现代分子生物学_课件(3)生物信息的传递(上)培训讲学.ppt

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1、现代分子生物学_课件(3)生物信息的传递(上)基因表达基因表达(gene expression)：是指细胞在生命过程：是指细胞在生命过程中中,把储存在把储存在DNA顺序中遗传信息经过顺序中遗传信息经过转录转录和和翻译翻译,转变成具有生物活性的蛋白质分子。转变成具有生物活性的蛋白质分子。一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转转录录RNADNA 转录(transcription)：转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息从DNA向RNA传递过程，也是基因表达的开始。第一节第一节 转录的基本原理转录的基本原理参与转录的物质模板:DNA酶:RNA聚合酶原料:NTP(ATP,UTP,G

2、TP,CTP)其他蛋白质因子 RNA合成方向合成方向：5 3TCATG A TT AAG T AC T A A T DNADNA的平面结构图的平面结构图细细胞胞核核中中AG T AC T A A T DNA的的一条链一条链AGCUGACGGUUU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸 (原料）原料）DNA DNA 解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNA与与RNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AU；TA；CG；GCRNA RNA 聚合酶聚合酶细细胞胞核核中中AG T AC T A A T AGCGA

3、CGGUUU U 组成组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起来细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGCGGU UAA UA U细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GGCG

4、GU UAA UA U C细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上mRNADNA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质UCAUG A UUAmRNAlmRNA：(messenger)编码了一个或多个编码了一个或多个蛋

5、白质序列；蛋白质序列；ltRNA：(transfer)把把mRNA上的遗传信上的遗传信息变为多肽中的氨基酸信息；息变为多肽中的氨基酸信息；lrRNA：(ribosomal)是合成蛋白质的工是合成蛋白质的工厂核糖体中的主要成分。厂核糖体中的主要成分。lhnRNA：(heterogeneous nuclear)由由DNA转录生成的原始转录产物，即前转录生成的原始转录产物，即前体体mRNA。l snRNA：(small nuclear)在前体在前体mRNA加工中，参与去除内含子。加工中，参与去除内含子。l snoRNA：(small nucleolar)核仁小核仁小RNA，主要参与，主要参与rRNA

6、及其它及其它RNA 的修饰、的修饰、加工、成熟等过程。加工、成熟等过程。l scRNA：细胞质小：细胞质小RNA(small cytoplasmic)主要在蛋白质合成过程起作用。主要在蛋白质合成过程起作用。l其他非编码其他非编码RNA：按大小分：按大小分：(1)2125 个核苷酸的个核苷酸的RNA,包括包括microRNA(miRNA)和小干扰和小干扰RNA(small interferin RNA（siRNA）。）。(2)100200个核苷酸的个核苷酸的small RNA(sRNA),往往在细菌细胞起翻译调节子功能。往往在细菌细胞起翻译调节子功能。(3)大于大于 10000个核苷酸的非编码个

7、核苷酸的非编码RNA，参与，参与更高级真核生物的基因沉默。更高级真核生物的基因沉默。微小微小RNA(microRNA,miRNA)小干扰小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)相同点相同点:(1)二者的长度都约二者的长度都约22 nt左右左右;(2)二者同是二者同是Dicer（一种具有（一种具有RNAase活活性的核酸酶）产物性的核酸酶）产物;(3)二者同是二者同是RISC(RNAinduced silencing complex)的组分，因此在的组分，因此在siRNA 和和miRNA 介导的介导的沉默机制上有重叠。沉默机制上有重叠。不同点：不同点：(1)二者的来

8、源不同，二者的来源不同，miRNA 来来源于内源转录本，即单链源于内源转录本，即单链RNA；siRNA 来来源于内源或外源的同源双链源于内源或外源的同源双链RNA；(2)miRNA 参与动植物正常的生长发育基因参与动植物正常的生长发育基因调控，而现在一般认为调控，而现在一般认为siRNA 不参与正常不参与正常的基因调控，只在病毒或其他的基因调控，只在病毒或其他dsRNA 诱诱导的情况下才产生导的情况下才产生;(3)miRNA 主要在翻主要在翻译水平起作用，而译水平起作用，而siRNA 为转录后水平调为转录后水平调控。控。端体酶端体酶RNA(telomerase RNA):RNA(telomer

