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第三第三章章生物信息的生物信息的传递从从DNA到到RNATranscriptionbubbleCrick的中心法则（centraldogma）DNA1957年transcriptionRNAProteinDNA1970年ReversetranscriptionRNAProteintranslationFromDNAtoProteinDNA序列是序列是遗传信息信息的的贮存者存者，它通，它通过自自主复制得到永存，并主复制得到永存，并通通过转录生成信使生成信使RNA，翻翻译生成蛋白生成蛋白质的的过程来控制生命程来控制生命现象。

象。

基因表达包括基因表达包括转录（transcription）和）和翻翻译（translation）两个）两个阶段。

段。

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。

转转录录RNADNA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。

3.1RNA3.1RNA的结构、分类和功能的结构、分类和功能RNA的结构RNA的种类：

的种类：

mRNA；tRNA;rRNA;snRNARNA的功能的功能RNA主要以单链形式存在于生物体内SecondarystructureofRNAhairpinbulgeloop生物体内拥有三类主要RNA：

1、编码特定蛋白质序列的mRNA；2、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；3、直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。

FunctionsofRNAsFunctionsinproteinsynthesis（在蛋白质合成中的作用）（在蛋白质合成中的作用）a.mRNA:

b.tRNA:

c.rRNA:

Asgeneticmaterial（遗传物质）（遗传物质）RNAascatalysts（ribozyme）（核酶）（核酶）RNAisaregulatorymolecule（调控分子）（调控分子）Smallnon-codingRNA转录vs复制复制15都是都是酶酶促的核苷酸聚合促的核苷酸聚合过程程以以DNA为模板模板遵循碱基配遵循碱基配对原原则都需都需依依赖DNA的聚合的聚合酶酶聚合聚合过程都是生成磷酸二程都是生成磷酸二酯键新新链合成方向合成方向为5316Someimportantdifferences:

复制复制转录模板不同：

模板不同：

两股两股链均复制均复制模板模板链转录原料不同：

原料不同：

dNTPNTP酶酶不同：

不同：

DNA聚合聚合酶酶RNA聚合聚合酶酶产物不同：

物不同：

子代双子代双链DNAmRNA,tRNA,rRNA配配对不同：

不同：

A-T,G-CA-U,T-A,G-C引物：

引物：

需要合成需要合成RNA引物引物不需要不需要在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。

编码链和和模板模板链（templatestrand）转录的不对称性：

与与mRNA序列相同的那条序列相同的那条DNA链,称称编码链（codingstrand）或或有意有意义链（sensestrand）；根据碱基互根据碱基互补原原则指指导mRNA合成的合成的DNA链,称称模板模板链（templatestrand）或或反反义链（antisensestrand）。

DNA-mRNA-theencodedpeptide编码链模板链模板链并非永远在同一条单链上转录方向转录方向55333355模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录单元（transcriptionunit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。

启动子（promoter）结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。

基因表达调控的上游顺式作用元件。

结构基因DNA分子上转录出RNA的区段.基基本本概概念念ipozya半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶Presenceoflactose大肠杆菌乳糖操纵子Inactivet原核生物的转录单位多为多顺反子，操纵子t真核生物中的转录单位多为单顺反子，无操纵子之说由几个功能相关的结构基因成簇排列而组成的一个基因表达的协同单位（coordinatedunite），称为操纵子。

3.2转录的基本的基本过程程2.RNA的合成是以模板链（反义链）为模板。

3.同在DNA中一样，形成磷酸二酯键4.必需的成分:

DNA双链，启动子，终止子，双链，启动子，终止子，RNA聚合酶，转录因子，聚合酶，转录因子，NTPs1.RNA是以53方向合成的，它的序列是与DNA编码链（有意义链）相同。

RNA合成的特点合成的特点转录的基本的基本过程程1、模板识别（TemplateRecognition）2、转录起始（Initiation）3、转录的延伸（Elongation）4、转录的终止（Termination）1、RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。

1.模板识别2、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。

真核细胞和原核细胞中模板的识别真核细生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子，需要一些被称为转录因子的辅助蛋白按特定顺序结合于启动子上，RNA聚合酶才能与之结合并形成复杂的转录起始前复合物（）。

2.转录起始转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。

RNA聚合酶结合到启动子上以后，使启动子附近的DNA解旋并解链，形成转录泡以促使核糖核苷酸与模板DNA配对。

无需引物。

起始后直到形成9个核苷酸的过程是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直在启动子处，之后进入正常延伸。

封闭复合物开放复合物三元复合物三元复合物可以进入两天不同的途径：

1.流产式起始：

合成并释放2-9个核苷酸的短RNA2.通过启动子：

合成9个以上核苷酸并离开启动子进入延伸阶段转录的终止合成的终止：

当RNA链延伸到转录终止位点时，RNApolymerase和RNA链均从DNA模板上释放出来。

Terminator:

通常含有自我互补区域（self-complementaryregions），在RNA产物中可以形成stem-loop或hairpin结构。

TwotypesofterminatorsinE.coli不依赖于因子的终止intrinsicterminator（内在终止子）依赖于因子的终止不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止子序列由两个序列由两个序列元元件件组成：

