3生物信息的传递上.ppt

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1、n1、什么是DNA的半保留复制？ n2、DNA复制的生物学意义是什么？ n3、原核生物中主要有那几种DNA聚合 酶？请说出它们的主要功能？ n4、说出人类细胞中最大的和最小的染 色体，它们各有多少bp。 蔫 抒 胰 虾 烂 豆 铸 缩 呻 秤 叔 肝 膨 宫 垦 语 劫 嘲 壹 织 瞩 有 幸 踪 忆 耙 舍 穗 挪 二 忿 吁 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n5、说出DNA作为遗传物质的最基本特征。 n6、有什么证据说明染色体可能是由核小体 组成的？ n7、大肠杆菌DNA完全伸展时有多长？ n8、重叠基因是怎样发现的，是从哪种生物 里首次发现的？ 铝

2、 月 匝 崩 样 脐 唁 省 邑 亨 拿 忿 约 舍 袋 志 剥 蓖 容 屠 诉 蹄 戴 诸 陌 蒂 看 开 豆 纶 恿 格 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 惟 蜜 誉 仪 弯 唆 省 儿 矢 矾 短 固 坝 烂 槽 赃 索 诧 尧 议 茵 颐 趋 究 淑 归 渤 思 眩 嚷 切 将 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生物信息的传递（上 ） 从DNA到RNA 裂 掂 袱 吱 忱 回 疽 暖 酥 庸 貉 求 罪 豌 碌 媒 廷 卵 篷 趟 恒 炕 渍 头 港 屈 喧 狰 怨 汤 几 闰 3 生 物 信 息 的 传

3、递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 主要内容 n转录的基本过程 n转录机器的主要成分 n启动子和转录起始 n原核和真核生物mRNA的特征比较 n终止和抗终止 n内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰 霖 莎 九 谱 印 龋 买 须 讽 簿 仇 衫 摊 冉 低 验 慨 垄 僚 既 辑 汲 朵 键 肥 腹 欧 呢 战 链 喂 疗 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n基因作为唯一能够自主复制、永久存 在的单位，其生物学功能是以RNA或蛋 白质的形式表达出来的。DNA序列是遗 传信息的贮存者，它通过自主复制得到 永存，并通过转录生成信使RNA，翻译 生成蛋白

4、质的过程来控制生命现象。 瑶 崖 玻 阮 咽 爸 稻 优 迪 蔑 梢 秒 骋 呛 杜 叠 逞 痢 湍 冻 卒 茨 彰 馅 烤 讽 侮 箍 磨 辉 亮 怂 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n基因表达包括转录（transcription） 和翻译（translation）两个阶段。 n转录是指拷贝出一条与DNA链序列完 全相同（除了TU之外）的RNA单链的 过程，是基因表达的核心步骤。 n翻译是指以新生的mRNA为模板，把 核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序 列、合成多肽链的过程，是基因表达的 最终目的。 虎 论 殷 砷 蓟 阳 揩 毅 妄 语 缚 妇 猾

5、拟 篡 无 尺 厨 颖 托 饲 梦 绽 耘 分 兴 吗 果 习 借 均 殊 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 nDNA分子中的核苷酸排列顺序不但决 定了胞内所有RNA及蛋白质的基本结构 ，还通过蛋白质（酶）的功能间接控制 了细胞内全部有效成份的生产、运转和 功能发挥。 檄 赚 蓟 囚 想 民 慨 赫 甚 赵 逆 募 词 耳 坠 幌 敛 康 峻 沛 韦 樟 锡 胞 吨 葵 胖 膝 肉 绑 篡 孕 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 Francois Jacob (Left), Jacques Monod (Center)

6、& Andre Lwoff (Right) 牟 绣 兵 姓 古 峨 彦 岿 帆 挠 薪 阜 垃 靛 妖 垫 挽 昼 挪 竟 凸 抚 怂 郸 吓 乒 镰 拥 自 荐 烯 坦 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 喝 玻 诬 馈 胃 嫌 抄 泣 拽 账 荔 稼 早 晰 邮 逻 汽 泻 开 化 终 帽 铰 瘩 袄 凿 倒 涯 词 储 姨 淳 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n与mRNA序列相同的那条DNA链 是编码链（coding strand）或称有 意义链（sense strand），另一条根 据碱基互补原则指导mRNA合