9、ase RNA):与染色体与染色体末端的复制有关；末端的复制有关；反义反义RNA(antisense RNA):RNA(antisense RNA):是指与是指与mRNAmRNA互补的互补的RNARNA分子分子,也包括与其它也包括与其它RNARNA互补互补的的RNARNA分子。它参与基因表达的调控。分子。它参与基因表达的调控。转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA的区段，称为的区段，称为结构基因。结构基因。一一段段从从启启动动子子开开始始至至终终止止子子结结束束的的DNA序序列列为为一一个个转录单元转录单元。DNA双双链链按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的

10、的一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(template strand)，也也称称作作反意义链反意义链或或Waston链链。相相对对的的另另一一股股单单链链是是编编码码链链(coding strand)，也也称称为为有意义链有意义链或或Crick链链。5G C A G T A C A T G T C33 c g t c a t g t a c a g55G C A G U A C A U G U C3N Ala Val His Val C DNA转录转录mRNA翻译翻译肽肽DNA模板、转录产物模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系和氨基酸序列之间的关系编码链编码链模板链模板链不对称转

11、录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。转录方向转录方向5 5 3 3 3 3 5 5 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u 转录与复制的相似之处：转录与复制的相似之处：都是酶促的核苷酸聚合过程；都是酶促的核苷酸聚合过程；都以都以DNA为模板；为模板；都需依赖都需依赖DNA的聚合酶；的聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键

12、；都从都从5至至3 方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。转录与复制都受到严格的调控转录与复制都受到严格的调控 二、转录与复制的异同 u 转录和复制的区别转录和复制的区别 引物引物 有有 无无高度进行性高度进行性 中途不停止中途不停止 可一段一段复制可一段一段复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录

13、）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制（一）（一）原核生物原核生物RNA 聚合酶聚合酶RNA聚合酶（大肠杆菌为例）全酶=核心酶+因子第二节第二节 DNA指导下的指导下的RNA聚合酶聚合酶 核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)

14、大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析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,亚基含有核苷三磷酸的结合位点；与转录全过程有关（催化）rpoC1550001核心酶亚基含有与DNA模板的结合位点；结合DNA模板（开链）rpoD700001因子存在多种因子，用于识别不同的启动子RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 RNARNA聚合酶聚合酶:二聚体存在，核心酶组装，启动子识别，二聚体存在，核心酶组装，启动子识别，参与参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互聚合酶和部分调节因子的相互作用。作

15、用。:能与模板能与模板DNA、新生新生RNA链及核苷酸链及核苷酸底物相结合。催化磷酸二酯键的形成。底物相结合。催化磷酸二酯键的形成。和和共同共同 形成聚合酶的催化中心形成聚合酶的催化中心：负责模板链的选择和转录的起始，是负责模板链的选择和转录的起始，是酶的别构效应物，使酶和专一性酶的别构效应物，使酶和专一性识别识别模板模板上的上的启动子启动子，起始转录。，起始转录。某些细菌含有能识别不同启动某些细菌含有能识别不同启动子的子的因子，因子，调调控不同基因控不同基因转录转录的的起始，起始，如枯草杆菌有如枯草杆菌有6种不同的种不同的因子：因子：55、29等。等。E.coli中不同的因子 可识别不同的启

16、动子(二）二）真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶 真核生物的RNA聚合酶定定 位位 核核 仁仁 核核 质质 核核 质质转录产物转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA,tRNA,U1-13snRNA U6snRNA，（U6除外）除外）非非UsnRNA 对鹅膏蕈碱反应对鹅膏蕈碱反应 耐受耐受 极敏感极敏感 中度敏感中度敏感种类种类 除了细胞核除了细胞核RNA聚合酶外，真核生物线聚合酶外，真核生物线粒体和叶绿体中存在不同的粒体和叶绿体中存在不同的RNA聚合酶。聚合酶。线粒体线粒体RNA聚合酶：一条多肽链，小，聚合酶：一条多肽链，小，小于小于7104，不受，不受-鹅膏蕈碱抑制鹅膏蕈碱抑

