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1、生物信息的传递-从DNA到RNA,遗传信息传递的 中心法则,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上。细胞分裂过程中，DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给子细胞。子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。一些RNA病毒能以自己的RNA为模板A为合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。,RNA,RNA，即核糖核酸，由核糖核苷酸经磷酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种，即A腺嘌呤、G鸟
2、嘌呤、C胞嘧啶、U尿嘧啶，其中，U（尿嘧啶）取代了DNA中的T。,一级结构,二级结构,信使RNA（mRNA）转运RNA（tRNA）核蛋白体RNA（rRNA）,种 类,转录的概念,在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程称为转录（transcription）。经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA 等。,基本特点,不对称性 以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNA传递给RNA,连续性 RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链
3、之间无需再进行连接。单向性 RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为35，而RNA链的合成方向为53。,有特定的起始和终止位点 RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。 特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。,转录过程,参与转录合成的酶和蛋白因子 原料：NTP （ATP, UTP, GTP, CTP） 模板：单链DNA 酶：RNA聚合酶（RNA-pol） 其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子等,RNA聚合酶 依赖DNA的RNA聚合酶，该酶在单链DNA模板以及四种核
4、糖核苷酸存在的条件下，不需要引物，即可从53聚合形成RNA。,原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即2。亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开始后被释放；余下的部分（2）被称为核心酶，与RNA链的聚合有关。,真核生物的RNA聚合酶 真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈碱的敏感性而分为三种，它们均由1012个大小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能也不同。,转录因子 直接或间接参与转录起始复合体的形成的蛋白因子被称为转录因子（transcriptional factor, TF）。（抗）终止因子 协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质称为终止因子 (termination fact
5、or)。 原核生物中的终止因子蛋白是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为50kd。蛋白能识别转录终止信号，并与RNA紧密结合，导致RNA的释放。,转录过程,起始,双链DNA局部解开,磷酸二酯键形成,终止阶段,解链区到达基因终点,延长阶段,RNA,启动子（promoter),终止子(terminator),起始 原核生物转录起始时，首先由RNA聚合酶中的因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。 位于基因上游，与RNA聚合酶识别、结合并起始转录有关的一些DNA调控序列被称为启动子（promoter）。,原核生物启动子的保守序列,流产转录通过启动子（起始）快：强启动子 慢： 弱启动子,RN
6、Apol (2) - DNA - pppGpN- OH 3,转录起始复合物,延长 因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。,终止 RNA 聚合酶停滞，RNA 解离 RNA转录合成的终止机制有两种： 1，内在因子，非Rho因终止子：转录的终止的特殊信号（一段RNA 序列） 2依赖Rho因子的转录终止：由终止因子（因子）识别特异的终止信号，并促使RNA的释放。,大肠杆菌两类终止子的回文结构,A. 不依赖于Rho（）的终止子,A.
7、 依赖于Rho（）的终止子,富含G-C,系列U,模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含GC和AT的区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形的二级结构，引起RNA聚合酶变构及移动停止，导致RNA转录的终止。,1非依赖Rho的转录终止：,ATP,2，依赖 Rho因子的转录终止,DNA 序列缺乏共性，不能形成强的发卡结构,6聚体， 具有NTP酶和解螺旋酶,真核生物的转录过程,真核生物启动子保守序列,参与转录位点确定起始,控制转录起始频率,在远离受控基因处存在的，能够增强基因转录活性的调控序列称为增强子（enhancer）。增强子特点： 远距离效应；无方向性；顺势调控；广泛性，相位性,真核生物转