成：

GC碱基碱基二重二重对称区称区，易，易形成形成发夹结构构;其后是一段大其后是一段大约4-8个个A组成的成的序列序列，3为寡聚寡聚U。

由它由它转录出出mRNA可形可形成茎成茎环结构，可阻止构，可阻止RNApol的前的前进。

不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止v新生RNA中出现发卡结构可导致RNA聚合酶暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端正常结构，寡聚U是杂合链3端部分出现不稳定rUdA区域。

新生RNA链将解离出来。

v终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关。

依赖于因子的终止有些终止点的DNA序列缺乏共性，不能诱导转录的自发终止，需要因子的参与。

“穷追”模型大肠杆菌-依赖型终止子占所有终止子的一半左右。

v由由于于不不同同生生理理要要求求，转转录录过过程程中中有有时时即即使使遇遇到到终终止止信信号号，仍仍需需要要继继续续转转录录的的现现象象。

抗终止抗终止抗终止两种类型：

破坏终止位点RNA的茎-环结构当介质中某一氨基酸的浓度较低时，缺乏相应氨酰-tRNA，将致使核糖体滞留在串联密码子上，mRNA不能形成特定的二级结构，末端茎-环结构被破坏，因此转录仍将继续进行，出现抗终止现象。

依赖于蛋白质因子的转录抗终止蛋白复合物形成后，将会改变聚合酶的构象，使之对终止信号不敏感，从而抗终止。

转录生成mRNA的速度大约是每分钟2500个核苷酸（14个密码子/秒），与翻译速度（15aa/秒）基本相等，但比DNA复制的速度要慢得多（800bp/秒）。

常识数据基因开始表达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。

1.已知双链DNA的结构基因中，编码链的部分序列是5AGGCTGACC3,其编码的RNA相应序列是（）A.5AGGCTGACC3B.5UCCGACUGG3C.5AGGCUGACC3D.5GGUCAGCCU3E.5CCAGUCGGA32.含稀有碱基最多的RNA是（）AmRNABrRNAC5S-rRNADtRNA3.下面哪一项是对三元转录复合物的正确描述？

（）A因子、核心酶和双链DNA在启动子形成的复合物B全酶、TFI和解链DNA双链形成的复合物C全酶、模板DNA和新生RNA形成的复合物D三个全酶的转录起始位点（tsp）形成的复合物E因子、核心酶和促旋酶形成的复合物4有关转录的描述错误的是（）A.只有在DNA存在时，RNA聚合酶方可催化RNAB.需要NTP做原料C.RNA链的延伸方向是35D.RNA的碱基需要与DNA互补3.3转录机器的主要成分RNA聚合酶（RNApolymerase）转录机器即是转录复合物，其最核心成分是RNA聚合酶。

RNA聚合酶（RNApolymerase）RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶。

1.主要以双链DNA为模板，以4种核苷三磷酸作为底物。

2.需要Mg2+/Mn2+为辅助因子。

3.它不需要任何引物。

4.以53方向合成RNA链。

5.缺乏35外切酶活性。

6.是一个含有多个亚单位（multi-subunit）的酶。

（1）识别DNA双链上的启动子；

（2）使DNA变性在启动子处解旋；（3）通过阅读启动子序列，RNApol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。

RNA聚合聚合酶酶需需执行的功能行的功能在细菌中，一种RNA聚合酶几乎负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成。

大肠杆菌RNA聚合酶：

2个亚基1个亚基1个亚基1个亚基核核心心酶酶全全酶酶原核生物（E.coli）的RNA聚合酶亚基基因相对分子量亚基数组分功能rpoA365002核心酶核心酶组装，启动子识别rpoB1510001核心酶和共同形成RNA合成的活性中心rpoC1550001核心酶？

110001核心酶？

rpoD700001因子存在多种因子，用于识别不同的启动子是核心酶中的两个相同的亚单位由rpoA基因编码与核心与核心酶酶的的组装装及启及启动子的子的识别有关有关参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用E.coliRNApolymerase:

subunit和分别由rpoB和rpoC基因编码。

E.coliRNApolymerase:

&subunit由和亚基组成了聚合成了聚合酶酶的催化中心的催化中心。

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。

亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。

rpoB和rpoC基因的突变会影响转录所有的阶段。

负责模板模板链的的选择和和转录的起始：

的起始：

E.coliRNApolymerase:

factor与因子的结合使RNA聚合酶从核心酶转变为聚合酶全酶。

是启启动子子识别的关的关键的的酶酶，不仅增加聚合酶对启动子的亲和力（提高103倍），还可降低它对非专一位点的亲和力（降低104倍），使非特异性位点酶底复合物的半衰期小于1s。

因子基因功能-35区间隔（bp）-10区70rpoD广泛TTGACA16-18TATAAT32rpoH热休克TCTCNCCCTTGAA13-15CCCCATNTA54rpoN氮代谢CTGGNA6TTGCA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与在某些细菌中含有识别不同启动子的因子，以适应不同生长发育阶段的要求,控制不同基因转录的起始。

真核生物的真核生物的RNA聚合聚合酶酶有3类RNA聚合酶；结