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1、关于生物信息的传递从第1页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v DNA DNA序列是遗传信息的贮存者，序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通它通过自主复制得到永存，并通过转录生成信使过转录生成信使RNARNA、翻译生成、翻译生成蛋白质的过程来控制生命现蛋白质的过程来控制生命现象。象。第2页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程复复 制制 和和 转转 录录 的的 区区 别别第3页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 基因表达包括转录基因表
2、达包括转录(transcription)(transcription)和翻译和翻译(translation)(translation)两两个阶段。转录是指拷贝出一条与个阶段。转录是指拷贝出一条与DNADNA链序列完全相同链序列完全相同(U(U替换替换T)T)的的RNARNA单链的过程，是基因表达的核心步骤；翻译是指以新单链的过程，是基因表达的核心步骤；翻译是指以新生的生的mRNAmRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序为模板，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。列、合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。第4页，讲稿共170张，创作于星期
3、二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程RNARNA的转录和翻译的转录和翻译第5页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 与与mRNAmRNA序列相同的那条序列相同的那条DNADNA链称为链称为编码链编码链(coding strand)(coding strand)或称或称有意链有意链(sense strand)(sense strand)，并把另一条根据碱基互补原则指，并把另一条根据碱基互补原则指导导mRNAmRNA合成的合成的 DNADNA链称为链称为模板链模板链(template strand)(template stran
4、d)或或称称反义链反义链(antisense(antisense strand)strand)。第6页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程第7页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先被转录生贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先被转录生成成RNARNA，才能得到表达。，才能得到表达。RNARNA主要以单链形式存在于主要以单链形式存在于生物体内，其高级结构很复杂，它们既担负着贮生物体内，其高级结构很复杂，它们既担负着贮藏及转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在藏及转
5、移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。细胞内发挥代谢功能。第8页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程 RNA RNA分子来自分子来自DNADNA。储存于。储存于DNADNA双链中的遗传信息通过转录酶双链中的遗传信息通过转录酶促反应按照碱基互补配对的原则被转化成为单链促反应按照碱基互补配对的原则被转化成为单链RNARNA分子。生分子。生物体内共有物体内共有3 3种种RNARNA：v信使信使RNA(messenger RNARNA(messenger RNA，mRNA)mRNA)编码特定蛋白质序列；编码特定蛋白质序列；v转移转移RN
6、A(transfer RNARNA(transfer RNA，tRNA)tRNA)特异性解读特异性解读mRNAmRNA中的遗传信中的遗传信息、将其转化成相应氨基酸并将其加入多肽链中；息、将其转化成相应氨基酸并将其加入多肽链中；v核糖体核糖体RNA(ribosomal RNARNA(ribosomal RNA，rRNA)rRNA)直接参与核糖体中蛋白质合成。直接参与核糖体中蛋白质合成。第9页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程一、一、转录的基本过程转录的基本过程 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括包
7、括:1 1、模板识别；、模板识别；2 2、转录起始、通过启动子；、转录起始、通过启动子；3 3、及转录的延伸和终止。、及转录的延伸和终止。第10页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程一、转录的基本过程一、转录的基本过程第11页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v1 1、模板模板识别识别：在原核生物中，模板识别阶段主要指在原核生物中，模板识别阶段主要指RNARNA聚聚合酶与启动子合酶与启动子DNADNA双链相互作用并与之相结合的过程。转双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始前，启动子附近的录起始前
