生物信息的傳遞上課件

1、生物信息的傳遞上n1、什么是、什么是DNA的半保留復(fù)制？的半保留復(fù)制？n2、DNA復(fù)制的生物學(xué)意義是什么？復(fù)制的生物學(xué)意義是什么？n3、原核生物中主要有那幾種、原核生物中主要有那幾種DNA聚合聚合酶？請(qǐng)說(shuō)出它們的主要功能？酶？請(qǐng)說(shuō)出它們的主要功能？n4、說(shuō)出人類細(xì)胞中最大的和最小的染、說(shuō)出人類細(xì)胞中最大的和最小的染色體，它們各有多少色體，它們各有多少bp。生物信息的傳遞上n5、說(shuō)出、說(shuō)出DNA作為遺傳物質(zhì)的最基本特征。作為遺傳物質(zhì)的最基本特征。n6、有什么證據(jù)說(shuō)明染色體可能是由核小體、有什么證據(jù)說(shuō)明染色體可能是由核小體組成的？組成的？n7、大腸桿菌、大腸桿菌DNA完全伸展時(shí)有多長(zhǎng)？完全伸展時(shí)有

2、多長(zhǎng)？n8、重疊基因是怎樣發(fā)現(xiàn)的，是從哪種生物、重疊基因是怎樣發(fā)現(xiàn)的，是從哪種生物里首次發(fā)現(xiàn)的？里首次發(fā)現(xiàn)的？生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上主要內(nèi)容n轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程n轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分n啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄起始n原核和真核生物mRNA的特征比較n終止和抗終止n內(nèi)含子的剪接、編輯、再編碼及化學(xué)修飾生物信息的傳遞上n基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生物學(xué)功能是以在的單位，其生物學(xué)功能是以RNA或或蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的形式表達(dá)出來(lái)的。的形式表達(dá)出來(lái)的。DNA序列序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成信使制得到永存

3、，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成信使RNA，翻譯生成蛋白質(zhì)的過(guò)程來(lái)控制，翻譯生成蛋白質(zhì)的過(guò)程來(lái)控制生命現(xiàn)象。生命現(xiàn)象。生物信息的傳遞上n基因表達(dá)包括基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription）和和翻譯翻譯（translation）兩個(gè)階段。）兩個(gè)階段。n轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與是指拷貝出一條與DNA鏈序列完鏈序列完全相同（除了全相同（除了TU之外）的之外）的RNA單鏈單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的的過(guò)程，是基因表達(dá)的核心步驟核心步驟。n翻譯翻譯是指以新生的是指以新生的mRNA為模板，把為模板，把核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸核苷酸三聯(lián)遺傳密碼子翻譯成氨基酸序列、合成多肽鏈的過(guò)程，是基因表序列、合成多肽鏈的過(guò)

4、程，是基因表達(dá)的達(dá)的最終目的最終目的。生物信息的傳遞上nDNA分子中的分子中的核苷酸排列順序核苷酸排列順序不但決不但決定了胞內(nèi)所有定了胞內(nèi)所有RNA及及蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的基本結(jié)的基本結(jié)構(gòu)，還通過(guò)蛋白質(zhì)（酶）的功能間接構(gòu)，還通過(guò)蛋白質(zhì)（酶）的功能間接控制了細(xì)胞內(nèi)全部有效成份的生產(chǎn)、控制了細(xì)胞內(nèi)全部有效成份的生產(chǎn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和功能發(fā)揮。運(yùn)轉(zhuǎn)和功能發(fā)揮。生物信息的傳遞上Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center) & Andre Lwoff (Right)生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n與與mRNA序列相同的那條序列相同的那條DNA鏈鏈?zhǔn)鞘蔷幋a鏈編碼鏈（

5、coding strand）或稱）或稱有有意義鏈意義鏈（sense strand），另一條），另一條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA合成合成的的DNA鏈則被稱為鏈則被稱為模板鏈模板鏈（template strand）或稱）或稱反義鏈反義鏈（antisensestrand）。）。生物信息的傳遞上DNA模板與模板與mRNA分子及多肽鏈之間存在分子及多肽鏈之間存在共線性關(guān)系共線性關(guān)系生物信息的傳遞上nDNA和和RNA雖然很相似，只有雖然很相似，只有T或或U及及核糖的第二位碳原子上有所不同，但核糖的第二位碳原子上有所不同，但它們的生物學(xué)活性卻很不同。它們的生物學(xué)活性卻很不同。RNA主主

6、要以要以單鏈單鏈形式存在于生物體內(nèi)，其形式存在于生物體內(nèi)，其高高級(jí)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜級(jí)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它們既擔(dān)負(fù)著貯藏及，它們既擔(dān)負(fù)著貯藏及轉(zhuǎn)移遺傳信息的功能，又能作為轉(zhuǎn)移遺傳信息的功能，又能作為核酶核酶直接在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮代謝功能。直接在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮代謝功能。生物信息的傳遞上n因?yàn)橹挥幸驗(yàn)橹挥衜RNA所攜帶的遺傳信息所攜帶的遺傳信息才被用來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成，所才被用來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成，所以人們一般用以人們一般用U、C、A、G這這4種種核苷酸而不是核苷酸而不是T、C、A、G的組合的組合來(lái)表示遺傳性狀。來(lái)表示遺傳性狀。生物信息的傳遞上n生物體內(nèi)擁有三類生物體內(nèi)擁有三類RNA，即：，即：n編碼特定蛋白質(zhì)序列的編

7、碼特定蛋白質(zhì)序列的mRNA；n能特異性解讀能特異性解讀mRNA 中的遺傳信息并中的遺傳信息并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)氨基酸后加入多肽鏈將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)氨基酸后加入多肽鏈中的中的tRNA；n直接參與核糖體中蛋白質(zhì)合成的直接參與核糖體中蛋白質(zhì)合成的rRNA。生物信息的傳遞上3.1 RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程n無(wú)論是原核還是真核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄的無(wú)論是原核還是真核細(xì)胞，轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程都包括：基本過(guò)程都包括： 模板識(shí)別模板識(shí)別 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 通過(guò)啟動(dòng)子通過(guò)啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的延伸 轉(zhuǎn)錄的終止轉(zhuǎn)錄的終止生物信息的傳遞上大腸桿菌中依賴于大腸桿菌中依賴于DNA的的RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程圖示。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄過(guò)程圖示。轉(zhuǎn)錄泡中單鏈泡中單鏈

8、DNA的長(zhǎng)度約在的長(zhǎng)度約在17bp左右，被聚合酶復(fù)合左右，被聚合酶復(fù)合物所保護(hù)的物所保護(hù)的DNA序列約為序列約為35bp左右。左右。生物信息的傳遞上n3. 1. 1 模板識(shí)別模板識(shí)別模板識(shí)別階段主要指模板識(shí)別階段主要指RNA聚合酶聚合酶與與啟動(dòng)子啟動(dòng)子DNA雙鏈相互作用并與雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過(guò)程。之相結(jié)合的過(guò)程。n啟動(dòng)子（啟動(dòng)子（promoter）是基因轉(zhuǎn)錄起）是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段始所必需的一段DNA序列，是基序列，是基因表達(dá)調(diào)控的上游順式作用元件。因表達(dá)調(diào)控的上游順式作用元件。生物信息的傳遞上n真核生物真核生物RNA聚合酶不能直接識(shí)聚合酶不能直接識(shí)別基因的啟動(dòng)子區(qū)，需要一些被稱