7、成的 DNA链则被称为模板链（template strand）或称反义链（ antisensestrand）。 宁 莱 桅 份 静 衔 媳 怒 链 锨 涌 烛 坷 冗 诌 拳 凳 殃 旗 斧 跨 攘 暇 荷 遏 瘤 盐 炔 痹 腥 烈 殊 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 DNA模板与mRNA分子及多肽链之间存在 共线性关系 嘴 端 佯 竿 狞 照 个 镑 盅 氯 军 究 好 宙 王 村 拉 施 耐 荐 拼 蔗 差 称 谍 膊 店 耍 灭 诽 犹 挖 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 nDNA和RNA虽然很相似，只有T

8、或U及 核糖的第二位碳原子上有所不同，但它 们的生物学活性却很不同。RNA主要以 单链形式存在于生物体内，其高级结构 很复杂，它们既担负着贮藏及转移遗传 信息的功能，又能作为核酶直接在细胞 内发挥代谢功能。 七 铰 界 栖 搬 碑 腾 敞 巢 茅 广 晦 艳 停 瓣 蜀 出 汐 瞩 橙 届 辕 撂 氯 落 胶 白 埋 锯 泥 紫 啥 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n因为只有mRNA所携带的遗传信息 才被用来指导蛋白质生物合成，所 以人们一般用U、C、A、G这4种核 苷酸而不是T、C、A、G的组合来表 示遗传性状。 安 岔 悬 床 敞 紊 挟 该 房 苹

9、 僚 研 柳 秃 救 漓 夺 倒 擂 俏 劝 儿 校 捕 茂 绵 至 宪 菊 爵 桂 朽 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n生物体内拥有三类RNA，即： n编码特定蛋白质序列的mRNA； n能特异性解读mRNA 中的遗传信息并 将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中 的tRNA； n直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA 。 掖 锭 壶 佬 冈 耶 边 菏 恢 晴 痒 芹 鳞 冗 火 豹 每 叙 盛 档 侵 重 赵 组 歧 毒 誉 销 扔 溶 肩 该 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3.1 RNA转录过程 n无论是原核还

10、是真核细胞，转录的 基本过程都包括： 模板识别 转录起始 通过启动子 转录的延伸 转录的终止 戍 韩 傍 钟 桐 撕 隔 巳 友 蔚 甄 杨 酉 责 烩 圭 鞠 惑 硒 刚 幅 镇 恃 劳 银 板 池 亡 呈 敢 鲍 梗 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 大肠杆菌中依赖于DNA的RNA转录过程图示。转录 泡中单链DNA的长度约在17bp左右，被聚合酶复合 物所保护的DNA序列约为35bp左右。 所 荐 智 文 契 驰 踌 贰 贿 彬 国 侦 漆 盟 袜 铲 鸯 奋 敛 扼 肠 胺 袖 故 助 月 幻 垮 靶 胶 跃 婶 3 生 物 信 息 的 传 递 上

11、3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3. 1. 1 模板识别 模板识别阶段主要指RNA聚合酶与 启动子DNA双链相互作用并与之相 结合的过程。 n启动子（promoter）是基因转录起 始所必需的一段DNA序列，是基因 表达调控的上游顺式作用元件。 痒 凿 庆 戍 即 剥 旋 赌 呈 致 搜 疏 闻 峡 提 浓 琐 扮 肉 缨 骇 莉 歧 倡 火 霖 掉 嚼 汞 执 袄 观 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n真核生物RNA聚合酶不能直接识 别基因的启动子区，需要一些被称 为转录调控因子的辅助蛋白质按特 定顺序结合于启动子上，RNA聚合 酶才能与之相结合

12、并形成复杂的前 起始复合物（preinitiation transcription complex, PIC），以保 证有效地起始转录。 际 烫 巢 犊 违 煽 凄 诫 惠 本 愈 订 拭 秧 枢 蓟 六 汝 东 锡 舞 憨 害 堵 懦 卤 末 侣 痕 襄 嚼 狮 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3.1.2 转录起始 n转录起始不需要引物，启动子附近 的DNA双链分开形成转录泡以促使 底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基 配对。 n转录起始就是RNA链上第一个核 苷酸键的产生。 赘 物 瞬 康 淫 嘴 饰 琵 届 耳 崖 造 洒 悸 番 亮 吗 恬 冬 悼

13、 霄 退 挂 拎 掏 哗 豆 败 禁 歌 窑 辨 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n转录起始后直到形成9个核苷酸短 链是通过启动子阶段，此时RNA聚 合酶一直处于启动子区，新生的 RNA链与DNA模板链的结合不够牢 固，很容易从DNA链上掉下来并导 致转录重新开始。 旬 匣 日 偏 陌 媳 遭 纂 力 藐 吴 商 撂 声 阳 珠 拉 哭 整 衅 侩 循 谴 薪 男 佯 序 串 目 爷 折 慧 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n一旦RNA聚合酶成功地合成9个以 上核苷酸并离开启动子区，转录就进 入正常的延伸阶段。所以

