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1、关于生物信息的传递上转录(2)第1页，讲稿共195张，创作于星期二第2页，讲稿共195张，创作于星期二第3页，讲稿共195张，创作于星期二第4页，讲稿共195张，创作于星期二第5页，讲稿共195张，创作于星期二RNA RNA 充当信使的证据充当信使的证据第6页，讲稿共195张，创作于星期二DNADNA与与RNARNA的比较的比较第7页，讲稿共195张，创作于星期二第8页，讲稿共195张，创作于星期二生物体内有三种生物体内有三种RNARNAmRNA（message RNA）：编码特定蛋）：编码特定蛋白序列；白序列；tRNA（transfer RNA）：特异性地解读）：特异性地解读mRNA中的遗传
2、信息，将其转化为相应中的遗传信息，将其转化为相应的氨基酸；的氨基酸；rRNA(ribosomal RNA）：直接参与核）：直接参与核糖体中蛋白质的合成。糖体中蛋白质的合成。第9页，讲稿共195张，创作于星期二 基本概念基本概念 转录起始：转录起始：RNA聚合酶、启动子聚合酶、启动子 转录的基本过程转录的基本过程 转录后加工转录后加工 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNA的特征比较的特征比较 RNA合成与合成与DNA合成异同点合成异同点Contents思考题？第10页，讲稿共195张，创作于星期二一、一、基本概念与基本特征基本概念与基本特征 基因转录是在细胞核内进行的。它是指以基因转录是
3、在细胞核内进行的。它是指以DNADNA的一条链为模板，按照碱基互补配的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成对原则，合成RNARNA的过程。的过程。转转录录RNADNA 转录转录(transcription)：第11页，讲稿共195张，创作于星期二参与转录的物质参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶转录的场所：细胞核（真核生物）转录的条件：需要酶和ATP(解旋酶和RNA聚合酶），以及其他蛋白质因子转录的结果：mRNARNA RNA 合成方向：合成方向：5 35 3第12页，讲稿共195张，创作于星期二转录的不对称性：转录的不对称性：在在RNA
4、RNA的合成中，的合成中，DNADNA的二条链中仅有一条链可作为转录的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为的模板，称为转录的不对称性。转录的不对称性。编码链与模板链编码链与模板链与与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，即有义链编码链，即有义链(sense strand)(sense strand)；将另一条根据碱基互补原则指导；将另一条根据碱基互补原则指导mRNAmRNA合成的合成的DNADNA链称为链称为模板链，即反义链模板链，即反义链(antisense strand)(antisense strand)。第13页，讲稿共195张，创作于星期二第
5、14页，讲稿共195张，创作于星期二第15页，讲稿共195张，创作于星期二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DNADNA分子上转录出分子上转录出RNARNA的区段，称为结构基因。的区段，称为结构基因。结构基因：第16页，讲稿共195张，创作于星期二第17页，讲稿共195张，创作于星期二转录单元（transcription unittranscription unit）一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。第18页，讲稿共195张，创作于星期二（一）（一）RN
6、A聚合酶聚合酶（二）（二）启动子启动子(promoter)二、参与转录起始的关键酶与元件二、参与转录起始的关键酶与元件第19页，讲稿共195张，创作于星期二（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶原核生物原核生物RNARNA聚合酶（大肠杆菌为例）聚合酶（大肠杆菌为例）全酶全酶(holoenzyme)=(holoenzyme)=核心酶核心酶(core enzyme)+(core enzyme)+因子因子第20页，讲稿共195张，创作于星期二第21页，讲稿共195张，创作于星期二亚基：识别启动子，起始转录。亚基和其他肽链的结合不很牢固，易脱离全酶。核心酶：全酶脱离亚基剩下的2称为核心酶。核心酶本身就能