9、別基因的啟動(dòng)子區(qū)，需要一些被稱為為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的輔助蛋白質(zhì)按特的輔助蛋白質(zhì)按特定順序結(jié)合于啟動(dòng)子上，定順序結(jié)合于啟動(dòng)子上，RNA聚聚合酶才能與之相結(jié)合并形成復(fù)雜的合酶才能與之相結(jié)合并形成復(fù)雜的前起始復(fù)合物前起始復(fù)合物（preinitiation transcription complex, PIC），以），以保證有效地起始轉(zhuǎn)錄。保證有效地起始轉(zhuǎn)錄。生物信息的傳遞上n3.1.2 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始n轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始不需要引物不需要引物，啟動(dòng)子附近，啟動(dòng)子附近的的DNA雙鏈分開形成轉(zhuǎn)錄泡以促雙鏈分開形成轉(zhuǎn)錄泡以促使底物核糖核苷酸與模板使底物核糖核苷酸與模板DNA的的堿基配對(duì)。堿基配對(duì)。n

10、轉(zhuǎn)錄起始就是轉(zhuǎn)錄起始就是RNA鏈上第一個(gè)核鏈上第一個(gè)核苷酸鍵的產(chǎn)生。苷酸鍵的產(chǎn)生。生物信息的傳遞上n轉(zhuǎn)錄起始后直到形成轉(zhuǎn)錄起始后直到形成9個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸短短鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)啟動(dòng)子階段，此時(shí)鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)啟動(dòng)子階段，此時(shí)RNA聚合酶一直處于啟動(dòng)子區(qū)，新生的聚合酶一直處于啟動(dòng)子區(qū)，新生的RNA鏈與鏈與DNA模板鏈的結(jié)合不夠模板鏈的結(jié)合不夠牢固，很容易從牢固，很容易從DNA鏈上掉下來(lái)鏈上掉下來(lái)并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄重新開始。并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄重新開始。生物信息的傳遞上n一旦一旦RNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9個(gè)以個(gè)以上核苷酸并離開啟動(dòng)子區(qū)，轉(zhuǎn)錄就上核苷酸并離開啟動(dòng)子區(qū)，轉(zhuǎn)錄就進(jìn)入正常的延伸階段。所以，進(jìn)入正常的延伸階段。所

11、以，通過(guò)通過(guò)啟動(dòng)子的時(shí)間代表一個(gè)啟動(dòng)子的強(qiáng)啟動(dòng)子的時(shí)間代表一個(gè)啟動(dòng)子的強(qiáng)弱弱。n一般說(shuō)來(lái)，通過(guò)啟動(dòng)子的時(shí)間越短，一般說(shuō)來(lái)，通過(guò)啟動(dòng)子的時(shí)間越短，該基因轉(zhuǎn)錄起始的頻率也越高。該基因轉(zhuǎn)錄起始的頻率也越高。生物信息的傳遞上n3.1.3 轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸nRNA聚合酶離開啟動(dòng)子，沿聚合酶離開啟動(dòng)子，沿DNA鏈移鏈移動(dòng)并使新生動(dòng)并使新生RNA鏈不斷伸長(zhǎng)的過(guò)程就鏈不斷伸長(zhǎng)的過(guò)程就是是轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的延伸。n大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶的活性一般為每聚合酶的活性一般為每秒秒50-90個(gè)核苷酸。隨著個(gè)核苷酸。隨著RNA聚合酶的聚合酶的移動(dòng)，移動(dòng)，DNA雙螺旋持續(xù)解開，暴露出雙螺旋持續(xù)解開，暴露出新的單鏈新的單

12、鏈DNA模板，新生模板，新生RNA鏈的鏈的3末端不斷延伸，在解鏈區(qū)形成末端不斷延伸，在解鏈區(qū)形成RNA-DNA雜合物。雜合物。生物信息的傳遞上n3.1.4 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止n轉(zhuǎn)錄到終止位點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)錄到終止位點(diǎn)時(shí)，RNA聚合酶不再形成聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵，新的磷酸二酯鍵，RNA-DNA聚合物分離，聚合物分離，DNA恢復(fù)，恢復(fù)，RNA及及RNA聚合酶釋放。聚合酶釋放。n37時(shí)，轉(zhuǎn)錄生成時(shí)，轉(zhuǎn)錄生成mRNA的速度大約是每分的速度大約是每分鐘鐘2500個(gè)核苷酸，即每秒鐘合成個(gè)核苷酸，即每秒鐘合成14個(gè)密碼子個(gè)密碼子，而蛋白質(zhì)合成的速度大約是每秒鐘而蛋白質(zhì)合成的速度大約是每秒鐘15個(gè)氨基個(gè)氨基酸酸

13、。正常情況下，從一個(gè)基因開始表達(dá)到細(xì)。正常情況下，從一個(gè)基因開始表達(dá)到細(xì)胞中出現(xiàn)其胞中出現(xiàn)其mRNA的間隔約為的間隔約為2.5分鐘，而分鐘，而再過(guò)半分鐘就能在細(xì)胞內(nèi)測(cè)到相應(yīng)的蛋白質(zhì)。再過(guò)半分鐘就能在細(xì)胞內(nèi)測(cè)到相應(yīng)的蛋白質(zhì)。生物信息的傳遞上n3. 2 轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要成分n3.2.1 RNA聚合酶聚合酶nRNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過(guò)程中最關(guān)鍵的酶，聚合酶是轉(zhuǎn)錄過(guò)程中最關(guān)鍵的酶，主要以雙鏈主要以雙鏈DNA為模板，以為模板，以4種核苷三種核苷三磷酸作為活性前體，并以磷酸作為活性前體，并以Mg2+/Mn2+為為輔助因子，催化輔助因子，催化RNA鏈的起始、延伸鏈的起始、延伸和終止，它不需要任何引

14、物，催化生和終止，它不需要任何引物，催化生成的產(chǎn)物是與成的產(chǎn)物是與DNA模板鏈相互補(bǔ)的模板鏈相互補(bǔ)的RNA。生物信息的傳遞上nRNA或或RNA-DNA雙鏈雜合體不能雙鏈雜合體不能作為模板。作為模板。n原核和真核生物的原核和真核生物的RNA聚合酶雖聚合酶雖然都能催化然都能催化RNA的合成，但在其的合成，但在其分子組成、種類和生化特性上各有分子組成、種類和生化特性上各有特色。特色。生物信息的傳遞上n1. 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶n大多數(shù)原核生物大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是聚合酶的組成是相同的，大腸桿菌聚合酶由相同的，大腸桿菌聚合酶由2個(gè)個(gè)亞基、亞基、一個(gè)一個(gè)亞基、一個(gè)亞基、一個(gè)

15、亞基和一個(gè)亞基和一個(gè)亞基亞基組成，稱為組成，稱為核心酶核心酶。加上一個(gè)。加上一個(gè)亞基后亞基后則成為聚合酶則成為聚合酶全酶全酶（holoenzyme），），相對(duì)分子質(zhì)量為相對(duì)分子質(zhì)量為4.65105。生物信息的傳遞上大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶的主要成分聚合酶的主要成分生物信息的傳遞上大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶的主要成分聚合酶的主要成分生物信息的傳遞上表3-1 大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基亞基基因基因相對(duì)分子量相對(duì)分子量*104亞基數(shù)亞基數(shù)組分組分功能功能rpoA3.652核心酶核心酶核心酶組裝，啟動(dòng)子識(shí)別核心酶組裝，啟動(dòng)子識(shí)別rpoB15.11核心酶核心酶和和共同形成共同形成RNA合成

