《遗传信息的传递》PPT课件

原核细胞mRNA的结构特点
SD区
顺反子
5´AGGAGGU来自顺反子顺反子3´
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
顺反子(cistron): 指编码一种蛋白质的DNA单位。
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
原核生物转录过程中的羽毛状现象
原核生物中rRNA前体的加工
30S前体
17S 专一核酸外切酶
甲基化作用 专一核酸外切酶
α亚基：为二聚体，装配核心酶及识别启动子。 β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二 酯键。 β’亚基：与DNA模板结合功能。 σ亚基：识别起始位点。
大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图
起始因子
核心酶(α2ββ)
α——装配核心酶及识别启动子 β——催化聚合反应 β——和模板DNA结合
全酶(αββ )
1）原核生物的RNA聚合酶 一种，能催化mRNA、 tRNA和rRNA等的合成。
大肠杆菌的RNA聚合酶
➢全酶由5种亚基（α2ββ’σ）及2个Zn原子组成。 ➢σ因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易与α2β’β 分离。没有σ亚基的酶称为核心酶——只催化链的延长， 对起始无作用。 ➢五种亚基的功能分别为：
RNApolⅡ：
分子量约为500KDa,由10~12个亚基组成，有两个最大 亚基，功能相当于细菌RNA聚合酶的β亚基和β’亚基。
大亚基（功能相当于细菌的β’亚基）： 有 C 末端结构域
(carboxy terminal domain CTD) • CTD中含一保守氨基酸序列的多个重复 Tyr－Ser－Pro－Thr－Ser－Pro－Ser C 端七肽重复序列 • 不同生物中重复次数不一样。
有关RNA聚合酶的几个知识点：
• 只有全酶才能在正确位置起始转录。核心酶能在DNA模板上合成RNA，但不能在正确 位置起始转录。
• σ因子仅能保证细菌RNA聚合酶稳定地结合到启动子上，它通常在RNA链合成8~9个碱 基后释放。
2）真核生物的RNA聚合酶
细胞核内，有三种：区别在于对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同。
与模板链相对应的互补链，编码区的碱基序列与
mRNA的密码序列相同（仅T、U互换），称为编码链，
也称为有义链、Crick（C）链、正（+）链，或有意
义链。
模板链（templatte strand）
启动子（ 反意义链(antisense strand)
终止子
DNA promoter)
(terminator)
反向平行；
三、真核生物转录机制
原核生物与真核生物mRNA 的特征比较
➢结构特征 ➢转录翻译发生的区域化部位 ➢ 生命周期
结构特征
原核生物mRNA： (1) 许多以多顺反子形式存在； (2) 5`端无帽子结构； (3) 3`端没有或只有较短的poly(A)。
真核生物mRNA结构特征 ：
(1) 许多是以单顺反子形式存在；
原核生物mRNA大多是多顺反子，少数为单顺反 子。由于原核细胞没有核膜，转录与翻译偶联，不存 在加工过程。但也有少数多顺反子mRNA需要加工， 需要切成小单位后再进行翻译。如教材P37
此外，在rRNA和tRNA基因中也存在类似的加工过程。 如原核生物中rRNA前体的加工：
首先生成的是30S前体rRNA ,经甲基化和核酸酶切割， 逐步裂解为16S、23S、5S 的rRNA和tRNA 。
ρ因子 a、 活性形式为六聚体 促进转录终止的活性，NTPase 活性。
b、 RNA长度大于50nt时，依赖RNA的NTPase活性最大 说明：ρ因子识别和结合的是RNA
ρ因子对终止子的作用 a、ρ因子与RNA结合（终止子上游的某一处，RNA 的5’端 ）。
b、ρ因子沿RNA从5’→3’移动（NTP水解供能）。 （终止子处的较长时间的延宕给ρ因子追赶的机会）
-35 sequence
-10 sequence
+1
d.σ因子解离 →核心酶与DNA的亲和力下降 起始过程结束→核心酶移动进入延伸过程
转录的起始过程示意图
σ
核心酶
12～17bp
（β亚基）
2）延伸
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。
高等真核生物（不包括酵母）的mRNA的共同特 征：poly(A)添加位点上游11-30个核苷酸区域内存 在高度保守的AAAAAA序列。
第三节 RNA的生物合成
转录：是在 DNA指导的RNA聚合酶的催化下，按
照碱基配对的原则，以四种NTP为原料合成一条与模 板DNA互补的RNA 的过程。
一、转录的酶学基础
1.模板
RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并 在一定的位点终止。