17、制；叶绿体叶绿体RNA聚合酶：多亚基，部分亚基聚合酶：多亚基，部分亚基由叶绿体基因编码，较大，不受由叶绿体基因编码，较大，不受-鹅膏鹅膏蕈碱抑制蕈碱抑制。罗杰大卫科恩伯格（Roger David Kornberg，1947年?），2006年获诺贝尔化学奖得主，美国生物学家，斯坦福大学结构生物学教授。因其对“真核转录的分子基础所作的研究”而荣获2006年诺贝尔化学奖。他的父亲阿瑟科恩伯格也是斯坦福大学的教授，并且是1959年诺贝尔生理学或医学奖获得者。RNA聚合酶与DNA聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物无有产物较短，游离较长，与模板

18、以氢键相连作用方式一条链的某一段两条链同时进行外切酶活性无5 3，3 5校对合成能力 无有修复能力无有三、转录的基本过程三、转录的基本过程模板识别模板识别转录起始转录起始通过启动子通过启动子转录延伸转录延伸转录终止转录终止全酶识别启动子，全酶识别启动子，与其可逆性结合形与其可逆性结合形成封闭复合物成封闭复合物DNA为双链。为双链。DNA构象变化，开构象变化，开放复合物形成，全放复合物形成，全酶结合的一小段双酶结合的一小段双链解开链解开。开放复合物与最初开放复合物与最初2个个NTP结合，短结合，短RNA链形成。链形成。模板识别模板识别和转录起始和转录起始转录起始：第一个核苷酸键的形成转录起始：第

19、一个核苷酸键的形成通过启动子：通过启动子：2-9核苷酸短链形成核苷酸短链形成启动子的强弱：通过启动子的时间，时间越短，启动子的强弱：通过启动子的时间，时间越短，起始频率越高。起始频率越高。真正的起始真正的起始释放释放 因子，转录起始复合物通因子，转录起始复合物通过启动子区，并生成由核心酶、过启动子区，并生成由核心酶、DNA和新生和新生RNA所组成的转录延伸复合物。所组成的转录延伸复合物。因子决定转录的起始，不参与延伸。因子决定转录的起始，不参与延伸。真核生物还需要至少真核生物还需要至少7种辅助因种辅助因子子转录因子参与，形成复转录因子参与，形成复杂的前起始复合物杂的前起始复合物。转录因子 转录

20、复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始 表表12-5 12-5 人类人类型启动子的转录因子型启动子的转录因子因子因子 分子量分子量 功能功能RNAPol 10KRNAPol 10K 依赖模板合成依赖模板合成RNARNATFATFA12,19,35K 12,19,35K 稳定稳定TFDTFD和和DNADNA的结合，激活的结合，激活TBPTBP亚基亚基TFBTFB33K33K 结合模板链（结合模板链（-10-10+10+10），起始），起始PolPol结合，和结合，和TFE/FTFE/F 相互作用相互作用TFDTFD(TBP,30K

21、)TBP(TBP,30K)TBP亚基识别亚基识别TATATATA，将聚合酶组入复合体中，将聚合酶组入复合体中，TAFsTAFs识别识别 特殊启动子特殊启动子TFETFE34K()34K()结合在结合在PolPol的前部，使复合体的保护区延伸到下游的前部，使复合体的保护区延伸到下游 57K()57K()TFFTFF38,74K38,74K 大亚基具解旋酶活性（大亚基具解旋酶活性（RAP74RAP74）,小亚基和小亚基和PolPol结合，结合，介导其加入复合体介导其加入复合体TFHTFH 具激酶活性，可以磷酸化具激酶活性，可以磷酸化PolCPolC端的端的CTDCTD，使，使PolPol逸出，延伸

22、逸出，延伸TFITFI120K120K 识别识别InrInr，起始，起始TFF/DTFF/D结合结合TFJTFJ 在在TFFTFF后加入复合体，不改变后加入复合体，不改变DNADNA的结合方式的结合方式TFSTFS RNA RNA合成延伸合成延伸聚合酶横跨约40 bp，解旋的DNA约17 bp。转录的转录的延伸：延伸：RNA链不断链不断伸长，速度不伸长，速度不均一。均一。大肠杆菌：大肠杆菌：50-90个核苷个核苷酸酸/秒。秒。解链区：解链区：RNA-DNA杂杂合链解开，合链解开，DNA双链重双链重新形成。新形成。转录的终止：转录到终止位点，不再形转录的终止：转录到终止位点，不再形成磷酸二酯键，

