六 基因以及基因的转录调控和翻译

复制过程中DNA聚合酶的锚定
复制中DNA链的移动
真 核 与 原 核 D N A 复 制 的 区 别
不同点 起始位点 前导链合成 随后链合成 引物长短 冈崎片段长短 RNA引物水解 修补缺口
原核生物 一个复制子 DNA聚合酶Ⅲ DNA聚合酶Ⅲ 50～100个核苷酸 1000～2000个核苷酸 长 DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅰ
Pol I
RPA18 RPA116 RPA40 RPA53 RPA27 RPA67 RPA21 RPA47 RPA194 TAF48 75kDa TAF95 TBP 60kDa 97kDa 94kDa
TIF-IA
TIF-IB
TIF-IC
UBF
TAF68
RNA Pol I Initiation Complex
原核：DNA聚合酶I 真核：FEN1 DNA连接酶
引物酶
原核生物的DNA聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅱ ≥7 88 000 DNA聚合酶Ⅲ ≥10 900 000
不同种类亚基数 目
相对分子质量 5´→3´核酸聚合 酶活性 3´→5´核酸外切 酶活性 5´→3´核酸外切 酶活性 聚合速度（核苷 酸/分） 持续合成能力 分子数/细胞 功能
tRNA
Transfer RNA Interface between mRNA & amino acids
snRNA
Small nuclear RNA -Incl. RNA that form part of the spliceosome
snoRNA
Small nucleolar RNA Found in nucleolus, involved in modification of rRNA
原核细胞 真核细胞
核小体和染色质结构 对转录的影响 启动子结构 RNA聚合酶
无 简单 一种
有 复杂 细胞核有三种
转录因子
识别启动子的蛋白质 启动子以外的与转录 有关的DNA序列 操纵子结构 转录与翻译之间的偶 联关系
缺乏
RNA聚合酶本身 少 普遍 存在
多种
特殊的转录因子 繁多 少见 不存在
转录产物性质
真核生物的三种RNA聚合酶
蛋白质编码基因 snRNA snoRNA miRNA 5S rRNA 某些 snRNA miRNA 端粒酶RNA
miRNA（microRNA）的转录
RNA聚合酶II或III
RNA聚合酶I起始复合体（转录因子）的组装
核糖体基因的转录
Transcription of ribosomal RNA gene by polymerase I
tRNA主要剪切方式
1.剪切和拼接
tRNA剪切酶 （蛋白质+RNA） （核酶？）
蛋白(酶)剪切
D-loop Anticodon-loop
TCG-loop
2. 碱基修饰：稀有碱基的添加 3. 3’-OH连接ACC结构 三级结构：倒L型 二级结构：三叶草型
真核核糖体RNA（rRNA）的剪切加工
snRNA和snoRNA的参与
增强子易发生B-DNA到z-DNA的转 换。如某些增强子中有Z-DNA存在， 可以调节染色质的结构。
Z-DNA构型与转录和复制相关
DNA的转录 部分DNA序列


部分DNA序列进行转录活动 转录（transcription）是以DNA为模板， 在依赖DNA的RNA聚合酶的催化下，以4 种NTP（ ATP、CTP、GTP和UTP ）为原 料，合成RNA的过程。转录是DNA将遗 传信息传递给蛋白质的中心环节。 正义链和反义链 模板链与非模板链 在有些RNA病毒中，RNA也可以指导RNA 的合成。
RNA类型结构图
RNA
mRNA
ncRNA
Non-coding RNA. Transcribed RNA with a structural, functional or catalytic role
rRNA
Ribosomal RNA Participate in protein synthesis
D.DNA聚合酶依赖模板 E.DNA聚合酶III缺乏ε亚基
基因的概念
基因是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的 特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA 分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线 性排列。
Structure of the Human genome
30000 genes
核内 线粒体
γ核内
与引发 酶结合 滞后链 3’－5’校 NO 正活性
合成,修复 复制 前导链起始 Yes Yes
NO
均无5′→3′外切酶活性
复制的多模式
单起点、单方向 （原核） 多起点、单方向 （真核）
单起点、双方向（原核）
多起点、双方向（真核）
DNA复制BrdU标记
常 染 色 质 复 制
S期
异 染 色 质 复 制




