轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄組學(xué)

1、關(guān)于轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄組學(xué)第一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月ReplicationReplication TranscriptionReverse Transcription Translation中心法則（the central dogma）第二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Chemistry for 2006 toRoger D. KornbergStanford

2、 University, CA, USAfor his studies of the molecular basis of eukaryotic transcription.第四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Roger D. Kornberg, born 1947 (59) in St Louis, MO, USA (US citizen). PhD from Stanford University, CA, USA. Mrs. George A. Winzer Professor in Medicine at Stanford University School of Med

3、icine, CA, USA.第五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Original scientific articlesCramer, P., Bushnell, D.A. and Kornberg, R.D. (2001) Structural basis of transcription: RNA polymerase II at 2.8 ngstrom resolution. Science 292, 1863-1876.Gnatt, A.L., Cramer, P., Fu, J., Bushnell, D.A. and Kornberg, R.D. (2001) St

4、ructural basis of transcription: An RNA polymerase II elongation complex at 3.3 resolution. Science 292, 1876-1882.Bushnell, D.A., Westover, K.D., Davis, R.E. and Kornberg, R.D. (2004) Structural basis of transcription: An RNA polymerase II TFIIB cocrystal at 4.5 angstroms. Science 303, 983-988.Revi

5、ew articleBoeger, H., Bushnell, D.A., Davis, R., Griesenbeck, J., Lorch, Y., Strattan, J.S., Westover, K.D. and Kornberg, R.D. (2005). Structural basis of eukaryotic gene transcription. FEBS Lett. 579, 899-903.第六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 Severo OchoaArthur Kornberg 1/2 of the prize 1/2 of the prizeUSA

6、USANew York University, College of Medicine New York, NY, USAStanford University Stanford, CA, USAb. 1905(in Luarca, Spain)d. 1993 b. 1918 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid第七張，

7、PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2006年諾貝氏生理醫(yī)學(xué)獎得主 Dr. Fire A and Dr Mello C第八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容一、核糖核酸的類型、結(jié)構(gòu)和功能二、RNA的合成三、真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄后修飾四、轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控五、RNA分析六、轉(zhuǎn)錄組學(xué)第十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核糖核酸的類型、結(jié)構(gòu)和功能類型編碼蛋白質(zhì)：編碼RNA和非編碼RNA功能：rRNA, tRNA, mRNA小RNA (snRNA, snoRNA, scRNA)第十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作

8、于2022年6月2.核糖核酸的結(jié)構(gòu)和功能4種核苷糖以磷酸二酯鍵連接的長鏈, A、U、C、G；戊糖是核糖。第十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 mRNA2.1.1.原核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點：（1）多順反子；（2） mRNA 5端無帽子結(jié)構(gòu)，3端無多聚A尾；（3） mRNA一般沒有修飾堿基。第十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.2.真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點：（1） 5端有帽子結(jié)構(gòu)；（2） 大多3端有多聚A尾；（3）分子中可能有修飾堿基：主要有甲化；（4）分子中有編碼區(qū)與非編碼區(qū)。第十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 tRNA 1

9、.單鏈小分子；2.含有稀有堿基或修飾堿基；3. 5端總是磷酸化， 5末端往往是pG；4. 3端是CpCpAoH序列；5.三葉草結(jié)構(gòu)；6.三級結(jié)構(gòu)是倒L型。第十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三級結(jié)構(gòu)呈倒L形第十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 rRNA： 原核生物：70S-由50S和30S 組成 真核生物：80S-由60S和40S 組成第十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 核酶： 分三類：異體催化的剪切型；自體催化的剪切型；內(nèi)含子的自我剪接型。 二級結(jié)構(gòu)：錘頭結(jié)構(gòu)；13（或11）個保

10、守核苷酸。第十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核酶的發(fā)現(xiàn) 1982年Cech在研究低等真核生物四膜蟲的rRNA加工成熟過程中發(fā)現(xiàn)其rRNA前體有自我剪接作用，即酶的作用，故把有催化活性的RNA稱核酶。第二十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月底物部分含GU，催化部分包括3個莖。13個環(huán)，含13b保守序列CAAA，AC，AGUC，GUG核苷酸鏈斷裂點槌頭狀結(jié)構(gòu)，最簡單的核酶第二十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核酶的意義動搖了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念。為地球上生命起源早期可能是先出現(xiàn)RNA提供證據(jù)。為人工合成核酶以破壞某些病原微生物，消除體內(nèi)有害基因提供理論

