《RNA转录》课件

转录RNA转录是基因表达的一个关键过程通过将序列转录为可被细胞RNA,DNA使用的分子来实现这一过程对生命活动至关重要深入了解其机RNA,制对于生物医学研究和应用具有重要意义作者M M转录的概念RNA基础定义生物学意义类型多样转录是指模板上的遗传转录是基因表达的关键步骤不同种类的如、RNA DNA RNA,RNA,mRNA信息被转录成分子的过程它把遗传信息从传递到和等都是通过转录过RNA DNARNA,rRNA tRNA,为后续的蛋白质合成奠定基础程合成的转录的生物学意义RNA基因表达的核心过程推动生物进化维持细胞生命活动转录是将中的遗传信息转录转录的高度灵活性和可变性是生转录产生的多种功能性分子RNA DNARNA RNA RNA成可被翻译成蛋白质的信使物进化的重要驱动力是生物适应环境参与了细胞的各种生命活动如基因表RNA,,的过程是基因表达的关键步变化的基础达调控、蛋白质合成等mRNA,骤转录的步骤RNA模板的准备DNA1首先需要将基因组DNA暴露出来,以供RNA聚合酶结合和开始转录聚合酶的识别和结合RNA2RNA聚合酶识别DNA模板上的启动子序列,并结合到相应位置开始转录转录起始3RNA聚合酶开始沿DNA模板合成新的RNA分子,形成初始转录泡延伸和终止4RNA聚合酶持续沿DNA模板合成RNA链,直到遇到终止信号而停止模板的准备DNA获取基因组DNA1从目标细胞或组织中提取完整的基因组DNA工程构建质粒2将目标基因片段克隆到相应的质粒载体中扩增目标PCR DNA3利用特异性引物进行反应，得到所需的目标序列PCR DNA在转录过程中首先需要准备好能够作为转录模板的这包括从原料细胞或组织中提取基因组并通过质粒构建或扩增获RNA,DNA DNA,PCR得目标基因序列这些模板为后续的转录反应奠定了基础DNA聚合酶的识别和结合RNA识别模板DNA1聚合酶识别并结合到上的特定启动子序列RNA DNA与启动子结合2聚合酶与上的启动子序列形成稳定的复合体RNA DNA开始转录3聚合酶开始沿模板合成互补的分子RNA DNARNA聚合酶是关键的转录调控因子它能准确识别和结合到上的启动子序列启动转录过程这是转录开始的关键步骤RNA,DNA,,决定了基因的表达模式和水平转录起始模板识别DNA聚合酶识别并结合到模板上的起始位点RNA DNA配基配对聚合酶利用碱基互补原理开始合成互补的链RNA RNA转录起始聚合酶开始从起始位点上下游的序列合成RNA DNARNA延伸和终止转录延伸1聚合酶持续合成沿模板进行RNA RNA,DNA识别终止信号2聚合酶检测到终止信号序列结束转录RNA,转录终止3聚合酶从模板上游离完成转录过程RNA DNA,在转录延伸过程中聚合酶持续沿着模板合成并延伸出完整的分子当聚合酶识别到特定的终止信号序,RNA DNARNA RNA列时就会立即停止转录并从模板上释放出来完成整个转录过程,,DNA,原核生物和真核生物中的转录差异原核生物转录真核生物转录转录效率差异产物差异原核生物的转录过程较为真核生物的转录过程复杂原核生物的转录效率通常原核生物产生单一的,简单由单一的聚合酶需要多种聚合酶和转较高可以在几分钟内完成分子而真核生物的,RNA RNA,mRNA,负责没有核心启动子序列录因子协作具有复杂的启整个过程而真核生物则需转录产物需经过复杂的加,,,和转录因子的参与动子序列和精细的调控机要更长时间工和修饰才能形成成熟的制mRNA转录过程的调控转录因子调控染色质结构调控转录因子通过与结合或染色质修饰如甲基化和DNA