• rRNA的后加工不需要snoRNA
比较DNA复制和转录的特点
复制
5’3’ 合成方向 DNA聚合酶活性
滞后链
前导链 5’3’ DNA外切酶活性 3’5’ DNA外切酶活性
原核：DNA聚合酶I, II, III 真核：DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε
D N A 的 半 保 留 复 制 过 程
原核：DNA聚合酶III 真核：DNA聚合酶 δε
原核：DNA聚合酶III 真核：DNA聚合酶α
1 103 000
+
+
+
+
+
+
+
1 000~1200 3~200 400 切除引物，修复
2400 1500 100 修复
15 000~60 000 ≥500 000 10~20 复制 校正
真核生物的DNA聚合酶
α、β 、δ 、ε 、γ
五种
α
位置 合成 功能
β
核内 修复
δ
核内 合成 前导链 Yes
ε
（顺式作用元件 反式作用因子） RNA聚合酶I顺式作用元件：UCE 和CORE
Psp Tsp - 5000 T0 Enhancer repeats Promoter UCE CORE +1000
-2000
+1
RNA聚合酶II顺式作用元件： TATA box和CAAT box等
RNA聚合酶II启动子中的常见顺式作用元件
TIF-IA TIF-IB
TIF-IC Pol I
UBF CORE
rDNA Promoter
Stepwise assembly of initiation complex
45s pre- rRNA
肩并肩，手拉手，面如桃花
RNA聚合酶II
起始复合体的组装
TBP是一种通用因子
TBP（TATA-binding protein） 是定位因子的一个组分，每类 RNA聚合酶在结合到各自的启动 子上时都需要TBP。
元件名称
TATA box
共同序列
TATAAAA TBP
结合的蛋白因子
GC box
CAAT box Octamer kB ATF
GGGCGG
GGCCAATCT ATTTGCAT
SP-1
CTF/NF1 Oct-1 Oct-2 NFk B AFT ?
GGGACTTTC C GTGACGT
增强子(enhancer)
假尿苷
核糖甲基化 snRNA snoRNA
snoRNA
真核细胞rRNA前体的加工与核糖体亚单位的装配
真核细胞与原核细胞的核糖体
原核细胞 核糖体
大亚基
小亚基
真核细胞 核糖体
大亚基
小亚基
原核生物转录与加工的特征

半衰期短。 缺乏内含子 许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在。 原核生物 mRNA 的 5’端无帽子结构， 3’ 端没有或只有 较短的多聚（A）结构。 原核生物中，mRNA的转录和翻译是在同一个细胞空 间里同步进行的。
miRNA
Micro RNA Small RNA involved regulation of expression
Other
Including large RNA with roles in chromotin structure and imprinting
siRNA stRNA
Small temporal RNA. RNA with a role in developmental timing Small interfering RNA Active molecules in RNA interference
半乳糖苷酶
Wilms肿瘤基因 -1 神经纤维瘤基因 -1 谷氨酸受体蛋白
U→A
U→C
苯丙氨酸密码子→酪氨酸
亮氨酸密码子→脯氨酸
C→U
精氨酸密码子→终止子
脑
A→I
多个谷氨酸密码子→精氨 酸
RNA编辑的生物学意义
(1) 校正作用。 (2) 调控翻译。 通过编辑可以构建或去除起始密码子和 终止密码子。 (3) 扩充遗传信息。
多为多顺反子
多为单顺反子
RNA的转录后加工