11、基礎(chǔ)。第二十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.5 核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）真核細(xì)胞mRNA的前體加工過程：5端加帽；3端加尾；內(nèi)含子的切除和外顯子的拼接；甲基化修飾；核苷酸序列的編輯作用。第二十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.6 小分子核內(nèi)RNA（snRNA）：尿嘧啶含量較高用U命名（U1-U10）U1 、U2、U4、U5、U6位于核漿內(nèi)U3存在于核仁U7、U8、U9、U10只存在于哺乳動物2.7 反義RNA：可與mRNA形成雙鏈，抑制翻譯。2.8 microRNA 調(diào)節(jié)mRNA的水平第二十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、RNA的

12、合成-轉(zhuǎn)錄(transcription） 指在RNA聚合酶催化下，以DNA為模板，NTP為原料，合成RNA的過程。第二十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄概述DNA為模板合成RNA的過程RNA聚合酶原料：ATP，UTP，CTP，GTP (NTP)Mg2+，Mn2+合成方向：53 連接方式：3,5-磷酸二酯鍵第二十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.1 轉(zhuǎn)錄模板 模板鏈（template strand） 也稱反意義鏈（antisense strand)鏈或Watson鏈，即指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄生成RNA的 一股DNA單鏈。1.原核生物RNA的合成第二十七張，PPT共一百八十

13、八頁，創(chuàng)作于2022年6月編碼鏈（coding strand） 也稱有意義鏈（sense strand)或Crick鏈，指不被轉(zhuǎn)錄的DNA單鏈。其堿基序列除有T無U 外，與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA相同。 第二十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5 GCAGTACATGTC.33 c g t c a t g t a c a g .55 GCAGUACAUGUC.3N Ala .Val . His . ValC DNARNA肽轉(zhuǎn)錄翻譯編碼鏈模板鏈第二十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月535355不對稱轉(zhuǎn)錄 結(jié)構(gòu)基因: 能轉(zhuǎn)錄出RNA的DNA區(qū)段第三十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)

14、作于2022年6月不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription） DNA片段（結(jié)構(gòu)基因）轉(zhuǎn)錄時，雙鏈DNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，且模板鏈并非總在同一條單鏈上，這種轉(zhuǎn)錄方式稱為不對稱轉(zhuǎn)錄。第三十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 原核生物RNA聚合酶（DNA-dependent RNA polymerase，RNA-pol，DDRP ）（1種）1.2.1.組成全酶： 2 （核心酶 + ）核心酶 ： 2第三十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2.2.作用亞基： 決定那些基因被轉(zhuǎn)錄。亞基： 催化與模板配對的相鄰NTP 以3, 5-磷酸二酯鍵相

15、連。亞基：促進(jìn)酶與模板鏈結(jié)合，并使 DNA雙鏈打開。 ( 核心酶： 催化RNA鏈的延長，參與整個過程。)第三十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月亞基： 辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始位點，并與核心酶 結(jié)合成全酶啟動轉(zhuǎn)錄。 70： 辨認(rèn)一般轉(zhuǎn)錄起始點。 32： 辨認(rèn)原核生物熱休克基因(hsp)的轉(zhuǎn)錄起始點。 第三十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2.3.特點聚合速率慢，3050 NTP/s。無外切酶活性，無校對功能，錯誤率10-6 。亞基可被利福平，利福霉素結(jié)合、抑制。第三十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 原核生物的RNA聚合酶全酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合DNA雙

16、鏈以打開，因子尚未脫落 -35TTGACATATAAT+20+1第三十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.3. 模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合啟動子（promoter）轉(zhuǎn)錄開始進(jìn)行時，RNA聚合酶與模板結(jié)合的特定部位，也是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。第三十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物啟動子結(jié)構(gòu)識別部位：-35bp區(qū)，TTGACA，因子識別此部位。結(jié)合部位：-10bp區(qū)（Pribnow box） TATAAT ，Tm低，DNA易解鏈。轉(zhuǎn)錄起始點（start site）：以+1表示第三十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA pol保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因終止點+1第

