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1、第二节真核生物转录第1页，共58页，编辑于2022年，星期二一 真核生物转录酶及相关因子（一）真核生物的RNA聚合酶 三种RNA聚合酶,它们专一地转录不同的基因,其转录过程和产物已各不相同.三种RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同.第2页，共58页，编辑于2022年，星期二第3页，共58页，编辑于2022年，星期二(二)RNA聚合酶的启动子核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）第4页，共58页，编辑于2022年，星期二1 1、核心启动子、核心启动子 定义：定义：指保证指保证RNARNA聚合酶聚合酶转录正常起始所必需
2、的、最转录正常起始所必需的、最少的少的DNADNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATATATA区区作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050第5页，共58页，编辑于2022年，星期二2 2、上游启动子元件、上游启动子元件包括包括CAATCAAT盒（盒（CCAATCCAAT）和）和GCGC盒（盒（GGGCGGGGGCGG）等）等作用：控制转录起始频率。CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80
3、-110bp第6页，共58页，编辑于2022年，星期二Eukaryotic Promoters“I would like to have TATA box and Initiator as my promoter.What would you like?”“Well,I prefer BRE and DPE.”第7页，共58页，编辑于2022年，星期二TATA区：区：使转录精确地起始。使转录精确地起始。CAAT区和区和 GC区区又称为又称为上游启动子元件上游启动子元件(upstream promoter element，UPE)或称或称上游激活序列上游激活序列(upstream activat
4、ing sequence，UAS)主要控制转录主要控制转录起始频率，基本上不参与起始位点的确定。起始频率，基本上不参与起始位点的确定。尽管这尽管这3种启动子区序列都有着重要功能，种启动子区序列都有着重要功能，但并不是但并不是每个基因的启动子区都包含这每个基因的启动子区都包含这3种序列。种序列。有些基因，如组蛋白有些基因，如组蛋白H2B，不含，不含GC区，但有两个区，但有两个CAAT区，一个区，一个TATA区。区。第8页，共58页，编辑于2022年，星期二SV40 SV40 早期启动子早期启动子组蛋白H2BH2B TATACAATGC第9页，共58页，编辑于2022年，星期二增强子及其功能增强子
5、及其功能增强子的发现从增强子的发现从增强子的发现从增强子的发现从SV40SV40开始，在开始，在开始，在开始，在SV40SV40的转录单元上发的转录单元上发的转录单元上发的转录单元上发现它的转录起始位点上游约现它的转录起始位点上游约现它的转录起始位点上游约现它的转录起始位点上游约200bp200bp处有两段处有两段处有两段处有两段72bp72bp长的长的长的长的重复序列，它们重复序列，它们重复序列，它们重复序列，它们不是启动子的一部分不是启动子的一部分，但，但能增强或能增强或促进转录的起始促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些，除去这两段序列会大大降低这些，除去这两段序列会大大降低这些，
6、除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平。基因的转录水平。基因的转录水平。基因的转录水平。能强化转录起始的序列为能强化转录起始的序列为能强化转录起始的序列为能强化转录起始的序列为增强子或强化子增强子或强化子(enhancer)。后来在许多基因的启动区中陆续发现了增强子的存后来在许多基因的启动区中陆续发现了增强子的存在。在。第10页，共58页，编辑于2022年，星期二增强子的性质1 1 增强效应十分明显增强效应十分明显:10-200:10-200倍倍,甚至上千倍甚至上千倍2 2 增强效应与其位置和取向无关增强效应与其位置和取向无关3 3 大多为重复序列大多为重复序列,其内部常有一个核心序列其内
7、部常有一个核心序列TGGAAATGGAAA4 4 其增强效应有严密的组织性和细胞特异性其增强效应有严密的组织性和细胞特异性,只有特定的只有特定的转录因子参与才能发挥其功能转录因子参与才能发挥其功能5 没有基因专一性,与不同的基因组合均表现增强效应6 6 许多增强子还受外部金属离子等调控许多增强子还受外部金属离子等调控第11页，共58页，编辑于2022年，星期二Transcriptionis activatedEnhancerTranscriptionis repressedSilencerRepressorActivator第12页，共58页，编辑于2022年，星期二转录起始点转录起始点TAT