7、催化核苷酸间磷酸二酯键的形成。亚基：是酶和底物结合的部位和催化位点。利福平(rifampicin)和利福霉素(rifamycin)通过结合亚基，对全酶有强烈的抑制作用，抑制RNA合成的起始，但不抑制其延长。亚基基因rpoB突变可使细菌对利福平有抗性。链霉溶菌素(streptolydigin)能抑制RNA链的延长，rpoB突变却可使细胞对链霉溶菌素亦发生抗性。第22页，讲稿共195张，创作于星期二亚基：其作用是与模板DNA相结合。亚基的碱性较强，适于与模板DNA相结合。肝素是一种多价阴子，能和亚基结合，从而抑制DNA与RNA聚合酶相结合，进一步抑制转录作用。亚基：功能现尚未知。然而，当噬菌体T4
8、感染E.coli时，其亚基即在精氨酸上被ADP-核糖化。这种修饰作用使该RNA聚合酶全酶对其原先识别的启动子的亲和力减弱。所以有人认为，亚基的功能可能是识别其相应的启动子。第23页，讲稿共195张，创作于星期二大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析聚合酶的组成分析亚亚基基基因基因相对分相对分子量子量亚基亚基数数组分组分功能功能rpoA365002核心酶核心酶核心酶组装，启动子识核心酶组装，启动子识别别rpoB1510001核心酶核心酶和和共同形成共同形成RNA合合成的活性中心成的活性中心rpoC1550001核心酶核心酶？110001核心酶核心酶？rpoD700001因子因子存在多种存在多种因
9、子，用于因子，用于识别不同的启动子识别不同的启动子第24页，讲稿共195张，创作于星期二原核生物原核生物RNA聚合酶的作用聚合酶的作用识别启动子。主要依赖于亚基，亚基只参与转录的起始，并决定转录的方向。与DNA结合并使之解链，另外还具有解旋、重新使DNA螺旋化作用。催化RNA聚合反应。负责三种RNA合成。RNA聚合酶核心酶通过与不同的亚基结合，识别不同的启动子。第25页，讲稿共195张，创作于星期二2.真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶细菌只有一种RNA聚合酶，它完成细胞中所有RNA的合成。真核细胞的转录机构更加复杂。真核细胞核内产生三种RNA聚合酶，位于不同的部位，且均有复杂的亚基结构。每种
10、酶负责不同种类基因的转录。它们的一般性质见下表。第26页，讲稿共195张，创作于星期二酶位置转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核质tRNA约10%存在物种特异性真核细胞的三种真核细胞的三种RNARNA聚合酶特征比较聚合酶特征比较第27页，讲稿共195张，创作于星期二第28页，讲稿共195张，创作于星期二RNA聚合酶的活性最显著。位于核仁中，负责转录rRNA基因(rDNA)，细胞内绝大部分是rRNA。其活性不被-鹅膏蕈碱所抑制。RNA聚合酶位于核浆中，负责hnRNA的合成。hnRNA是mRNA的前体
11、。其活性可被低浓度的-鹅膏蕈碱所迅速抑制，RNA聚合酶负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。聚合酶对-鹅膏蕈碱的反应则不尽相同：在动物细胞中聚合酶可被高浓度-鹅膏蕈碱所抑制，而在酵母和昆虫细胞中则不会被抑制。第29页，讲稿共195张，创作于星期二RNA聚合酶与聚合酶与DNA聚合酶的区别聚合酶的区别RNA聚合酶DNA聚合酶引物无有产物较短，游离较长，与模板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 无有修复能力无有第30页，讲稿共195张，创作于星期二某些常用的转录抑制剂某些常用的转录抑制剂 抑制剂抑制剂靶酶靶酶抑制作用抑制作用利福霉素利福霉素细菌的全
12、酶细菌的全酶与与亚基结合，阻止起始亚基结合，阻止起始链霉溶菌素链霉溶菌素细菌的核心酶细菌的核心酶与与亚基结合，阻止延长亚基结合，阻止延长放线菌素放线菌素D真核真核RNA聚合酶聚合酶与与DNA结合，阻止延长结合，阻止延长-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱真核真核RNA聚合酶聚合酶与与RNA聚合酶聚合酶结合结合第31页，讲稿共195张，创作于星期二（二）（二）启动子启动子(promoter)(promoter)启动子：启动子：指能被指能被RNARNA聚合酶识别、结合并启动聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段基因转录的一段DNADNA序列。序列。第32页，讲稿共195张，创作于星期二原核生物启动子特性原核生物启动子