17、三十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.4. 原核生物的轉(zhuǎn)錄過程識別起始位點，RNApol全酶解開雙鏈DNA1020bp形成轉(zhuǎn)錄空泡。1.4.1. 轉(zhuǎn)錄起始第四十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物的RNA聚合酶全酶及其在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合DNA雙鏈以打開，因子尚未脫落 -35TTGACATATAAT+20+1第四十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月全酶催化與模板配對結(jié)合的頭兩個NTP（GTP多見，或ATP）以磷酸二酯鍵相連成5pppGpN-OH3，轉(zhuǎn)錄泡變?yōu)檗D(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNApol(2)-

18、DNA-pppGpN-OH。因子脫落，核心酶變構(gòu)，與模板鏈結(jié)合變松，沿 DNA滑動。第四十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.4.2. 轉(zhuǎn)錄延長核心酶沿模板鏈35滑動，催化與模板堿基配對結(jié)合的相鄰NTP之間以磷酸二酯鍵相連，RNA鏈沿53延長。轉(zhuǎn)錄泡隨核心酶滑動而移動，生成的RNA與DNA模板形成約12bp雜化雙鏈，過長的RNA脫離模板鏈，伸出轉(zhuǎn)錄泡外。第四十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 第四十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.4.3

19、. 轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄到終止信號時,酶停止滑動,轉(zhuǎn)錄終止。 第四十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月終止信號（terminator）DNA特定部位富含GC回文區(qū)與富含AT配對區(qū)，轉(zhuǎn)錄后使mRNA形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，以終止轉(zhuǎn)錄。蛋白輔助識別終止信號，參與終止。第四十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）非依賴因子的終止 GC區(qū)形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，聚U區(qū)配對不穩(wěn)定，使RNA釋放。第五十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月55第五十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）依賴因子的終止沿RNA鏈53滑動的 因子

20、追上RNA pol，并與RNA中富C區(qū)結(jié)合，誘導(dǎo)RNA聚合酶構(gòu)象改變，因子的解螺旋酶活性使RNA釋放。第五十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月富Cpolymerasepolymerase第五十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2. 真核生物RNA的生物合成第五十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.1真核生物RNA聚合酶 種類III III轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 45S-rRNAhnRNA 5S-rRNA tRNA snRNA 鵝膏蕈堿耐受極敏感 中度敏感利福平不敏感不敏感不敏感亞細(xì)胞定位核仁核質(zhì)核質(zhì)分子量550KD600KD600KD第五十六張，PPT共一

21、百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.2. 真核生物啟動子結(jié)構(gòu)（以RNA pol為例）識別部位： -70區(qū)CAAT盒結(jié)合部位： -25區(qū)TATA box（Hogness box） CAAT上游的GC盒含增強子(enhancer)和靜息子(silencer)第五十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月+1增強子（+）靜息子（-） 基礎(chǔ)表達(dá)（啟動子）結(jié)構(gòu)基因-25-70第五十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件(cis-acting element) 轉(zhuǎn)錄上游區(qū)與轉(zhuǎn)錄相關(guān)的具有調(diào)控作用DNA序列。反式作用因子(trans-acting factor) 能直接或間

22、接辨認(rèn)、結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄因子(transcriptional factor,TF) 能直接或間接結(jié)合RNA pol的反式作用因子。第五十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月起始: 復(fù)雜 DNA在開鏈前，需多種轉(zhuǎn)錄因子（TF）結(jié)合后，RNA pol加入形成轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物（pre-initiation complex , PIC)。2.2.3. 真核生物轉(zhuǎn)錄的特點：第六十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月參與RNA pol轉(zhuǎn)錄的TF轉(zhuǎn)錄因子分子量功能TFA12，19，35穩(wěn)定TFD結(jié)合TFB33促進(jìn)pol結(jié)合TFD38辨認(rèn)TATA盒TFE57()34(