16、合成的活性中心的活性中心rpoC15.51核心酶核心酶111核心酶核心酶未知未知rpoD71因子因子存在多種存在多種因子，用于識(shí)因子，用于識(shí)別不同的啟動(dòng)子別不同的啟動(dòng)子生物信息的傳遞上n亞基可能與核心酶的組裝及啟動(dòng)亞基可能與核心酶的組裝及啟動(dòng)子識(shí)別有關(guān)，并參與子識(shí)別有關(guān)，并參與RNA聚合酶聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。nT4噬菌體感染大腸桿菌后對(duì)噬菌體感染大腸桿菌后對(duì)亞基亞基的一個(gè)精氨酸殘基進(jìn)行的一個(gè)精氨酸殘基進(jìn)行ADP糖基化糖基化修飾修飾，造成，造成RNA聚合酶全酶對(duì)啟聚合酶全酶對(duì)啟動(dòng)子親和力降低。動(dòng)子親和力降低。生物信息的傳遞上n由由和和亞基組成了聚合酶的亞基組

17、成了聚合酶的催化催化中心中心，它們?cè)谛蛄猩吓c真核生物，它們?cè)谛蛄猩吓c真核生物RNA聚合酶的兩個(gè)大亞基有同源聚合酶的兩個(gè)大亞基有同源性。性。亞基能與模板亞基能與模板DNA、新生、新生RNA鏈及核苷酸底物相結(jié)合。鏈及核苷酸底物相結(jié)合。生物信息的傳遞上n因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的因子的作用是負(fù)責(zé)模板鏈的選擇選擇和轉(zhuǎn)錄的和轉(zhuǎn)錄的起始起始，它是酶的別構(gòu)效應(yīng)，它是酶的別構(gòu)效應(yīng)物，使酶專一性識(shí)別模板上的啟動(dòng)物，使酶專一性識(shí)別模板上的啟動(dòng)子。核心酶在子。核心酶在T7噬菌體噬菌體DNA上約上約有有1300個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，平均結(jié)合常個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，平均結(jié)合常數(shù)為數(shù)為21011。生物信息的傳遞上n因子可以極大地提高因子可以極

18、大地提高RNA聚合酶聚合酶對(duì)啟動(dòng)子區(qū)對(duì)啟動(dòng)子區(qū)DNA序列的親和力，序列的親和力，酶底結(jié)合常數(shù)提高酶底結(jié)合常數(shù)提高103倍，酶底復(fù)倍，酶底復(fù)合物的半衰期可達(dá)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十合物的半衰期可達(dá)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)。小時(shí)。n因子還能使因子還能使RNA聚合酶與模板聚合酶與模板DNA上非特異性位點(diǎn)的結(jié)合常數(shù)上非特異性位點(diǎn)的結(jié)合常數(shù)降低降低104倍，使酶底復(fù)合物的半衰倍，使酶底復(fù)合物的半衰期小于期小于1秒。秒。生物信息的傳遞上表表3-2 大腸桿菌中的大腸桿菌中的因子能識(shí)別并與啟動(dòng)子因子能識(shí)別并與啟動(dòng)子區(qū)的特異性序列相結(jié)合區(qū)的特異性序列相結(jié)合因子基因功能-35區(qū)間隔bp-10區(qū)70ropD廣泛TTGACA16-1

19、8TATAAT32ropH熱休克TCTCNCCCTTGAA13-15CCCCATNTA54ropN氮代謝CTGGNA6TTGCA生物信息的傳遞上n枯草桿菌中有枯草桿菌中有6種不同相對(duì)分子質(zhì)量的種不同相對(duì)分子質(zhì)量的因子，其中因子，其中55是主要存在形式，出現(xiàn)是主要存在形式，出現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中，在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中，29則主要出現(xiàn)在胞子則主要出現(xiàn)在胞子形成階段，參與胞子形成期基因轉(zhuǎn)錄形成階段，參與胞子形成期基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。的調(diào)控。n在大腸桿菌中，最常見的調(diào)控因子是在大腸桿菌中，最常見的調(diào)控因子是由由rpoD基因所編碼的基因所編碼的70。生物信息的傳遞上n由由rpoH編碼的編碼的32是與熱休克啟動(dòng)是與熱休克啟

20、動(dòng)子所控制的基因轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)。子所控制的基因轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)。n由由rpoN編碼的編碼的54則參與細(xì)胞的氮?jiǎng)t參與細(xì)胞的氮代謝。由代謝。由T4噬菌體所編碼的噬菌體所編碼的55能能與大腸桿菌與大腸桿菌RNA聚合酶的核心酶聚合酶的核心酶結(jié)合，啟動(dòng)結(jié)合，啟動(dòng)T4晚期基因的轉(zhuǎn)錄。晚期基因的轉(zhuǎn)錄。生物信息的傳遞上n2.真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶n真核生物中有真核生物中有3類類RNA聚合酶，其結(jié)構(gòu)聚合酶，其結(jié)構(gòu)比大腸桿菌比大腸桿菌RNA聚合酶復(fù)雜，它們?cè)诰酆厦笍?fù)雜，它們?cè)诩?xì)胞核中的位置不同，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基細(xì)胞核中的位置不同，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因不同，對(duì)因不同，對(duì)-鵝膏覃堿鵝膏覃堿的敏感性也不的敏感性也不同。同。

21、n真核生物真核生物RNA聚合酶一般有聚合酶一般有8-14個(gè)亞個(gè)亞基所組成，相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)基所組成，相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)5105。生物信息的傳遞上真核生物真核生物RNA聚合酶的主要特征：聚合酶的主要特征：n聚合酶中有兩個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)聚合酶中有兩個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)1105的大亞基；的大亞基；n同種生物同種生物3類聚合酶有類聚合酶有“共享共享”小小亞基的傾向，即有幾個(gè)小亞基是其亞基的傾向，即有幾個(gè)小亞基是其中中3類或類或2類聚合酶所共有的。類聚合酶所共有的。生物信息的傳遞上表表3-3 真核細(xì)胞中三類真核細(xì)胞中三類RNA聚合酶特性比較聚合酶特性比較酶酶定位定位產(chǎn)物產(chǎn)物相對(duì)活性相對(duì)活性對(duì)對(duì)-鵝膏覃堿鵝

22、膏覃堿的敏感程度的敏感程度RNA聚合酶聚合酶I核仁核仁rRNA50 % 70%不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶II核質(zhì)核質(zhì)hnRNA20%40%敏感敏感RNA聚合酶聚合酶III核質(zhì)核質(zhì)tRNA約約10%物種特異性物種特異性生物信息的傳遞上n3.2.2 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物轉(zhuǎn)錄復(fù)合物n啟動(dòng)子選擇階段包括啟動(dòng)子選擇階段包括RNA聚合酶全酶對(duì)啟聚合酶全酶對(duì)啟動(dòng)子的識(shí)別，聚合酶與啟動(dòng)子可逆性結(jié)合動(dòng)子的識(shí)別，聚合酶與啟動(dòng)子可逆性結(jié)合形成形成封閉復(fù)合物封閉復(fù)合物（closed complex，此時(shí)，此時(shí)，DNA仍處于雙鏈狀態(tài)）。仍處于雙鏈狀態(tài)）。n然后，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成然后，封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開放復(fù)合物開放復(fù)合物（op