8、，启动子附近的DNADNA双链分开形成转录泡以促使双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板底物核糖核苷酸与模板DNADNA的碱基配对。的碱基配对。v2 2、转录起始转录起始：就是：就是RNARNA链上第一个核苷酸键的产生。链上第一个核苷酸键的产生。一、一、转录的基本过程转录的基本过程第12页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 3 3、通过通过启动子阶段启动子阶段：转录起始后直到形成转录起始后直到形成9 9个核酸苷短链是个核酸苷短链是通过启动子阶段，此时通过启动子阶段，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
9、生的RNARNA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DNADNA链上掉下链上掉下来并导致转录重新开始。一旦来并导致转录重新开始。一旦RNARNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9 9个以上核苷个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。所以，酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。所以，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。一般说来，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。一般说来，通通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。一、一、转录的基本过程转录的基本过程第13页，讲稿共170
10、张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 4 4、转录的延伸转录的延伸：RNARNA聚合酶离开启动子，沿聚合酶离开启动子，沿DNADNA链移动并使链移动并使新生新生RNARNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。在链不断伸长的过程就是转录的延伸。在3737时，大肠杆时，大肠杆菌菌RNARNA聚合酶完成该反应的速度为每秒聚合酶完成该反应的速度为每秒4040个核苷酸。随着个核苷酸。随着RNARNA聚聚合酶的移动，合酶的移动，DNADNA双螺旋持续解开，暴露出新的单链双螺旋持续解开，暴露出新的单链DNADNA模板，新模板，新生生RNARNA链的链的33末端不断延伸，在解链
11、区形成末端不断延伸，在解链区形成RNA-DNARNA-DNA杂合物。而在杂合物。而在解链区的后面，解链区的后面，DNADNA模板链与其原先配对的非模板链重新结合成模板链与其原先配对的非模板链重新结合成为双螺旋。为双螺旋。一、一、转录的基本过程转录的基本过程第14页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 5 5、转录的终止转录的终止：当：当RNARNA链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，RNARNA聚合聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNARNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，杂合物分离，转录泡瓦解，DN
12、ADNA恢复成双链状态，而恢复成双链状态，而RNARNA聚合酶和聚合酶和RNARNA链都被从模板上释放出链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。来，这就是转录的终止。一、一、转录的基本过程转录的基本过程第15页，讲稿共170张，创作于星期二第一节第一节 RNARNA转录的基本过程转录的基本过程v 真核生物真核生物RNARNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要转录调需要转录调控因子控因子(辅助蛋白质辅助蛋白质)按特定顺序结合于启动子上，按特定顺序结合于启动子上，RNARNA聚合酶才能聚合酶才能与之相结合并形成复杂的转录前起始复合物。与之相结合并形成复杂的转
13、录前起始复合物。v 转录和翻译的速度基本相等，转录和翻译的速度基本相等，3737时，转录生成时，转录生成mRNAmRNA的速度的速度每秒钟合成每秒钟合成1414个密码子，而蛋白质合成的速度大约是每秒钟个密码子，而蛋白质合成的速度大约是每秒钟1515个氨个氨基酸。基酸。一、一、转录的基本过程转录的基本过程第16页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分一、一、RNARNA聚合酶聚合酶v 以以DNADNA序列为模板的序列为模板的RNARNA聚合酶主要以双链聚合酶主要以双链DNADNA为模板，以为模板，以4 4种核苷三磷酸作为活性前体，并以种核苷三磷酸作为活性
14、前体，并以MgMg2 2/Mn/Mn2 2为辅助因子，催为辅助因子，催化化RNARNA链的起始、延伸和终止，它链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物，不需要任何引物，催化生成催化生成的产物是与的产物是与DNADNA模板链互补的模板链互补的RNARNA。RNARNA或或RNA-DNARNA-DNA双链杂合体双链杂合体不能作为模板。原核和真核生物的不能作为模板。原核和真核生物的RNARNA在分子组成、种类和生在分子组成、种类和生化特性上各有特色。化特性上各有特色。第17页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合