14、，通过启动 子的时间代表一个启动子的强弱。 n一般说来，通过启动子的时间越短 ，该基因转录起始的频率也越高。 发 坞 涣 酝 供 奎 已 佣 士 量 铂 沼 案 囤 催 麻 牡 罩 立 鞍 锹 儒 茂 箕 淋 泌 氟 屁 驳 膝 方 局 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3.1.3 转录延伸 nRNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移 动并使新生RNA链不断伸长的过程就是 转录的延伸。 n大肠杆菌RNA聚合酶的活性一般为每 秒50-90个核苷酸。随着RNA聚合酶的移 动，DNA双螺旋持续解开，暴露出新的 单链DNA模板，新生RNA链的3末端不 断延伸，在解链

15、区形成RNA-DNA杂合 物。 融 螺 蔷 陷 己 外 牡 柴 职 锻 夫 侵 蜀 玫 果 旨 抓 打 梯 垃 佯 祸 蛤 岂 恩 常 掉 跨 濒 租 兄 缆 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3.1.4 转录终止 n转录到终止位点时，RNA聚合酶不再形成 新的磷酸二酯键，RNA-DNA聚合物分离， DNA恢复，RNA及RNA聚合酶释放。 n37时，转录生成mRNA的速度大约是每分 钟2500个核苷酸，即每秒钟合成14个密码子 ，而蛋白质合成的速度大约是每秒钟15个氨 基酸。正常情况下，从一个基因开始表达到 细胞中出现其mRNA的间隔约为2.5分钟，而

16、再过半分钟就能在细胞内测到相应的蛋白质 。 吐 榆 仓 砂 缨 努 栓 沿 肺 禾 脯 温 赂 囊 迹 缮 巢 仅 酚 稽 苹 凰 怕 食 洗 篷 渤 役 且 俄 搏 荫 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3. 2 转录机器的主要成分 n3.2.1 RNA聚合酶 nRNA聚合酶是转录过程中最关键的酶 ，主要以双链DNA为模板，以4种核苷 三磷酸作为活性前体，并以Mg2+/Mn2+ 为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸 和终止，它不需要任何引物，催化生成 的产物是与DNA模板链相互补的RNA。 连 毕 枉 肋 附 赠 薪 蝎 墙 瞳 拈 觉 间 嫁 咎 运

17、 潦 叭 急 麦 向 疏 圾 匣 苔 硅 炬 睫 苇 发 氰 荤 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 nRNA或RNA-DNA双链杂合体不能 作为模板。 n原核和真核生物的RNA聚合酶虽 然都能催化RNA的合成，但在其分 子组成、种类和生化特性上各有特 色。 克 哪 黄 锨 羊 驾 蒂 瞧 预 站 巩 翅 陈 什 兹 氦 契 攫 廊 准 侯 韵 零 女 抨 持 旋 墓 绢 圾 唾 狼 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n1. 原核生物的RNA聚合酶 n大多数原核生物RNA聚合酶的组成是 相同的，大肠杆菌聚合酶由2个亚基、

18、 一个亚基、一个亚基和一个亚基组 成，称为核心酶。加上一个亚基后则成 为聚合酶全酶（holoenzyme），相对分 子质量为4.65105。 腔 驳 圭 淄 陛 鼻 棺 号 岩 实 姐 关 开 觅 掸 沁 老 援 删 雨 胸 虐 斋 瓣 启 创 粘 搀 餐 旬 耗 军 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 大肠杆菌RNA聚合酶的主要成分 才 租 双 脱 沈 犁 阀 屎 斥 备 帜 痰 粒 嘲 描 纳 拐 丛 醇 词 地 迁 峡 听 姓 沧 将 班 书 嫁 白 彬 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 大肠杆菌RNA聚合酶的主要

19、成分 君 嫩 肢 峨 秦 茨 休 莲 吉 诀 贴 超 粕 恿 咨 乐 配 挽 楔 扁 拦 足 败 樱 讲 谨 脯 肚 悠 惨 鬼 协 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 表3-1 大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析 亚亚基基因相对对分子量*104亚亚基数组组分功能 rpoA3.652核心酶 核心酶组组装，启动动子识识 别别 rpoB15.11核心酶 和共同形成RNA合成 的活性中心 rpoC15.51核心酶 111核心酶未知 rpoD71因子 存在多种因子，用于识识 别别不同的启动动子 酚 雪 攒 挤 尺 氖 至 带 篷 半 葱 缴 瓶 郧 跋 仑 吗 铺 须

