藥學(xué)分子生物學(xué)

藥學(xué)分子生物學(xué)一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄RNADNA

轉(zhuǎn)錄(transcription)：第2頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白質(zhì)因子RNA合成方向：5'3'第3頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)方向新生RNA復(fù)鏈解鏈編碼鏈（反義鏈）模板鏈（有意義鏈）延長(zhǎng)部位轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：第4頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)原核生物轉(zhuǎn)錄DNA聚合酶在啟動(dòng)DNA鏈延長(zhǎng)時(shí)需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接啟動(dòng)RNA鏈的延長(zhǎng)。原核生物RNA聚合酶能直接與模板DNA的啟動(dòng)序列結(jié)合而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。第5頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、原核生物轉(zhuǎn)錄酶及相關(guān)因子（一）原核生物RNA聚合酶●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子第6頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第7頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對(duì)分子量亞基數(shù)組分功能αrpoA365002核心酶決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄βrpoB1510001核心酶β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多種σ因子，辨認(rèn)起始位點(diǎn)第8頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)σ32σ70辨認(rèn)熱休克基因起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)σ的作用負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始它是酶的別構(gòu)效應(yīng)物，可以極大的提高RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子區(qū)DNA序列的親和力。在某些細(xì)菌內(nèi)含有能識(shí)別不同啟動(dòng)子的σ因子，以適應(yīng)不同生長(zhǎng)階段的要求，調(diào)控不同基因轉(zhuǎn)錄的起始。如大腸桿菌：第9頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物RNA聚合酶的活性，可被某些抗生素特異性的抑制。如抗結(jié)核分枝桿菌藥物利福平或利福霉素專一性的結(jié)合β亞基。第10頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天ρ因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量46kD。ρ因子能結(jié)合RNA，又以對(duì)polyC的結(jié)合力最強(qiáng)。ρ因子還有ATP酶活性和解鏈酶(helicase)的活性。（二）原核生物轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子1.ρ因子：

第11頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.其他因子還有一些蛋白參與、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止。如nusA蛋白協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別某些特征性的終止位點(diǎn)。他們的共性是：所識(shí)別的終止信號(hào)位于新合成的RNA分子中，而并非在DNA模板上。第12頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄的起始（模板識(shí)別、轉(zhuǎn)錄起始）轉(zhuǎn)錄的延伸轉(zhuǎn)錄的終止第13頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5

3

3

5

結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-polRNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為啟動(dòng)子(promoter)。是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位。1.模板的識(shí)別：RNA聚合酶全酶結(jié)合到DNA的啟動(dòng)子上啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄起始：第14頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天●原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)Pribnow41-44bp第15頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識(shí)別的啟動(dòng)子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100第16頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)Probnow盒子啟動(dòng)子

35

10

+1轉(zhuǎn)錄區(qū)5’3’RNA轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)與新生RNA鏈第一個(gè)核甘酸相對(duì)應(yīng)DNA鏈上的堿基。第17頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)Probnow盒子：酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開）第18頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核典型啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)

-35-10轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp第19頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.DNA雙鏈局部解開1.RNA聚合酶與模板結(jié)合。3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程：四磷酸二核苷酸2.原核生物轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程：第20頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第21頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）原核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)●（大腸桿菌）

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；●在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n+NTP

(NMP)n+1+PPi第22頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)方向新生RNA復(fù)鏈解鏈編碼鏈（反義鏈）模板鏈（有意義鏈）延長(zhǎng)部位轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：第23頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5

3

DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中mRNA的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄同時(shí)在進(jìn)行；mRNA轉(zhuǎn)錄尚未完成，翻譯已在進(jìn)行。這種形狀說(shuō)明：第24頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。原核生物（大腸桿菌）依據(jù)是否需要蛋白質(zhì)因子的參與，轉(zhuǎn)錄終止分為：（三）原核生物轉(zhuǎn)錄終止第25頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止Rho因子與RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合后，ρ因子和RNA聚合酶均發(fā)生構(gòu)象變化解螺旋酶活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離第26頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第27頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.非依賴

因子的終止（強(qiáng)終止子－內(nèi)部終止子）終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重對(duì)稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；在終止位點(diǎn)前面有一段由4-8個(gè)A組成的序列，RNA的3’端為寡聚U第28頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)第29頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來(lái)。第30頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理莖環(huán)結(jié)構(gòu)使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；DNA和RNA都要各自形成雙鏈，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物3端多個(gè)連續(xù)的U，促進(jìn)RNA產(chǎn)物從模板鏈脫落。5′pppG53