15、酶：聚合酶：v大多数原核生物大多数原核生物RNARNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNARNA聚聚合酶由合酶由2 2个个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基和一个亚基和一个亚基组成，亚基组成，称为核心酶。加上一个称为核心酶。加上一个亚基后则成为聚合酶全酶亚基后则成为聚合酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)，相对分子质量为，相对分子质量为4.65lO5(4.65lO5(图图3-3)3-3)。第18页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分第19页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的
16、主要成分转录机器的主要成分（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第20页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分第21页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第22页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 由由和和亚基组成了聚合酶的亚基组成了聚合酶的催化中心催化中心。亚基能与模板亚基能与模板DNADNA、新、新生生RNARNA链及核苷酸底物相结合。链及核苷酸底物相结合。v 亚基与亚基与核心
17、酶的组装及启动子核心酶的组装及启动子识别识别有关，并参与有关，并参与RNARNA聚合酶和部分聚合酶和部分调节因子的相互作用。调节因子的相互作用。（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第23页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 因子的作用是因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始负责模板链的选择和转录的起始，它，它使酶专一性识别模使酶专一性识别模板上的启动子板上的启动子。因子可以极大地提高因子可以极大地提高RNARNA聚合酶对启动子区聚合酶对启动子区DNADNA序列的亲和序列的亲和力，酶底结合常数提高力，酶底结合常数提高101
18、03 3倍，酶底复合物的半衰期可达数小时甚至数十倍，酶底复合物的半衰期可达数小时甚至数十小时。小时。因子还因子还能使能使RNARNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNADNA上非特异性位点的结合常数降低上非特异性位点的结合常数降低10104 4倍，使酶底复合物倍，使酶底复合物的半衰期小于的半衰期小于1s1s。因此，加入。因此，加入因子以后，因子以后，RNARNA聚聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了10107 7倍。倍。（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第24页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机
19、器的主要成分v 每个细胞中约有每个细胞中约有70007000个个RNARNA聚合酶分聚合酶分子，每一时刻有子，每一时刻有20002000 50005000个酶在执行转个酶在执行转录录DNADNA模板的功能。模板的功能。因子大大增加聚合因子大大增加聚合酶对启动子的亲和力，并降低酶对非专一酶对启动子的亲和力，并降低酶对非专一位点的亲和力，使酶专一性识别模板上的位点的亲和力，使酶专一性识别模板上的启动子。启动子。（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第25页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与
20、开链启动转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与开链启动子酶复合物相结合构成新生子酶复合物相结合构成新生RNARNA的的55端，再以磷酸二酯端，再以磷酸二酯键的形式与第二个核苷酸相结合，键的形式与第二个核苷酸相结合，起始的终止反映在起始的终止反映在因子的释放。当因子的释放。当新生新生RNARNA链达到链达到6 69 9个核苷酸时，能形个核苷酸时，能形成稳定的酶成稳定的酶DNADNARNARNA三元复合物，三元复合物，并释放并释放因子，转录进入延伸期。因子，转录进入延伸期。（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第26页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要
21、成分转录机器的主要成分v 当聚合酶按当聚合酶按5 35 3方向延伸方向延伸RNARNA链时，解旋的链时，解旋的DNADNA区域也随区域也随之移动。聚合酶可以横跨约之移动。聚合酶可以横跨约4040个碱基对，而解旋的个碱基对，而解旋的DNADNA区域大约是区域大约是1717个碱基对。自由核苷酸能被聚合酶加到新生的个碱基对。自由核苷酸能被聚合酶加到新生的RNARNA链上，并形成链上，并形成DNA-RNADNA-RNA杂合体。随着聚合酶在模板上的运动，靠近杂合体。随着聚合酶在模板上的运动，靠近33端的端的DNADNA不断解旋，同时在不断解旋，同时在55端重新形成端重新形成DNADNA双链，将双链，将R