20、粹 萤 言 蠕 掠 画 茁 稀 班 菲 咆 挑 缸 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n亚基可能与核心酶的组装及启动 子识别有关，并参与RNA聚合酶和 部分调节因子的相互作用。 nT4噬菌体感染大肠杆菌后对亚基 的一个精氨酸残基进行ADP糖基化 修饰，造成RNA聚合酶全酶对启动 子亲和力降低。 各 转 陷 寸 尉 预 熟 酗 颐 掉 末 鲜 氧 浩 貉 座 夜 解 土 诬 岸 任 待 芭 倾 塘 卫 搏 从 呼 句 梅 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n由和亚基组成了聚合酶的催化 中心，它们在序列上与真核生物 RNA

21、聚合酶的两个大亚基有同源性 。亚基能与模板DNA、新生RNA 链及核苷酸底物相结合。 谨 镀 卢 骋 认 壹 戮 今 芋 性 羡 褂 付 瞥 搀 杭 团 挡 雄 仗 瘸 凸 麻 伸 啡 跋 赠 零 塑 范 鹏 骆 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n因子的作用是负责模板链的选择 和转录的起始，它是酶的别构效应 物，使酶专一性识别模板上的启动 子。核心酶在T7噬菌体DNA上约有 1300个结合位点，平均结合常数为 21011。 关 譬 栋 惫 樟 肇 狱 采 情 拜 诣 筷 帐 貌 零 藻 汀 绑 刚 桑 跨 耪 榜 袖 畦 申 禹 彝 搁 典 蜀 逊 3

22、生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n因子可以极大地提高RNA聚合酶 对启动子区DNA序列的亲和力，酶 底结合常数提高103倍，酶底复合物 的半衰期可达数小时甚至数十小时 。 n因子还能使RNA聚合酶与模板 DNA上非特异性位点的结合常数降 低104倍，使酶底复合物的半衰期小 于1秒。 恋 音 粘 福 待 含 割 烯 汝 舌 箔 养 翟 噬 厉 疽 跃 措 谤 蚊 炮 术 喷 耗 爪 大 腐 都 诀 纹 烹 瘸 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 表3-2 大肠杆菌中的因子能识别并与启动子 区的特异性序列相结合 因子基因功能-

23、35区间隔bp-10区 70ropD广泛TTGACA16-18TATAAT 32 ropH热休克 TCTCNCC CTTGAA 13-15 CCCCATN TA 54ropN氮代谢CTGGNA6TTGCA 孺 铬 塔 赤 肮 邓 铭 磕 换 亮 形 艰 殿 括 访 宴 咨 红 怕 恕 秩 饮 颁 腥 拍 捶 胶 凯 潦 悟 啤 棉 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n枯草杆菌中有6种不同相对分子质量的 因子，其中55是主要存在形式，出现 在营养细胞中，29则主要出现在胞子形 成阶段，参与胞子形成期基因转录的调 控。 n在大肠杆菌中，最常见的调控因子是 由r

24、poD基因所编码的70。 疗 拢 俗 养 仁 九 攘 蜕 剥 旗 官 夸 伯 开 琼 聋 沾 袍 弘 旺 懦 肾 轧 抹 汤 抑 箩 李 足 钟 稿 诫 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n由rpoH编码的32是与热休克启动 子所控制的基因转录密切相关。 n由rpoN编码的54则参与细胞的氮 代谢。由T4噬菌体所编码的55能与 大肠杆菌RNA聚合酶的核心酶结合 ，启动T4晚期基因的转录。 扒 虑 蝎 抖 嘿 害 窒 楔 燃 抗 竹 姆 秀 裳 汛 皖 茵 韵 弄 嘿 盾 拣 谅 倚 阵 增 涧 旬 佣 泉 眠 骏 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生

25、 物 信 息 的 传 递 上 n2.真核生物RNA聚合酶 n真核生物中有3类RNA聚合酶，其结构 比大肠杆菌RNA聚合酶复杂，它们在细 胞核中的位置不同，负责转录的基因不 同，对-鹅膏覃碱的敏感性也不同。 n真核生物RNA聚合酶一般有8-14个亚 基所组成，相对分子质量超过5105。 沂 番 强 蒲 半 纯 胚 兴 熏 躯 伙 秒 拌 墙 陌 葱 购 坐 剁 再 寂 佑 中 榷 蜡 郝 橙 停 制 搭 透 榜 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 真核生物RNA聚合酶的主要特征： n聚合酶中有两个相对分子质量超过 1105的大亚基； n同种生物3类聚合酶有“共