35RNA-pol第31頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天終止效率與二重對(duì)稱序列和寡聚U的長(zhǎng)短有關(guān)，長(zhǎng)度效率第32頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物原核生物第二節(jié)真核生物轉(zhuǎn)錄第33頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）真核生物RNA聚合酶酶位置轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物相對(duì)活性對(duì)α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁45S-rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA、5S-rRNA、snRNA約10%存在物種特異性真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶特征比較一、真核生物轉(zhuǎn)錄酶及相關(guān)因子第34頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，所有真核生物的RNA聚合酶都有兩個(gè)不同的大亞基和十幾個(gè)小亞基。RNA聚合酶Ⅱ由12個(gè)亞基組成，其最大的亞基稱為RBP1。RNA聚合酶Ⅱ最大亞基的羧基末端有一段共有序列(consensussequence)以羥基氨基酸為主體組成的重復(fù)序列(YSPTSPS)n，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD對(duì)于維持細(xì)胞的活性是必需的。第35頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）真核生物轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段DNA的蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)。1.轉(zhuǎn)錄因子第36頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ第37頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNA聚合酶II與啟動(dòng)子的結(jié)合、啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄需要多種蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。通常包括：可誘導(dǎo)因子或上游因子與增強(qiáng)子或啟動(dòng)子上游元件的結(jié)合；通用轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)子處的組裝；輔激活因子和/或中介子在通用轉(zhuǎn)錄因子/RNA聚合酶II復(fù)合物與可誘導(dǎo)因子、上游因子之間的輔助和中介作用。因子和因子之間互相辨認(rèn)、結(jié)合，以準(zhǔn)確地控制基因是否轉(zhuǎn)錄、何時(shí)轉(zhuǎn)錄。第38頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天為了保證轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，不同基因需不同轉(zhuǎn)錄因子。拼板理論(piecingtheory)

：少數(shù)幾個(gè)反式作用因子（主要是可誘導(dǎo)因子和上游因子）之間互相作用，再與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因?？烧T導(dǎo)因子和上游因子常常通過(guò)輔激活因子或中介子與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶結(jié)合，但有時(shí)也可直接與基本轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶結(jié)合。第39頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)。真核生物的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程也不相同。

第40頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB（一）真核生物轉(zhuǎn)錄起始

POL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化第41頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天PIC的形成TFⅡH使CTD磷酸化第42頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。第43頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天核小體移位

用含核小體結(jié)構(gòu)的DNA片斷作模板，具備酶、底物及合適反應(yīng)條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄中以DNA酶水解法去檢測(cè)，從DNA電泳圖象觀察，能保持約200bp及其倍數(shù)的電泳條帶。核小體解聚

組蛋白中含量豐富的精氨酸發(fā)生了乙酰化，正電荷降低；DNA分子中AMP—ADP—聚ADP，負(fù)電荷減少。而核小體組蛋白－DNA是靠堿性氨基酸提供正電荷和核苷酸磷酸根上的負(fù)電荷來(lái)維系的。第44頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向第45頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）真核生物轉(zhuǎn)錄終止真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，是和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)，是轉(zhuǎn)錄后才加進(jìn)去的。轉(zhuǎn)錄不是在polyA的位置上終止，而是超出數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在讀碼框架的下游，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多的GT序列。這些序列稱為轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄越過(guò)修飾點(diǎn)后，mRNA在修飾點(diǎn)處被切斷，隨即加入polyA尾巴及5’帽子結(jié)構(gòu)。下游的RNA雖然繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，但很快被RNA酶降解。第46頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5------AAUAAA-5

------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)5

5

3

33加尾AAAAAAA······3

hnRNA轉(zhuǎn)錄終止修飾點(diǎn)：AATAAA及相當(dāng)多的GT序列。第47頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天起始：真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(PIC)的組裝。延長(zhǎng)：類似原核生物。（核小體移位和解聚）終止：與轉(zhuǎn)錄后修飾有關(guān)，轉(zhuǎn)錄終止修飾點(diǎn)切斷加尾。真核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程：第48頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA分子是初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物都要經(jīng)過(guò)加工，才能成為具有功能的成熟的RNA。加工主要在細(xì)胞核中進(jìn)行。三、真核生物RNA成熟第49頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天hnRNA:

核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA或非均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA)分子量比mRNA大幾倍、幾十倍；核酸序列實(shí)驗(yàn)mRNA來(lái)自hnRNA，但去掉中間相當(dāng)部分片段；核酸雜交實(shí)驗(yàn)hnRNA與DNA模板完全配對(duì),mRNA與DNA模板部分配對(duì)。1.

mRNA的剪接第50頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物的結(jié)構(gòu)基因由若干編碼區(qū)和非編碼區(qū)相間排列而成，因編碼區(qū)不連續(xù)，稱斷裂基因。

斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，20世紀(jì)70年代提出:第51頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)

分別代表基因的編碼和非編碼序列外顯子在斷裂基因及其初級(jí)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)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。第52頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4的核苷酸突變發(fā)生在內(nèi)含子第53頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天GU—AG法則（chambon法則）：大多數(shù)內(nèi)含子都以GU為5端起始，以AG為3端末尾，5GU……

AG

3稱為剪接接口或邊界序列內(nèi)含子內(nèi)部的部分保守序列也可能參與內(nèi)含子的剪切如：3‘端AG附近有一段富含嘧啶的區(qū)域

5’端有一保守序列GUPuAGU

發(fā)生分叉剪接的核mRNA內(nèi)含子3‘端上游18-50核苷酸處，存在保守區(qū)，其中的A絕對(duì)保守，且具有2’—OH，是參與形成分叉剪接中間物的特定腺嘌呤。（分支點(diǎn)的序列）

第54頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.有利于物種進(jìn)化的選擇2.基因表達(dá)中有調(diào)控功能3.有些內(nèi)含子可編碼酶內(nèi)含子功能第55頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天內(nèi)含子的分類根據(jù)基因的類型和剪接的方式分類：I類：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因中。II類：也存在于線粒體、葉綠體中III類：大多見于mRNA基因中IV類：存在于tRNA基因中自身剪接第56頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體(snRNP)snRNAsnRNA(smallnuclearRNA)1.100-300個(gè)核苷酸組成2.分子中以U含量最豐富以U作分類命名：U1、U2、U4、U5、U63.snRNA與核內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合組成小分子核糖核酸蛋白體（snRNP）作為RNA剪接的場(chǎng)所mRNA的剪接：第57頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天①snRNP與hnRNA結(jié)合成為剪接體第58頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5U4、U5、U6加入,形成完整的剪接體U2、U6形成催化中心第59頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天剪接過(guò)程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)(twicetransesterification)

第60頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.

mRNA5’端“帽子”和3‘端的polyA5’端存在“帽子”結(jié)構(gòu)3‘端的polyA結(jié)構(gòu)第61頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5’端的一個(gè)核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的這種結(jié)構(gòu)稱為帽子（cap）。在5’端加帽第62頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶(SAM)+CH3帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶

Pi第63頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天m7Gppp鳥甘酸轉(zhuǎn)移酶第64頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天帽子結(jié)構(gòu)功能：①能被核糖體小亞基識(shí)別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；②m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉mRNA5’末端，以保護(hù)mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定。核內(nèi)的hnRNA也有帽子結(jié)構(gòu)，因此加帽是在核內(nèi)完成，并且先于mRNA的剪接過(guò)程。第65頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.不依賴DNA模板2.由多聚腺苷酸聚合酶催化，ATP逐個(gè)加上。3.核內(nèi)完成。4.長(zhǎng)度在100-200核苷酸之間也有沒有尾巴結(jié)構(gòu)的mRNA：如組蛋白基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，無(wú)論是初級(jí)的或成熟的，都沒polyA有尾巴前體mRNA在3’端特異位點(diǎn)斷裂并加上多聚腺苷酸尾(polyAtail)第66頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第67頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天維持mRNA模板的活性,增加mRNA模板的穩(wěn)定性。

尾巴結(jié)構(gòu)功能：隨著尾巴的縮短，mRNA的翻譯的活性下降了；當(dāng)mRNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中時(shí)，其polyA尾部常有不同程度的縮短，可見polyA尾巴至少起到某種緩沖作用，可防止核酸外切酶對(duì)mRNA信息序列的降解作用。第68頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）真核前體tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工成熟的tRNA可以局部形成雙鏈，是類似于三葉草結(jié)構(gòu)的。有4個(gè)環(huán)：具有識(shí)別功能的雙氫尿嘧啶環(huán)（DHU)