22、NARNA链挤出链挤出DNA-RNADNA-RNA杂杂合体。合体。RNARNA的的33端大约有端大约有20203030个核苷酸与个核苷酸与DNADNA和聚合酶相结合。和聚合酶相结合。（一）、原核生物（一）、原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第27页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 真核生物中共有真核生物中共有3 3类类RNARNA聚合酶，它们在细胞核中的位置不同，聚合酶，它们在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同。真核生物负责转录的基因不同。真核生物RNARNA聚合酶一般有聚合酶一般有8 81414个亚基个亚基所组成，相对分子质量超过所组成
23、，相对分子质量超过5105105 5。不同生物。不同生物3 3类聚合酶的亚基类聚合酶的亚基种类和大小存在两条普遍遵循的原则种类和大小存在两条普遍遵循的原则:一是聚合酶中有两个相对分一是聚合酶中有两个相对分子质量超过子质量超过l10l105 5的大亚基；二是同种生物的大亚基；二是同种生物3 3类聚合酶有类聚合酶有 共享共享 小小亚基的倾向，即有几个小亚基是其中亚基的倾向，即有几个小亚基是其中3 3类或类或2 2类聚合酶所共有的。类聚合酶所共有的。（二）、真核生物（二）、真核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第28页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分（二
24、）、真核生物（二）、真核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第29页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分（二）、真核生物（二）、真核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第30页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 真核生物线粒体和叶绿体中还存在着不同的真核生物线粒体和叶绿体中还存在着不同的RNARNA聚合酶。聚合酶。线粒体线粒体RNARNA聚合酶只有一条多肽链，相对分子质量小于聚合酶只有一条多肽链，相对分子质量小于7x107x104 4，是已知最小的，是已知最小的RNARNA聚合酶之一，与聚合酶之一，与T7T7噬
25、菌体噬菌体RNARNA聚合酶有聚合酶有同源性。叶绿体同源性。叶绿体RNARNA聚合酶比较大，结构上与细菌中的聚合酶聚合酶比较大，结构上与细菌中的聚合酶相似，由多个亚基组成，部分亚基由叶绿体基因组编码。相似，由多个亚基组成，部分亚基由叶绿体基因组编码。（二）、真核生物（二）、真核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：第31页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分 启动子选择阶段包括启动子选择阶段包括RNARNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（closed com
26、plexclosed complex）。）。伴随着伴随着DNADNA构象上的重大变化，封闭复合物转变成开放复合物构象上的重大变化，封闭复合物转变成开放复合物(open complex)(open complex)，聚合酶全酶所结合的，聚合酶全酶所结合的DNADNA序列中有一小段双序列中有一小段双链被解开。链被解开。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第32页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分 强启动子强启动子从封闭复合物到开放复合物的转变是不可逆从封闭复合物到开放复合物的转变是不可逆的，是
27、快反应。开放复合物与最初的两个的，是快反应。开放复合物与最初的两个NTPNTP相结合并在这相结合并在这两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后(RNA(RNA聚合酶、聚合酶、DNADNA和新生和新生RNA)RNA)三元复合物。三元复合物。真核生物转录起始复合物的分子量很大：真核生物转录起始复合物的分子量很大：RNARNA聚合酶、聚合酶、7 7种种辅助因子，辅助因子又包含多个亚基。辅助因子，辅助因子又包含多个亚基。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第33页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成
28、分转录机器的主要成分二、转录复合物二、转录复合物（转录起始复合（转录起始复合物及转录延伸复物及转录延伸复合物）合物）第34页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 三元复合物可以进入两条不同的反应途径，一是合成并释三元复合物可以进入两条不同的反应途径，一是合成并释放放2 29 9个核苷酸的短个核苷酸的短RNARNA转录物转录物流产式起始流产式起始;二是尽快释二是尽快释放放亚基，转录起始复合物通过上游启动子区并生成由亚基，转录起始复合物通过上游启动子区并生成由核心酶、核心酶、DNADNA和新生和新生RNARNA所组成的所组成的转录延伸复合物。转录延伸复