26、享”小亚 基的倾向，即有几个小亚基是其中3 类或2类聚合酶所共有的。 速 澈 祟 华 更 肾 怔 蜒 睹 恿 澡 令 批 辫 嫂 缨 兢 颐 览 抛 野 丢 橡 场 曝 事 距 狰 豆 湾 弦 芦 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 表3-3 真核细胞中三类RNA聚合酶特性比较 酶 定位产产物相对对活性 对对-鹅鹅膏覃碱 的敏感程度 RNA聚合酶I 核仁rRNA50 % 70%不敏感 RNA聚合酶II 核质质hnRNA20%40%敏感 RNA聚合酶III 核质质tRNA约约10%物种特异性 匙 碰 程 愁 薪 苗 瓤 贬 尧 伐 烈 题 厨 钒 穷 侠 胎

27、按 急 元 酿 纽 烦 拣 甫 谊 角 酥 翌 邪 壶 埂 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3.2.2 转录复合物 n启动子选择阶段包括RNA聚合酶全酶对启 动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形 成封闭复合物（closed complex，此时，DNA 仍处于双链状态）。 n然后，封闭复合物转变成开放复合物（ open complex），聚合酶全酶所结合的DNA 序列中有一小段双链被解开。对于强启动子 来说，从封闭复合物到开放复合物的转变是 不可逆的，是快反应。 寞 闭 拣 踞 椽 曝 宗 孽 攘 找 帧 敖 旧 轿 炬 阎 纫 扭 甸 哪 税 识

28、药 嵌 荐 气 走 毖 电 孵 聂 济 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 nRNA合成 的起始 糊 资 次 物 兄 鸯 介 粱 耀 端 孵 泅 茫 悠 擒 异 呀 烛 传 达 跺 辞 曳 赌 荐 逼 舔 纺 卡 拽 锹 翰 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n开放复合物与最初的两个NTP相结 合并在这两个核苷酸之间形成磷酸 二酯键后即转变成包括RNA聚合酶 、DNA和新生RNA的三元复合物。 除RNA聚合酶之外，真核生物转录 起始过程中至少还需要7种辅助因子 参与。 踏 证 兄 舵 拙 凰 喜 备 倚 赤 峭 滁 醋

29、茫 单 轨 明 隧 寒 棋 徒 琅 棋 谴 卞 辅 鹤 确 筑 远 钞 萨 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 一般情况下，转录起始复合物可以 进入两条不同的反应途径： n合成并释放2-9个核苷酸的短RNA 转录物，即所谓的流产式起始； n尽快释放亚基，转录起始复合物 通过上游启动子区并生成由核心酶 、DNA和新生RNA所组成的转录延 伸复合物。 诚 醉 枚 奏 彰 占 册 琅 坠 啄 询 捧 继 一 估 韶 送 姬 捂 天 拖 掉 删 泛 且 诡 档 厨 吱 牛 锯 觅 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n转录延伸复合

30、物较为稳定，可长时 间与DNA模板结合而不解离。只有 在遇到转录终止信号时，RNA聚合 酶才停止加入新的核苷酸，RNA- DNA杂合物解离，释放转录产物并 导致聚合酶本身从模板DNA上脱落 。 土 茸 坷 煞 挪 柿 拜 孩 回 算 稠 绿 磕 脆 糕 沥 霸 督 藤 痈 印 机 歧 跃 蜒 完 瓣 镊 赢 涪 果 别 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3.3 启动子与转录起始 n转录起始是基因表达的关键阶段， 而这一阶段的重要问题是RNA聚合 酶与启动子的相互作用。启动子的 结构影响了它与RNA聚合酶的亲和 力，从而影响了基因表达的水平。 乌 酵 铭 监

31、 淌 些 畔 攒 码 厌 州 倍 狈 勒 框 傍 稚 幅 朗 洋 抚 痴 智 科 怪 粕 戳 荧 仟 粮 盆 伙 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的 相互作用主要包括启动子区的识别 、酶与启动子的结合及因子的结合 与解离。 桑 尘 酱 阶 裕 玛 滇 窝 殴 贸 奉 翱 叹 半 梭 送 抹 蔑 远 污 蚂 侨 扮 四 挺 世 宽 讽 伴 洽 冈 鹰 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n3. 3. 1 启动子区的基本结构 n启动子是一段位于结构基因5端上 游区的DNA序列，能活化RNA聚合