，含有反密碼序列的反密碼子環(huán)，含4－5個(gè)堿基的可變環(huán)及含有假尿嘧啶的TψC環(huán)。稀有堿基存在于tRNA含量10％－20％。第69頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA16142酵母酪氨酸－tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工第70頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNaseP內(nèi)切酶第71頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天ATPADPtRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶連接酶ATP第72頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：A

I如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）第73頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）真核生物rRNA的成熟轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S豐富基因族基因:染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯(lián)基因單位重復(fù)。每個(gè)基因被不能轉(zhuǎn)錄的基因間隔分開,可轉(zhuǎn)錄片段7-13Kb.rDNA基因間隔基因間隔RNApol-I第74頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（四）RNA編輯(RNAediting)人類apoB基因

mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apoB100（分子量為513000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為250000）mRNA編輯在6666位C脫氨基生成U，原來(lái)CAA變成UAA，翻譯終止，產(chǎn)物為apoB48。這種加工過(guò)程是遺傳信息在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生改變，由一個(gè)基因產(chǎn)生不止一種蛋白質(zhì)。第75頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天RNA編輯的生物學(xué)意義增加了基因產(chǎn)物的多樣性，擴(kuò)大了遺傳信息使生物能更好的適應(yīng)生存環(huán)境。

RNA編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。第76頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天中國(guó)科學(xué)院2001年碩士研究生入學(xué)考試：名詞解釋：Transcription;Reversetranscription第77頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)控第78頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因激活拷貝數(shù)重排甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等轉(zhuǎn)錄起始第79頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始。一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)1.σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性在轉(zhuǎn)錄起始階段，σ因子識(shí)別特異啟動(dòng)序列；不同的σ因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定mRNA、rRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄。第80頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.操縱子模型的普遍性原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位──操縱子（operon）。一個(gè)操縱子只含一個(gè)啟動(dòng)序列（promoter）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過(guò)調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。第81頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)，就會(huì)發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。第82頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA（二）原核生物轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控

——乳糖操縱子第83頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（1）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)

沒有乳糖時(shí)：

I序列在P1啟動(dòng)序列操縱下表達(dá)的阻遏蛋白與O序列結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄起動(dòng)，Z、Y、A基因不能轉(zhuǎn)錄，處于關(guān)閉狀態(tài)。阻遏蛋白2.乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)第84頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)阻遏基因1、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第85頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天

乳糖存在時(shí)：

Lacoperon被誘導(dǎo)表達(dá)。

阻遏蛋白的阻遏作用并非絕對(duì)，偶有阻遏蛋白與O序列解聚、因此每個(gè)細(xì)胞中可能有寥寥數(shù)分子β-半乳糖苷酶、透酶生成。乳糖可經(jīng)過(guò)這數(shù)分子的透酶催化進(jìn)入細(xì)胞，再經(jīng)過(guò)β-半乳糖苷酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘?，半乳糖作為一種誘導(dǎo)劑（inducer)與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象改變，導(dǎo)致阻遏蛋白與O序列解離，而發(fā)生轉(zhuǎn)錄。(異丙基硫代半乳糖苷)半乳糖乳糖阻遏蛋白結(jié)合半乳糖后阻遏蛋白構(gòu)象發(fā)生改變第86頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶圖13-4lac

操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第87頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)（2）CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第88頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。如無(wú)CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。其表達(dá)既需要乳糖存在又需要缺乏葡萄糖。第89頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天大腸桿菌中存在三種轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制：

1、依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止：它需要RNA聚合酶和Rho因子的共同參與。（常見噬菌體）

2、不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止：它只需要RNA聚合酶而不需要其他蛋白質(zhì)成分的參與。