13、特性在基因表达调控中，转录起始是关键，基因是否能表达决定于在特定的启动子起始过程。只有RNA聚合酶能够特异性地与启动子相结合。亚基起识别作用，没有时，核心酶偶而亦能起始RNA的合成，但有许多起始错误，而且核心酶所合成的RNA链的起始在某个基因的两条链上是随机的。但当存在时，则起始在正确的位点上。第33页，讲稿共195张，创作于星期二 RNA聚合酶能否与启动子相互作用是起始转录的关键问题。不同启动子对RNA聚合酶的亲和力各不同。可能对调控转录起始的频率，即对基因表达的程度有重要不同。第34页，讲稿共195张，创作于星期二一类是RNA聚合酶可以直接识别的启动子。这类启动子应当总是能被转录。但实际上
14、也不都如此，外来蛋白质可对其有影响，即该蛋白质可直接阻断启动子，也可间接作用于邻近的DNA结构，使聚合酶不能和启动子结合。另一类启动子在和聚合酶结合时需要有蛋白质辅助因子的存在。这种蛋白质因子能够识别与该启动子顺序相邻或甚至重叠的DNA顺序。1 1）两类不同的启动子两类不同的启动子第35页，讲稿共195张，创作于星期二为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结合呢?RNA聚合酶分子上可能有一个活性中心能够识别出DNA双螺旋上某特异序列的化学结构；启动子处的核苷酸顺序具有特异的形状以便与RNA聚合酶结合，就好像酶与其底物的结构相恰恰适合一样。2 2）启动子的共同顺序启动子的共同顺序第36页，讲稿共19
15、5张，创作于星期二利用“足迹法”和测序技术，对100多种启动子的顺序进行了比较，发现在RNA合成开始位点的上游大约10bp和35bp处有两个共同的顺序，称为-10和-35序列。这两个序列的特征如下：-35区：T85T83G81A61C69A52 （-35序列,TTGACA区）-10区：T89A89T50A65A65T100 （-10序列,TATA区）大多数启动子均有共同顺序(consensus sequence)，只有少数几个核苷酸的差别。共同顺序是启动子的关键部位。启动子的共同顺序启动子的共同顺序第37页，讲稿共195张，创作于星期二启动子的共同顺序启动子的共同顺序第38页，讲稿共195张，
16、创作于星期二 TATA区：(又称为-10序列或Pribnow盒)酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）-10序列的突变不影响RNA聚合酶与启动子结合的速度，但会降低双链解开的速度。TATA盒决定着转录的方向。第39页，讲稿共195张，创作于星期二-35序列是RNA聚合酶全酶的识别位点，对全酶有很高的亲和性。如果-35序列发生突变或缺失，将大大降低对全酶的亲和性，即降低RNA聚合酶与启动子的结合速度，但不影响转录起始位点附近DNA 双链的解开。TTGACA区（又称-35序列）提供了RNA聚合酶全酶识别的信号 第40页，讲稿共195张，创作于星期二编码链编码链AACTGTATATTA模板链
17、模板链TTGACATATAAT35DNA转录起始点转录起始点Pribnow盒子启动子启动子35 10 +1转录区转录区53RNA转录起点与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。第41页，讲稿共195张，创作于星期二大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A50T96第42页，讲稿共195张，创作于星期二典型启动子的结构典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp第43页，讲稿共195张，创作于星期二 原核生物亦有少数启动子缺乏这两个序列（-35和-10)之一。在这种情况下，
18、RNA聚合酶往往不能单独识别这种启动子，而需要有辅助蛋白质的帮助。第44页，讲稿共195张，创作于星期二E.coli RNA聚合酶与启动子结合的过程可分为两步：酶识别启动子，并与其结合形成“关闭”复合体(即双螺旋形式)。这一步所识别的是-35序列。“关闭”复合体转变为“开放”复合体(即双螺旋解旋，两条链分开)，此时酶的结合比较紧密。在这个转变中，富含AT碱基对的-10区约有17bp被解旋，暴露出模板链。-10区的突变可阻碍开放复合体的形成。许多突变改变了-10序列中的碱基，但并未减低其AT对的水平，却仍然能阻碍其融化为开放复合体，可见-10区除了要易于融化之外，还必须有特异的形状，以便RNA聚
19、合酶能够识别它。RNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合第45页，讲稿共195张，创作于星期二RNARNA聚合酶与启动子的结合模式图聚合酶与启动子的结合模式图第46页，讲稿共195张，创作于星期二 真核生物启动子真核生物启动子真核有真核有三种三种不同的启动子和有关的元件不同的启动子和有关的元件启动子启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同最为复杂，它和原核的启动子有很多不同第47页，讲稿共195张，创作于星期二又称rRNA基因启动子或型启动子。不同真核生物型启动子序列有较大的差异，缺乏保守性。目前发现有两个区域是转录必需的：-40+5近启动子部分：为核心序列，其功能是决定转录起始的精确
