医学细胞生物学课件（复旦大学）遗传信息的流动.pptVIP

20世纪60年代Robert Roeder首次发现了RNA聚合酶，可催化RNA链中核苷酸间形成磷酸二酯键。 原核细胞和真核细胞中均具有RNA聚合酶。 原核生物只有一种RNA聚合酶。 真核生物细胞核中有3种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它们专一性地转录不同的基因，由它们催化的转录产物也各不相同。 原核生物RNA聚合酶 真核生物RNA聚合酶 RNA聚合酶Ⅰ合成RNA的活性最高，它位于核仁中，负责转录编码rRNA的基因。细胞内绝大部分RNA是rRNA。 RNA聚合酶Ⅱ，位于核质中，负责核不均一RNA（ hnRNA ）和snRNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。 RNA聚合酶Ⅲ负责合成tRNA和许多小分子量的核内RNAs。 DNA转录合成RNA的方向按5’→3’ 进行，合成过程分为三个阶段：识别与起始、延长和终止。 识别与起始 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部位，也就是启动子（promoter）。 启动子处的核苷酸序列具有特殊性。 转录的起始是基因表达的关键阶段。RNA聚合酶中的σ亚基识别并专一结合启动子部分的特殊序列，使双螺旋局部解旋，选择模板链并开始转录。 在合成磷酸二酯键后，σ亚基解离，由聚合酶中的核心酶部分负责RNA链的延伸。 DNA双螺旋在转录时只是暂时局部解旋，转录完毕即恢复双螺旋结构。 真核生物的转录过程往往还需要多种蛋白因子的协助，有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们能与RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 RNA链的延长 RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个核苷酸的3’-OH上与第二个三磷酸核苷起反应形成第一个磷酸二酯键。聚合后的核苷酸链又有核糖3’-OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5’--3。 由于DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3’--5’方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个连续不断的反应。 转录的终止 移动的RNA聚合酶到达特定序列时转录终止，RNA聚合酶脱落，合成的RNA 释放，DNA恢复双螺旋结构。 DNA链从启动子到终止子的一段长度即是一个转录单位，称为转录子（transcripton）。 RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。 转录后加工 刚合成的mRNA是初级转录物，称为核不均一RNA（hnRNA），必须经过加工才能变为成熟的RNA。 原核生物转录生成的mRNA没有转录后加工修饰过程。 真核生物转录产生初级转录物为RNA前体，它们必须经过加工过程变为成熟的RNA，才能表现其生物活性。 真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。 5’端加帽：成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-ppp结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。 5’端帽子结构增加mRNA的稳定性，保护mRNA免遭5’外切核酸酶的攻击，这种帽子结构还可能为核糖体对mRNA的识别提供了信号。 3’端加尾：大多数真核mRNA 都有3’端的多聚A尾（poly A)，多聚A尾大约有200bp。受poly A聚合酶催化，该酶能识别mRNA游离的3’-OH端，并加上约200个A残基。 剪接：结构基因中可以含有几十个内含子。经过核酸内切酶作用剪切掉内含子，然后在连接酶作用下将有编码意义的核苷酸片段即外显子首尾相连，才构成完整的mRNA，可送出核外。 rRNA转录后加工（自我剪接） tRNA转录后加工 tRNA前体需进行tRNA前体的5’端前导序列特异性剪切；还要进行碱基修饰将正常核苷酸转变为特殊核苷酸；在核苷酸转移酶作用下，3’-末端除去个别碱基，换上tRNA分子统一的CCA-OH末端，完成tRNA分子中的氨基酸臂结构。 反密码环识别mRNA的密码子，以二氢尿嘧啶环识别氨基酰tRNA合成酶，以T环与核糖体5S rRNA相识别。 蛋白质翻译 mRNA从细胞核进入细胞质后，在核糖体上进行蛋白质合成的过程即为翻译（translation）。 步骤包括：氨基酸的活化、肽链合成起始、肽链的延长和终止。 The end * 遗传信息的流动 the flow of genetic information 细胞的遗传物质中所携带的遗传信息(DNA碱基的排列顺序) 决定了生物体的遗传性状和生物学行为。 绝大部分生物的遗传物质是DNA，少数病毒或噬菌体则是RNA。遗传信息就是DNA分子中碱基的排列顺序。 DNA分子中遗传信息，以复制方式向子代传递；以转录方式向RNA传递，RNA经翻译后产生的蛋白质决定生物性状。 遗传信息→蛋白质→细胞（组织）表型 基因的结构 基因（gene）是合成