23、en complex），聚合酶全酶所結(jié)合的），聚合酶全酶所結(jié)合的DNA序列中有一小段雙鏈被解開。對(duì)于強(qiáng)序列中有一小段雙鏈被解開。對(duì)于強(qiáng)啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，從封閉復(fù)合物到開放復(fù)合物啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，從封閉復(fù)合物到開放復(fù)合物的轉(zhuǎn)變是不可逆的，是快反應(yīng)。的轉(zhuǎn)變是不可逆的，是快反應(yīng)。生物信息的傳遞上nRNA合成的起始生物信息的傳遞上n開放復(fù)合物與最初的兩個(gè)開放復(fù)合物與最初的兩個(gè)NTP相結(jié)相結(jié)合并在這兩個(gè)核苷酸之間形成磷酸合并在這兩個(gè)核苷酸之間形成磷酸二酯鍵后即轉(zhuǎn)變成包括二酯鍵后即轉(zhuǎn)變成包括RNA聚合聚合酶酶、DNA和和新生新生RNA的三元復(fù)合的三元復(fù)合物。除物。除RNA聚合酶之外，真核生聚合酶之外，真核生物轉(zhuǎn)錄起始

24、過(guò)程中至少還需要物轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程中至少還需要7種種輔助因子參與。輔助因子參與。生物信息的傳遞上一般情況下，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物可以一般情況下，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物可以進(jìn)入兩條不同的反應(yīng)途徑：進(jìn)入兩條不同的反應(yīng)途徑：n合成并釋放合成并釋放2-9個(gè)核苷酸的短個(gè)核苷酸的短RNA轉(zhuǎn)錄物，即所謂的轉(zhuǎn)錄物，即所謂的流產(chǎn)式起始流產(chǎn)式起始；n盡快盡快釋放釋放亞基亞基，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通過(guò)上游啟動(dòng)子區(qū)并生成由核心酶、通過(guò)上游啟動(dòng)子區(qū)并生成由核心酶、DNA和新生和新生RNA所組成的轉(zhuǎn)錄延所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。伸復(fù)合物。生物信息的傳遞上n轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物較為穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物較為穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間與間與DNA模

25、板結(jié)合而不解離。只模板結(jié)合而不解離。只有在遇到轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)時(shí)，有在遇到轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)時(shí)，RNA聚合酶才停止加入新的核苷酸，聚合酶才停止加入新的核苷酸，RNA-DNA雜合物解離，釋放轉(zhuǎn)錄雜合物解離，釋放轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物并導(dǎo)致聚合酶本身從模板產(chǎn)物并導(dǎo)致聚合酶本身從模板DNA上脫落。上脫落。生物信息的傳遞上3.3 啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄起始n轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，而這一階段的重要問(wèn)題是而這一階段的重要問(wèn)題是RNA聚聚合酶與啟動(dòng)子的相互作用。啟動(dòng)子合酶與啟動(dòng)子的相互作用。啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)影響影響了它與了它與RNA聚合酶的聚合酶的親和力親和力，從而影響了基因表達(dá)的水，

26、從而影響了基因表達(dá)的水平。平。生物信息的傳遞上n大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶與啟動(dòng)子的聚合酶與啟動(dòng)子的相互作用主要包括啟動(dòng)子區(qū)的識(shí)別、相互作用主要包括啟動(dòng)子區(qū)的識(shí)別、酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及因子因子的結(jié)合的結(jié)合與解離。與解離。生物信息的傳遞上n3. 3. 1 啟動(dòng)子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子區(qū)的基本結(jié)構(gòu)n啟動(dòng)子啟動(dòng)子是一段位于結(jié)構(gòu)基因是一段位于結(jié)構(gòu)基因5端上端上游區(qū)的游區(qū)的DNA序列，能序列，能活化活化RNA聚聚合酶，使之與模板合酶，使之與模板DNA準(zhǔn)確地相準(zhǔn)確地相結(jié)合結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。生物信息的傳遞上n轉(zhuǎn)錄單元轉(zhuǎn)錄單元（transcription uni

27、t）是）是一段從啟動(dòng)子開始至終止子一段從啟動(dòng)子開始至終止子（terminator）結(jié)束的）結(jié)束的DNA序列。序列。生物信息的傳遞上n轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是指與新生是指與新生RNA鏈第一個(gè)鏈第一個(gè)核苷酸相對(duì)應(yīng)核苷酸相對(duì)應(yīng)DNA鏈上的堿基，通鏈上的堿基，通常為嘌呤。把起點(diǎn)常為嘌呤。把起點(diǎn)5末端的序列稱末端的序列稱為為上游上游（upstream），而把其），而把其3末末端的序列稱為端的序列稱為下游下游(downstream)。起點(diǎn)為起點(diǎn)為+1，下游方向依次為，下游方向依次為+2、+3等，上游方向依次為等，上游方向依次為1、2、3等等。等等。生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n啟動(dòng)子區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)啟動(dòng)子區(qū)結(jié)構(gòu)特

28、點(diǎn)nPribnow將將RNA聚合酶全酶與模板聚合酶全酶與模板DNA結(jié)合后，用結(jié)合后，用DNaseI降解降解DNA，得，得到到4144個(gè)核苷酸對(duì)的個(gè)核苷酸對(duì)的DNA片段。片段。n序列分析發(fā)現(xiàn)，在被保護(hù)區(qū)內(nèi)有一個(gè)序列分析發(fā)現(xiàn)，在被保護(hù)區(qū)內(nèi)有一個(gè)由由5個(gè)核苷酸組成的保守序列，是聚合個(gè)核苷酸組成的保守序列，是聚合酶結(jié)合位點(diǎn)，稱為酶結(jié)合位點(diǎn)，稱為Pribnow區(qū)區(qū)，其中央，其中央大約位于起點(diǎn)上游大約位于起點(diǎn)上游10bp處，所以又稱處，所以又稱為為-10區(qū)區(qū)。生物信息的傳遞上分離轉(zhuǎn)錄區(qū)分離轉(zhuǎn)錄區(qū)DNA序列程序圖序列程序圖生物信息的傳遞上n科學(xué)家又從噬菌體的左、右啟動(dòng)子科學(xué)家又從噬菌體的左、右啟動(dòng)子PL及及

29、PR和和SV40啟動(dòng)子的啟動(dòng)子的-35 bp附附近找到了另一段共同序列：近找到了另一段共同序列：TTGACA。n現(xiàn)已證實(shí)大部分啟動(dòng)子都存在這兩現(xiàn)已證實(shí)大部分啟動(dòng)子都存在這兩段共同序列，即位于段共同序列，即位于-10 bp處的處的TATA區(qū)區(qū)和和-35 bp處的處的TTGACA區(qū)區(qū)，它們是它們是RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)。合位點(diǎn)。生物信息的傳遞上大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識(shí)別的啟動(dòng)子區(qū)聚合酶全酶所識(shí)別的啟動(dòng)子區(qū)生物信息的傳遞上 35區(qū)區(qū) 10區(qū)區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100n在真核生物基因中，在真核生物基因中，Hogness等

30、發(fā)現(xiàn)類似等發(fā)現(xiàn)類似Pribnow區(qū)的區(qū)的Hogness區(qū)，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上區(qū)，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游游-25-30 bp處，保守序列為處，保守序列為TATAAA，也稱也稱TATA區(qū)區(qū)。在起始位點(diǎn)上游。在起始位點(diǎn)上游-70-78 bp處還有另一段共同序列處還有另一段共同序列CCAAT，稱為，稱為CAAT區(qū)（區(qū)（CAAT box）。）。生物信息的傳遞上n真核基因的啟動(dòng)子在真核基因的啟動(dòng)子在2535區(qū)含有區(qū)含有TATA序列序列，在，在7080區(qū)含有區(qū)含有CCAAT序列序列（CAAT box），），在在80110含有含有GCCACACCC或或GGGCGGG序列序列（GC box）。）。習(xí)慣上，習(xí)慣上，將將TA