23、)ATPaseTFFTFII H30，74 解旋酶蛋白激酶活性第六十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 TFD TFA TFB pol/ TFF TFE TATA PICTATAADBFDNARNA polEHTF IIH第六十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月延長： 除轉(zhuǎn)錄和翻譯是兩個時空進(jìn)行外，與原核生物大致相似。 第六十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月終止： mRNA3端轉(zhuǎn)錄出AAUAAA及富GU序列后，在AAUAAA后約1113b的修飾點（processing）被切斷，游離的mRNA戴帽、加尾。螺旋酶使在AAUAAA后繼續(xù)轉(zhuǎn)錄出的RNA脫離模

24、板鏈，轉(zhuǎn)錄終止，RNA pol脫落，該RNA被RNase水解。第六十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月AAUAAAGUGUGUG5AAUAAAployA真核生物的轉(zhuǎn)錄終止1323 processingGUGUGUG解螺旋酶核酸酶第六十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.mRNA前體的加工 hnRNA（ 核內(nèi)不均一RNA）： mRNA前體經(jīng)加工修飾后成為成熟的mRNA。三、真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾第六十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.1. 5末端加帽（核內(nèi)）5末端帽子 m7GpppG的生成第六十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月G第六十

25、八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月功能穩(wěn)定mRNA結(jié)構(gòu)給核蛋白體提供識別信號第六十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2. 3末端加尾（核內(nèi)）轉(zhuǎn)錄終止時在修飾點切除多余的RNA。在polyA聚合酶催化下，以ATP為原料在修飾點后逐個加上AMP形成polyA尾(100200b)。第七十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月功能維持了mRNA的活性穩(wěn)定mRNA結(jié)構(gòu)參與mRNA由核進(jìn)入胞漿第七十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 斷裂基因(splite gene) ： 真核生物的結(jié)構(gòu)基因（編碼序列）中插入若干非編碼序列而被隔開，故稱斷裂基因。1.3

26、. 剪接（splicing）（核內(nèi)）第七十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月hnRNA (hetero-nuclear RNA):雜化核RNA: mRNA的前體,核內(nèi)出現(xiàn)的mRNA的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物.第七十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月成熟mRNA與基因DNA雜交電鏡所見第七十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月104318551129118143156第七十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 外顯子(exon) 在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn),并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子(intron) 隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的

27、核酸序列。第七十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)含子的分類：按基因類型和剪接方式分為4種 I、II類；自身剪接(線粒體,葉綠體;rRNA,mRNA) III類： 形成套索結(jié)構(gòu)后剪接(mRNA) IV類： 剪接需酶和ATP (tRNA)按基因線性表達(dá)分為翻譯前切除，翻譯繞過，翻譯后切除3種。剪接方式第七十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)含子的功能利于物種的進(jìn)化選擇基因表達(dá)的調(diào)控第七十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月剪接：hnRNA剪切內(nèi)含子，拼接外顯子，連接為成熟mRNA的過程。剪接部位為內(nèi)

28、含子末端的特定序列 5-GU AG-3套索的形成及剪除機制二次磷酸酯轉(zhuǎn)移第八十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月snRNA(small nuclear RNA)100300bp的核內(nèi)小RNA. 已發(fā)現(xiàn)U1、U2、U4、U5、U6剪接體 ：snRNA和核內(nèi)蛋白質(zhì)構(gòu)成的小分子核糖核蛋白體（snRNP), 能結(jié)合hnRNA內(nèi)含子區(qū)段，使內(nèi)含子彎曲，3和5靠近，利于剪接。第八十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.4

29、. 甲基化甲基化發(fā)生在剪接之前，在非編碼區(qū)分子含12個m6A。第八十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.5.RNA編輯（RNA editing）遺傳信息在mRNA水平上的改變過程，稱為RNA編輯。某些mRNA的核苷酸序列，在生成轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物后還需插入、刪除或取代一些核苷酸殘基，方能生成具有正確翻譯功能的模板。第八十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月apoB mRNA的編輯加工第八十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 5末端加帽 3末端加尾（剪切內(nèi)含子，拼接外顯子）剪接hnRNAmRNA修飾編輯小結(jié)：第八十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2