DNA与聚合酶相互作用来促组蛋白修饰影响基因可及性RNA,进或抑制转录起始不同转进而调控转录水平染色质录因子的浓度和活性水平决的紧密程度决定了基因的表定了基因表达的强度达状态信号通路调控协调调控机制细胞内外信号通过磷酸化、多种调控机制协同作用可实,等修饰作用影响转现对特定基因表达的精细调acetylation录因子的活性从而实现对基控保证细胞在不同条件下可,,因表达的动态调控快速适应转录因子的作用识别结构DNA转录因子能够通过结合到DNA上的特定顺序识别目标基因的启动子区域调控聚合酶RNA转录因子可以促进或抑制RNA聚合酶的结合和活性,从而影响基因的表达复杂的调控网络转录因子之间存在复杂的协同作用和拮抗作用,共同调控基因的表达水平转录抑制机制负责转录抑制的蛋白表观遗传修饰转录抑制蛋白通过与基因的启动子序列结合阻碍了聚合酶甲基化、去乙酰化等表观遗传修饰可以造成染色质紧缩从而阻,RNA,的结合和转录的进行碍转录因子和聚合酶的结合RNA干扰转录起始预防延伸有些转录抑制蛋白可以干扰转录起始复合物的形成从而抑制转一些转录抑制机制还可以影响转录的延伸过程导致转录过早终,,录的开始止转录激活机制转录因子的作用染色质重塑协同作用转录激活因子通过与结合并转录激活因子可以调节染色质结多个转录激活因子可能协同作用DNA,招募辅助蛋白激活基因转录这构使序列暴露于转录机器共同调节基因表达产生协同效应,,DNA,,些转录因子可能作用于启动子、可以进入的状态这种染色质重增强转录活性增强子等区域直接提高聚塑有助于转录过程的顺利进行,RNA合酶的活性转录水平的调控转录因子调控表观遗传调控多个转录起始位点转录因子通过与基因启动子或增强子甲基化和组蛋白修饰等表观遗传部分基因拥有多个转录起始位点不同DNA,区域的结合影响聚合酶的活性从机制可以改变染色质的结构影响转录启动子的激活可以产生不同的,RNA,,mRNA而调控基因的转录因子的结合从而调控基因的转录转录本从而调控基因的表达,,转录后水平的调控转录后修饰RNA转录完成后会经历一系列的调控过程,如剪切、加帽、polyadenylation等,这些修饰为后续的转录调控奠定基础转运RNA成熟的mRNA需要从细胞核转运到细胞质才能进行翻译,这一过程受到多种蛋白质调控因子的调节稳定性RNAmRNA的稳定性受到调控蛋白的作用,决定了其在细胞中的寿命,从而影响基因表达水平外源性影响转录RNA外源性调控转录外源性干扰转录外源性诱导转录RNA RNA RNA外源性不仅可以直接某些外源性如病毒一些长链非编码可以RNA RNA RNA参与调控基因的转录还可可以抑制细胞内的募集转录激活因子增强目,RNA,以通过与细胞内的转录因聚合酶阻碍正常转录标基因的转录水平促进基RNA,,子或调控因子相互作用间过程的进行从而干扰基因因表达,,接影响基因的转录活性的表达如和等可以siRNA miRNA靶向调控基因的转录非编码参与转录调控RNA干扰长链非编码RNARNA小和长链非编码可interfering RNAsiRNARNAlncRNA可以通过以招募染色质修饰酶改变染microRNAmiRNA与目标结合而抑制基色质结构从而调控基因转录mRNA,因转录或翻译核酶RNA核酶具有切割其他分子的功能可以参与转录调控的正反RNARNA,馈循环转录与基因表达的关系转录过程转录是将信息复制到的过程是基因表达的第一步DNARNA,加工和修饰RNA经过剪接、帽子加工和尾巴加工后才能成为成熟的RNA polyA,mRNA翻译过程成熟的被核糖体识别并翻译成相应的蛋白质完成基因表达mRNA,转录异常与人类疾病基因突变表观遗传学异常12序列的突变会影响转甲基化和组蛋白修饰DNA DNA录过程导致结构和的紊乱会导致基因转录受,mRNA表达异常从而引发遗传性抑或过度表达导致癌症等,,疾病疾病调控机制失衡外源性干扰34转录因子、抑制因子等调病毒感染或环境污染物会控元件的功能障碍会造成干扰正常的转录过程导致,基因表达紊乱引发神经退细胞功能失调引发相关疾,,行性疾病病转录组学研究方法基于测序的分析基于阵列的分析计算机模拟和预测转录本组装与注释利用高通量测序技术，通使用基因芯片检测和分析利用生物信息学方法根据从测序数据中重建和注释,过分析全基因组表达转录本的表达水平这种基因组序列和其他数据预完整的转录本序列对转录RNA,谱来研究转录组这种方方法成本相对较低，但覆测转录起始位点、转录本组的复杂性和多样性有更法能全面、准确地量化各盖范围有限，仅能分析已结构等信息能补充实验深入的认识种转录本的表达知的转录本分析的不足转录组学在生物医学中的应用基因测序技术疾病诊断和预防精准医疗转录组学依赖于高通量测序技术，可转录组数据可以帮助识别具有潜在临转录组分析有助于发现新的治疗靶点以快速、全面地分析人体各种组织和床价值的特异性生物标志物，应用于并指导个体化药物治疗方案的制定，细胞中表达的全部基因早期疾病诊断和预防提高治疗效果蛋白质的合成过程翻译的起始1识别上的起始密码子并将第一个氨ribosomes