8、A盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体DNA分子上具有的可影响转录的各种组分分子上具有的可影响转录的各种组分第13页，共58页，编辑于2022年，星期二General Transcription Factors and InitiationProkaryotic RNApolymerasepre-initiation com
9、plexEukaryotic RNApolymerase II:“I need help fromother proteins.”第14页，共58页，编辑于2022年，星期二三三.转录因子转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为的蛋白质，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚聚合酶的，则称为合酶的，则称为转录因子转录因子(transcriptional factors,TF)。第15页，共58页，编辑于2022年，星期二参与参与R
10、NA-pol转录的转录的TF CTD:RNA聚合酶聚合酶亚基羧基末端的结构域亚基羧基末端的结构域第16页，共58页，编辑于2022年，星期二TAFIIs:TBP-Associated Factors IITBP:TATA-Binding Protein第17页，共58页，编辑于2022年，星期二 转录起始转录起始 转录延伸转录延伸 转录终止转录终止二二、真核生物转录的基本过程、真核生物转录的基本过程第18页，共58页，编辑于2022年，星期二（一）转录起始（一）转录起始真真核核生生物物和和原原核核生生物物的的RNA-pol种种类类不不同同，结结合合模模板板的的特特性性不不一一样样。转转录录起起
11、始始时时，原原核核生生物物RNA-pol可可直直接接结结合合模模板板，而而真真核核生生物物的的RNARNA聚聚合合酶需与多种蛋白因子的相互作用才能结合模板。酶需与多种蛋白因子的相互作用才能结合模板。第19页，共58页，编辑于2022年，星期二转录起始：转录因子和RNApol按照一定的次序，通过招募的方式形成预转录起始复合物（pre-initiation complex）的过程。l l 、H第20页，共58页，编辑于2022年，星期二参与参与RNA-pol转录的转录的TF CTD:RNA聚合酶聚合酶亚基羧基末端的结构域亚基羧基末端的结构域第21页，共58页，编辑于2022年，星期二 转录因子转录
12、因子 转录复合体转录复合体TBPTBPTAFsTAFsTFIIATFIIATFIIB TFIIFTFIIB TFIIF Pol II Pol IITFIIETFIIE RNA pol RNA pol 的转录起始的转录起始 真核生物转录起始复合物第22页，共58页，编辑于2022年，星期二POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化羧基末端羧基末端的结构域的结构域第23页，共58页，编辑于2022年，星期二(二二
13、)转录的延伸转录的延伸RNA聚合酶离开启动子，沿聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。链不断伸长的过程。转录起始后直到形成转录起始后直到形成转录起始后直到形成转录起始后直到形成9 9个核苷酸短链是通过启动子阶段，个核苷酸短链是通过启动子阶段，个核苷酸短链是通过启动子阶段，个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时此时此时此时RNARNA聚合酶一直处于启动子区，新生的聚合酶一直处于启动子区，新生的聚合酶一直处于启动子区，新生的聚合酶一直处于启动子区，新生的RNARNA链与链与链与链与DNADNA模板链的结合不够牢固，很容易从模板链的结合不够牢固，很容易从模板链的结
14、合不够牢固，很容易从模板链的结合不够牢固，很容易从DNADNA链上掉下链上掉下链上掉下链上掉下来并导致转录重新开始。来并导致转录重新开始。来并导致转录重新开始。来并导致转录重新开始。一旦一旦一旦一旦RNARNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9 9个以上核苷酸并离开启动子区个以上核苷酸并离开启动子区个以上核苷酸并离开启动子区个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常，转录就进入正常的的延伸阶段延伸阶段。第24页，共58页，编辑于2022年，星期二RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位和和解解聚聚转录方向