30、.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工串聯(lián)tRNA初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由RNase P從tRNA單體的5端切下單個tRNA。RNA內(nèi)切核酸酶切除反密碼環(huán)前身中內(nèi)含子，連接酶連接反密碼環(huán)。第八十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月RNase D從3切下幾個核苷酸，核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化3末端加上CCAOH。甲基化：A mA、 G mG（甲基轉(zhuǎn)移酶）還原：形成DHU環(huán)異構(gòu)：U 脫氨：A I第九十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工3.1.特點rDNA為高度重復(fù)序列，真核生物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為45SrRNA的串聯(lián)rRNA。 原核： 5

31、107個拷貝 真核： 果蠅260個拷貝第九十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2.過程RNA內(nèi)切酶（多種）切下45SrRNA的單位，甲基化后切成18S、5.8S和 28SrRNA。5SrRNA由RNA pol 從rDNA外轉(zhuǎn)錄出，無成熟過程。第九十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控第九十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)（gene expression）是

32、指基因組中結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程，合成蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定的生物學(xué)功能的全過程。第九十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA 的合成4種NTP、DNA模板、RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄單位：結(jié)構(gòu)基因、啟動子、終止子按堿基配對原則, 沿5-3方向真核生物有三型RNA聚合酶分為起始階段、延長階級和終止階段轉(zhuǎn)錄后的產(chǎn)物經(jīng)加工成為成熟的RNA第九十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)的合成合成體系：氨基酸、mRNA、tRNA、核糖體、某些酶與蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP、MgmRNA編碼區(qū)的三個相鄰核苷酸組成密碼子tRNA起接合器作用，核糖體是合成場所和裝配機核糖體循環(huán)：起

33、始、肽鏈延長和終止翻譯后加工：折疊、共價修飾、水解和亞單位的聚合第一百張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)及其調(diào)控的特點管家基因（housekeeping gene）在一個生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。組成性基因表達(dá)（constitutive gene expression）管家基因的表達(dá)方式，較少受環(huán)境影響，在個體各生長階段的幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)或變化很小。第一百零一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月誘導(dǎo)表達(dá)（induction expression）有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境影響，在特定環(huán)境信號刺激下，基因的表達(dá)開放或增強。阻遏表達(dá)（repressi

34、on expression）在特定環(huán)境信號刺激下，基因的表達(dá)關(guān)閉或減弱。第一百零二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月時間特異性（temporal specificity）在多細(xì)胞生物，從受精卵到組織、器官形成的各個發(fā)育階段，相應(yīng)的基因嚴(yán)格按照一定的時間順序開啟或關(guān)閉?？臻g特異性（spatial specificity）在個體生長全過程，某基因產(chǎn)物在不同組織空間順序出現(xiàn)。第一百零三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月協(xié)調(diào)表達(dá)（coordinated expression）功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)。又稱協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（coordinated regulation）第一

35、百零四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)的調(diào)控（gene expression regulation ）是指各種細(xì)胞中相同的遺傳信息，有規(guī)律的選擇性、程序性、適度的表達(dá)以適應(yīng)機體生長、發(fā)育、繁殖以及環(huán)境變化的需要，發(fā)揮其生理功能的調(diào)節(jié)和控制。第一百零五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)調(diào)控的生理意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖維持個體發(fā)育與分化第一百零六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)的多級調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本因素特異DNA序列調(diào)節(jié)蛋白DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用RNA聚合酶第一百零七張，PPT共一百

36、八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Transcription5 GATCTGACTGACATAGACATAGAT 3 coding (= non-template) strand3 CTAGACTGACTGTATCTGTATCTA 5 template strand5 GAUCUGACUGACAUAGACAUAGAU 3 mRNA 第一百零八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第一百零九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.1 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控影響轉(zhuǎn)錄的因素啟動子因子阻遏蛋白正調(diào)控蛋白倒位蛋白RNA聚合酶抑制物衰減子第一百一十張，PPT共一百八