23、成磷酸二酯键，RNA-DNA杂合链分开，杂合链分开，DNA双链形成，聚合酶及双链形成，聚合酶及RNA单链释放。单链释放。与转录起始和终止有关的与转录起始和终止有关的DNA结构结构一、原核生物的启动子和终止子一、原核生物的启动子和终止子启动子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。（一）启动子结构（一）启动子结构 转录单元转录单元 RNA聚合酶保护法分析启动子结构Pribnow41-4

24、4bp开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列(Sextama box)提供了RNA聚合酶全酶识别的信号5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区序列分析T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100Pribnow 框框Sextama 框框1、Pr

25、ibnow 框：框：10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框框是是RNA聚合酶的牢固结合位点，聚合酶的牢固结合位点，u 细菌中常见两种启动子突变：细菌中常见两种启动子突变：启动子上升突变，提高转录活性；启动子上升突变，提高转录活性；启动子下降突变，降低转录水平。启动子下降突变，降低转录水平。的存在保的存在保证原核生物原核生物RNA聚合聚合酶只能与启只能与启 动子区而不是其它区域形成子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。定的二元复合物。2、Sextama 框：框：35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框框是是RNA聚合酶中聚合酶中 的识别位点，

26、的识别位点，也是也是RNA聚合酶的初始结合位点。聚合酶的初始结合位点。l Pribnow 框与框与Sextama 框之间的碱基序列并不重要，但框之间的碱基序列并不重要，但两个序列之间的距离十分重要；两个序列之间的距离十分重要；l 天然启动子这段距离多为天然启动子这段距离多为1520bp，距离的大小可能是，距离的大小可能是决定启动子强度的因素之一。决定启动子强度的因素之一。l 实验表明：两个序列之间的距离为实验表明：两个序列之间的距离为17bp时，转录效率最时，转录效率最高。高。3、CAP位点位点：（乳糖：（乳糖操纵子的启动子序列）操纵子的启动子序列）v CAP即即分解代谢物基因激活蛋白分解代谢

27、物基因激活蛋白 (catabolite gene activation Protein)也称环腺苷酸受体蛋白（也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。）。u CAP分子内有两个结构域：分子内有两个结构域：羧基末端结构域是羧基末端结构域是DNA结合区；结合区；氨基末端结构域是氨基末端结构域是cAMP结合位点。结合位点。u CAP与与cAMP的结合能提高的结合能提高CAP对双链对双链DNA的亲和力；的亲和力；u CAP与启动子（与启动子（CAP位点）的结合是激活乳糖操纵子转录位点）的结合是激活乳糖操纵子转录的必要条件。的必要条件。l 乳糖启动子中有两个乳糖启动子中有两个CAP结合位点：结合位点：一个在一个

28、在 70 50位点，称位点位点，称位点；一个在一个在 50 40位点，称位点位点，称位点。l 位点位点包含一个反向重复序列，是强结合位点；包含一个反向重复序列，是强结合位点；位点位点是弱结合位点。是弱结合位点。AATGTGAGTT AGCTCACTCATTACACTCAA TCGAGTGAGT位点位点的反向重复序列的反向重复序列典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp 真核生物启动子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（ups

29、tream promoter element，UPE）1、核心启动子 定义：指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA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 A50502、上游启动子元件包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制转录起始频率。CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bpSV40 早期启动子组蛋白H2B TATACAATGC返回（三）转录起始复合

30、物 原核生物转录起始复合物三、转录的基本过程1、起始位点的识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。2、转录起始RNA链上第一个核苷酸键的产生3、RNA链的延伸 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。核心酶核心酶 DNA RNA（二）终止子结构（二）终止子结构 提供转录终止信号的序列称为终止子提供转录终止信号的序列称为终止子（terminator）;终止信号终止信号存在于存在于RNA聚合酶已经转录过的序列之中。聚合酶已经转录过的序列之中。u 原核生物终止子分为两类：原核生物终止子分为两

