现代分子生物学课件-第三章.ppt

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1、第三章生物信息的传递（上）─从DNA到RNA转录的概述合成RNA的酶类原核与真核生物mRNA的特征比较原核生物的转录真核生物的转录内含子的剪接、编辑及化学修饰生物信息的传递从DNA到RNA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，翻译生成蛋白质的过程来控制生命现象。基因表达包括转录（transcription）和翻译（translation）两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（

2、除了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。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。DNA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。第一节转录的概述要点：编码链（有意义连）模板链（反义链）转录的基本过程与mRNA序列相同的那条DNA链是编码链（codingstrand）或称有意义连（sensestrand）根据碱基互补原则指导m

3、RNA合成的DNA链则被称为模板链（templatestrand）或称反义链（antisensestrand）DNA模板与mRNA分子及多肽链之间存在共线性关系因为只有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。生物体内拥有三类RNA:编码特定蛋白质序列的mRNA；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；直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。转录的基本过程无论是原核还是真核细胞，转录

4、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和终止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。转录起始前，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。转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。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。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

5、延伸阶段。所以，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。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。RNA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。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，在解链区形成RNA-DNA杂合物。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

6、才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物（preinitiationtranscriptioncomplex,PIC），以保证有效地起始转录。37℃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，而再过半分钟就能在细胞内测到相应的蛋白质。第二节合成RNA的酶类、转录因子要点：1.大肠杆菌RNA聚合酶(全酶、核心酶、σ因子)：性质与功能2.真核生物RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ

7、、Ⅲ：性质与功能3.转录因子RNA聚合酶RNA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。RNA或RNA-DNA双链杂合体不能作为模板。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。大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组

8、成，称为核心酶。加上一个σ亚基后则成为聚合酶全酶（holoenzyme），相对分子质量为4.65×105。表3-1大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析亚基基因相对分子量亚基数组分功能αrpoA3.7×1042核心酶核心酶组装，启动子识别。βrpoB1.5×1051核心酶β和β’共同形成RNA合成的活性中心。β’rpoC1.6×1051核心酶？11×1041核心酶未知σrpoD7.0×1041