37、十八頁，創(chuàng)作于2022年6月操縱子（operon）調(diào)控區(qū)信息區(qū)啟動子操縱基因第一百一十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月啟 動 子決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈： E. coli的啟動子長約40-60bp，至少包括三個功能區(qū)。起始部位（initiation site） 1結(jié)合部位（binding site） -10bp，RNA聚合酶與之結(jié)合 T80A95T45A60A50T96識別部位（recognition site） -35bp，因子與之結(jié)合 T82G78A65C54A95第一百一十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月因子不同的因子可以競爭性的結(jié)合RNA聚合酶,環(huán)境變化可由

38、到產(chǎn)生特定的因子，從而打開一套特定的基因。阻遏蛋白（repressor）與DNA結(jié)合后都是抑制轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為負(fù)調(diào)控。第一百一十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月正調(diào)控蛋白與DNA結(jié)合后促進(jìn)轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為正調(diào)控。CAP蛋白(catabolic gene activator protein，CAP) 分解代謝物基因活化蛋白ntrC蛋白 是大腸桿菌氮代謝基因激活蛋白，其自身活性可通過ntrB使其磷酸化（有活性）和去磷酸化（無活性）而被調(diào)節(jié)第一百一十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月consensusTATA (Pribnow) boxE

39、. coli Promoters 第一百一十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月倒位蛋白（inversion protein）是一種位點特異的重組酶。沙門菌H1和H2鞭毛蛋白分別由兩個基因編碼，在一個細(xì)菌克隆中以表達(dá)一種鞭毛抗原為主。衰減子（attenuator）又稱弱化子，位于操縱子中第一個結(jié)構(gòu)基因之前，是一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的序列。第一百一十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶抑制物細(xì)菌在缺乏氨基酸的環(huán)境中，RNA聚合酶活性降低，RNA（rRNA,tRNA）合成減少或停止這種現(xiàn)象稱為嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)（stringent response）第一百一十七張，PPT共一

40、百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Positive vs. Negative Regulation 第一百一十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Allosteric EffectorsBinding can also be required for binding of repressor (e.g. Trp) or can block an activator.第一百一十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.2. 轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機制乳糖操縱子調(diào)控的機制阿拉伯糖操縱子的調(diào)控機制色氨酸操縱子的調(diào)控機制第一百二十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱子（l

41、ac operon）結(jié)構(gòu)特點三個結(jié)構(gòu)基因Z、Y、A，分別編碼-半乳糖苷酶(-galactosidase)、透酶(permease)和半乳糖苷乙?；?galactoside acetylase)其上游還有一個啟動子（P）和一個操縱基因（O）啟動子上游還有一個CAP蛋白結(jié)合位點第一百二十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Organization of Lac Operon and LacIOperonpromoterRibosome initiation第一百二十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Regulation of Gene ExpressionIPTG al

42、so induces Splits lactose lactosetransport?（異丙基硫代半乳糖苷）半乳糖第一百二十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百二十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月cAMPAMPACAdenylate cyclase and CAP mediate glucose repression of LacAdenylate cyclase (AC) is an enzyme that synthesizes cyclic AMP (cAMP) from ATPHigh glucose adenylate cyclase is inhi

43、bited (indirectly, via a catabolic product)Therefore cAMP levels are LOWAbsence of glucose adenylate cyclase is NOT repressedTherefore cAMP levels are HIGHcAMP forms a complex with the CAP protein, which allows it to then bind to the CAP site upstream of the Lac operon. Binding of the CAP protein is

44、 required to allow RNA polymerase to bind to the lac promoter and turn on transcription. In the absence of CAP binding, there is no (or very little) transcription of the lactose operon, even in the presence of lactose.glucose第一百二十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月CAP Binding Bends DNAvThis DNA bending results

45、 in more efficient RNA polymerase binding第一百二十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月CAP mediates glucose repression of LacPromotes transcription第一百二十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控機制I基因編碼產(chǎn)生阻遏蛋白，阻遏蛋白為四聚體，在沒有乳糖的條件下，阻遏基因與操縱基因結(jié)合。當(dāng)有乳糖存在時，經(jīng)透酶作用進(jìn)入細(xì)胞，在-半乳糖苷酶催化下轉(zhuǎn)變成半乳糖，后者作為誘導(dǎo)劑（inducer）與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白與操縱基因解聚，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。第一百二十八張，PPT共一百八

