转录的基本过程(方案).ppt

DNA → DNA
细胞分裂间期 2个相同的DNA分子 边解旋边复制
半保留复制
DNA → mRNA
mRNA → 蛋白质
生物生长发育的过程中
RNA
蛋白质
边解旋边转录 DNA仍保留
1个mRNA分子可结合 多个核糖体
1.RNA的组成、结构与类型。 2.遗传信息的转录和翻译过程。 3.遗传信息、密码子与反密码子的作用 4.DNA复制、转录和翻译的比较
为什么RNA适于作DNA的信使？
RNA由基本单位——核苷酸连接而成，也 可以储存遗传信息；
RNA能通过核孔，从细胞核转移到细胞质。
RNA遵循“碱基互补配对原则”，以RNA为 媒介可将遗传信息传递到细胞质中。
DNA → DNA A —— T、C —— G T ——A、 G ——C
酶（ RNA 聚合酶等） 和ATP
DNA → mRNA A —— U、C —— G T ——A、 G ——C
酶、ATP 和tRNA
mRNA → tRNA A —— U、C —— G U ——A、 G ——C
信息传递 时间 产物 特点
密码子
在mRNA上
直接控制蛋白质的氨基酸的排列 顺序
反密码子 在tRNA上
识别密码子
2、转录、翻译与DNA复制的比较
项目 场所
DNA复制 主要是细胞核
转录 主要是细胞核
翻译 细胞质和核糖体
模板
DNA的两条链
D种核糖核苷酸
20种氨基酸
其他条件
碱基配对 方式
酶（ 解旋酶、DNA 聚合酶等）和ATP
1、遗传信息、密码子和反密码子 （1）遗传信息：指基因（或DNA）中控制遗传性状的脱氧核苷 酸顺序，它间接决定氨基酸的排列顺序。

(1)图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是哪种分子或结构？ 提示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别是tRNA、核糖体、多肽链。 (2)Ⅲ是mRNA，其中的起始密码子和终止密码子分别是什么？它们都能决定氨基 酸吗？ 提示：起始密码子：AUG，编码甲硫氨酸；终止密码子：UAA，不编码氨基酸。
(3)图乙中①、⑥分别是什么分子或结构？核糖体移动的方向是怎样的？ 提示：①、⑥分别是mRNA、核糖体；核糖体移动的方向是由右向左。 (4)最终合成的多肽链②、③、④、⑤的氨基酸序列相同吗？为什么？ 提示：相同；因为它们的模板是同一条mRNA。
__碱__基___(终止密码子除外)
的3个相邻的碱基
2.翻译 (1)概念(对翻译概念的解读连线)：
核糖体 tRNA
mRNA
终止密码
tRNA
★RNA有三种，均来自于DNA的转录
★翻译过程：核糖体与mRNA结合，读取mRNA上的密码子。
★真核细胞内DNA的复制和转录均主要发生在细胞核内。
★密码子的简并性：亮氨酸可由6种密码子决定。
【探究应用】 如图表示某真核生物细胞内发生的一系列生理变化，Y表示某种功能的酶，请据 图分析下面有关叙述不正确的是( )
A.Y为RNA聚合酶 B.该图中最多含5种碱基、8种核苷酸 C.过程Ⅰ在细胞核内进行，过程Ⅱ在细胞质内进行 D.b部位发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C 解析 分析题图可知，该图表示真核生物转录和翻译过程，故Y为RNA聚合酶，A 正确；图中有DNA和RNA分子，因此最多含有5种碱基和8种核苷酸，B正确；过程 Ⅰ为转录过程，主要在细胞核内进行，此外在线粒体和叶绿体内也可进行，Ⅱ为翻 译过程，在细胞质中的核糖体上进行，C错误；b部位发生DNA的转录，因此b部位 发生的碱基配对方式可能有T—A、A—U、C—G、G—C，D正确。 答案 C

例如：lac基因簇（乳糖操纵子中的三个结构基因）
原核生物操纵子中的全部结构基因从同一个启动子开 始-转半录乳成糖一苷个分多解顺酶反子的mRNA分子。
-半乳糖苷透性酶
Plac
硫代半乳糖苷乙酰转移酶
二、转录水平的调控－操纵子
3. 操纵基因：是原核生物的操纵子中调节蛋白的结合 位点，为控制结构基因转录的DNA序列。
和终止的调控。
机体可以在基因表达过程的任何阶段进行调控，一般以 转录水平上的调控为主。
二、转录水平的调控－操纵子
1. 操纵子
操纵子是原核生物基因结构、表达和调控的基本形式。 一个操纵子包括一个上游的调控区和一个以上的结构基 因组成。 调控区包含启动子和操纵基因两部分。该区控制连锁在 一起的多个基因的转录。
4. 调节基因：仅指参与其他基因表达调控的RNA和蛋 白质的编码基因。
调节基因编码的调节蛋白通过与DNA上的操纵基因结 合而控制结构基因的转录，是基因表达调控的关键。
二、转录水平的调控－操纵子
5. 反式作用因子与顺式作用元件
基因表达的产物（蛋白质或RNA）从合成的场所扩散到目 标场所而发挥作用的过程称为反式作用（trans-acting）， 此基因表达产物被称为反式作用因子（trans-acting factor） 。
反式作用因子通常为蛋白质或RNA，其特征为可以从合成 地扩散到目标场所发挥作用。
顺式作用元件（cis-acting factor）是指对结构基因表达 有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在 一个DNA分子上的基因。顺式作用元件通常不编码蛋白 质，多位于基因旁侧或内含子中。
顺式作用（cis-acting）的概念用于任一不转变为任何其 他形式的DNA序列，它只在原位发挥DNA序列的作用， 仅影响与其物理上相连的DNA序列的活性。

