闭复合物异构化，转变成开放复合物 * 第一个磷酸二酯键形成 * 启动子清空
转录的详细机制
蛋白质的不同分拣路径
蛋白质从内质网→高尔基体→溶酶体或细胞膜（外）的小泡转运
蛋白质的合成及其后加工
核糖体的分类与组成
核糖体的三维结构模型和主要的功能部位
核糖Байду номын сангаас的主要功能定位
• • • • • • A部位—氨酰tRNA结合部位，也称为受体部位； P部位—肽酰tRNA结合部位； E部位—空载tRNA临时结合的部位； 肽酰转移酶）活性部位—催化肽键形成的部位； mRNA结合部位； 多肽链离开通道—正在延伸的多肽链离开核糖 体的通道； • 一些可溶性蛋白质因子（起始因子、延伸因子 和终止因子）的结合部位。
翻译后加工
• 为什么要进行翻译后加工？ 1) 增加功能性 2) 实现定向和分拣 3) 调节活性 4) 提高机械强度 5) 改变识别
翻译后加工的主要方式
• • • • • • 多肽链的修剪、剪切或剪接 N-端添加氨基酸 氨基酸残基的修饰 二硫键的形成 添加辅助因子（金属离子、辅酶或辅基） 多肽链的折叠和四级结构的形成
转录后加工及逆转录
一、mRNA的转录后加工（0.3学时）
tRNA的转录后加工（0.1学时）
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授
课
内
容
、
教
具
与
时
间
分
配
第四节逆转录、逆转录病毒及癌基因（0.5学时）
逆转录病毒及逆转录酶
（一）发现（0.1学时）
（二）ASV的基因组（0.1学时）
生物化学（第五版）周爱儒主编人民卫生出版社
上课老师第___3_页
课程名称___生物化学________
授课题目
基因的转录、转录后加工及逆转录
授课日期
授课班级
授课时数
4
授课方式
理论课
授
课
重
点
、
难
点
1.转录与复制的异同点
2.参与转录的酶
3.转录过程（原核生物转录起始、真核生物RNA聚合酶II催化转录的起始）
4.转录终止中的两种方式
5.真核生物的转录后加工
6.逆转录现象与逆转录酶
授
课
内
容
、
教
具
与
时
间
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配
转录与复制的异同点0.5学时
第一节 参与转录的酶类（1.0学时）
1.核心酶α2三种类型RNA聚合酶 、 、 、
各自所在部位、转录产物、以及对鹅膏蕈碱敏感度。
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授
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、
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具
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间
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4.待转录基因的选择与转录的进行方向（0.1学时）
（三）逆转录病毒的生活周期（0.2学时）
RNA的生物合成
rRNA前体的加工 前体的加工： 3、 rRNA前体的加工： 原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工。 原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工。 rRNA转录后也都需要进行加工 原核：刚转录的rRNA 30S rRNA为 原核：刚转录的rRNA为30S，先在特定的碱基上进 行甲基化修饰，然后逐步裂解，最后形成5sRNA 5sRNA、 行甲基化修饰，然后逐步裂解，最后形成5sRNA、 16sRNA、23sRNA。 16sRNA、23sRNA。
大肠杆菌RNA聚合酶全酶示意图
真核细胞的RNA聚合酶 真核细胞的RNA聚合酶 RNA
α-鹅膏蕈碱 分布 产物
rRNA
5.8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA
酶类
对酶的作用
不抑制
I
核仁
Ⅱ Ⅲ
核质 核质
mRNA tRNA 5SrRNA
低浓度抑制 高浓度抑制
RNA聚合酶的特点： RNA聚合酶的特点： 聚合酶的特点
rRNA(核糖体 核糖体RNA) : ~80% 核糖体
核糖体是蛋白质合成的部位） （核糖体是蛋白质合成的部位）
snRNA(核内小 核内小RNA) ： 参与 参与mRNA转录后加工 核内小 转录后加工
一、转录（DNA指导下 转录（ 指导下RNA的合成） 的合成） 指导下 的合成
（一）概念 转录： 转录：DNA指导下 指导下RNA的合成。 的合成。 指导下 的合成 为摸板， 种核糖核苷酸 种核糖核苷酸（ 以DNA为摸板，4种核糖核苷酸（NTP）为 为摸板 ） 底物， 聚合酶的作用下， 底物，在RNA聚合酶的作用下，按照碱基 聚合酶的作用下 互补规律，合成RNA链的过程。 链的过程。 互补规律，合成 链的过程
（3）转录终止
《正常人体功能》课程标准
《人体解剖学》课程标准为了全面贯彻落实《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》文件精神和《国家中长期教育改革和发展规划刚要》，以《国家高等职业教育发展规划》为指导，遵循《兰州科技职业学院课程标准制定原则性意见》，制定《人体解剖学》课程标准，课程标准是执行人才培养方案，实现人才培养目标的纲领性文件，是编选教材、教学组织实施、教学评价和教学考核的基本依据。
一、课程标识第一部分课程定位一、课程地位、性质正常人体功能是研究生命的化学，它在分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节及其在生命中的地位，着重生理的基本知识和基本技能的训练。
因此，要求学生在教师的启发引导下，认真学习生物化学的基础理论、基本技能，并能利用理论解释某些疾病的发病机理。
注意科学思维能力和科学态度的培养，为进一步学习其他医学基础课与临床课奠定坚实的基础，可以适当联系临床内容和护理学专业内容。
二、课程理念坚持学生为主体，教师为主导的教学理念。
教师的主导作用具有客观性和必要性，教师预先决定和设计教学方案、教学内容、教学进程、教学结果和教育质量评估方法等。
学生是学习的主体，在教师适时必要的引导下，充分调动学生主观能动性，发挥其较强的知识基础和自学能力的优势，确保教学活动顺利高效的完成，使学生获得知识、能力，并使智力和素养得到发展，完成教学目标。