46、十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Lactose Glucose- +- -+ -+ +LacICAP-cAMPFour States of the Lac Operon第一百二十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 阿拉伯糖操縱子（ara operon）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)基因 B、A、D，分別編碼異構(gòu)酶（isomerase）、激酶（kinase）、表位酶（epimerase），催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸木酮糖調(diào)控區(qū) 由啟動子（P）、起始區(qū)（I）和操縱基因（O）構(gòu)成第一百三十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月CAP第一百三十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控機制C

47、基因是調(diào)節(jié)基因，編碼調(diào)控蛋白AraC， AraC蛋白單獨存在時，結(jié)合到araO1和araO2，表現(xiàn)出負(fù)調(diào)控；阿拉伯糖使AraC蛋白變構(gòu)，結(jié)合到araI上，表現(xiàn)正調(diào)控。在ara操縱子基因表達(dá)調(diào)控中，CAP蛋白的調(diào)控作用不顯著。第一百三十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月The Arabinose Operon This loop prevents RNA transcription (NOT true for all loops)No Arabinose present, operon OFFArabinose present, Glucose absent, operon ON第

48、一百三十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控作用有葡萄糖，有或無阿拉伯糖：關(guān)閉無葡萄糖，無阿拉伯糖：關(guān)閉無葡萄糖，有阿拉伯糖：開放第一百三十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 色氨酸操縱子（trp operon）結(jié)構(gòu)特點E.coli的色氨酸操縱子有五個結(jié)構(gòu)基因E、D、C、B、A基因編碼三種酶，用于合成色氨酸，上游調(diào)控區(qū)由啟動子（P）和操縱基因（O）組成R基因編碼阻遏蛋白第一百三十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百三十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Genomic Organization of the Trp Operon 第一

49、百三十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控機制阻遏型操縱子及衰減機制。衰減子位于結(jié)構(gòu)基因E和操縱基因O之間的L基因中。L基因的部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼14個氨基酸，其中含兩個相鄰的色氨酸密碼子，這兩個相鄰的色氨酸密碼子及原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯的偶聯(lián)是產(chǎn)生衰減的基礎(chǔ)。調(diào)控作用將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始自身合成。第一百三十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Control of Gene Expression in the Trp OperonThe enzyme catalyzing the first step in the pathway is inhibited b

50、y Trp (feedback control).In the presence of Trp, a repressor protein binds to an operator upstream of the Trp operon and shuts off transcriptionAttenuation. There is a 160 base pair region in the Trp mRNA that causes transcription to terminate prematurely if Trp is present. 第一百三十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于202

51、2年6月Trranscriptional Control第一百四十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Attenuation Control第一百四十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.2. 翻譯水平的調(diào)控SD序列（Shine-Dalgarno sequence）原核細(xì)胞多順反子mRNA上的一段序列，位于起始密碼子上游SD序列與起始密碼子的距離、蛋白質(zhì)對SD序列的作用，影響翻譯的起始mRNA二級結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用第一百四十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月mRNA的穩(wěn)定性mRNA的降解速度是翻譯調(diào)控的一個重要因素mRNA的穩(wěn)定與其序列和結(jié)構(gòu)（即一

52、級結(jié)構(gòu)與次級結(jié)構(gòu)）有關(guān)第一百四十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月翻譯產(chǎn)物對自身翻譯的影響核糖體蛋白 50種蛋白質(zhì)分布于不同操縱子各自編碼一種可結(jié)合于mRNA多順反子上游特定部位的蛋白質(zhì)，阻止核蛋白體結(jié)合翻譯終止因子RF2調(diào)節(jié)自身的翻譯 前25個密碼子與后315個密碼子間的UGAC在無RF2時框移第一百四十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月小分子RNA的調(diào)控作用調(diào)整基因表達(dá)產(chǎn)物的類型 mRNA干擾性互補RNA（mRNA interfering complementary RNA，micRNA） 低水平表達(dá)基因的調(diào)控 小分子RNA阻遏物在翻譯水平嚴(yán)格控制低水平基因表達(dá)