1. 增强子的定义
增强子(Enhancer)：
位于离转录起始点较远的位置上，具
有参与激活和增强转录起始功能的序列元
件。
2. 增强子的位置
Transcription is controlled by a promoter and enhancer
3. 增强子的作用特点
① 远距离效应
② 无方向性
③ 顺式调节
Lac启动子的-10区和-35区
3.3.2 启动子区的识别
一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基 对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。 因此启动子功能既受DNA序列影响，又受其构 象影响。
应用：同一表达盒在基因组不同位置可 能有不同的转录强度。
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
◆全酶识别启动子形成闭合二元复合物 ◆解链区开链形成开放二元复合物
Catalytic site resumes elongation
3.1.4 转录终止
当RNA链延伸到转录终止位点时，
RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键， RNA-DNA杂合链分离，转录泡瓦解， DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和 RNA链都被从模板上释放出来。
3.2 转录机器的主要成分
3.2.1 RNA聚合酶 3.2.2 转录复合物
RNA聚合酶在起始阶段的尺寸改变
3.3 启动子与转录起始
3.3.1 启动子区的基本结构 3.3.2 启动子区的识别
3.3.3 RNA聚合酶与启动子区的结合
3.3.4 -10区与-35区的最佳间距
3.3.5 增强子及其功能
3.3.6 真核生物启动子对转录的影响
3.3.7 转录的抑制
3.3.1 启动子区的基本结构

3.3.1 不依赖于ρ因子的终止
DNA分子中停止转录作用的部位,称为终止区(terminator). 终止部位在结构上有些特点,终止部位中有一段GC富集区,随 之又有一段AT富集区.在GC区内有一段是反向重复序列,以致 转录作用生成的mRNA在其相应序列中有互补形成的发卡式结构. 对于DNA分子的AT富集区,转录生成的mRNA的3′末端中相应的 有一连串U序列.
1. 原核生物的启动子
转录起始点 启动子 Probnow盒子 编码链 模板链
TTGACA AACTGT
35
TATAAT ATATTA
10 +1
3'
转录区
5'
DNA
5'
3'
RNA
结合部位是指在DNA分子上与RNA聚合酶核心酶紧密结 合的序列.结合部位的长度大约是7个碱基对,其中心位于起始 点上游的-10bp处.因此将此部位称为-10区.多种启动子的-10 区具有高度的保守性和一致性;它们有一个共有序列或共同序 列,为5′TATAAT-3′,又称为Pribnow盒.由于在Pribnow 盒中碱基组成全是A-T配对,缺少G-C配对;而前者的亲和力 只相当于后者的十分之一,所以Tm值较低.因此此区域的DNA 双链容易解开,利于RNA聚合酶的进入而促使转录作用的起始.
3.3.2 依赖于ρ因子的终止
还有一种蛋白质ρ因子,它对于RNA聚合酶识别终止信 号有辅助作用,又称为终止蛋白.
3.3.3 抗终止
1. 破坏终止位点RNA的茎-环结构 2. 依赖于蛋白质因子的转录抗终止
转录作用过程 可以分为三个阶段:起始,延长及终止.
1起始 RNA聚合酶的σ因子识别DNA启动子的识别部位,RNA 聚合酶核心酶则结合在启动子的结合部位.在与RNA聚合核 心酶结合的Pribonow盒附近,双链暂时打开约17个碱基对 长度,展示出DNA模板链,有利于RNA聚合酶进入转录泡, 催化RNA聚合作用. 转录作用开始时,根据DNA模板链上的核苷酸的序列, NTP根据碱基互补原则依次进入反应体系.在RNA聚合酶的 催化下,起始点处相邻的前两个NTP以3′,5′-磷酸二酯键 相连接. 随后,σ因子从模板及 RNA聚合酶上脱落下来,于是 RNA聚合酶的核心酶沿着模板向下游移动,转录作用进入延 长阶段.脱落下的σ因子可以再次与核心酶结合而循环使用.