3、衰減子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)機(jī)制（常見于色氨酸操縱子）

（三）原核生物轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控第90頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)大腸桿菌色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,也是研究得最清楚的操縱子,結(jié)構(gòu)基因依次排列為trpEDCBA。他們編碼的酶類催化從分支酸合成色氨酸的一系列反應(yīng)：

trpE和trpD編碼鄰氨基苯甲酸合酶,trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶,trpA和trpB分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基。第91頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第92頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）阻遏蛋白的調(diào)控作用：合成色氨酸所需要酶類的基因頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動(dòng)子Ptrp和操縱子O的調(diào)控，調(diào)控基因trpR的位置遠(yuǎn)離P-O-結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動(dòng)子作用下，以組成性方式低水平表達(dá)其編碼調(diào)控蛋白R(shí)，R并沒有與O結(jié)合的活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時(shí)，R與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與O特異性親和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。2.色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制第93頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄的衰減調(diào)節(jié)trp操縱子中的L前導(dǎo)序列，可轉(zhuǎn)錄出mRNA前導(dǎo)序列。前導(dǎo)序列內(nèi)含4個(gè)短序列，按次序稱為序列1、序列2、序列3及序列4。序列1轉(zhuǎn)錄后立即翻譯成含10、11位兩個(gè)Trp殘基的14氨基酸短肽，稱作前導(dǎo)肽(1eaderpeptide)，細(xì)菌中轉(zhuǎn)錄可與前導(dǎo)肽翻譯過(guò)程偶聯(lián)進(jìn)行。第94頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)Trp濃度高，供應(yīng)充足時(shí)，此前導(dǎo)肽翻譯順利進(jìn)行，核蛋白體迅速通過(guò)序歹U1并覆蓋序列2，此時(shí)mRNA前導(dǎo)序列3，端的序列3、4可形成一個(gè)不依賴P因子的莖—環(huán)樣終止結(jié)構(gòu)——衰減子結(jié)構(gòu)，使RNA聚合酶脫落，停止轉(zhuǎn)錄。反之，當(dāng)Trp缺乏時(shí)，沒有色氨酰—tRNA供給，含Trp前導(dǎo)肽翻譯阻斷，核蛋白體停止在Trp密碼子前，序列2與序列3形成發(fā)夾，從而阻止了序列3、4形成衰減子結(jié)構(gòu)，RNA轉(zhuǎn)錄持續(xù)進(jìn)行。第95頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰減子attenuator

[莖環(huán)結(jié)構(gòu)緊接約6個(gè)U]uuuuuu第96頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天第97頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天trp操縱子受阻遏蛋白和衰減子兩種調(diào)節(jié)機(jī)制控制。阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控起到粗調(diào)的作用，而衰減子起到細(xì)調(diào)的作用。細(xì)菌其它氨基酸合成系統(tǒng)的許多操縱子(如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等操縱子)中也有類似的衰減子存在。第98頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控兩大類：瞬時(shí)調(diào)控（可逆性調(diào)控）發(fā)育調(diào)控（不可逆性調(diào)控）第99頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.RNA聚合酶

真核RNA聚合酶有三種：RNAPoLⅠ、Ⅱ、Ⅲ，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄Ⅰ--45SrRNA，Ⅱ--hnRNA，Ⅲ--5srRNA、tRNA、snRNA

每種RNA聚合酶約有10種亞基，TATA盒結(jié)合蛋白（TBP)為三種酶所共有，對(duì)mRNA來(lái)說(shuō)TFⅡD起核心作用，TFⅡD是一種由TBP和TBP相關(guān)因子TAF(TBP-associatedfactor)組成的多蛋白質(zhì)復(fù)合物，TBP相關(guān)因子對(duì)傳遞上游激活序列（UAS）的信息至關(guān)重要。（一）真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的特點(diǎn)第100頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化1)對(duì)核酸酶敏感活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。第101頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天2)DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向3)DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，常發(fā)生在5＇側(cè)翼區(qū)的CpG序列（稱CpG島）甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。第102頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天4)組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低，即H1樣組蛋白減少。②H2A,H2B二聚體不穩(wěn)定性增加③組蛋白修飾。H3、H4乙?；?，磷酸化。組蛋白修飾對(duì)于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個(gè)平臺(tái)。這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼”的假說(shuō)。第103頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的結(jié)合足可阻斷RNA聚合酶的結(jié)合，因此同時(shí)采用幾個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件一般不會(huì)改變特異性；相反，如果采用多種正性調(diào)節(jié)元件、正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性和精確性。采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒有活性的；只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時(shí)，相關(guān)靶基因即可被激活。第104頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）真核生物轉(zhuǎn)錄前調(diào)控1.染色體結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響（核小體）2.DNA的修飾（少甲基化）第105頁(yè),共118頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)1.真核生物轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控（1）順式作用元件：通過(guò)啟動(dòng)