29、合物。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第35页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 转录的真实性转录的真实性取决于有特异的转录起始位点，转录起始后取决于有特异的转录起始位点，转录起始后按照碱基互补原则准确地转录模板按照碱基互补原则准确地转录模板DNADNA序列及具有特异的终序列及具有特异的终止部位。止部位。RNARNA的合成是在模板的合成是在模板DNADNA的启动子位点上起始的，而这个的启动子位点上起始的，而这个任务是靠任务是靠因子来完成的。因子来完成的。RNARNA聚合酶的核心酶虽可
30、合成聚合酶的核心酶虽可合成RNARNA，但不能找到模板但不能找到模板DNADNA上的起始位点。核心酶的产物是不均一的，上的起始位点。核心酶的产物是不均一的，因为它没有固定的起始位点，而且因为它没有固定的起始位点，而且DNADNA两条链都可作为模板。两条链都可作为模板。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第36页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 只有带只有带因子的全酶才能专一地与因子的全酶才能专一地与DNADNA上的启动子结合，上的启动子结合，选择其中一条链作为模板，合成均一的产物。选择
31、其中一条链作为模板，合成均一的产物。因子的作用因子的作用只是起始而已，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，而只是起始而已，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责由核心酶负责RNARNA链的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是启动子的链的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是启动子的选择和转录的起始，而核心酶的作用是链的延伸。选择和转录的起始，而核心酶的作用是链的延伸。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第37页，讲稿共170张，创作于星期二第二节第二节 转录机器的主要成分转录机器的主要成分v 转录延伸复合物是转录循环中一个十分重要的环节
32、。与转录延伸复合物是转录循环中一个十分重要的环节。与转录起始复合物相比，延伸复合物极为稳定，可以长时间转录起始复合物相比，延伸复合物极为稳定，可以长时间地与地与DNADNA模板相结合而不解离。只有在它遇到转录终止信号时，模板相结合而不解离。只有在它遇到转录终止信号时，RNARNA聚合酶才停止加入新的核苷酸，聚合酶才停止加入新的核苷酸，RNARNADNADNA杂合物解离，释杂合物解离，释放转录产物并导致聚合酶本身从模板放转录产物并导致聚合酶本身从模板DNADNA上掉下来。上掉下来。二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）二、转录复合物（转录起始复合物及转录延伸复合物）第38页，讲稿共17
33、0张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶与启动子的相互作用主要聚合酶与启动子的相互作用主要包括：包括：1 1、启动子区的识别、启动子区的识别、2 2、酶与启动子的结合及、酶与启动子的结合及因子的结合与解离。因子的结合与解离。第39页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始第40页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始第41页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构v 启动子是一段位
34、于结构基因启动子是一段位于结构基因55端上游的端上游的DNADNA序列，能活化序列，能活化RNARNA聚合酶，使之与模板聚合酶，使之与模板DNADNA准确地结合并具有转录起始的特异性。准确地结合并具有转录起始的特异性。基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，所以，所以，RNARNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之相结合是转录聚合酶如何有效地找到启动子并与之相结合是转录起始过程中首先要解决的问题。有实验表明，对许多启动子来起始过程中首先要解决的问题。有实验表明，对许多启动子来说，说，RNARNA聚合酶与之相结合的速率至少
35、比布朗运动中的随机聚合酶与之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高碰撞高100100倍。倍。第42页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是要问题是RNARNA聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影响了它与影响了它与RNARNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水平。水平。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第43页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转