20、位置。这一段序列的全部或部分缺失，被同样长度的寡聚核苷酸替代，在选择性位点作单个碱基突变等变化，都会消除或强烈降低 rDNA转录能力。-165-40远启动子部分：又称上游控制元件(UCE)，其功能是影响转录的频率。这段序列受到缺失、置换、插入等破坏，可造成转录下降100倍。1）RNA聚合酶聚合酶启动子启动子第48页，讲稿共195张，创作于星期二又称蛋白质基因启动子或型启动子。该启动子有四个区域对转录起始和活性起着调控作用，是真核基因转录不可缺少的。转录起始位点：其碱基大多为A，两侧各有若干个嘧啶核苷酸：YAYTCYYY。该序列对启动子的强度和确定起始位点方面都是必要的。TATA盒：位于-25-
21、30bp左右，是核心序列，又称Hogness box。其共有序列：T85A97T93A85(A63/T37)A83(A50/T37)基本上由AT组成，极少数启动子中有GCbp。2）RNA聚合酶聚合酶启动子启动子第49页，讲稿共195张，创作于星期二TATA盒的作用在于决定转录的起点，序列的改变会是转录位点偏移；缺失TATA盒，转录将在许多位点上开始。TATA盒决定转录的效率：如鸡蛋清蛋白基因启动子的TATA变为TAGA后，转录效率大大下降；兔珠蛋白中TATA盒是ATAAAA，人工突变为ATGTAA后，转录效率下降80%；人的-珠蛋白基因的ATAAAA序列变为ATGAAA、ATACAA或 ATA
22、GAA，-珠蛋白的产量大大降低，引起地中海贫血症。少数蛋白质基因缺乏TATA盒，如腺病毒DNA结合蛋白（27KD）基因的上游没有TATA盒。第50页，讲稿共195张，创作于星期二 上游调控区（UPE）：真核型启动子上游具有多种调控元件：CAAT盒：转录起始位点上游70-80bp处的CAAT顺序。这一顺序具有较保守的共同顺序：GGC/TCAATCT。RNA聚合酶可以识别一顺序。用人工方法诱导兔珠蛋白基因CAAT顺序发生突变，兔珠蛋白基因的转录水平降低。GC盒：位于CAAT盒邻近，共同顺序：GGGCGG。此外，在不同的启动子上还有其它类型的UPE，他们是转录调控因子结合的位点，影响着转录活化和频率
23、。第51页，讲稿共195张，创作于星期二 远端调控区：在真核生物中，有些基因的启动子远上游区域（-100bp以上）可大大增强启动子的活性，这种序列称为增强子。增强子有两个特征：a.与启动子的相对位置不固定，而能有很大的变动；b.b.能在两个方向产生作用。一个增强子并不限于促进某一特殊启动子的转录，它能刺激在它附近的任一启动子。首先被发现的增强子是SV40增强子。第52页，讲稿共195张，创作于星期二 SV40 增强子由两个72bp重复串连而成，约在转录起始点上游200bp处，即107178和179250序列。缺失实验显示两个重复缺失一个并不产生什么影响，如两个均缺失即将大大降低活体内的转录。有
24、人发现，如果将珠蛋白基因放在含有72bp重复的DNA分子中，它的转录作用在活体内将增高约200倍以上，甚至当此72bp顺序位于离转录起点上游1400bp或下游3000bp时仍有作用。各个基因中的增强子顺序差别较大，但有一个基本的核心顺序(core sequence)：AAAGGTGTGGGTTTGG第53页，讲稿共195张，创作于星期二第54页，讲稿共195张，创作于星期二RNA聚合酶能识别各种各样不同的启动子顺序，当然，还是要依靠一些辅助因子。例如，RNA聚合酶在转录爪蟾的5SRNA基因时，需要一个转录因子，37KD的蛋白质TFA的协助。TFA结合在+45到+96的部位。它有双重作用(另外一
25、个作用是在卵母细胞中与5SRNA相结合)。另外还需要两个因子(TFB和TFC)，但这两个因子对所有第类基因的转录都需要的。而TFA则是对5S基因专一的。3 3）RNARNA聚合酶聚合酶启动子启动子第55页，讲稿共195张，创作于星期二在枯草杆菌(Bacillus subtilis)中首次发现不同启动子需要不同因子。细胞中存在主要的因子，识别主要启动子。此外，还有另外一些因子，能够识别另一些启动子，并促使核心酶起始转录。这些变异的因子在细胞中有特别功能，通常能剧烈改变细胞RNA的合成方式，以便在需要时使一组全新的基因得以表达。噬菌体往往有其自己的因子，借以在噬菌体发育的某一特殊阶段开动其所需要的