结构基因：DNA分子中能转录出RNA的区段。
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，也称作无义链、Watson（W）链、负（）链或反意义链。
➢转录单位：在启动子与终止子之间的基因序列。
➢起始点：指转录起始部位，即开始转录的第一个核 苷酸，定为O点（以+1表示），由此向右称为下游， 其核苷酸依次编为“正”号；起始点左侧称为上游， 其核苷酸顺序向左依次编为“负”号，如紧接起始点 左侧的核苷酸为-1。转录的第1个核苷酸常为嘌呤---G 或A。
①不依赖 ρ因子的终止子
结构特征: ➢ 一是形成一个发夹结构(茎环结构)
茎： 7~20 bp的反向重复（inverted repeat， IR）序 列形成（富含G/C）
环：中间不重复序列形成 ➢二是具有6 ~ 8 个连续的U串（发夹结构末端）
E.coli trp 操纵子终止位不依赖ρ因子的终止
茎部富含GC
②依赖 ρ因子的终止子
➢结构 IR序列中的 G／C 对含量较少。 发夹结构末端没有固定特征。
➢靠与ρ因子的共同作用而实现终止
G/C
含 量 较 少 无连续 U串
依赖 ρ因子的终止子终止转录的特点：
通读（read through）：在依赖 ρ 因子的转录终止 过程中， RNApol 转录了 IR 序列之后，虽发生一定时 间的延宕，但如果没有 ρ 因子存在，则RNApol 会继续 转录。
协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋 白质）则称为终止因子 (termination factor)，如： ρ因子。
原核生物转录终止的机制：两种
①不依赖ρ因子的终止子（强终止子）：GC区形成 的发卡结构阻碍RNA聚合酶的行进，聚U区使配对 不稳定,以利于 RNA产物的释放。
②依赖ρ因子的终止子（弱终止子）： ρ因子与RNA 产物中富含C的部位结合,并诱使RNA聚合酶构象改 变停止滑动; ρ因子的解螺旋酶活性,利于RNA产物的 释放。
Φ 超缠问题的解决靠DNA旋转酶(拓扑异构酶II) Φ RNA-DNA杂交链也要求作旋转运动
RNA链的延伸图解
模板链（反义链）
有义链
复链
解链
新生RNA 5´
3´
RNA-DNA杂交螺旋
聚合酶的移动方向
延长部位
3）终止：
合成移到终止信号时,酶不滑动,聚合停止,转录完成。
提供转录停止信号的DNA序列称为终止子。 终止子结构特点：为回文结构（反向重复序列）， 富含GC对，GC对下游为6-8个AT对。
(2) 真核生物mRNA的5`端存在“帽子”结 构转录始于核苷三磷酸（经常是A或G）。 初始序列： 5`pppA/GpNpNpNp…
加工后： GpppA/GpNpNpNpNp…
5`
5`
5`-5`
Gppp+pppGpNpNp… 鸟苷酰转移酶 GpppGpNpNp…+PP+P
帽子结构
(3) 绝大部分真核生物 mRNA 3`端含 poly(A) 尾巴
3´
5´
5´
3´
非信息区
有意义链(sense strand)
编码链
2.原料：4种核苷三磷酸（NTP,包括ATP、GTP、
CTP和UTP）
3.RNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA pol），也称为转录酶、DNA指导 的RNA聚合酶，能直接催化2个游离的NTP形成磷酸 二酯键而引发转录的起始，不需要引物。
基因表达盒结构组成示意图
RNA polymeraese
RNA聚合酶（RNA polymerase); 启动子(Promoter); 转录起始点 (startpoint); 终止子(Terminator); 上游(Upstream); 下游 （Downstream); 近端(proximal); 远端(distal)
酶
RNA聚合酶I RNA聚合酶
II RNA聚合酶
III
位置 核仁 核质 核质
主要转录产物
18S、5.8S、28S rRNA
相对活性
对α-鹅膏蕈敏 感性
50%~70% 不敏感
mRNA前体、snRNA 20%~40%
敏感
tRNA、5S rRNA和其 他snRNA
约10%
介于聚合酶I 和II之间
此外，线粒体、叶绿体中也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞中的RNA 聚合酶，它们都是经过核基因编码、在细胞质中合成后再输送过去的。
原核生物启动子，包括： ➢识别部位（ -35区）：又称Sextama框，在-35处, 高 度保守,一致序列为5’-TTGACA-3’, 是RNA聚合酶的σ 因子对模板初始识别的部位。 ➢结合部位（-10区）：又称Pribnow框, 高度保守,一致 序列为5’-TATAAT-3’ ,位于起始点上游-10处。 因Tm低,DNA易解开双链，是RNA聚合酶与DNA结合、 起始复合物由关闭状态转变为启动状态的特定序列。 ➢ CAP结合位点：在启动子上游，可能存在此位点。 CAP（分解代谢物基因激活蛋白）是原核生物基因表 达的一种正调节蛋白。