36、录起始启动子与转录起始v 转录起点是指与新生转录起点是指与新生RNARNA链第一个核苷酸相对应链第一个核苷酸相对应DNADNA链上链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。常把起点前面，即的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。常把起点前面，即55末末端的序列称为上游端的序列称为上游(upstream)(upstream)，而把其后面即，而把其后面即33末端的序末端的序列称为下游列称为下游(downstream)(downstream)。在描述碱基的位置时，一般用数。在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为字表示，起点为+1+1，下游方向依次为，下游方向依次为+2+2、+3+3，上游方向，上游方向依次为依
37、次为-1-1、-2-2、-3-3。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第44页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 启动子区是启动子区是RNARNA聚合酶的结合区，其结构聚合酶的结合区，其结构直接关系到转录的效率。那么，启动子区有直接关系到转录的效率。那么，启动子区有什么结构特点呢什么结构特点呢?Pribnow?Pribnow设计了一个实验，设计了一个实验，他把他把RNARNA聚合酶全酶与模板聚合酶全酶与模板DNADNA结合后，用结合后，用DNaseIDNaseI水解水解DNADNA，然后用酚抽提，沉淀纯化，然后用酚抽提，沉淀纯化DNADNA后
38、得到一个被后得到一个被RNARNA聚合酶保护的聚合酶保护的DNADNA片段，片段，约有约有4141 4444个核苷酸对。个核苷酸对。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第45页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第46页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v他分离了他分离了fdfd噬菌体等被酶保护的区域，并进行了序列分析，以后噬菌体等被酶保护的区域，并进行了序列分析，以后又有人做了又有人做了5050多个启动子的序列分析后发现，在被保护区内有多个启动子的序列分析后发
39、现，在被保护区内有一个由一个由5 5个核苷酸组成的共同序列，是个核苷酸组成的共同序列，是RNARNA聚合酶的紧密结合聚合酶的紧密结合点，现在称为点，现在称为PribnowPribnow区区(Pribnow box)(Pribnow box)，这个区的中央大约，这个区的中央大约位于起点上游位于起点上游10bp10bp处，所以又称为处，所以又称为1010区。区。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第47页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 科学家不久后又从噬菌体的左、右启动子科学家不久后又从噬菌体的左、右启动子PLPL及及PRPR和和SV40SV
40、40启动子启动子的的35bp35bp附近找到了另一段共同序列附近找到了另一段共同序列:TTGACA:TTGACA。经过数年的努力，分。经过数年的努力，分析了析了4646个大肠杆菌启动子的序列以后，确证绝大部分启动子个大肠杆菌启动子的序列以后，确证绝大部分启动子都存在这两段共同序列，即位于都存在这两段共同序列，即位于10bp10bp处的处的TATATATA区和区和35bp35bp处的处的TTGACATTGACA区。区。v -10-10位的位的TATATATA区区和和-35-35位的位的TGACATGACA区区是是RNARNA聚合酶与启动子的结聚合酶与启动子的结合位点，能与合位点，能与因子相互识别
41、而具有很高的亲和力。因子相互识别而具有很高的亲和力。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第48页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始第49页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第50页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 在真核生物基因中，位于转录起始点上游在真核生物基因中，位于转录起始点上游252530bp30bp处处的共同序列的共同序列TATAAATATAAA，也称为，也称为TATATATA区（区（TATATATA-b
42、oxbox）。另外，在。另外，在起始位点上游起始位点上游-70-70-78bp-78bp处还有另一段共同序列处还有另一段共同序列CCAATCCAAT，这是与，这是与原核生物中原核生物中-35bp-35bp区相对应的序列，称为区相对应的序列，称为CAATCAAT区区(CAAT-box)(CAAT-box)。一、启动子区的基本结构一、启动子区的基本结构第51页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始二、二、启动子区的识别启动子区的识别v RNARNA聚合酶是通过氢键互补的方式识别启动子的聚合酶是通过氢键互补的方式识别启动子的。在启动。在启动子区子区DNADNA双
43、螺旋结构中，腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶上的某些双螺旋结构中，腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶上的某些基团是氢键供体，而基团是氢键供体，而4 4种碱基中的某些基团是氢键受体。由种碱基中的某些基团是氢键受体。由于它们分别处于于它们分别处于DNADNA双螺旋的大沟或小沟内，因此都具有特定的双螺旋的大沟或小沟内，因此都具有特定的方位，而方位，而酶分子中也有处于特定空间构象的氢键受体与供体，酶分子中也有处于特定空间构象的氢键受体与供体，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内互补时，就形成氢键，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内互补时，就形成氢键，相互结合。相互结合。第52页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三