26、某些噬菌体基因的转录。不同启动子需要不同不同启动子需要不同因子因子第56页，讲稿共195张，创作于星期二E.coli细胞中正常的因子称为70(表示其分子量为70KD)。E.coli中有17个热休克基因，其基因表达依赖于基因htpR，受热休克反应所诱导。hrpR的产物是一个很不稳定的32KD蛋白质，它就是一种变异的因子，称为32。32能引导核心酶在热休克基因的启动子处起始转录。70和32识别的启动子的顺序是不同的。特别是其-10顺序几乎完全不同。第57页，讲稿共195张，创作于星期二E.coli另一种因子是在氮饥饿时起作用的，称为60。正常时E.coli细胞中仅有少量60，但当介质中氨缺乏时，6
27、0大量增多，以开启某些可利用其他氮源的基因。这就是说，60能引导核心酶识别启动子的另一种共同顺序。60所识别的-35顺序实际上位于-20处，因为-10和-35顺序之间的间距特别短，只有6bp。第58页，讲稿共195张，创作于星期二E.coliE.coli的不同的不同 因子识别不同的共同顺序因子识别不同的共同顺序因子因子基因基因功用功用-35顺序顺序间隔距离间隔距离-10顺序顺序70rpoD正常状态正常状态TTGACA10-18bpTATAAT32rpoH热休克热休克CNCTTGAA13-15bpCCCCATNT60rpoN氮的利用氮的利用CTGGNA6bpTTCGA第59页，讲稿共195张，创
28、作于星期二枯草杆菌正常因子(相当于70)称43，它能识别70所识别的共同顺序。从一组基因表达变换为另一组基因表达往往需要更换因子。B.subtilis在芽孢形成中产生新的因子：在芽孢形成期开始时43即被37所取代。芽孢形成开始时，在37的指导下，RNA聚合酶即能转录第一组芽孢形成基因。37分子较43略小。它在营养型细胞中即已存在，但为量很少，而且也不和核心酶结合形成全酶。在芽孢形成开始后4h，29开始出现。它指导另一组新基因的转录。29不存在于营养型细胞中，故可能是芽孢形成基因在37转录下的表达产物。第60页，讲稿共195张，创作于星期二目前尚不了解这种替代如何调控的，现在认为机制可能很复杂，
29、牵涉到其他好几种蛋白质。这种替代并不完全，而且被替代下的43也未完全被灭活。大约还有10%的核心酶仍和43相结合，可能还有某些营养型酶在芽孢形成时仍存在于细胞中。在营养型细胞中存在一种32。它在芽孢形成早期出现活性，指导某些启动子起始转录。其含量极少，不到1%。第61页，讲稿共195张，创作于星期二在营养型细胞中还有一种28，它的量不多，仅代表RNA聚合酶总活性的一小部分，而在芽孢形成开始时即告失活。然而奇怪的是，在某些不能形成芽孢的突变株中，是找不到它的活性的。所以有人认为，28是表示营养已用竭，应当开始芽孢形成反应的信号系统的一个部分。第62页，讲稿共195张，创作于星期二真核生物启动子的
30、结构真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）第63页，讲稿共195张，创作于星期二1 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的、转录正常起始所必需的、最少的最少的DNADNA序列，包括转录起始位点及转录起始位序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游点上游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 A83
31、83A A5050第64页，讲稿共195张，创作于星期二第65页，讲稿共195张，创作于星期二2 2、上游启动子元件、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：-80-110bp第66页，讲稿共195张，创作于星期二启动子的效率启动子的效率 各启动子的效率是不一样的，效率好的启动子可以使RNA转录重复的更快一些。即启动子开始与酶结合和开放型复合物的形成速度，在各启动子之间不一样。有的启动子需要10min以上才启动一次，有的仅12s内启动一次。启动子的启动速率是基本的限速步骤，在这一步骤的基础上，基因表达的
32、速度就确定了。即使是同一基因，其转录效率也是不固定。在不同的生长情况下转录可根据需要而改变。启动子的效率及影响因素启动子的效率及影响因素第67页，讲稿共195张，创作于星期二 E.coli转录调节常常是通过调节蛋白的介导。调节蛋白与启动子或启动子附近的序列相结合，从而增高或降低RNA聚合酶起始的效率。调节蛋白有：阻遏蛋白(repressor)：能阻断RNA聚合酶的结合，从而抵制转录；激活蛋白(activator)：能与RNA聚合酶结合并提高其活性。调节蛋白对启动子的影响调节蛋白对启动子的影响第68页，讲稿共195张，创作于星期二 凡需要激活蛋白才能充分发挥作用的启动子常常与-35顺序很不相似，