31、TA區(qū)上游的保守序列稱為區(qū)上游的保守序列稱為上游啟上游啟動(dòng)子元件動(dòng)子元件（upstream promoter element，UPE）或稱）或稱上游激活序列上游激活序列（upstream activating sequence，UAS）。）。生物信息的傳遞上n如果把如果把Pribnow區(qū)從區(qū)從TATAAT變成變成AATAAT就會(huì)使該啟動(dòng)子發(fā)生就會(huì)使該啟動(dòng)子發(fā)生下降下降突變突變；如果增加；如果增加Pribnow區(qū)的共同區(qū)的共同序列，將乳糖操縱子的啟動(dòng)子中的序列，將乳糖操縱子的啟動(dòng)子中的TATGTT變成變成TATATT，就會(huì)提高，就會(huì)提高啟動(dòng)子的效率，稱為啟動(dòng)子的效率，稱為上升突變上升突變。3.3

32、.2 啟動(dòng)子區(qū)及上游序列作用啟動(dòng)子區(qū)及上游序列作用生物信息的傳遞上TATA區(qū)的作用區(qū)的作用nTATA區(qū)的主要作用是區(qū)的主要作用是使轉(zhuǎn)錄精確使轉(zhuǎn)錄精確地起始地起始。如果除去。如果除去TATA區(qū)或進(jìn)行區(qū)或進(jìn)行堿基突變，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物下降的相對(duì)值堿基突變，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物下降的相對(duì)值不如不如CAAT區(qū)或區(qū)或GC區(qū)突變后明顯，區(qū)突變后明顯，但發(fā)現(xiàn)所獲得的但發(fā)現(xiàn)所獲得的RNA產(chǎn)物起始點(diǎn)產(chǎn)物起始點(diǎn)不固定。不固定。生物信息的傳遞上nCAAT區(qū)和區(qū)和GC區(qū)主要控制轉(zhuǎn)錄起區(qū)主要控制轉(zhuǎn)錄起始頻率，基本不參與起始位點(diǎn)的確始頻率，基本不參與起始位點(diǎn)的確定。定。nSV40的早期基因，缺少的早期基因，缺少TATA和和CAAT區(qū)，只有區(qū)

33、，只有6個(gè)串聯(lián)在上游個(gè)串聯(lián)在上游40110位點(diǎn)的位點(diǎn)的GC區(qū)；而組蛋白區(qū)；而組蛋白H2B，不含，不含GC區(qū)，但有兩個(gè)區(qū)，但有兩個(gè)CAAT區(qū)，一個(gè)區(qū)，一個(gè)TATA區(qū)。區(qū)。CAAT和和GC區(qū)的作用區(qū)的作用生物信息的傳遞上真核細(xì)胞中的部分轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子分析真核細(xì)胞中的部分轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子分析生物信息的傳遞上上游激活序列作用上游激活序列作用n研究研究SV40晚期基因啟動(dòng)子發(fā)現(xiàn)，晚期基因啟動(dòng)子發(fā)現(xiàn)，上游激活區(qū)的存在與否，對(duì)該啟動(dòng)上游激活區(qū)的存在與否，對(duì)該啟動(dòng)子的生物活性有著根本性的影響。子的生物活性有著根本性的影響。若將該基因若將該基因5 上游上游-21-47核苷酸核苷酸序列切除，基因完全不表達(dá)。序列切除，基

34、因完全不表達(dá)。生物信息的傳遞上3.3.3 RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合n聚合酶首先與啟動(dòng)子區(qū)閉合雙鏈聚合酶首先與啟動(dòng)子區(qū)閉合雙鏈DNA結(jié)合，結(jié)合，形成閉合復(fù)合物，經(jīng)解鏈得到開鏈復(fù)合物。形成閉合復(fù)合物，經(jīng)解鏈得到開鏈復(fù)合物。解鏈區(qū)一般在解鏈區(qū)一般在-9+13，酶與啟動(dòng)子結(jié)合在，酶與啟動(dòng)子結(jié)合在其上游。其上游。nRNA聚合酶即是雙鏈聚合酶即是雙鏈DNA結(jié)合蛋白又是單結(jié)合蛋白又是單鏈鏈DNA結(jié)合蛋白。結(jié)合蛋白。生物信息的傳遞上3.3.4 增強(qiáng)子及其功能n在在SV40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約位點(diǎn)上游約200bp處有兩段處有兩段72bp長(zhǎng)的重長(zhǎng)

35、的重復(fù)序列，它們不是啟動(dòng)子的一部分，復(fù)序列，它們不是啟動(dòng)子的一部分，但能增強(qiáng)或促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始，因此，但能增強(qiáng)或促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的起始，因此，稱這種能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的序列為稱這種能強(qiáng)化轉(zhuǎn)錄起始的序列為增強(qiáng)增強(qiáng)子子或或強(qiáng)化子強(qiáng)化子（enhancer）。）。生物信息的傳遞上n遠(yuǎn)距離效應(yīng)遠(yuǎn)距離效應(yīng)n無(wú)方向性無(wú)方向性n順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié)n無(wú)物種、基因特異性無(wú)物種、基因特異性n組織特異性組織特異性n相位性相位性n對(duì)外應(yīng)答對(duì)外應(yīng)答(部分部分)生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上3.3.5 轉(zhuǎn)錄抑制nDNA模版抑制劑 放線菌素DnRNA聚合酶抑制物 利福霉素、利迪鏈霉素、-鵝膏蕈堿生物信息的傳遞上 表表 轉(zhuǎn)錄的抑制劑轉(zhuǎn)錄的抑

36、制劑抑制劑抑制劑靶酶靶酶抑制作用抑制作用利福霉素利福霉素細(xì)菌全酶細(xì)菌全酶和和亞基結(jié)合，抑制起始亞基結(jié)合，抑制起始利迪鏈霉素利迪鏈霉素細(xì)菌核心酶細(xì)菌核心酶和和亞基結(jié)合，抑制起始亞基結(jié)合，抑制起始放線菌素放線菌素D真核真核Pol和和DNA結(jié)合，阻止延伸結(jié)合，阻止延伸-鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿真核真核Pol和和RNA Pol結(jié)合結(jié)合生物信息的傳遞上3. 4 原核與真核生物原核與真核生物mRNA的特征比較的特征比較nmRNA在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)占總在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)占總RNA的的2%左右，左右，tRNA占占16%，rRNA則占則占80%以上。以上。n真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的mRNA往往以較大相對(duì)分子量往往以較大相對(duì)分子

37、量的前體的前體RNA出現(xiàn)在核內(nèi)，只有成熟的、相出現(xiàn)在核內(nèi)，只有成熟的、相對(duì)分子質(zhì)量明顯變小并經(jīng)化學(xué)修飾的對(duì)分子質(zhì)量明顯變小并經(jīng)化學(xué)修飾的mRNA才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的合才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的合成。所以，真核細(xì)胞成。所以，真核細(xì)胞mRNA的合成和功能的合成和功能表達(dá)發(fā)生在不同的空間和時(shí)間范疇內(nèi)。表達(dá)發(fā)生在不同的空間和時(shí)間范疇內(nèi)。生物信息的傳遞上3. 4. 1 原核生物原核生物mRNA的特征的特征n1.半衰期短半衰期短n原核生物中，原核生物中，mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一個(gè)細(xì)胞空間里同步進(jìn)行的，是在同一個(gè)細(xì)胞空間里同步進(jìn)行的，蛋白質(zhì)合成往往在蛋白質(zhì)合成往往在mRNA剛開始轉(zhuǎn)