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• 第一个被确认的miRNA——在线虫中首次发现的lin-4 和 let-7 ，可以通过部分互补结合到目的mRNA靶的3’非编 码区(3’UTRs)，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制， 进而抑制蛋白质合成，通过调控一组关键mRNAs的翻译 从而调控线虫发育进程。
继线虫之后，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多 种生物物种中鉴别出数百拼接和注释表达与分类功能分析作用机理分析qpcr验证est软件平台est序列库序列的质量检查测序量监控聚类和拼接检查借助于基因组信息全长orf寻找发现全长基因研究表达基因概况的主要实验手段dnachipproteomics的先驱功能分类表达量分析交替剪接检测est特有信息microarray和genechip大规模表达谱或全景式表达谱globalexpressionprofile
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表达序列标签(EST)测定及分析
1、什么是EST? 2、EST的应用 3、EST序列测定及分析过程
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1、表达序列与表达序列标签概念
(1) 什么是表达序列?
基因组表达为RNA的序列: mRNA和功能RNA
(2) 什么是表达序列标签?
（expressed sequence tag, EST）
• 转录组研究是基因功能及结构研究的基础和 出发点，是解读基因组功能原件和揭示细胞 及组织分子组成所必需的。
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• 转录组的特点：受到内外多种因素的调节，因而是 动态可变的。能够揭示不同物种、不同个体、不同 细胞、不同发育阶段及不同生理病理状态下的基因 差异表达信息。
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35
• 转录组学（Transcriptomics）：研究细胞在某 一功能状态下所含mRNA的类型与拷贝数；比较不

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4、作用部位间隔区
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-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并 不重要。
-35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。
实验结果表明： -35序列和-10序列之间的间隔区长度 为17bp时转录效率最高。
大多数启动子为16~18bp
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一、原核生物转录的起始
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RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
16
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
-10 区
开始转录
TTGACA AA C T G T
T A T A A T Pu A T A T T A Py
RNA-pol辨认位点 (Pribnow box) (recognition site)
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相关概念
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模板链(template strand)有意义链或Watson链： DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的 一股单链。
编码链(coding strand)反义链或Crick链： DNA双链 中碱基序列与RNA一致的一股链。
结构基因
转录方向
编码链 模板链
转录方向
模板链 编码链
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高度的忠实性(high fidelity)
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转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有 固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪 基序列，严格遵守碱基互补原则。
然而，转录出错率高于复制出错率 原因：RNA聚合酶没有校读功能
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RNA pol 执行多功能
(1) 识别DNA双链上的启动子； (2) 使DNA变性在启动子处解旋成单链； (3) 通过阅读启动子序列，RNA pol确定它
自己的转录方向和模板链。 (4)最后当它达到终止子时，通过识别停止转录。
原核生物的RNA聚合酶
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亚基组成，称为核心酶。加 上一个σ亚基后则成为聚合酶全酶
细菌中是RNA聚合酶识别启动 子。
二、转录机器的主要成分
（一）RNA聚合酶 1960年Weiss,S,B等发现RNA聚合酶（RNA Pol） 其特点是： （1）以核糖核苷三磷酸（rNTR）为底物； （2）主要以双链DNA为模板； （3）按5′-3′方向合成； （4）无需引物的存在能单独起始链的合成； （5）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在； （6）在体内DNA双链中仅一条链作为模板； （7）RNA的序列和模板是互补的。
RNA聚合酶II：核质中，合成mRNA 前体
RNA聚合酶III：核质中，合成tRNA、 5srRNA以及一些小分子RNA前体
H
A
13-15
CCCCATNTA
σ54 rpo 氮代谢 N
CTGGNA
6
TTGCA
转录的起始从化学过程来看是单个 核苷酸与开链启动子-酶复合物相 结合构成新生RNA的5‘端，再以磷 酸二酯键的形式与第二个核苷酸相 结合，起始的终止反映在σ因子的 释放
真核生物RNA聚合酶
RNA聚合酶I：核仁中，合成rRNA前 体
研究发现， 由β和β′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聚合酶的两 个大亚基有同源性。
Β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相 结合。

第二节 RNA转录过程
(The Process of Transcription)
一、原核生物的转录过程
(一)转录起始
1. 转录起始需解决两个问题 (1)RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板 的起始区域。 (2)DNA双链解开，使其中的一条链作为转 录的模板。
2. 转录起始过程 (1) RNA聚合酶全酶(2)与模板保守序列结合。 (2) DNA双链解开。 (3) 在RNA-pol作用下形成转录起始复合物。 转录起始复合物
转录空泡(transcription bubble)： RNA-pol (核心酶) · · · · DNA · · · · RNA
转录延长
2.原核生物转录过程中的羽毛状现象
5 3 DNA
RNA
RNA聚合酶 核糖体
(三)转录终止
1.依赖ρ (Rho)因子的转录终止 ρ因子以六聚体 形式存在，协助RNA-pol识别终止信号，与转 录产物结合，RNA和RNA-pol一起从模板上脱 落。
第十一章 RNA的生物合成 (转录)
1.转录的概念 2.转录的基本过程 3.mRNA转录后的加工
第一节 转录基本规律与体系
转录是指以DNA为模板合成RNA的过程 。
参与物质
原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) DNA模板 RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子
上游区
ACTGACGGAATCC TGACTGCCTTAGG
下游区
TGAAACTACTGAC ACTTTGATGACTG
结构基因 单顺反子
转录单位
上游区
ACTGACGGAATCC TGACTGCCTTAGG
下游区