44、节 启动子与转录起始启动子与转录起始三、三、RNARNA聚合酶与启动子区的结合聚合酶与启动子区的结合v 在在RNARNA聚合酶与启动子相互作用的过程中，聚合酶首聚合酶与启动子相互作用的过程中，聚合酶首先与启动子区闭合双链先与启动子区闭合双链DNADNA相结合，形成二元闭合复合相结合，形成二元闭合复合物，然后经过解链得到二元开链复合物。解链区一般在物，然后经过解链得到二元开链复合物。解链区一般在-9-9+13+13之间，而酶与启动子结合的主要区域在其上游。之间，而酶与启动子结合的主要区域在其上游。第53页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v一旦开链区解链
45、，酶分子能以正确的取向与解链后的一旦开链区解链，酶分子能以正确的取向与解链后的有关单链相互作用，形成开链复合物。因此，有关单链相互作用，形成开链复合物。因此，RNARNA聚合聚合酶既是酶既是双链双链DNADNA结合蛋白结合蛋白，又是，又是单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白。DNADNA开链是按照开链是按照DNADNA模板序列正确引入核苷酸底物的必要模板序列正确引入核苷酸底物的必要条件。条件。三、三、RNARNA聚合酶与启动子区的结合聚合酶与启动子区的结合第54页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始四、四、-10-10区和区和-35-35区的最佳间距区的
46、最佳间距v 在原核生物中，在原核生物中，-35-35区与区与-10-10区之间的距离大约是区之间的距离大约是161619bp19bp，小于，小于15bp15bp或大于或大于20bp20bp都会降低启动子的活性。都会降低启动子的活性。保持启动子这二段序列以及它们之间的距离都是重要保持启动子这二段序列以及它们之间的距离都是重要的，否则就会改变它所控制基因的表达水平。的，否则就会改变它所控制基因的表达水平。第55页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 因为增减因为增减bp bp，-35-35区相对于区相对于-10-10区旋转（增减一个区旋转（增减一个bpbp
47、会使两者之间的夹角发生会使两者之间的夹角发生36360 0的变化）所产生的超螺旋会的变化）所产生的超螺旋会发生改变。若要使酶与发生改变。若要使酶与DNADNA在这个区域内保持正确的取在这个区域内保持正确的取向，就必须使二者之一发生扭曲，需要增加结合自向，就必须使二者之一发生扭曲，需要增加结合自由能。由能。四、四、-10-10区和区和-35-35区的最佳间距区的最佳间距第56页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 在细菌中常见两种启动子突变，一种叫下降突变在细菌中常见两种启动子突变，一种叫下降突变(down(down mutation)mutation)
48、，如果把，如果把PribnowPribnow区从区从TATAATTATAAT变成变成AATAATAATAAT就会大大就会大大降低其结构基因的转录水平降低其结构基因的转录水平;另一类突变叫上升突变另一类突变叫上升突变(up(up mutation)mutation)，即增加，即增加PribnowPribnow区共同序列的同一性。例如，在乳区共同序列的同一性。例如，在乳糖操纵子的启动子中，将其糖操纵子的启动子中，将其PribnowPribnow区从区从TATGTTTATGTT变成变成TATATTTATATT，就，就会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子基因的转录水平。会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子
49、基因的转录水平。四、四、-10-10区和区和-35-35区的最佳间距区的最佳间距第57页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始五、增强子及其功能五、增强子及其功能v 增强子的发现从增强子的发现从SV40SV40开始，在开始，在SV40SV40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200bp200bp处有两段处有两段72bp72bp长的重长的重复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基
50、因的转录水平，若保留其中一段或将之取出插至转录水平，若保留其中一段或将之取出插至DNADNA分子的分子的任何部位，就能保持基因的正常转录。任何部位，就能保持基因的正常转录。第58页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始v 这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子这种能强化转录起始的序列为增强子或强化子(enhancer)(enhancer)。后来在许多基因的启动区中陆续发现。后来在许多基因的启动区中陆续发现了增强子的存在。了增强子的存在。五、增强子及其功能五、增强子及其功能第59页，讲稿共170张，创作于星期二第三节第三节 启动子与转录起始启动子与转录起始