38、剛開始轉(zhuǎn)錄時(shí)就被引發(fā)了。錄時(shí)就被引發(fā)了。5 3 DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象（電鏡模擬圖）（電鏡模擬圖）核糖體核糖體RNARNA聚合酶聚合酶生物信息的傳遞上n大多數(shù)細(xì)菌大多數(shù)細(xì)菌mRNA在轉(zhuǎn)錄開始在轉(zhuǎn)錄開始1分分鐘后就開始降解。降解的速度大概鐘后就開始降解。降解的速度大概只有轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的一半?？茖W(xué)只有轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的一半?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)每過(guò)大約家發(fā)現(xiàn)每過(guò)大約2分鐘，體系中出分鐘，體系中出現(xiàn)新生蛋白質(zhì)的速度就下降現(xiàn)新生蛋白質(zhì)的速度就下降50%。生物信息的傳遞上n2.原核細(xì)胞的原核細(xì)胞的mRNA（包括病毒）有時(shí)（包括病毒）有時(shí)可以編碼幾個(gè)多肽，而真核細(xì)胞的可以

39、編碼幾個(gè)多肽，而真核細(xì)胞的mRNA最多只能編碼一個(gè)多肽。最多只能編碼一個(gè)多肽。n把只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的把只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為稱為單單順?lè)醋禹樂(lè)醋觤RNA (monocistronic mRNA)，把編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的把編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為稱為多順多順?lè)醋臃醋觤RNA (polycistronic mRNA)。生物信息的傳遞上n幾乎所有幾乎所有mRNA都可以被分成都可以被分成3部部分：分：編碼區(qū)編碼區(qū)和位于和位于AUG之前的之前的5端端上游非編碼區(qū)上游非編碼區(qū)以及位于終止密碼子以及位于終止密碼子之后不翻譯的之后不翻譯的3端端下游非編碼區(qū)下游非編碼區(qū)。編碼區(qū)從起始密碼子編碼區(qū)從起始密

40、碼子AUG開始經(jīng)開始經(jīng)一連串編碼氨基酸的密碼子直至終一連串編碼氨基酸的密碼子直至終止密碼子。止密碼子。生物信息的傳遞上n第一個(gè)蛋白質(zhì)合成終止以后，核糖體第一個(gè)蛋白質(zhì)合成終止以后，核糖體分解成大、小亞基，脫離分解成大、小亞基，脫離mRNA模板，模板，第二個(gè)蛋白的翻譯必須等到新的小亞第二個(gè)蛋白的翻譯必須等到新的小亞基和大亞基與該蛋白起始密碼子相結(jié)基和大亞基與該蛋白起始密碼子相結(jié)合后才可能開始。合后才可能開始。n前一個(gè)多肽翻譯完成以后，核糖體大、前一個(gè)多肽翻譯完成以后，核糖體大、小亞基分離，小亞基也可能不離開小亞基分離，小亞基也可能不離開mRNA模板，而是迅速與游離的大亞模板，而是迅速與游離的大亞基

41、結(jié)合，啟動(dòng)第二個(gè)多肽的合成?；Y(jié)合，啟動(dòng)第二個(gè)多肽的合成。生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n一個(gè)順?lè)醋拥姆g有時(shí)完全取決于一個(gè)順?lè)醋拥姆g有時(shí)完全取決于它前面順?lè)醋拥姆g，因?yàn)橹挥械谒懊骓樂(lè)醋拥姆g，因?yàn)橹挥械谝粋€(gè)翻譯起始位點(diǎn)是暴露的，在這一個(gè)翻譯起始位點(diǎn)是暴露的，在這個(gè)順?lè)醋臃g產(chǎn)生多肽的過(guò)程中，個(gè)順?lè)醋臃g產(chǎn)生多肽的過(guò)程中，核糖體核糖體的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)破壞破壞了后續(xù)順?lè)醋拥牧撕罄m(xù)順?lè)醋拥亩?jí)結(jié)構(gòu)，使起始位點(diǎn)較容易與核二級(jí)結(jié)構(gòu)，使起始位點(diǎn)較容易與核糖體相結(jié)合形成起復(fù)合物。糖體相結(jié)合形成起復(fù)合物。生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n3. 原核生物原核生物mRNA的的5端端無(wú)帽子結(jié)構(gòu)無(wú)帽子結(jié)構(gòu)，3端

42、沒有或只有較短的多聚端沒有或只有較短的多聚A結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。n原核生物起始密碼子原核生物起始密碼子AUG上游上游7-12個(gè)核個(gè)核苷酸處有一被稱為苷酸處有一被稱為SD序列序列（Shine Dalgarno sequence）的保守區(qū)，因?yàn)椋┑谋Ｊ貐^(qū)，因?yàn)樵撔蛄信c該序列與16S-rRNA 3端反向互補(bǔ)，所端反向互補(bǔ)，所以被認(rèn)為在核糖體以被認(rèn)為在核糖體-mRNA的結(jié)合過(guò)程的結(jié)合過(guò)程中起作用。中起作用。生物信息的傳遞上n4.原核生物常以原核生物常以AUG（有時(shí)（有時(shí)GUG，甚至甚至UUG）作為起始密碼子，而）作為起始密碼子，而真核生物幾乎永遠(yuǎn)以真核生物幾乎永遠(yuǎn)以AUG作為起作為起始密碼子。始密碼子。生物信

43、息的傳遞上n3. 4. 2 真核生物真核生物mRNA的特征的特征n編碼功能蛋白的真核基因都通過(guò)編碼功能蛋白的真核基因都通過(guò)RNA聚合酶聚合酶II進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，幾乎都是進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，幾乎都是單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?，其長(zhǎng)度在幾百到幾千個(gè)核苷酸之間。其長(zhǎng)度在幾百到幾千個(gè)核苷酸之間。n一個(gè)完整的基因，不但包括編碼區(qū)一個(gè)完整的基因，不但包括編碼區(qū)（coding region），還包括），還包括5 和和3 端端長(zhǎng)度不等的特異性序列，它們雖然不長(zhǎng)度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的過(guò)程中編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的過(guò)程中起著重要作用。起著重要作用。生物信息的傳遞上n“基因基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條

44、的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷所必需的全部核苷酸序列。真核生物酸序列。真核生物mRNA結(jié)構(gòu)上的最結(jié)構(gòu)上的最大特征是大特征是5端的帽子及端的帽子及3的多聚的多聚(A) 結(jié)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。nA gene can be defined as following: The entire nucleic acid sequence that is necessary for the synthesis of a functional polypeptide or RNA molecule.生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n1. 真核生物真核生物mRNA的的5端存在端存

