13基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及逆轉(zhuǎn)錄

1、 第十三章第十三章 基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及逆轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工及逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄翻翻 譯譯復復 制制基因的遺傳基因的遺傳:dna:dna基因的表達基因的表達: dna rna protein: dna rna protein復制復制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄( (transcription) ) 以單鏈以單鏈dnadna為模板，為模板，ntpntp為原料，在為原料，在dnadna依賴的依賴的rnarna聚聚合酶合酶催化下合成催化下合成rnarna的過程。的過程。復復 制制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄模模 板板其中一股鏈（模板鏈）其中一股鏈（模板鏈）兩股鏈兩股鏈原原 料料dntpntp聚合酶聚合酶dna

2、dna依賴的依賴的dnadna聚合酶聚合酶dnadna依賴的依賴的rnarna聚合酶聚合酶產(chǎn)產(chǎn) 物物dnamrna,trna,rrna復制與轉(zhuǎn)錄的比較復制與轉(zhuǎn)錄的比較堿基配對堿基配對a-t ；g-ca-u ,t-a；g-c相關(guān)概念相關(guān)概念模板鏈（模板鏈（template strand）反意義鏈（反意義鏈（antisense strand）負鏈（負鏈（minus strand） watson（w）鏈）鏈編碼鏈編碼鏈（coding strand）有意義鏈（有意義鏈（sense strand）正鏈（正鏈（plus strand） crick（c）鏈）鏈5 編碼鏈編碼鏈 agctccaggttccat

3、ggctaacg33 模板鏈模板鏈 tcgaggtccaaggtaccgattgc55 mrna cuccagguuccauggcua 3mrna與編碼鏈序列基本一致與編碼鏈序列基本一致 不對稱轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄（asymmetric transcriptionasymmetric transcription） 不同基因的模板鏈不同基因的模板鏈, ,并不固定在并不固定在dnadna雙鏈上的某一鏈雙鏈上的某一鏈, , 但轉(zhuǎn)錄方向總是但轉(zhuǎn)錄方向總是5 35 3，因此不同基因的轉(zhuǎn)錄方向不同，因此不同基因的轉(zhuǎn)錄方向不同。編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈5335基因基因1 1 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄

4、方向 基因基因2 2 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 5533第一節(jié)第一節(jié) 參與轉(zhuǎn)錄的酶類參與轉(zhuǎn)錄的酶類一、原核生物的一、原核生物的rnarna聚合酶（聚合酶（rna polrna pol） 亞亞 基基功功 能能參與全酶組裝及全酶識別啟動子參與全酶組裝及全酶識別啟動子與原料與原料ntpntp及新生及新生rnarna鏈結(jié)合，鏈結(jié)合，與模板與模板dnadna結(jié)合結(jié)合識別啟動子，辨認轉(zhuǎn)錄起始點識別啟動子，辨認轉(zhuǎn)錄起始點核心酶核心酶全全 酶酶催化催化3535磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 因子因子 亞基亞基 轉(zhuǎn)錄起始因子轉(zhuǎn)錄起始因子 以分子量命名以分子量命名 e.g. e.g. 70 （ 分子量分子量70kda ）rpoh

5、基因基因 32 熱激狀態(tài)熱激狀態(tài)啟動子啟動子 hsp基因基因53hsp（heat shock proteins）5533 54 參與氮源利用基因的轉(zhuǎn)錄參與氮源利用基因的轉(zhuǎn)錄 e 參與細菌鞭毛生成基因的轉(zhuǎn)錄參與細菌鞭毛生成基因的轉(zhuǎn)錄二、真核生物的二、真核生物的rnarna聚合酶（聚合酶（rna polrna pol）iiiiii定位定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對抑制劑（鵝膏蕈堿）對抑制劑（鵝膏蕈堿）敏感性敏感性核仁核仁核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)45srrnatrna,5srrna,snrnahnrna不敏感不敏感敏感敏感不同物種敏感性不同不同物種敏感性不同rna pol i 45srrna 5.8srrna 18