此外，在教学实践中应全程渗透素质教育、个性化教育等现代教育思想和观念。
教学内容设置上，除了理解本门课程的基本知识、基本理论和基本技能外，要突出课程的前沿内容，着重培养学生的科学研究能力和创新精神。
三、课程设计思路《正常人体功能》课程要符合涉外护理专业人才培养方案，体现“创新思维”、“以学生为主体”“素质教育”的现代教育新观念，力求构建我校新的生理学课程体系，更新、拓展课程内容。
不再局限于课堂基本理论，而是把实验教学、前沿专题讲座、网络课程教学、课外科研活动等内容纳入课程中，反映医学科学发展的新水平，丰富了生理学课程的内涵，拓宽学生知识面。
基因转录
1. 切断 2. 剪接 3. 3’-末端-CCA序列添加 4. 化学修饰
DNA
tRNA前体的转录合成
TGGCNNAGTGC
RNA pol Ⅲ
பைடு நூலகம்
GGTTCGANNCC
tRNA前体
tRNA前体的切断和剪接加工
tRNA3'-末端-CCA序列的添加
（2） （1）
tRNA的碱基修饰
位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合 并起始转录有关的一些DNA调控序列被称 为启动子（promoter）。
原核生物启动子的保守序列
RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
开始转录 -10 区
TTGACA
AA C T G T
2，依赖 Rho因子的转录终止
DNA 序列缺乏共性，不能形成强的发卡结构
ATP
6聚体， 具有 NTP酶 和解螺旋酶
真核生物的转录过程
真核生物启动子保守序列
参与转录位点确定起始 控制转录起始频率
• 在远离受控基因处存在的，能够增强基因转录活性的调控 序列称为增强子（enhancer）。增强子特点： 远距离效应；无方向性；顺势调控；广泛性，相位性
一些RNA病毒能以自己的RNA为模板A为合成DNA，称为逆转录这是中 心法则的补充。
RNA
• RNA，即核糖核酸，由核糖核苷酸经磷酯键缩合 而成长链状分子。
• 一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。 • RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟嘌呤、
C胞嘧啶、U尿嘧啶，其中，U（尿嘧啶）取代了 DNA中的T。
转录
参与转录的物质
原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)
模板: DNA
酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子
第一节 模板和酶
Templates and Enzymes
一、转录模板
• DNA 分子上转录出 RNA 的区段，称为结构基因 (structural gene)。 • DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成 RNA
• 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。
二、真核生物的转录起始
（一）转录起始
真核生物的转录起始上游区段比原核生物
多样化，转录起始时， RNA-pol 不直接结合模
板，其起始过程比原核生物复杂。
1. 转录起始前的上游区段
修饰点
顺式作用元件(cis-acting element)
AATAAA
切离加尾
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
（二）转录延长
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，
与模板结合松弛，沿着DNA模板前移； 2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链 不断延长。
(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
第十三章
基因的转录、转录后加工 及逆转录
转录 (transcription)
生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转 录
DNA
RNA
复制和转录的区别
复制 模板 原料 酶 产物 配对 两股链均复制 dNTP DNA聚合酶 子代双链DNA （半保留复制） A-T，G-C A-U，T-A，G-C 转录 模板链转录（不对称转录） NTP RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA
5第六章转录、转录后加工及逆转录
•
不同的σ因子识别不同的启动子 E.coli 中有五种σ因子（σ70、σ32、σ54、σ28 、 σ24 ） 枯草杆菌中有11种σ因子 （σ因子的更替对转录起始的调控）
（2）α因子 核心酶的组建因子 α＋α • • 2α＋β α2β＋β’
☻ 以上三个保守序列在绝大多数启动子中都存在
（4）
增强子（enhancer）：
研究SV40病毒时发现，启动子上游的某些序列若发生变化，则大大 降低转录活性，这些序列对转录起增强作用，故称增强子。 一段能够加速基因转录的调节性序列，通过改变DNA模板的螺旋结 构和顺势调控RNA聚合酶及特异性蛋白。 效率高：是转录频率增加10-200倍。 特点：1.位置不定（5‘端上游，3端下游，甚至于内含子中） 2.序列长，有芯(TGGA/TA/TA/T)
• CTD参与转录 → ⅡB → ⅡA → 使 RNApol易于离开
启动子进入延伸过程（10倍）
二、 真核生物的启动子 三种 RNApol 识别三种启动子 三种聚合酶需要不同的转录因子-TF Ⅰ、 TF Ⅱ、TF Ⅲ等 注：每种转录因子根据发现的先后再分为A\B\C (TF Ⅲ A\ TF Ⅲ B) 三种转录方式 三种产物： RNA聚合酶Ⅱ——mRNA前体； RNA聚合酶Ⅰ——rRNA； RNA聚合酶Ⅲ——tRNA和 5S RNA
记为正值
－10 upstream ＋1 start point ＋10 downstream
一、原核生物启动子和终止子 启动子（promoter）:RNA聚合酶的结合区域。 启动子的特点: (1)在转录起始点的5’端 (2)TTGACA:Sextama框，RNA聚合的识别部位（酶 靠σ亚基与之结合），在-35区。 (3)TATAAT: Pribnow 框，RNA聚合酶的结合区，在10区。