31、类：一类是不依赖于一类是不依赖于因子的转录终止；因子的转录终止；一类是一类是依赖依赖因子的转录终止；因子的转录终止；u 两类终止子有共同的序列特征：两类终止子有共同的序列特征：在转录终止点之前有一段间断的回文结构。在转录终止点之前有一段间断的回文结构。u 两类终止子碱基组成的不同点：两类终止子碱基组成的不同点：不依赖不依赖因子因子 回文结构富含回文结构富含G-C G-C 下游富含下游富含A-TA-T 依赖依赖因子因子 G-CG-C含量较少含量较少 下游无特征下游无特征转录方向转录方向335TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3355DNA模板链模板

32、链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5CGCCCGAGCGGGCU5TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3u 不依赖不依赖因子因子 的终止子的终止子 转录方向转录方向335TAAGTAGATTCATCCTACTTAGATGAATAGCTACTCGATG3355DNA模板链模板链编码链编码链AGCTACUCGAUG5CUACUUAGAUGAAU5TCGATGDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3u 依赖依赖因子因子 的终止子的终止子 u 类启动子分两部分：类启动子分两部分：40 5 称为近启动子，决定转录起始的位点；称为近启动子，决定转录起始的位点；16540

33、称为远启动子，影响转录的频率。称为远启动子，影响转录的频率。（一）（一）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子 即即 rRNA 基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子。类启动子。二、真核生物的启动子和终止子二、真核生物的启动子和终止子真核有三种不同的启动子和有关的元件启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同（二）（二）RNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子 1、帽子位点（、帽子位点（cap site）：）：即转录起始位点，其碱基大多为即转录起始位点，其碱基大多为 A。2、TATA 框：框：又称又称Hogness 框，位于框，位于25 附近，由含有附近，由含有TATA 的的67个个核苷酸组成，保守序

34、列为核苷酸组成，保守序列为 TATA（A/T）A（A/T）。但但TATA框的两侧富含框的两侧富含G-C碱基对。碱基对。即即 mRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子类启动子 l 核心启动子元件核心启动子元件 作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始。其序列的完整与准确对维持启作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始。其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。动子的功能是必需的。3、CAAT 框：框：位于位于 75 附近，保守序列为附近，保守序列为 GGNCAATCT。头两个。头两个 G 非常重要，一但突变，转录效率大大下降。非常重要，一但突变，转录效率大大下降。4、GC 框：框

35、：位于位于110附近，以附近，以5 CCGCC 3序列为特征。序列为特征。l上游启动子元件上游启动子元件 作用：作用：控制着转录起始的频率。控制着转录起始的频率。5、增强子（、增强子（enhancer）：）：l 能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，能结合反式作用因子，决定基因的时间和空间特异性表达，增强启动子转录活性的增强启动子转录活性的DNA序列。序列。l 增强子作用特点增强子作用特点：增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应增强效应与其所处的位置和取向无关：与其所处的位置和取向无关：增强子以增强子以5353或或 353

36、5排列对启动子都有作用。排列对启动子都有作用。大多为重复序列：长约大多为重复序列：长约50bp50bp，适合与反式因子结合，内部常有，适合与反式因子结合，内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。一个核心序列，为增强效应所必需。增强效应具有严密的组织和细胞特异性。增强效应具有严密的组织和细胞特异性。没有基因专一性。没有基因专一性。许多增强子受外部信号的调控。许多增强子受外部信号的调控。增强子能从上游或下游位置激活启动子增强子能从上游或下游位置激活启动子,并且与启动并且与启动子相比子相比,增强子的序列颠倒后仍能起作用增强子的序列颠倒后仍能起作用.（三）（三）RNA聚合酶聚合酶 的启动子的启动子 即

37、即 tRNA基因的启动子，称基因的启动子，称类启动子。类启动子。l 类启动子位于转录起始点下游，称下游启动类启动子位于转录起始点下游，称下游启动子或内部启动子。子或内部启动子。l 类启动子包括：类启动子包括：A盒、盒、B盒盒 A盒靠近盒靠近5方向；方向；B盒盒 靠近靠近3 方向方向。l 类启动子需要的转录因子包括：类启动子需要的转录因子包括：TF C、TF B、TF A，前两者是共同，前两者是共同的，后者为的，后者为5S rRNA基因转录所需。基因转录所需。三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异三、原核生物和真核生物转录起始位点的结构差异 原核生物原核生物 真核生物真核生物帽子结构帽子结

