第十一章-基因轉(zhuǎn)錄與加工

1、本章簡介2、掌握內(nèi)容講述3、要點回顧4、本章習(xí)題第十一章基因轉(zhuǎn)錄與加工本章介紹了基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄過程及調(diào)節(jié)機(jī)制、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工。重點掌握轉(zhuǎn)錄（生成RNA）的機(jī)制、乳糖操縱子結(jié)構(gòu)及其活性調(diào)節(jié)、mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工。第十一章基因轉(zhuǎn)錄與加工11.1基本概念11.2

原核生物基因轉(zhuǎn)錄11.3

真核生物基因轉(zhuǎn)錄11.4

真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)第十一章基因轉(zhuǎn)錄與加工11.1基本概念一、分子遺傳學(xué)的中心法則

基因表達(dá)、復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的比較二、轉(zhuǎn)錄過程：起始（識別起始位點和開始）、延長、終止三、原核生物RNA聚合酶基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程，轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的第一步，也是基因表達(dá)調(diào)節(jié)的主要控制點

轉(zhuǎn)錄的概念翻譯：由RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過程轉(zhuǎn)錄的概念和DNA的模板鏈和編碼鏈

轉(zhuǎn)錄是在DNA的指導(dǎo)下的RNA聚合酶的催化下，按照堿基配對的原則，以四種NTP為原料合成一條與模板DNA互補(bǔ)的RNA的過程。RNA的轉(zhuǎn)錄從DNA模板的特定位點開始，并在一定的位點終止。此轉(zhuǎn)錄區(qū)域為一個轉(zhuǎn)錄單位。啟動子

終止子模板鏈/無義鏈編碼鏈/有義鏈/非模板鏈非信息區(qū)DNA5′5′3′3′DNA合成（復(fù)制）和RNA合成（轉(zhuǎn)錄）的比較

①.起始位點的識別：σ識別正確的啟動位點(啟動子——一段保守DNA序列位于基因上游，是RNA聚合酶結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的位置，-35區(qū)、-10區(qū)、+1)并形成復(fù)合物,使局部DNA結(jié)構(gòu)松散，打開17bp暴露出DNA模板鏈，有利于RNA聚合酶進(jìn)入轉(zhuǎn)錄泡3’5’+1轉(zhuǎn)錄起始點AACTGTATATTATTGACATATAAT3’5’－35序列

Sextama框－10序列Pribnow框，核心酶結(jié)合位點-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E③.鏈的延長：以NTP為原料和能量,DNA模板鏈為模板，靠核心酶的催化，核苷酸間通過3′,5′-磷酸二酯鍵形成核糖核酸鏈(RNA)②.轉(zhuǎn)錄起始：轉(zhuǎn)錄起始不需要引物，加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，σ亞基就會被釋放脫離核心酶。RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向3′→5′新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈/編碼鏈模板鏈（無義鏈）延長部位④.轉(zhuǎn)錄終止：終止子和ρ因子

終止子：具有一段富含G-C的回文區(qū)域，轉(zhuǎn)錄生成的RNA鏈可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，影響RNA聚合酶的行進(jìn)使轉(zhuǎn)錄終止

ρ因子：當(dāng)RNA聚合酶移動至終止子部位時，ρ因子與其結(jié)合使RNA和DNA分離，轉(zhuǎn)錄終止R

N

A合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點延長階段53RNA

啟動子

終止子5RNA核心酶5353553離開大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——與底物結(jié)合催化聚合反應(yīng)α——與轉(zhuǎn)錄頻率相關(guān)全酶(α2ββ)RNA聚合酶缺乏3′→5′外切酶活性因此無校對功能RNA聚合酶催化的反應(yīng)ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNA合成方向3′

5′-磷酸二酯鍵11.2原核生物基因轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄單位一、E.coli乳糖操縱子

結(jié)構(gòu)、活性調(diào)節(jié)二、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工結(jié)構(gòu)基因：可轉(zhuǎn)錄為RNA的一段DNA序列通常在幾個結(jié)構(gòu)基因上游有一個控制部位，調(diào)節(jié)著結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄速率控制部位和結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)基因不止一個時稱為多順反子操縱子終止子：結(jié)構(gòu)基因末端包含終止信號的DNA序列結(jié)構(gòu)基因、控制部位、終止子共同組成轉(zhuǎn)錄單位操縱子——基因表達(dá)的協(xié)同單位乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因（編碼蛋白質(zhì)，S）控制部位CAP蛋白結(jié)合位點（CRP）啟動子（premotor,P）原核生物酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)

的遺傳機(jī)制

操縱子學(xué)說調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)/阻遏蛋白，I）操縱基因（operator,O）乳

糖

操

縱

子

的

負(fù)

調(diào)

控調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動子OIPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子OImRNAZmRNAYmRNAa

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白+乳糖（無活性）

基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

乳糖

阻遏/調(diào)節(jié)蛋白（有活性）CAP結(jié)合部位乳糖操縱子的正調(diào)控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)

基因關(guān)閉轉(zhuǎn)錄后加工（成熟過程）細(xì)胞內(nèi)由RNA聚合酶合成的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，往往需要一系列的變化才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。此過程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉(zhuǎn)錄后加工。

原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。

rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體的加工原核生物中rRNA前體的加工甲基化作用專一核酸內(nèi)切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶tRNA前體的加工在tRNA剪切酶的作用下，切成一定大小的tRNA分子3’末端加上CCA-OH堿基的修飾11.3真核生物基因轉(zhuǎn)錄真核生物的RNA聚合酶真核生物的轉(zhuǎn)錄：起始、延長、終止轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工真核生物的三種RNA聚合酶的特點RNAPol位置產(chǎn)物相對活性對α-鵝膏蕈敏感性PolⅠ核仁28s,18s,5.8srRNAs50～70%不敏感PolⅡ核質(zhì)hnRNA,mRNA,某些SnRNAs20～40%高度敏感PolⅢ核質(zhì)tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs～10%片段特異，中等敏感真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別

DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)加工mRNAmRNA

RNA聚合酶不相同啟動子不同轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同真核生物中rRNA前體的加工45S真核細(xì)胞mRNA的加工5′

“帽子”PolyA

3′

順反子(cistron)

m7G-5′ppp-mN-3′pAAAAAAA-OH

5′端接上“帽子”(CAP)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核內(nèi)，RNA開始合成時被加入

3′端添加PolyA“尾巴”,細(xì)胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄終止同時進(jìn)行，由PolyA聚合酶催化剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron)化學(xué)修飾、RNA編輯真核細(xì)胞mRNA的加工真核細(xì)胞mRNA的加工真核細(xì)胞mRNA的加工11.4真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

啟動子

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子的作用方式(自學(xué)）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控(自學(xué)）真核生物啟動子可分為核心啟動子和上游啟動子元件真核生物3類RNA聚合酶識別不同啟動子，轉(zhuǎn)錄不同基因p162圖11-16RNA聚合酶和一般轉(zhuǎn)錄因子在核心啟動子上結(jié)合。只能低水平開始轉(zhuǎn)錄；上游啟動子元件和增強(qiáng)子能很大程度提高轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄因子：激活轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)蛋白，一般有兩種活性結(jié)構(gòu)部位，