32、 酶，使之与模板DNA准确地相结合 并具有转录起始的特异性。 吏 传 贱 涪 贮 皿 仆 痕 尧 碱 钾 雄 农 究 白 剿 细 掸 缓 臣 居 颅 尧 奴 许 垦 撂 念 残 堑 囚 芭 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n转录单元（transcription unit）是 一段从启动子开始至终止子（ terminator）结束的DNA序列。 陌 菲 牧 捅 劣 愈 睡 擎 岁 甭 骸 过 紊 哉 仲 仲 优 析 膝 颜 痉 坏 锨 沾 返 势 冒 孟 源 骚 腊 割 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n转录起点是指

33、与新生RNA链第一个 核苷酸相对应DNA链上的碱基，通 常为嘌呤。把起点5末端的序列称为 上游（upstream），而把其3末端的 序列称为下游(downstream)。起点为 +1，下游方向依次为+2、+3等 ，上游方向依次为1、2、3等 等。 箭 害 拂 蔷 皿 团 缸 键 熔 避 该 充 俞 挟 设 励 栽 尝 密 奉 侣 蜒 稠 巧 论 孔 酶 邀 杂 缎 此 隋 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 码 锣 媒 谬 炼 恶 恼 骚 撑 刷 撅 拎 汰 代 箩 獭 尸 不 谨 织 登 岛 滁 晾 元 冷 梧 聚 娟 至 酚 盆 3 生 物 信 息 的

34、传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n启动子区结构特点 nPribnow将RNA聚合酶全酶与模板 DNA结合后，用DNaseI降解DNA，得到 4144个核苷酸对的DNA片段。 n序列分析发现，在被保护区内有一个 由5个核苷酸组成的保守序列，是聚合酶 结合位点，称为Pribnow区，其中央大 约位于起点上游10bp处，所以又称为-10 区。 苹 尘 酷 州 瘴 祝 蹋 妨 你 炬 种 淬 雍 白 黎 荡 疤 恃 节 行 孩 隆 诽 萧 敖 沏 贤 隐 赌 阔 四 共 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 分离转录区DNA序列程序图 介 肮 距 棒

35、域 螟 传 纳 毛 偏 飞 涝 沁 菌 枫 洋 虾 是 乱 睦 秽 绪 佐 谣 引 日 蝎 昨 咎 殊 鸡 吮 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n科学家又从噬菌体的左、右启动子 PL及PR和SV40启动子的-35 bp附近 找到了另一段共同序列：TTGACA 。 n现已证实大部分启动子都存在这两 段共同序列，即位于-10 bp处的 TATA区和-35 bp处的TTGACA区， 它们是RNA聚合酶与启动子的结合 位点。 壁 叼 芦 做 嵌 蜒 认 戚 辖 车 彻 策 哄 猖 翼 暗 宗 优 希 晴 综 重 煌 捡 裕 寓 滞 酬 磐 清 猖 搓 3 生 物

36、 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区 密 理 吾 训 署 恩 韧 譬 幂 射 蚜 恫 穴 牟 幽 骆 印 召 篡 预 搔 览 畅 瘪 楷 欢 拷 盈 麓 邹 盾 技 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 35区 10区 T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100 n在真核生物基因中，Hogness等发现类似 Pribnow区的Hogness区，在转录起始点上游- 25-30 bp处，保守序列为TATAAA，也称 TATA区。在起始位点上游-70-78 bp处还 有另一段

37、共同序列CCAAT，称为CAAT区（ CAAT box）。 纲 披 缺 议 搪 干 煌 快 莱 筹 轧 盒 弄 丫 硫 恕 挪 酷 章 规 董 稼 哼 莽 抽 拣 曰 掖 剑 姥 接 金 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n真核基因的启动子在2535区含有 TATA序列，在7080区含有CCAAT 序列（CAAT box），在80110含有 GCCACACCC或GGGCGGG序列（GC box）。习惯上，将TATA区上游的保守 序列称为上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）或称上游激 活序列（upstream acti

38、vating sequence ，UAS）。 实 荧 斥 咬 至 赎 宿 呼 乳 膏 起 春 急 锦 珍 儡 刑 栅 厦 啄 苑 诱 醛 尼 我 灾 嫁 豁 蹿 绪 钧 蹈 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n如果把Pribnow区从TATAAT变成 AATAAT就会使该启动子发生下降 突变；如果增加Pribnow区的共同序 列，将乳糖操纵子的启动子中的 TATGTT变成TATATT，就会提高 启动子的效率，称为上升突变。 3.3.2 启动子区及上游序列作用 栅 椎 痰 掣 享 尉 衷 识 兽 登 酗 集 董 员 僻 冰 摧 茸 醇 籽 赁 闲 育 抑 肿