53、第一百四十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2. 真核基因的表達(dá)調(diào)控第一百四十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.1. DNA水平的調(diào)控染色質(zhì)丟失 低等生物及動物紅細(xì)胞，不可逆基因擴增基因重排 基因片段改變原銜接順序，重排為完整的轉(zhuǎn)錄單位第一百四十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA甲基化 與基因的表達(dá)成反比關(guān)系直接改變基因的構(gòu)型影響轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件結(jié)合5端調(diào)控序列甲基化后與核內(nèi)甲基化CG序列結(jié)合蛋白結(jié)合DNase高敏感區(qū)為去甲基化的標(biāo)志染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變 組蛋白與DNA結(jié)合與解離非組蛋白與組蛋白競爭結(jié)合DNA，解除組蛋白對基因表達(dá)的抑

54、制第一百四十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.2. 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成:真核生物的RNA聚合酶識別的不是單純的DNA序列，而是由一個通用轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor,TF）與DNA形成的蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物TFIID結(jié)合TATA盒RNA聚合酶結(jié)合TFD，形成閉合的復(fù)合物其它TF與RNA聚合酶形成開放的復(fù)合物第一百四十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月反式作用因子真核細(xì)胞內(nèi)序列特異的DNA（8-15bp）結(jié)合蛋白可以使基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）三個功能結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其它蛋白結(jié)構(gòu)域第一百五十

55、張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA Structure Major and Minor Grooves第一百五十一張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA結(jié)合域（DNA-binding domain）鋅指結(jié)構(gòu)（Zinc finger motif）同源結(jié)構(gòu)域（Homodomain）亮氨酸拉鏈（Leucine zipper）螺旋環(huán)螺旋(Helix-loop-helix structure)堿性 螺旋（Alkaline -helix）第一百五十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Zinc Finger Motif第一百五十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2

56、022年6月Helix-Turn-Helix Motif第一百五十四張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Leucine Zipper第一百五十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月Leucine ZipperZipper: every 7th residue is a Leu Hydrophobic interface第一百五十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月H-Bonding in a Protein-DNA Interaction第一百五十七張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域（transcriptional activation

57、 domain）酸性-螺旋結(jié)構(gòu)域（acidic helix domain）富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（glutamine-rich domain）富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（proline-rich domain）第一百五十八張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.3. 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控反式作用因子的活性調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié) 合成后即有活性，不能積累共價修飾 磷酸化、去磷酸化，糖基化配體結(jié)合 激素受體蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用 復(fù)合物的解離與形成第一百五十九張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月反式作用因子與順式元件的結(jié)合反式作用因子的作用方式成環(huán)扭曲滑動Oozing反式作用因子的組合式調(diào)控作用組合式

58、基因調(diào)控（conbinatorial gene regulation）幾種反式作用因子組合而發(fā)揮特定作用第一百六十張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.4. 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控加帽和加尾的調(diào)控意義選擇剪接的調(diào)控作用選擇剪接（alternative splicing）：exon，intron是否出現(xiàn)在成熟mRNA是可以選擇的Exon選擇，intron選擇，互斥exon，內(nèi)部剪接位點mRNA運輸?shù)目刂频谝话倭粡垼琍PT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百六十二張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百六十三張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百六十四

59、張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.5. 翻譯水平的調(diào)控翻譯起始的調(diào)控阻遏蛋白的調(diào)控作用翻譯起始因子的功能調(diào)控AUG對翻譯的調(diào)控mRNA5非編碼區(qū)長度對翻譯的影響mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)小分子RNA對翻譯水平的影響第一百六十五張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.6.翻譯后水平的調(diào)控新生肽鏈的水解肽鏈中氨基酸殘基的修飾通過信號肽分揀、運輸、定位第一百六十六張，PPT共一百八十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.7. 組織特異性表達(dá)和時相性Spatial restriction of gene expression (c.p: housekeeping genes)Multiple organ/tissue pattern (e.g. SHH in nervous system)Specific tissur, cell lineage or cell type (e.g. beta-glo