45、在“帽帽子子”結(jié)構(gòu)。真核生物基因轉(zhuǎn)錄一般結(jié)構(gòu)。真核生物基因轉(zhuǎn)錄一般從嘌呤（主要是從嘌呤（主要是A，也可能是，也可能是G）起始，其起始，其5端大都經(jīng)過(guò)修飾，第一端大都經(jīng)過(guò)修飾，第一個(gè)核苷酸保留了個(gè)核苷酸保留了5端的端的三磷酸基團(tuán)三磷酸基團(tuán)。生物信息的傳遞上n用核酸酶處理成熟用核酸酶處理成熟mRNA，其，其5端端并不產(chǎn)生預(yù)期的核苷三磷酸，而產(chǎn)并不產(chǎn)生預(yù)期的核苷三磷酸，而產(chǎn)生以生以5-5三磷酸基團(tuán)三磷酸基團(tuán)相連的二核苷相連的二核苷酸。酸。n5 端是一個(gè)在端是一個(gè)在mRNA轉(zhuǎn)錄后加上去轉(zhuǎn)錄后加上去的的甲基化鳥嘌呤甲基化鳥嘌呤。生物信息的傳遞上nmRNA的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化。的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化。第

46、一個(gè)甲基出現(xiàn)在所有真核細(xì)胞的第一個(gè)甲基出現(xiàn)在所有真核細(xì)胞的mRNA中（單細(xì)胞真核生物中（單細(xì)胞真核生物mRNA主要是這個(gè)結(jié)構(gòu)），由尿苷酸主要是這個(gè)結(jié)構(gòu)），由尿苷酸-7甲甲基轉(zhuǎn)移酶催化，稱為基轉(zhuǎn)移酶催化，稱為零類帽子零類帽子（cap0）。）。生物信息的傳遞上n如在第二個(gè)核苷酸如在第二個(gè)核苷酸(原原mRNA 5第一位第一位)的的2-OH位上加另一個(gè)甲基，這步反應(yīng)位上加另一個(gè)甲基，這步反應(yīng)由由2-O-甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶完成。一般把有這兩完成。一般把有這兩個(gè)甲基的結(jié)構(gòu)稱為個(gè)甲基的結(jié)構(gòu)稱為1類帽子類帽子（cap1），），真核生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。真核生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。n當(dāng)當(dāng)mRNA原原第一

47、位核苷酸是第一位核苷酸是A時(shí)，其時(shí)，其N6位有時(shí)也被甲基化，這一反應(yīng)只能在位有時(shí)也被甲基化，這一反應(yīng)只能在2-OH被甲基化以后才能發(fā)生。被甲基化以后才能發(fā)生。生物信息的傳遞上n在某些生物細(xì)胞內(nèi)，在某些生物細(xì)胞內(nèi)，mRNA鏈上的鏈上的原第二個(gè)核苷酸的原第二個(gè)核苷酸的2-OH位也可能位也可能被甲基化，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)只以帶有被甲基化，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)只以帶有1類帽子的類帽子的mRNA為底物，所以被為底物，所以被稱為稱為2類帽子類帽子（cap2）。有）。有2類帽子類帽子的的mRNA只占有帽只占有帽mRNA總量的總量的10%-15%以下。以下。生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n2. 絕大多數(shù)真

48、核生物絕大多數(shù)真核生物mRNA具有具有多多聚聚A尾巴尾巴n除組蛋白基因外，真核生物除組蛋白基因外，真核生物mRNA的的3末端都有多聚末端都有多聚A序列，其長(zhǎng)度序列，其長(zhǎng)度因因mRNA種類不同而變化，一般為種類不同而變化，一般為40-200個(gè)左右。個(gè)左右。生物信息的傳遞上n真核基因的真核基因的3 末端轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)上末端轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)上游游1530bp處的保守序列處的保守序列AAUAAA對(duì)于初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準(zhǔn)對(duì)于初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準(zhǔn)確切割及加多聚確切割及加多聚A是必需的。是必需的。生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n多聚多聚A是是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式，它大大提高了質(zhì)所必需的

49、形式，它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。mRNA剛從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)時(shí)，剛從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)時(shí)，其多聚其多聚A尾巴一般比較長(zhǎng)，隨著尾巴一般比較長(zhǎng)，隨著mRNA在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)逗留時(shí)間延長(zhǎng)，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)逗留時(shí)間延長(zhǎng)，多聚多聚A逐漸變短消失，逐漸變短消失，mRNA進(jìn)入進(jìn)入降解過(guò)程。降解過(guò)程。生物信息的傳遞上3. 5 終止和抗終止終止和抗終止nRNA聚合酶啟始基因轉(zhuǎn)錄后，就聚合酶啟始基因轉(zhuǎn)錄后，就沿模板沿模板53方向不停地移動(dòng)，合方向不停地移動(dòng)，合成成RNA鏈直到碰上終止信號(hào)時(shí)才鏈直到碰上終止信號(hào)時(shí)才與模板與模板DNA相脫離并釋放新生相脫離并釋放新生RNA鏈。所有參與形成鏈。所有參

50、與形成RNA-DNA雜合體的氫鍵都被破壞，模板雜合體的氫鍵都被破壞，模板DNA鏈與有意義鏈重新組合成鏈與有意義鏈重新組合成DNA雙鏈。雙鏈。生物信息的傳遞上n3. 5. 1 不依賴于不依賴于因子的終止因子的終止n終止位點(diǎn)上游一般有一個(gè)富含終止位點(diǎn)上游一般有一個(gè)富含GC堿基的二重對(duì)稱區(qū)，由這段堿基的二重對(duì)稱區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容易形成發(fā)夾式容易形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。在模版鏈終止位點(diǎn)前面有一結(jié)構(gòu)。在模版鏈終止位點(diǎn)前面有一段由段由4-8個(gè)個(gè)A組成的序列，所以轉(zhuǎn)錄組成的序列，所以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的產(chǎn)物的3端為寡聚端為寡聚U，這種結(jié)構(gòu)特，這種結(jié)構(gòu)特征的存在決定了轉(zhuǎn)錄的終止。征的存在決定了轉(zhuǎn)錄的終

51、止。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGGCACCAGCCUUUUU. 3莖環(huán)莖環(huán)/發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上n新生新生R

52、NA中出現(xiàn)發(fā)夾式結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)中出現(xiàn)發(fā)夾式結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致致RNA聚合酶的聚合酶的暫停暫停，破壞，破壞RNA-DNA雜合鏈雜合鏈5端的正常結(jié)構(gòu)。寡聚端的正常結(jié)構(gòu)。寡聚U的存在使雜合鏈的的存在使雜合鏈的3端部分出現(xiàn)端部分出現(xiàn)不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的rUdA區(qū)域區(qū)域，兩者共同作，兩者共同作用使用使RNA從三元復(fù)合物中解離出從三元復(fù)合物中解離出來(lái)。來(lái)。生物信息的傳遞上n終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚U的長(zhǎng)短有關(guān)，隨著發(fā)夾式結(jié)構(gòu)（至的長(zhǎng)短有關(guān)，隨著發(fā)夾式結(jié)構(gòu)（至少少6bp）和寡聚）和寡聚U序列（至少序列（至少4個(gè)個(gè)U）長(zhǎng)度的增加，終止效率逐步提高。長(zhǎng)度的增加，終止效率逐步提高。生物信息的傳遞上n

53、3. 5. 2 依賴于依賴于因子的終止因子的終止nRNA聚合酶不能識(shí)別特異性的轉(zhuǎn)錄聚合酶不能識(shí)別特異性的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，而加入大腸桿菌終止信號(hào)，而加入大腸桿菌因子因子后該聚合酶就能在后該聚合酶就能在DNA模板上準(zhǔn)確模板上準(zhǔn)確地終止轉(zhuǎn)錄。地終止轉(zhuǎn)錄。因子是一個(gè)相對(duì)分因子是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為子質(zhì)量為2.0105的六聚體蛋白，的六聚體蛋白，它通過(guò)催化它通過(guò)催化NTP的水解促使新生的水解促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離。鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離。生物信息的傳遞上ATP 依賴依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止生物信息的傳遞上生物信息的傳遞上nRNA合成起始以后，合成起始以后，因子即附著因子即附