33、这提示激活蛋白可以取代这个结合位点。作为一种启动子的阻遏蛋白可能是另一种启动子的激活蛋白，反之亦然，这取决于其结合位点的准确位置。一种调节蛋白的名称常常只是反映了它第一次被发现时的功能。调节蛋白对启动子的影响调节蛋白对启动子的影响第69页，讲稿共195张，创作于星期二第70页，讲稿共195张，创作于星期二影响启动子功能的调节蛋白影响启动子功能的调节蛋白蛋白质蛋白质对启动子的影响对启动子的影响在细胞中的功能在细胞中的功能乳糖阻遏蛋白乳糖阻遏蛋白阻遏作用阻遏作用阻阻止止代代谢谢乳乳糖糖的的酶酶的的合合成成(当当乳糖不存在时乳糖不存在时)半乳糖阻遏蛋白半乳糖阻遏蛋白阻遏作用阻遏作用阻阻止止代代谢谢半
34、半乳乳糖糖的的酶酶的的合合成成(当半乳糖不存在时当半乳糖不存在时)LexA阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏作用阻遏作用阻阻止止DNA修修复复酶酶的的合合成成(当当细细胞胞DNA未受到损伤时未受到损伤时)阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏作用阻遏作用(启动子启动子PL和和PR)阻阻止止生生命命周周期期中中裂裂解解期期需需酶酶的合成的合成阻遏蛋白阻遏蛋白激活作用激活作用(启动子启动子PRM)通通过过激激活活自自身身启启动动子子而而增增加加其其本身的合成本身的合成第71页，讲稿共195张，创作于星期二影响启动子功能的调节蛋白影响启动子功能的调节蛋白蛋白质蛋白质对启动子的影响对启动子的影响在细胞中的功能在细胞中的功能CAP蛋白
35、蛋白激活作用激活作用当当葡葡萄萄糖糖不不存存在在时时，增增加加代代谢其他糖类的酶的合成谢其他糖类的酶的合成CAP蛋白蛋白阻遏作用阻遏作用调调节节本本身身的的基基因因，并并阻阻止止在在葡葡萄萄不不存存在在时时所所不不需需要要的的蛋蛋白质的合成白质的合成AraC蛋白蛋白激活作用激活作用当当阿阿拉拉伯伯糖糖存存在在时时，增增加加利利用用阿阿拉拉伯伯糖糖所所需需要要的的蛋蛋白白质质的合成的合成AraC蛋白蛋白阻遏作用阻遏作用阻阻止止代代谢谢阿阿拉拉伯伯糖糖的的酶酶的的合合成成(当阿拉伯糖不存在时当阿拉伯糖不存在时)c蛋白蛋白激活作用激活作用增增加加建建立立溶溶源源状状态态所所需需的的噬噬菌体蛋白质的合
36、成菌体蛋白质的合成第72页，讲稿共195张，创作于星期二 RNA聚合酶首先要在启动子处使DNA解旋才能起始转录。因此，DNA模板的超螺旋张力对启动子效率有影响，凡有利或不利于解旋的情况就会增高或降低起始的频率。DNA旋转酶(gyrase)能使细菌的DNA保持超螺旋状态，故有利于解旋。DNA旋转酶抑制剂萘啶酮酸可以抑制许多基因的表达。拓扑异构酶能阻止负超螺旋。编码拓扑异构酶的基因发生突变时可增强某些基因的表达。模板的超螺旋张力模板的超螺旋张力对启动子效率的影响对启动子效率的影响第73页，讲稿共195张，创作于星期二 但是，增加负超螺旋不一定就会增强启动子的功能，对某些启动子可能正好相反。这可能在
37、于负超螺旋改变了启动子的微细构象，抑制了RNA聚合酶的功能。详细的机制还不明了，旋转酶基因的启动子本身据信就有这样的特性。这是有利于调节负超螺旋程度的：当细胞DNA的负超螺旋达到足够的程度时，DNA旋转酶的合成就会自动放慢。第74页，讲稿共195张，创作于星期二此外，某些启动子对超螺旋张力很敏感，而另一些则不很敏感。可能性之一是每个启动子对超螺旋的依赖程度不同，这取决于其不同的顺序。某些启动子的顺序易于融化(故较不依赖于超螺旋)，而另一些的顺序较难融化。另一种说法是细菌染色体的不同区域本来就有不同程度负超螺旋，因此，启动子处于染色体的什么区域就是一种重要因素。第75页，讲稿共195张，创作于星
38、期二原核生物RNA聚合酶具有很大的全能性，几乎不依赖任何其他蛋白质。但是，真核生物RNA聚合酶不具有全能性，需要依赖于一系列蛋白因子才能识别和结合到启动子特定序列上，并启动转录。真核生物基因转录必需的蛋白因子统称为转录因子。目前已经分离纯化或鉴定的转录因子有数百种，分为两类：a.普遍性转录因子：结合与启动子及邻近的序列。b.转录调控因子：结合与上游调控区和增强子区。转录因子对启动子的影响转录因子对启动子的影响第76页，讲稿共195张，创作于星期二 上游序列在某些时候可作为一些激活剂的结合部位，直接激活RNA聚合酶；上游序列和拓扑异构酶结合，诱导DNA形成有利的超螺旋状态，有利RNA合成；上游序
39、列促使RNA聚合酶能更好地接近启动子区段，或使DNA与蛋白质结合固定在细胞结构上；上游序列可影响-10和-35区的DNA结构。上游上游DNA序列可增强启动子的活性序列可增强启动子的活性第77页，讲稿共195张，创作于星期二 RNARNA合成的一般特点合成的一般特点（1）所用原料为NTP；在DNA合成时为dNTP。（2）合成RNA时，只有一条DNA链被用作模板；DNA合成时，两条链分别用作模板。（3）RNA链的合成不需要引物；DNA合成一定要引物的引导。（4）RNA链的合成的方向与DNA合成一样，也是从5向3端，但由RNA聚合酶催化。（5）转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位