6、srrna 28srrnarna pol iii 5srrna trna rna pol ii hnrna mrna mrna 原核生物原核生物rna pol rna pol irna pol iii 100kd100kd 19kd40kdrna pol ii 100kd100kd 44kd44kd真核生物真核生物rna pol 第二節(jié)第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄延長 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止一、轉(zhuǎn)錄起始一、轉(zhuǎn)錄起始 1、原核生物轉(zhuǎn)錄起始、原核生物轉(zhuǎn)錄起始 原核生物啟動子特征：原核生物啟動子特征：-10 bp ： pribnow 盒盒 5-tataat-3 -35 bp：5

7、-ttgaca-3 5-ttgaca-tataat-3編碼鏈編碼鏈-35 bp-10 bp+1bp上游上游下游下游調(diào)控序列（啟動子）調(diào)控序列（啟動子）結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因53 啟動子的方向性啟動子的方向性封閉型轉(zhuǎn)錄起始復合物封閉型轉(zhuǎn)錄起始復合物 開放型轉(zhuǎn)錄起始復合物開放型轉(zhuǎn)錄起始復合物35bp10bp2、真核生物轉(zhuǎn)錄起始、真核生物轉(zhuǎn)錄起始 蛋白輔助因子蛋白輔助因子 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 tf-i rna pol i tf-ii rna pol ii tf-iii rna pol iii 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor,tf）：能直接或間接與：能直接或間接與 結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)

8、控序列（結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控序列（dnadna序列）或序列）或rna polrna pol 結(jié)合，影響轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)因子。結(jié)合，影響轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)因子。 1）rna pol ii催化的轉(zhuǎn)錄起始催化的轉(zhuǎn)錄起始 真核生物啟動子特征：真核生物啟動子特征：-90 bp：gc盒盒 (順式作用元件）順式作用元件） 5-gggcgg-3 -70 bp：caat盒盒 5-ggc(t)caatct-3 -30 bp：tata盒盒 ( hogness 盒盒) 5-tataa(t)aat-3 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 ：tf- aj （反式作用因子）（反式作用因子）tf-ii htatatf-ii dtf-ii atf-ii b

9、rna pol iitf-ii ftf-ii etf-ii j解開解開dna雙螺旋雙螺旋蛋白激酶蛋白激酶atptase真核生物真核生物rna-pol ii不直接與不直接與dna分子結(jié)合，需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。分子結(jié)合，需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 各轉(zhuǎn)錄因子各轉(zhuǎn)錄因子tf-ii功能功能tf-ii d：與啟動子的與啟動子的tata盒結(jié)合盒結(jié)合tf-ii a：形成：形成tf-ii ad復合物，防止抑制因子結(jié)合復合物，防止抑制因子結(jié)合tf-ii b：作為其他因子結(jié)合的橋梁：作為其他因子結(jié)合的橋梁tf-ii f：與：與rna pol ii結(jié)合結(jié)合tf-ii e：atp酶活性，為轉(zhuǎn)錄起始處的局部解鏈提供能量。

10、酶活性，為轉(zhuǎn)錄起始處的局部解鏈提供能量。tf-ii j：tf-ii h：解開：解開dna雙鏈雙鏈 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使rna pol ii的的c端多個絲氨酸殘基磷酸化端多個絲氨酸殘基磷酸化2）rna pol i催化的轉(zhuǎn)錄起始催化的轉(zhuǎn)錄起始+1bp核心元件核心元件上游調(diào)控元件上游調(diào)控元件3上游結(jié)合因子上游結(jié)合因子 ubf53核心元件核心元件上游調(diào)控元件上游調(diào)控元件上游結(jié)合因子上游結(jié)合因子 ubftaftbptatarna pol i3）rna pol iii催化的轉(zhuǎn)錄起始催化的轉(zhuǎn)錄起始a盒盒b盒盒+1bptf iii ctf iii brna pol iiitrnaa盒盒b盒盒+1b

11、ptf iii ctf iii brna pol iii5srnac盒盒tf iii a二、轉(zhuǎn)錄延長二、轉(zhuǎn)錄延長1 1、局部單鏈形成：、局部單鏈形成：rnarna聚合酶向下游移動時，使聚合酶向下游移動時，使dnadna雙鏈解開雙鏈解開(10(1020bp)20bp)2 2、向下游滑動：、向下游滑動： 因子因子 （原核生物（原核生物 ） tf ii htf ii h（真核生物）（真核生物） ntpntp中焦磷酸（中焦磷酸（、）水解（原核、真核生物）水解（原核、真核生物）3 3、解除局部張力：拓撲異構(gòu)酶、解除局部張力：拓撲異構(gòu)酶轉(zhuǎn)錄泡：轉(zhuǎn)錄泡：rna聚合酶聚合酶 - dna模板模板 - rna轉(zhuǎn)錄