mRNA (真核加工)
snRNA
rRNA (真核、原核均加工) snoRNA snRNA 自我剪切（核酶）

tRNA (真核、原核均加工) 蛋白(酶)剪切 miRNA Dicer 酶
mRNA的加工与剪切
hnRNA
snRNA参与剪切
mRNA的加工以及作用
正在转录的核糖体RNA基因
转录过程的选择性抑制
放线菌素D是原核和真核细胞RNA聚合酶的专一抑制剂。
利福平是原核细胞RNA聚合酶的抑制剂。
α-鹅膏蕈碱是真核细胞RNA聚合酶的抑制剂。
单顺反子：一条mRNA只编码一个蛋白质的mRNA。 多顺反子：一条mRNA编码多个蛋白质的mRNA。
mRNA
原核细胞与真核细胞 在DNA转录上的差别
指增加同它连锁的基 因转录频率的 DNA序列。
位置不固定 双方向作用 组织特异性
增强子作用机制 提供转录因子进入启动子的位点 改变染色质的结构
转录过程中DNA构型的变化
Z－DNA中带负电荷的磷酸根距离近，
会产生静电排斥。 DNA链的局部不稳
定区的存在就成为潜在的解链位点。 DNA解螺旋是DNA复制和转录等过程 中必要的环节
哺乳动物载脂蛋白基因转录产物的编辑
载脂蛋白B
中止密码子
肝型 肝中剪接的mRNA编码 含4563 aa的蛋白质
肠型 肠mRNA有UAA密码子在 第2153位密码子终止合成
哺乳动物中RNA编辑的实例
组织 靶标RNA 所改变 的 碱基
C→U
结果
肝脏，肠
载脂蛋白B
谷氨酰胺密码子→终止子
肌肉
睾丸，肿瘤 等 肿瘤
真核基因序列的结构（核糖体基因为例）
28S
T1-10
Intergenic spacer(IGS)
+1
18S
5.8S
28S
T1-10
Promoter -5000
-2000
Enhancer
+1
+1000
增强子 启动子 转录起始位点 5’UTR 编码区（外显子和内含子） 3’UTR 中止区
RNA聚合酶启动子中的常见顺式作用元件


hnRNA中内含子 的剪切
snRNA的参与
hnRNA
套索结构
剪切体 （spliceosome）
mRNA mRNA
RNA的编辑(RNA editing)
编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生 碱基的加入，丢失或转换等现象。
介导RNA编辑的两种机制： • 位点特异性脱氨基作用； • 尿嘧啶插入或删除。
细胞中的
基因 复制 转录 翻译
DNA复制
染色体DNA全部复制
人的核型：22对常染色 体和1对性染色体
●
复制子（Replicon）；又称复制单位 或复制元.
DNA 中含有一定复制起点和复制终点的复制单位
DNA的半保留复制
碱基互补配对原则是DNA 分子结构的基础
DNA的复制包括起始、 延伸和终止三个步骤
1. Biblioteka Baidu帽 5’-三磷酸-7-甲基鸟苷
鸟苷转移酶催化
保护不被酶降解
核糖体小亚基结合 蛋白质合成起始识别
协助进入细胞质 2. 加尾
poly(A)聚合酶
3’-PolyA 序列
协助进入细胞质 提高稳定性 促进核糖体的有效循环
3. 拼接 4. RNA 编辑
切除内含子 扩充遗传信息
Poly (A)

-
尽管大部分真核mRNA有poly (A)尾巴，细胞 中仍有多大1/3没有poly (A)的mRNA，将其 称为Poly (A) – 约1/3的Poly (A) –mRNA编码了不同形式的 组蛋白。 如组蛋白mRNA，也可通过核膜进入细胞质
真核生物 多个(多至千个)复制子 DNA聚合酶δ DNA聚合酶α 10个核苷酸 100～200个核苷酸 短 FEN1 DNA聚合酶β
复制速度
复制时间 第一轮复制结束之前能 否进行下一轮复制
快
可一直在复制 可以
慢
限制在S期 否
DNA复制过程中，母链遗传信息必须准确地传到子链，即复制的保 真性，下列哪种情况可以造成复制的失真（ ）。 A.A-T，G-C配对 B.DNA聚合酶选择配对碱基 C.DNA聚合酶即时校读