15、转录方向第25页，共58页，编辑于2022年，星期二转录延长转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。第26页，共58页，编辑于2022年，星期二RNA链的延伸图解链的延伸图解35RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链模板链（反义链）延长部位延长部位第27页，共58页，编辑于2022年，星期二5-AAUAAA-5 -AAUAAA-
16、核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）真核生物转录终止（三）真核生物转录终止 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。第28页，共58页，编辑于2022年，星期二真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同 是否需要转录因子是否需要转
17、录因子第29页，共58页，编辑于2022年，星期二三 真核生物RNA的成熟（一）、mRNA的的成熟（二）、tRNA的成熟（三）、rRNA的成熟（四）、RNA编辑第30页，共58页，编辑于2022年，星期二真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工5“帽子帽子”PolyA 3 m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 3 3端添加端添加PolyA“PolyA“尾巴尾巴”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(ex
18、tron)(extron)第31页，共58页，编辑于2022年，星期二 1 1 首、尾的修饰首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)第32页，共58页，编辑于2022年，星期二第33页，共58页，编辑于2022年，星期二5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi第34页，共58页，编辑于2022年，星期二帽子结构帽子0:m7GpppX,N7甲基鸟嘌呤核苷酸帽子1:m7
19、GpppXm,帽子0后第一个核苷酸2位氧甲基化,这是除单细胞真核生物外其它真核生物的主要帽子形式帽子2:m7GpppXmpYm,帽子0后第二个核苷酸2位氧甲基化帽子结构中甲基供体为S-腺苷甲硫氨酸(SAM)第35页，共58页，编辑于2022年，星期二帽子结构的生理功能1 帽子结构为核糖体识别mRNA提供了信号,帽子0结构是核糖体识别mRNA所必须的.2 帽子结构增加mRNA的稳定性,保护mRNA免受5外切核酸酶的降解.3 帽子结构还能有助于成熟的mRNA的转运.第36页，共58页，编辑于2022年，星期二5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAA
20、A GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA真核生物转录真核生物转录后加尾修饰后加尾修饰 和转录和转录终止终止密切相关。密切相关。第37页，共58页，编辑于2022年，星期二3端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：准确切割加poly（A）第38页，共58页，编辑于2022年，星期二外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子 隔断基因的线性表隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除
21、去达而在剪接过程中被除去的核酸序列。的核酸序列。2 2 mRNA的剪接的剪接核内的初级核内的初级mRNA称为称为核不均一核不均一RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)第39页，共58页，编辑于2022年，星期二Fig.14.1第40页，共58页，编辑于2022年，星期二剪接信号哺乳动物5-/GUAAGU-INTRON-YNCURAC-YnNAG/G-3酵母5-/GUAUGU-INTRON-UACUAAC-YAG/G-3分支点序列第41页，共58页，编辑于2022年，星期二第42页，共58页，编辑于2022年，星期二小分子核内RNA(snRNA)真核细胞核内一组小分子RNA,
22、含70300碱基,序列中尿嘧啶含量较高,因此又用U命名.既非任何RNA的前体,也非某种RNA代谢的中间产物,而是具有独特功能且独立存在的实体,参与mRNA的加工。常与多种特异的蛋白质结合在一起，形成小核糖体核蛋白（small nuclear ribonucleoprotein particle，snRNP）snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接剪接体体第43页，共58页，编辑于2022年，星期二snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接剪接体体U1,U2U1,U2，U4U4，U5U5，U6U6第44页，共58页，编辑于2022年，星期二剪接体第45页，共58页，编辑于2022年，星期二