38、构 没有没有 有有 起始核苷酸起始核苷酸 嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶 嘌呤（嘌呤（A为主）为主）启动区范围启动区范围 较小较小(170)较大较大(1110)上游序列上游序列 TTGACA CAAT、GC、增强子、增强子图图5-4 P155页页原核生物与真核生物启动子比较原核生物与真核生物启动子比较原核生物和真核生物转录及抑制剂原核生物和真核生物转录及抑制剂 第第 四四 节节 l 原核生物转录的起始原核生物转录的起始l 原核生物转录的延长原核生物转录的延长l 原核生物转录的终止与新合成原核生物转录的终止与新合成RNA链的释放链的释放 l 真核生物的转录真核生物的转录l RNA生物合成抑制剂生物合成抑制

39、剂 转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：1.DNA双链解开，使其中的一条链作为双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。转录的模板。2.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。板的起始区域。一、原核生物转录的起始一、原核生物转录的起始4.当三元复合物中当三元复合物中RNA长长69个核苷个核苷酸时，酸时，因子从全酶解离下来，进入延因子从全酶解离下来，进入延长阶段。长阶段。2.RNA聚合酶向聚合酶向10区转移，并区转移，并与之牢固结合。与之牢固结合。10区区DNA双链双链解开解开1217bp，形成开放的二，形成开放的二 元元启动子复合物（模板酶）。启动

40、子复合物（模板酶）。u 转录起始过程转录起始过程1.因子辨认转录起始点（因子辨认转录起始点（-35区的区的TTGACA序列）序列），RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板与模板35序列结合，形成序列结合，形成闭合的二元闭合启动子复合物。闭合的二元闭合启动子复合物。3.在在RNA聚合酶聚合酶亚基催化下形成第亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，形成三元复合物一个磷酸二酯键，形成三元复合物（模板酶（模板酶RNA）。转录复合物：）。转录复合物：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 二、原核生物转录的延长二、原核生物转录的延长1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶核心酶变构

41、，与模板结聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2.2.在核心酶作用下，以模板链作指导，按照碱基配对在核心酶作用下，以模板链作指导，按照碱基配对原则：原则：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C；NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断延长。链不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi延长中的转录复合物也叫转录空泡。延长中的转录复合物也叫转录空泡。随着随着RNARNA聚合酶前移，转聚合酶前移，转录产物录产物RNARNA不断移出转录空泡，已转录完毕的不断移出转录空泡，已转录完毕的DNADNA双链又重新复双链又重新复合而不再

42、打开。合而不再打开。原核生物的转录和翻译偶联进行原核生物的转录和翻译偶联进行。转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNA RNA5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶三、原核生物转录的终止和新生三、原核生物转录的终止和新生RNARNA链的释放链的释放指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类：分类：不依赖Rho()因子的转录终止依赖Rho()因子的转录终止（一）（一）依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止l 1969

43、年，年，Roberts发现了能控制转录终止的蛋发现了能控制转录终止的蛋白质，即白质，即因子。由相同的因子。由相同的6个亚基组成六聚体，个亚基组成六聚体，分子量分子量200kD。l 因子具有因子具有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元复合物解离的根本原因。复合物解离的根本原因。因子的因子的NTP酶活性依赖于单链酶活性依赖于单链RNA的结构。的结构。l 因子依赖性终止子含有一个反向重复序列，使因子依赖性终止子含有一个反向重复序列，使 RNA末端末端形成一个发夹结构，导致转录延宕，形成一个发夹结构，导致转录延宕，因子得以发挥作用，终因子得以发挥作用，终止转录

44、。止转录。水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。（二）（二）非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止l DNA模板接近转录终止的区域内，有较密集模板接近转录终止的区域内，有较密集 的的A-T配对区或配对区或G-C配对区，且配对区，且G-C配对为回配对为回 文结构。文结构。l 转录产物转录产物RNA的的3-末端有若干个连续的末端有若干个连续的U。l 连续连续U区的区的5-端前方碱基形成端前方碱基形成茎环结构茎环结构或或发发 夹结构夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下。这种二级结构是阻止转录继续向下 游推进的关键。游推进的关键。茎环结构使转录终止茎环结构使