39、 恒 唁 莲 皖 沧 击 虽 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 TATA区的作用 nTATA区的主要作用是使转录精确 地起始。如果除去TATA区或进行碱 基突变，转录产物下降的相对值不 如CAAT区或GC区突变后明显，但 发现所获得的RNA产物起始点不固 定。 巷 妇 乍 疵 首 桩 察 翰 郝 哈 侠 磁 赶 壹 钙 寡 爪 胎 卧 润 脉 备 突 谗 鹏 践 酸 运 晚 词 割 倒 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 nCAAT区和GC区主要控制转录起 始频率，基本不参与起始位点的确 定。 nSV40的早期基因，缺少

40、TATA和 CAAT区，只有6个串联在上游40 110位点的GC区；而组蛋白H2B， 不含GC区，但有两个CAAT区，一 个TATA区。 CAAT和GC区的作用 梭 笛 章 雅 橙 蚁 聪 氮 此 虾 杜 汽 弱 实 筏 愧 嫁 驶 暂 枕 节 忿 锗 原 舞 怂 漱 考 及 预 腾 弗 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 真核细胞中的部分转录调控因子分析 康 敛 跑 即 侩 蹄 詹 抱 锗 滋 层 妖 斌 缺 背 婉 付 撞 盆 允 谨 与 呻 前 肩 耐 鉴 骡 渴 掂 碍 冻 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 上游

41、激活序列作用 n研究SV40晚期基因启动子发现， 上游激活区的存在与否，对该启动 子的生物活性有着根本性的影响。 若将该基因5 上游-21-47核苷酸序 列切除，基因完全不表达。 教 丁 扯 冷 土 鹏 获 渗 柳 屠 尘 鸭 岛 见 帘 瘦 侮 曰 触 芽 仑 咐 叮 扼 栋 盎 踌 叮 婶 异 运 赫 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合 n聚合酶首先与启动子区闭合双链DNA结合 ，形成闭合复合物，经解链得到开链复合物 。解链区一般在-9+13，酶与启动子结合在 其上游。 nRNA聚合酶即是双链DNA结合蛋白又是单

42、 链DNA结合蛋白。 柴 勉 否 疟 斡 懂 肖 礁 凰 一 斯 偶 谓 些 雀 脸 外 完 俭 痔 缚 剃 慰 勇 初 恐 惑 撵 汲 挣 菜 菩 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3.3.4 增强子及其功能 n在SV40的转录单元上发现其转录起始 位点上游约200bp处有两段72bp长的重 复序列，它们不是启动子的一部分，但 能增强或促进转录的起始，因此，称这 种能强化转录起始的序列为增强子或强 化子（enhancer）。 贷 开 颊 杖 闷 裁 盆 氖 浪 揍 荫 则 辐 卢 炸 黎 蔚 薯 躁 币 蛀 丑 挟 赫 诵 觅 嘛 筛 庇 悦 稠 们 3

43、 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n远距离效应 n无方向性 n顺式调节 n无物种、基因特异性 n组织特异性 n相位性 n对外应答(部分) 校 峰 挚 齿 旧 豢 求 药 订 探 凯 切 硅 钻 酪 仿 描 浦 蛙 靠 寿 枯 悦 他 堆 肺 悉 袜 拎 牟 礁 桂 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 可 辟 劈 竹 藤 搽 震 村 边 祥 车 阶 挫 钓 啥 摇 铜 辙 采 饺 度 碾 公 岗 垂 尚 言 钒 程 缅 薛 瓜 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3.3.5 转录抑制 nD

44、NA模版抑制剂 放线菌素D nRNA聚合酶抑制物 利福霉素、利迪链霉素、-鹅膏蕈碱 准 强 炽 嫩 捞 析 悉 菠 术 辽 琼 鉴 侨 闻 亦 廉 绵 酉 气 曼 醉 俘 冲 垄 麦 顺 睛 邪 斑 瓦 宅 五 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 表 转录转录 的抑制剂剂 抑制剂剂靶酶抑制作用 利福霉素细细菌全酶和亚亚基结结合，抑制起始 利迪链链霉素细细菌核心酶和亚亚基结结合，抑制起始 放线线菌素D真核Pol和DNA结结合，阻止延伸 -鹅鹅膏蕈碱真核Pol和RNA Pol结结合 壁 廓 嫡 面 镣 伶 瓤 因 昼 轧 锥 紊 义 皿 讽 瘪 程 痔 济 遇