54、著在新生的在新生的RNA鏈上，靠鏈上，靠ATP水解產(chǎn)水解產(chǎn)生的能量，沿著生的能量，沿著53方向朝方向朝RNA聚合酶移動(dòng)，到達(dá)聚合酶移動(dòng)，到達(dá)RNA的的3-OH端端后取代了暫停在終止位點(diǎn)上的后取代了暫停在終止位點(diǎn)上的RNA聚合酶，使之從模板聚合酶，使之從模板DNA上上釋放釋放mRNA，完成轉(zhuǎn)錄過(guò)程。，完成轉(zhuǎn)錄過(guò)程。生物信息的傳遞上3.6 內(nèi)含子的剪接、編輯及化學(xué)修飾內(nèi)含子的剪接、編輯及化學(xué)修飾n3. 6. 1 RNA中的內(nèi)含子中的內(nèi)含子n因?yàn)檎婧嘶虮磉_(dá)往往伴隨著因?yàn)檎婧嘶虮磉_(dá)往往伴隨著RNA的的剪接過(guò)程（剪接過(guò)程（splicing），從），從mRNA前體前體分子中切除被稱為內(nèi)含子（分子中切除

55、被稱為內(nèi)含子（intron）的）的非編碼區(qū)，并使基因中被稱為外顯子非編碼區(qū)，并使基因中被稱為外顯子（exon）的編碼區(qū)拼接形成成熟）的編碼區(qū)拼接形成成熟mRNA。生物信息的傳遞上圖圖 用用DNA-RNA雜交的方法驗(yàn)證雞卵清蛋白基因中存在非編碼雜交的方法驗(yàn)證雞卵清蛋白基因中存在非編碼的內(nèi)含子區(qū)。的內(nèi)含子區(qū)。a. 成熟成熟mRNA與帶有該基因的互補(bǔ)鏈與帶有該基因的互補(bǔ)鏈DNA序列雜序列雜交示意圖；交示意圖；b. 雞卵清蛋白的基因結(jié)構(gòu)示意圖。雞卵清蛋白的基因結(jié)構(gòu)示意圖。 生物信息的傳遞上n真核基因大多是斷裂的，也就是說(shuō)，真核基因大多是斷裂的，也就是說(shuō)，一個(gè)基因可由多個(gè)內(nèi)含子和外顯子一個(gè)基因可由多個(gè)內(nèi)

56、含子和外顯子間隔排列而成。研究表明，內(nèi)含子間隔排列而成。研究表明，內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高，甚在真核基因中所占的比例很高，甚至超過(guò)至超過(guò)99%。生物信息的傳遞上部分人類基因中內(nèi)含子序列所占的比重分析部分人類基因中內(nèi)含子序列所占的比重分析基因長(zhǎng)度/bp內(nèi)含子數(shù)量 內(nèi)含子占比胰島素1.4267-球蛋白1.4269血清蛋白181389膠原蛋白組分VII3111771VIII因子1862595萎縮性肌強(qiáng)直因子24007899生物信息的傳遞上n由由DNA轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物核不核不均一均一RNA（hnRNA, heterogeneous nuclear RNA），即），即

57、mRNA的前體，經(jīng)過(guò)的前體，經(jīng)過(guò)5加加“帽帽”和和3酶切加多聚腺苷酸，再經(jīng)過(guò)酶切加多聚腺苷酸，再經(jīng)過(guò)RNA的剪的剪接，編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分就連接成為接，編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分就連接成為一個(gè)連續(xù)的一個(gè)連續(xù)的可譯框可譯框（open reading frame，ORF），通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白），通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板。質(zhì)合成的模板。生物信息的傳遞上RNA加工過(guò)程及其生理功能加工過(guò)程加工過(guò)程推測(cè)的生理功能推測(cè)的生理功能加帽子反應(yīng)加帽子反應(yīng)mRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，翻從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，翻譯起始譯起始加多聚加多聚A反應(yīng)反應(yīng)轉(zhuǎn)錄終止，翻譯起始和轉(zhuǎn)錄終止，翻譯起始和mRNA

58、降解降解RNA的剪接的剪接從從mRNA, tRNA和和rRNA分子中切除分子中切除內(nèi)含子內(nèi)含子RNA的切割的切割從前體從前體RNA中釋放成熟中釋放成熟tRNA和和rRNA分子分子生物信息的傳遞上原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的生成及其主要加工剪接過(guò)程圖示原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的生成及其主要加工剪接過(guò)程圖示生物信息的傳遞上n真核基因平均含有真核基因平均含有8-10個(gè)內(nèi)含子，前體分子個(gè)內(nèi)含子，前體分子一般比成熟一般比成熟mRNA大大4-10倍。倍。n內(nèi)含子內(nèi)含子的的“功能功能”及其在生物進(jìn)化中的地及其在生物進(jìn)化中的地位是一個(gè)引人注目的問(wèn)題。位是一個(gè)引人注目的問(wèn)題。n許多人類疾病是內(nèi)含子剪接異常引起的。許多人類疾病是內(nèi)含子剪接

59、異常引起的。地中海貧血病人的珠蛋白基因中，大約有地中海貧血病人的珠蛋白基因中，大約有1/4的核苷酸突變發(fā)生在內(nèi)含子的的核苷酸突變發(fā)生在內(nèi)含子的5或或3邊邊界保守序列上，或者直接干擾了前體界保守序列上，或者直接干擾了前體mRNA的正常剪接。的正常剪接。生物信息的傳遞上n表表3-9總結(jié)了存在于生物體內(nèi)的各種內(nèi)總結(jié)了存在于生物體內(nèi)的各種內(nèi)含子，其中含子，其中GU-AG或或AU-AC分別代表分別代表了不同內(nèi)含子的了不同內(nèi)含子的5和和3邊界序列。除了邊界序列。除了邊界序列之外，外顯子與內(nèi)含子交界邊界序列之外，外顯子與內(nèi)含子交界處的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序列都處的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序列都有可能參與內(nèi)含

60、子的剪接。有可能參與內(nèi)含子的剪接。生物信息的傳遞上表3-9 生物體內(nèi)的各種內(nèi)含子內(nèi)含子類型細(xì)胞內(nèi)定位GU-AG細(xì)胞核，前體mRNA （真核）AU-AC細(xì)胞核，前體mRNA（真核）I類內(nèi)含子細(xì)胞核，前體rRNA（真核），細(xì)胞器RNA，少數(shù)細(xì)菌RNAII類內(nèi)含子細(xì)胞器RNA，部分細(xì)菌RNAIII類內(nèi)含子細(xì)胞器RNA雙內(nèi)含子細(xì)胞器RNAtRNA前體中的內(nèi)含子 細(xì)胞核，tRNA前體（真核）生物信息的傳遞上3. 6. 2 RNA的剪接n轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的核內(nèi)mRNA前體分子與蛋前體分子與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成白質(zhì)結(jié)合，形成RNA和蛋白質(zhì)組成的和蛋白質(zhì)組成的RNP復(fù)合物（復(fù)合物（ribonucleo-protei