12、產(chǎn)物結(jié)合在一起形成的復合物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合在一起形成的復合物a:u a:t三、轉(zhuǎn)錄終止三、轉(zhuǎn)錄終止 原核生物轉(zhuǎn)錄終止原核生物轉(zhuǎn)錄終止 1） 因子依賴的轉(zhuǎn)錄終止因子依賴的轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)錄終止信號轉(zhuǎn)錄終止信號rna上一段富含上一段富含c的序列的序列 因子因子 六聚體，具六聚體，具atp酶活性酶活性水解水解atp供能供能 解鏈酶解鏈酶解開解開dna/rna雜合鏈，雜合鏈，rna鏈釋放鏈釋放 2） 因子非依賴的轉(zhuǎn)錄終止因子非依賴的轉(zhuǎn)錄終止 gc 豐富區(qū)豐富區(qū) 莖莖- 環(huán)結(jié)構(gòu)環(huán)結(jié)構(gòu)改變改變rna聚合酶構(gòu)象，停止轉(zhuǎn)錄聚合酶構(gòu)象，停止轉(zhuǎn)錄 連續(xù)連續(xù) t 序列序列 a = u配對區(qū)，不穩(wěn)定配對區(qū)，不穩(wěn)定 rna鏈釋

13、放鏈釋放ggcgcccgggcgcctttttttt 5353ccgcgggcccgcggaaaaaaaagcgccggccgcgcguuuuu35四、轉(zhuǎn)錄抑制劑四、轉(zhuǎn)錄抑制劑 1、作用于、作用于dna模板的轉(zhuǎn)錄抑制劑模板的轉(zhuǎn)錄抑制劑 放線菌素放線菌素d：插入雙鏈：插入雙鏈dna的的dg.dc 之間之間 阻止阻止rna轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄延長 (低濃度低濃度) 抑制抑制rna轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 (高濃度高濃度) 2、作用于、作用于rna聚合酶的轉(zhuǎn)錄抑制劑聚合酶的轉(zhuǎn)錄抑制劑 利福平利福平(利福霉素利福霉素)：與原核生物：與原核生物rna聚合酶聚合酶亞基結(jié)合亞基結(jié)合 抑制抑制rna轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 治療結(jié)核

14、桿菌治療結(jié)核桿菌 鵝膏蕈堿：真核生物鵝膏蕈堿：真核生物rna聚合酶聚合酶ii 第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工幾種主要的加工方式幾種主要的加工方式1. 1. 剪接剪接(splicing)(splicing)2. 2. 剪切剪切(cleavage)(cleavage)3. 3. 修飾修飾(modification)(modification)4. 4. 添加添加(addition)(addition)一、原核生物轉(zhuǎn)錄后加工（自學）一、原核生物轉(zhuǎn)錄后加工（自學）二、真核生物轉(zhuǎn)錄后加工二、真核生物轉(zhuǎn)錄后加工 1、rrna轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工: 剪切、甲基化修飾、與蛋白質(zhì)結(jié)合剪切、甲基化修飾、與

15、蛋白質(zhì)結(jié)合18s18s5.8s5.8s28s28s18s18s5.8s5.8s28s28s5s5s小亞基小亞基大亞基大亞基核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)具有催化活性的具有催化活性的rnarna稱為核酶，意為可切割特異性稱為核酶，意為可切割特異性rnarna序列的序列的rnarna分子。分子。異體催化或自身催化。異體催化或自身催化。核酶二級結(jié)構(gòu)核酶二級結(jié)構(gòu)槌頭狀莖環(huán)結(jié)構(gòu)槌頭狀莖環(huán)結(jié)構(gòu) (hammerhead structure)(hammerhead structure)e.g.e.g.四膜蟲四膜蟲 26srrna26srrna前體，自身剪接，去除前體，自身剪接，去除41441