23、内含子的其它剪接方式及功能内含子的分类 第一类内含子第一类内含子 需要鸟苷或鸟苷酸为需要鸟苷或鸟苷酸为 辅助因子，实行自我催化辅助因子，实行自我催化l l第二类内含子第二类内含子 无需辅助因子，可自我拼接无需辅助因子，可自我拼接l l第三类内含子第三类内含子 套索状剪接套索状剪接 SnRNA和和SnRNP完成完成l l第四类内含子第四类内含子 tRNA基因及其初级转录基因及其初级转录产物的内含子产物的内含子，需要多种蛋白质的催化，需要多种蛋白质的催化第46页，共58页，编辑于2022年，星期二类内含子的自我剪接第47页，共58页，编辑于2022年，星期二类内含子的自我剪接第48页，共58页，编
24、辑于2022年，星期二（二）（二）tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目目 录录第49页，共58页，编辑于2022年，星期二切除部分序列:l l 5-端 一段前导序列 l l反密码子环 一段插入序列3-端CCA-OH的生成l ltRNA核苷酸基转移酶某些碱基的化学修饰:l l甲基化l l还原反应 DHUl l脱氨反应第50页，共58页，编辑于2022年，星期二tRNA tRNA 的转录后加工的转录后加工剪剪切切(a)第51页，共58页，编辑于2022年，星期二剪剪接接(b)(c)添添加加碱碱基基修修饰饰(d)第52页
25、，共58页，编辑于2022年，星期二（三）真核真核rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S第53页，共58页，编辑于2022年，星期二四 RNA的编辑编编辑辑（editing）是指在在mRNAmRNA水水平平，通通过过核核苷苷酸酸的的缺缺失失，插入或替换而改变遗传信息的过程插入或替换而改变遗传信息的过程。第54页，共58页，编辑于2022年，星期二RNARNA的拼接、编辑和再编码的拼接、编辑和再编码 大多数的真核基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物需要通过拼大多数的真核基因都
26、是断裂基因，断裂基因的转录产物需要通过拼接，去除插入部分（即内含子，接，去除插入部分（即内含子，intronintron），使编码区（即外含子，），使编码区（即外含子，ExonExon）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。）成为连续序列，这是基因表达的一个重要环节。RNARNA编码序列的编码序列的改变称为编辑（改变称为编辑（editing editing），），RNA RNA编码和读码方式的改变称为再编码编码和读码方式的改变称为再编码（recodingrecoding）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以）。由于存在选择性的拼接、编辑和再编码，一个基因可以产生多种蛋白质。产
27、生多种蛋白质。1 1、RNARNA的的拼接拼接2 2、RNARNA的的编辑编辑3 3、RNARNA的的再编码再编码第55页，共58页，编辑于2022年，星期二RNARNA编辑的不同类型和分布编辑的不同类型和分布 编辑类型编辑类型 机制机制 存在存在U U的插入与删除的插入与删除 gRNA gRNA的转酯反应的转酯反应 锥虫线粒体锥虫线粒体mRNAmRNAC C、A A或或U U的插入的插入 多头绒孢菌线粒体的多头绒孢菌线粒体的 mRNA mRNA和和tRNAtRNAG G的插入的插入 RNARNA聚合酶重复转录聚合酶重复转录 副粘病毒的副粘病毒的P P基因基因C C转变为转变为U U 酶促脱氢
28、酶促脱氢 哺乳类肠的哺乳类肠的apoPtRNAapoPtRNAC C转变为转变为U U或或U U转变为转变为C C 脱氢或氨基化脱氢或氨基化 植物线粒体植物线粒体mRNAmRNA和和tRNAtRNA 牛心线粒体牛心线粒体tRNAtRNAA A转变为转变为I I 脱氨脱氨 脑谷氨酸受体亚基脑谷氨酸受体亚基mRNAmRNARNARNA编辑的生物学意义编辑的生物学意义消除移消除移 码突变等基因突变的危害码突变等基因突变的危害增加了基因产物的多样性增加了基因产物的多样性与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式与生物发育与分化有关，是基因调控的一种重要方式第56页，共58页，编辑于2022年，星期二本本 章章 结结 束束第57页，共58页，编辑于2022年，星期二谢谢观赏WPS OfficeMake Presentation much more funWPS官方微博kingsoftwps第58页，共58页，编辑于2022年，星期二