mRNA,基酸甲硫氨酸加入到新生的多肽链中延伸和终止2沿着逐个加入氨基酸直到遇到终止ribosomes mRNA,密码子然后释放新合成的蛋白质,蛋白质的修饰和折叠3新合成的蛋白质需要经过各种化学修饰和空间构象折叠才能形成正确的三维结构和功能,翻译的起始识别起始密码子装配翻译复合体接受来自的氨基酸tRNA核糖体识别上的起始密在处大小亚基结合形成完整的携带第一个氨基酸的被核糖体mRNA AUGAUG,tRNA码子开始翻译蛋白质的合成核糖体准备进行蛋白质合成识别并结合开始蛋白质合成,,,延伸和终止延伸1聚合酶持续沿模板合成链RNA DNARNA终止信号2聚合酶识别特定的终止信号并停止转录RNA释放和加工3链从模板上释放并进行进一步的加工RNA DNA转录延伸过程中聚合酶沿模板不断合成链当聚合酶遇到特定的终止信号时会停止转录并释放链,RNA DNARNARNA,RNA经过进一步的加工成熟的分子被运输至细胞内不同的功能位点,RNA蛋白质的修饰和折叠翻译后修饰蛋白质合成后会经历各种化学修饰如磷酸化、糖基化、,乙酰化等以调节蛋白质的活性、稳定性和定位,蛋白质折叠蛋白质在合成后会自发地或在分子伴侣的帮助下折叠成其独特的三维结构决定了其功能,错误折叠修复若蛋白质折叠错误细胞会通过机制如蛋白酶体降解或分,子伴侣重新折叠来纠正蛋白质的定位和运输细胞内定位1蛋白质定位于特定的细胞器或细胞膜区域定位信号2蛋白质上的特定序列指引它们到达目的地运输机制3细胞内蛋白质通过不同的运输系统进行定位靶向调控4细胞通过调控定位信号及运输机制控制蛋白质定位蛋白质定位和运输是细胞内重要的生物学过程蛋白质需要定位到正确的细胞器或膜区域才能发挥其功能定位信号和运输机制共同决定了蛋白质的最终定位细胞通过细致调控这些过程来维持蛋白质的正确定位和分布蛋白质功能的调控翻译后修饰蛋白质定位蛋白质在合成后会经历各种化学修蛋白质需要定位到特定的细胞器或饰如磷酸化、糖基化、乙酰化等这者细胞膜上才能发挥其功能这种定,,,些修饰会改变蛋白质的结构和性质位通常由特定的信号序列或相互作,进而影响其功能用决定蛋白质复合体蛋白质降解许多蛋白质需要与其他蛋白质形成蛋白质的寿命也是功能调控的关键,复合体才能正常发挥功能这个过程细胞有复杂的蛋白质降解系统来及,受到各种调控机制的调节时清除不需要的或者损坏的蛋白质蛋白质组学的研究蛋白质组学概念研究方法蛋白质组学是研究生物体内常用的蛋白质组学分析技术全部蛋白质的表达、结构、包括二维凝胶电泳、质谱分功能及相互作用的科学析、免疫亲和层析等研究应用挑战和前景蛋白质组学在疾病诊断、新蛋白质组学面临着蛋白质动药开发、毒理学评估等领域态变化、复杂相互作用等挑有广泛应用前景战但前景广阔,蛋白质组学在生物医学中的应用诊断疾病指导治疗预测预后个体化医疗蛋白质组学可以识别特定蛋白质组学分析可以揭示通过分析疾病特异性蛋白蛋白质组学有助于揭示个疾病的生物标志物有助于疾病的致病机制为靶向治质可以预测疾病的恶化趋体差异为个体化诊断和治,,,,早期诊断和监测疾病的进疗提供依据指导药物的开势和预后为临床决策提供疗提供依据实现精准医疗,,,展如肺癌、白血病等的发和使用依据诊断本课程的总结与展望课程概括未来展望收获与感悟通过本课程的学习我们全面掌握了未来我们将继续拓展转录组学及蛋白通过本课程的学习我们不仅增加了知,,,转录的基本概念、生物学意义、质组学在生物医学领域的应用推动生识储备更培养了独立思考、探究创新RNA,,关键步骤以及调控机制等知识为进一命科学研究向更加深入和广阔的方向的能力为未来的科研之路奠定了坚实,,步深入理解基因表达奠定了基础发展基础相关参考文献及网站学术文献在线课程相关领域的研究论文为课程、和等Coursera 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