16、4核苷酸片段。核苷酸片段。 同一分子上包括有催化部位和底物部位同一分子上包括有催化部位和底物部位 催化部位和底物部位組成槌頭結(jié)構(gòu)催化部位和底物部位組成槌頭結(jié)構(gòu) 酶酶 核酶核酶種類種類 多多 少少反應反應 廣泛廣泛 局限（核酸）局限（核酸）2、trna轉(zhuǎn)錄后加工：剪切、剪接、堿基修飾轉(zhuǎn)錄后加工：剪切、剪接、堿基修飾tggcnnagtgcggttcgannccdnarna pol 前體前體trnatrnarnaaseptrna核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶atpadp堿基修飾堿基修飾（2）還原反應）還原反應 如：如：u dhu（4）脫氨反應）脫氨反應 如：如：a i 如：如：a am（1

17、）甲基化）甲基化 （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應 如：如：u （2 2） （1 1） （1 1） （3 3） （4 4）3、mrna轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工1) 51) 5 端加帽端加帽( (m m7 7gpppgpn gpppgpn ) )5 pppgpn5 gpppgpnpppg ppi鳥苷酰鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶5 m7gpppgpn甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶sam5 ppgpn磷酸酶磷酸酶 pi帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)17g5 m7gpppgpn5 m7gpppgmpnm5 m7gpppgmpn1. 保護保護mrna不被核酸外切酶水解不被核酸外切酶水解2. 與帽結(jié)合蛋白結(jié)合，識別核糖體與帽結(jié)合蛋白

18、結(jié)合，識別核糖體意義意義2) 32) 3 端加尾端加尾( ( polya polya ) ) aaaaaaaaa tttttttttt 5533aaaaaaaaa53?aataaagtttattt ca aauaaagu535533剪切位點剪切位點aauaaaaaaaaaa(a)n53 polya聚合酶聚合酶atpppi剪切信號剪切信號mrna意義意義增加增加mrna穩(wěn)定性穩(wěn)定性3) mrna3) mrna的剪接的剪接斷裂基因斷裂基因(splite gene)(splite gene)cabd編碼區(qū)編碼區(qū) a a、b b、c c、d d非編碼區(qū)非編碼區(qū)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個真核生物結(jié)構(gòu)基因

19、，由若干個編碼區(qū)編碼區(qū)和和非編碼區(qū)非編碼區(qū)互相間隔但又連互相間隔但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。 dnamrna 53外顯子外顯子(exon)(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron)(intron) 外顯子外顯子 在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟rnarna的核苷酸序列。的核苷酸序列。 編碼區(qū)編碼區(qū) 內(nèi)含子內(nèi)含子 斷裂基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核苷酸序列斷裂基因

20、的線性表達而在剪接過程中被除去的核苷酸序列。 非編碼區(qū)非編碼區(qū)555535333外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子555535333外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子5gu-uacuaac-ag 3 5和和3剪接點：剪接點：gu-ag規(guī)則規(guī)則 分支點分支點 剪接體剪接體 snrnp（snrna + 蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)）5335剪接體剪接體雞雞卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后加加工工雞卵清蛋白基因雞卵清蛋白基因hnrna加帽、加尾修飾加帽、加尾修飾hnrnahnrna剪接剪接成熟的成熟的mrnamrna4 4）mrnamr

21、na編輯編輯(mrna editing)(mrna editing) 在前體分子中插入、剔除或置換一些核苷酸。在前體分子中插入、剔除或置換一些核苷酸。人類人類apo b基因基因 mrna（14500個核苷酸）個核苷酸）肝臟肝臟apo b100（分子量為（分子量為500 000）腸道細胞腸道細胞apo b48（分子量為（分子量為240 000）mrna編輯編輯4536 a.a2152 a.acaa谷氨酰胺谷氨酰胺 uaa終止密碼子終止密碼子第第2153 a.a rnarna編輯意義：基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后編輯加工，可以編輯意義：基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后編輯加工，可以分化成多用途的編碼序列，在不增加基因組分化成多用途的編碼序列，在不增加基因組dnadna遺傳信息容遺傳信息容量的前提下，大大增加了量的前提下，大大增加了mrnamrna信息容量。信息容量。 人類基因組計劃：預測：人類基因組計劃：預測：5 5至至1010萬個基因萬個基因 實際：實際：3500035000個基因個基因 印證了印證了rna編輯的存在編輯的存在遺傳信息在水平發(fā)生改變遺傳信息在水