8、录起始：首先由TFD的TBP亚基识别并结合TATA盒，然后在其他转录因子的配合下，与RNA聚合酶组装形成转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)。,RNA聚合酶催化第一个磷酸二酯键形成。RNA聚合酶的羧基末端结构域（CTD）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸RNA链。,真核生物转录延长：与原核生物类似，但由于存在核小体的高级结构，故在转录延长过程中可观察到核小体移位和解聚现象。,真核生物转录终止： 在poly A修饰位点的下游存在一组共同序列AATAAA和GTGTGT，为转录终止的识别修饰位点。 在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切断
9、，随即进行加帽和加尾修饰。,真核生物RNA的转录终止,5-AAUAAA-,5 -AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,真核生物转录后加工,1加帽（adding cap）：即在mRNA的5-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内，即HnRNA即可进行加帽。加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。,2加尾（adding tail）：这一过程也是细胞核内完成，首先由核酸外切酶切去3-端一些过剩的核苷
10、酸，然后再加入polyA。polyA结构与mRNA的半寿期有关。,The 3 ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation；The sequence AAUAAA is necessary for cleavage to generate a 3 end for polyadenylation.,编码区 A、B、C、D,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因,3、RNA的剪接（RNA splicing）,tRN
11、ArRNA型内含子（mRNA,rRNA） 特点:依赖于特定序列（GUAG,AUAC）;SnSNP形成剪接体；转酯反应型内含子（核酶）（mRNA,rRNA）（自我剪接） 特点：依赖于特定序列(UU、UG等)；特殊结构，自身催化；转酯反应,tRNA的转录后加工,主要有以下几种加工方式：切断剪接3-末端-CCA序列添加化学修饰,tRNA前体,RNA pol ,tRNA前体的转录合成,tRNA前体的切断和剪接加工,tRNA3-末端-CCA序列的添加,tRNA的碱基修饰,rRNA的转录后加工,在高等真核生物中，前体以沉降速率来命名，命名为45SRNA，真核生物中前体包括了18S rRNA、5.8S rR
12、NA和28S rRNA序列,rRNA前体的转录和剪接加工,核内带有外显子和内含子编码序列的初级RNA转录产物称为杂化核RNA （hetero-nuclear RNA, hnRNA）hnRNA经剪接加工除去内含子编码序列并将外显子编码序列连接起来才能形成成熟的mRNA,型内含子：hnRNA和snRNA：,snRNA为核内小RNA，富含尿嘧啶，故以U作分类和命名，如 U1、U2等snRNA与核内蛋白质组装形成小核蛋白体（snRNP），参与hnRNA的剪接加工,3,UACUAAC,GU,AG,剪接体,套索结构,套索的形成及剪接,1,2,1,2,型内含子,线粒体与叶绿体的rRNA 中1981年T.Ce
13、ch和S.Atman 四膜虫 rRNA核酶（ribozyme）：是指一类具有催化功能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物RNA分子，从而阻断基因的表达,锤头型核酶的二级结构和空间立体结构示意图,pG-OH(ppG-OH, pppG-OH),剪接机制,核酶与传统酶的区别：一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或带蛋白的RNA有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应,核酶发现的重大意义：突破了酶的概念揭示了内含子自我剪接的奥秘，促进了RNA的研究 为生命的起源和分子进化提供了新的依据,可变剪接（Alternative splicing）,可变剪接是指从一个特定的
14、基因转录物中通过利用不同5 、3剪接位点产生出不同的成熟的mRNA的过程。主要有四种方式：（1）利用不同的启动子（2）利用不同的Poly（A）位点（3）保留某些内含子（4）保留或去除某些外显子,4. RNA的编辑、再编码和修饰,RNA的编辑(RNA editing) RNA的一种加工方式，它导致了RNA所编码的遗传信息的改变（如 单碱基突变），特别是mRNA编辑，是在mRNA水平上信息发生改变（碱基取代、插入或缺失）的过程,DNA序列 GA G AAmRNA序列 GAU* U*GU* AU*A蛋白质序列 Asp Cys Ile,单碱基突变尿苷酸的缺失和添加,碱基取代,哺乳动物载脂蛋白B mRN
15、A的编辑： 载脂蛋白B的mRNA含29个外显子，有4563个code，第2153号code是CAA，在肝中mRNA 编码4563AA的蛋白，小肠中存在的脱氢酶使C脱氢，将CAAUAA，小肠的mRNA中编辑产生UAA使翻译停止在2153code处,Apo100,Apo48:形成CM:乳糜颗粒,碱基的插入或缺失和移码,移码：锥虫coxII（cytochromeoxidase,细胞色素氧化酶II）基因的mRNA相对于其DNA序列出现了读码框的偏移，通过插入4个U，才能产生正确的读码框,插入或缺失：锥虫线粒体的细胞色素氧化酶III mRNA序列分析表明，许多U并非在DNA中编码（红色）或在RNA中被除掉（用T表示）。这些U的专一性插入信息是由向导RNA（guide RNA）提供的，向导RNA含有和正确编辑的RNA互补的一段序列,编辑前RNA,指导RNA,RNA的再编码,指RNA的编码和读码方式的改变,前体rRNA和tRNA可能有特异性的化学修饰，核仁RNA（snoRNAs）参与RNA的化学修饰,RNA的化学修饰（RNA modification）,