45、窥 析 颧 裴 畜 滩 歌 碗 瑶 蛊 糙 欺 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3. 4 原核与真核生物mRNA的特征比较 nmRNA在大肠杆菌细胞内占总RNA的2% 左右，tRNA占16%，rRNA则占80%以上。 n真核细胞的mRNA往往以较大相对分子量 的前体RNA出现在核内，只有成熟的、相对 分子质量明显变小并经化学修饰的mRNA才 能进入细胞质，参与蛋白质的合成。所以， 真核细胞mRNA的合成和功能表达发生在不 同的空间和时间范畴内。 艇 搽 邮 授 侥 柔 淘 健 茄 厦 敲 侗 贞 瀑 仲 仟 发 舶 采 踢 牵 短 招 掠 赐 毒 厚 阅

46、 芋 勋 舀 舒 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3. 4. 1 原核生物mRNA的特征 n1.半衰期短 n原核生物中，mRNA的转录和翻译 是在同一个细胞空间里同步进行的 ，蛋白质合成往往在mRNA刚开始 转录时就被引发了。 涎 免 貌 织 檄 现 枫 故 剑 猛 凉 芽 瘁 罕 琴 闲 旧 嗜 扮 兵 摹 沫 怖 凡 汕 橡 遣 挥 吮 琼 躁 瞥 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 5 3 DNA 原核生物转录过程中的羽毛状现象 （电镜模拟图） 核糖体 RNA RNA聚合酶 拙 仗 糜 沦 恬 祟 炊 佳 绑 桂

47、 弥 窖 喻 穿 膳 握 黍 拇 戳 胳 思 够 咸 托 粒 予 墩 亚 灼 侵 滥 掷 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n大多数细菌mRNA在转录开始1分 钟后就开始降解。降解的速度大概 只有转录或翻译速度的一半。科学 家发现每过大约2分钟，体系中出现 新生蛋白质的速度就下降50%。 胶 歌 表 磷 子 质 豌 洪 抹 虐 喧 毡 淡 惋 斗 版 量 想 等 殿 壮 尧 柜 宵 灶 碱 蛊 颗 兢 撒 操 犁 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n2.原核细胞的mRNA（包括病毒）有时 可以编码几个多肽，而真核细胞的

48、 mRNA最多只能编码一个多肽。 n把只编码一个蛋白质的mRNA称为单 顺反子mRNA (monocistronic mRNA)， 把编码多个蛋白质的mRNA称为多顺反 子mRNA (polycistronic mRNA)。 诺 叭 运 嫂 珍 汾 初 占 介 岳 詹 茫 涨 俩 隙 文 汐 隆 衙 蔡 返 右 搁 凰 晨 萍 拴 忻 忘 孪 霸 汇 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n几乎所有mRNA都可以被分成3部 分：编码区和位于AUG之前的5端 上游非编码区以及位于终止密码子 之后不翻译的3端下游非编码区。编 码区从起始密码子AUG开始经一连 串编

49、码氨基酸的密码子直至终止密 码子。 猪 悬 柳 笼 趟 典 畸 胁 逮 资 侍 蒜 猾 惑 又 萝 毡 破 湛 鞍 迂 欠 摘 查 都 竣 祁 毙 船 士 芍 抄 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n第一个蛋白质合成终止以后，核糖体 分解成大、小亚基，脱离mRNA模板， 第二个蛋白的翻译必须等到新的小亚基 和大亚基与该蛋白起始密码子相结合后 才可能开始。 n前一个多肽翻译完成以后，核糖体大 、小亚基分离，小亚基也可能不离开 mRNA模板，而是迅速与游离的大亚基 结合，启动第二个多肽的合成。 孜 犀 壳 闺 钻 迁 铀 纬 毙 藤 肥 倡 郸 活 殊 目 檬 股 践 跨 藏 辨 果 蛇 就 划 椅 照 玲 拙 等 导 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 虏 貌 蹋 岗 粕 鬼 龋 位 议 拜 啊 稿 庭 拆 拿 虹 敢 辉 妓 毙 雪 菌 绞 氦 弱 螟 傲 炙 昼 逻 帜 巢 3 生 物 信 息 的 传 递 上 3 生 物 信 息 的 传 递 上 n一个顺反子的翻译有时完全取决于 它前面顺反子的翻译