40、；一个转录单位可能刚好是一个基因（单顺反子），也可能含有多个基因（多顺反子）第78页，讲稿共195张，创作于星期二真核生物与原核生物真核生物与原核生物RNARNA转录的不同点转录的不同点（1）真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则是在细胞质内。（2）原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因；而少数较低等真核生物外，真核生物一个mRNA分子一般只编码一个基因。（3）原核生物只有一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成；真核生物中则有RNA聚合酶I、II、III，分别催化不同种类型RNA的合成。（4）原核生物RNA聚合酶直接起始转录合成RNA；真核生物三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转
41、录因子的协助下才能进行RNA的转录。第79页，讲稿共195张，创作于星期二模板识别（模板识别（template recognition）RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始（转录起始（initiation）RNA聚合酶结合启动子，DNA解旋解链，形成转录泡，RNA链上第一个核苷酸键的产生。转录延伸转录延伸（elongation）RNA聚合酶释放因子，核心酶沿着模板DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。转录终止转录终止（termination）RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，DNA-RNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，RNA聚合酶从模板上释
42、放出来的过程转录的基本过程转录的基本过程第80页，讲稿共195张，创作于星期二 转录模板转录模板 不对称转录(asymmetric transcription)：转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板,这种转录方式称作不对称转录。模板链并非永远在同一单链上。结构基因（结构基因（structural gene）能转录出）能转录出RNA并合成并合成蛋白质的蛋白质的DNA区段区段第81页，讲稿共195张，创作于星期二 转录起始复合物 原核生物转录起始复合物第82页，讲稿共195张，创作于星期二 转录因子转录因子 转录复合体转录复合体TBPTBPTAFsTAFsTFIIATFIIATFIIB T
43、FIIFTFIIB 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83页，讲稿共195张，创作于星期二原核生物的转录过程原核生物的转录过程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。因子能识别启动子，并识别有义链，它与核心酶结合，引导核心酶定位到启动子部位。第84页，讲稿共195张，创作于星期二2 2、转录起始转录起始RNA链上第一个核甘酸键的产生标志着转录起始当聚合酶结合到启动子上后，在启动子附近将当聚合酶结合到启动子上后，在启动子附近将DNADNA局部解链，约局部解
44、链，约解开解开1717个碱基对。（酶与启动子结合的部位是个碱基对。（酶与启动子结合的部位是ATAT富集区，有利于富集区，有利于解链）解链）第一个核苷三磷酸第一个核苷三磷酸(常常是常常是GTPGTP或或ATP)ATP)结合到全酶上，形成结合到全酶上，形成“启动子启动子-全酶全酶-核苷三磷酸核苷三磷酸”三元起始复合物。三元起始复合物。第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的33羟基上，形成了羟基上，形成了第一个磷酸二酯键。第一个磷酸二酯键。因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶。因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶。第85页，讲稿共195张，创作于星期二 转录