45、转录终止的机理的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停聚合酶变构，转录停顿；顿；密集密集A-U 配对使转录复合物配对使转录复合物趋于解离，趋于解离，释放释放RNA。终止效率与二重对称序列和终止效率与二重对称序列和寡聚寡聚U的长短有关。的长短有关。四、真核生物的转录四、真核生物的转录（一）转录起始（一）转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化。转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，而需依靠众多的转录因子，与模板结合形成转录起始前复合物，其起始过程比原核生物复杂得多。真核生物RNA聚合酶II所形成的转录起始复合物 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol

46、 IITFIIE、真核生物转录起始复合物PIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大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，没有转录与翻致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。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。转录延长过程中可以观察到核小体移转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。位和解聚现象。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转录方向转录方向（三）转录终止（三）转录终止1、RNA聚合酶聚合酶

47、转录出转录出rRNA前体前体3末端后，末端后，继续继续向下游向下游转录转录超超过过1000个个bp时时，存在一个，存在一个 18bp的的终终止序列。止序列。2、RNA聚合酶聚合酶 转录模板的下游存在一个转录模板的下游存在一个 终止子，是位于终止子，是位于GC丰富序列之中的丰富序列之中的TTTT。RNA聚合酶聚合酶有内原性的转录终止功能。有内原性的转录终止功能。3、RNA聚合酶聚合酶的转录没有明确的终止信号的转录没有明确的终止信号。五、五、RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂 概念：能阻断、抑制或者干扰核酸的代谢 过程，最终抑制转录的一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。l 分三类：分三类：1、嘌呤

48、和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成；、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体的合成；2、通过与、通过与DNA结合而改变模板的功能；结合而改变模板的功能；3、与、与RNA聚合酶结合而影响其活力。聚合酶结合而影响其活力。（一）利福霉素及利福平（一）利福霉素及利福平 作用作用：抗结核药物，特异地抑制细菌：抗结核药物，特异地抑制细菌RNA聚合酶聚合酶 的活性，因而抑制细菌的活性，因而抑制细菌RNA的合成。的合成。机制机制：利福霉素可与利福霉素可与RNA聚合酶的聚合酶的亚基基结合，合，并阻止起始位点的填充，并阻止起始位点的填充，抑制二核苷酸抑制二核苷酸 RNA的形成；的形成；利福平利福平则阻止阻止RNA聚合聚合酶

49、的移的移动，抑制，抑制 头三个核苷酸的形成。三个核苷酸的形成。因此，因此，利福霉素和利福平都是利福霉素和利福平都是RNA链合成合成 起始起始过程的抑制程的抑制剂。（二）利迪链菌素（二）利迪链菌素 作用：作用：与细菌的与细菌的RNA聚合酶聚合酶亚基基结合，抑制合，抑制 转录过程中程中RNA链的延的延长反反应。（三）（三）-鹅膏蕈碱膏蕈碱 作用作用：抑制真核生物的：抑制真核生物的RNA聚合酶，且聚合酶，且RNApol 极为敏感。对细菌极为敏感。对细菌RNA聚合酶作用极弱。聚合酶作用极弱。转录后加工过程及其机制转录后加工过程及其机制第五节第五节l mRNA的前体加工的前体加工l rRNA的前体加工的

50、前体加工l tRNA的前体加工的前体加工 真核细胞每种转录产物都是各种真核细胞每种转录产物都是各种RNA的前身，的前身，即无活性，亦无功能。即无活性，亦无功能。真核初级转录产物必须在胞核内经过适当加工，真核初级转录产物必须在胞核内经过适当加工，使之变成具有活性的成熟使之变成具有活性的成熟RNA后，由胞核运至胞后，由胞核运至胞 质才能执行翻译功能。质才能执行翻译功能。真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还真核细胞转录作用和翻译作用无论在空间上还 是时间上都是彼此分开进行的。是时间上都是彼此分开进行的。原核细胞原核细胞mRNA不需加工，不需加工，tRNA和和rRNA加工。加工。u 真核细胞与原核