45、起始包括：转录起始包括：（1）RNA聚合酶结合在转录模板的起始区域；（2）DNA双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。第86页，讲稿共195张，创作于星期二第87页，讲稿共195张，创作于星期二2 2、RNARNA链的延伸链的延伸 亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着松弛，沿着DNADNA模板前移，方向为模板前移，方向为DNADNA模板链的模板链的 3 3 55，同时将核苷酸逐个加到生长的，同时将核苷酸逐个加到生长的RNARNA链的链的3-OH3-OH端，使端，使RNARNA链以链以 5 35 3方向延伸。方向
46、延伸。在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断延长。链不断延长。第88页，讲稿共195张，创作于星期二转录延伸转录延伸转录泡（转录泡（transcription bubbletranscription bubble）：）：在转录延长过程中，由局部打开的DNA双链、RNA聚合酶核心酶及新生成的RNA三者结合在一起的复合体，为空泡状结构，又称转录复合物。第89页，讲稿共195张，创作于星期二核心酶核心酶DNARNA第90页，讲稿共195张，创作于星期二3 3、转录终止转录终止 终止子（terminator）：基因编码区下游使RNA聚合酶终止mRNA合成的密
47、码子。强终止子内部终止子 弱终止子 需要因子（rho factor）又称为依赖性终止子 （Rho-dependent terminator）不依赖Rho()因子的转录终止依赖Rho()因子的转录终止第91页，讲稿共195张，创作于星期二转录的终止转录的终止 DNA分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为终止子。RNA聚合酶可以识别终止子，它在一种蛋白因子的帮助下，终止转录，放出RNA链；有时，RNA聚合酶不需要蛋白因子的帮助即可终止转录。核心酶释放了RNA后，也离开DNA。DNA上的解链区重新形成双螺旋。第92页，讲稿共195张，创作于星期二两类终止子共同的序列特征两类终止子共同
48、的序列特征在转录终止点前有一段回文序列。回文序列的两个重复部分(每个720bp)由几个不重复的bp节段隔开。回文序列的对称轴一般距转录终止点1624bp。第93页，讲稿共195张，创作于星期二不依赖不依赖 因子的终止因子的终止 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区（回文序列），RNA形成发夹结构；在回文序列的下游方向又常有68个AT碱基对(在模板链上为A、在mRNA上为U)；两类终止子的不同点两类终止子的不同点第94页，讲稿共195张，创作于星期二不依赖不依赖因子的转录终止因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出的RNA产物形成发夹结构来终止转录。在DNA模
49、板接近转录终止的区域，有较密集的A-T配对区域或者G-C配对区域据此线索分析转录产物的3末端，发现常有若干个连续的U，其5端碱基可形成鼓槌状的茎环或称发卡结构，可能改变RNA聚合酶的构象，从而导致酶-模板结合方式的改变，使酶不再向下游移动，转录终止；或转录复合物上局部的RNA：DNA杂化双链由于RNA本身形成的茎环结构变得更不稳定，转录复合物趋于解体。第95页，讲稿共195张，创作于星期二发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。第96页，讲稿共195张，创作于星期二 终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，长度 效率 第97页，讲稿共195张，创作于星期二依赖依赖 因子的
50、终止因子的终止因子：六聚体蛋白、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。依赖因子终止子中回文序列的GC对含量较少。在回文序列下游方向的序列没有固定特征，其AT对含量比前一种终止子低。第98页，讲稿共195张，创作于星期二依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止 因子是由相同的6个亚基组成的六聚体蛋白质，具有ATP酶活性和解螺旋酶活性。因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。在依赖Rho因子的转录终止过程中，发现产物RNA3端有较丰富的C，或者有规律地出现C碱基。因此推测 因子终止转录的作用在于结合RNA转录产物而非DNA模板，结合后 因子和RNA聚合酶