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1、转录的机制第1页，共66页，编辑于2022年，星期二因此，聚合酶是沿因此，聚合酶是沿5 5-3-3方向延伸方向延伸RNARNA链的。链的。RNARNA链与链与DNADNA模板链是反相平行的。与模板链是反相平行的。与DNADNA聚合酶不同，聚合酶不同，RNARNA聚合酶能够起始聚合酶能够起始链的合成，因此链的合成，因此RNARNA合成不需要引物。合成不需要引物。第2页，共66页，编辑于2022年，星期二第3页，共66页，编辑于2022年，星期二与与DNADNA复制不同的是转录发生在复制不同的是转录发生在DNADNA分子某些特定的区域，而不是以整个分子某些特定的区域，而不是以整个DNADNA分子做
2、为模板。对于一个分子做为模板。对于一个DNADNA分子来说并非所有的区域都能被转录，即使是分子来说并非所有的区域都能被转录，即使是转录活性区也不是每时每刻都在转录。每次转录，双链转录活性区也不是每时每刻都在转录。每次转录，双链DNADNA中也只有一条链中也只有一条链被用来指导被用来指导RNARNA合成，这条链被称为模板链，又叫反义链（合成，这条链被称为模板链，又叫反义链（antisense antisense strandstrand）。与）。与RNARNA序列相同的那条链被称为有意义链（序列相同的那条链被称为有意义链（sense strandsense strand）或称）或称编码链（编码链
3、（coding strandcoding strand）。）。第4页，共66页，编辑于2022年，星期二第5页，共66页，编辑于2022年，星期二转录分为三个阶段：起始转录分为三个阶段：起始(initiation)(initiation)、延伸、延伸elongation)elongation)和终止和终止(termination)(termination)。DNADNA分子上分子上RNARNA聚合酶结合并起始转录的部位称为启动聚合酶结合并起始转录的部位称为启动子（子（promoterpromoter）。转录时，）。转录时，DNADNA双螺旋必须局部解旋。解旋从双螺旋必须局部解旋。解旋从RNAR
4、NA聚合聚合酶结合的启动子区开始。然后聚合酶从一个特定的、被称为起始位点酶结合的启动子区开始。然后聚合酶从一个特定的、被称为起始位点的核苷酸处起始的核苷酸处起始RNARNA链的合成。这一位点被定义为基因序列的链的合成。这一位点被定义为基因序列的1 1位置。位置。新生新生RNARNA链的第一个碱基通常是腺嘌呤（占链的第一个碱基通常是腺嘌呤（占90%90%左右）。左右）。第6页，共66页，编辑于2022年，星期二转录的终止发生在转录的终止发生在DNADNA分子上特定的区域，即终止子分子上特定的区域，即终止子（terminatorterminator）处。终止子经常含有反向互补序列，被转录）处。终止
5、子经常含有反向互补序列，被转录后在后在RNARNA产物上形成发卡结构，导致产物上形成发卡结构，导致RNARNA聚合酶停顿并随即终聚合酶停顿并随即终止转录。一些终止子可以不需要辅助因子，独立完成转录的止转录。一些终止子可以不需要辅助因子，独立完成转录的终止作用。还有一些终止子需要辅助因子，才能完成终止作终止作用。还有一些终止子需要辅助因子，才能完成终止作用。在终止反应中，用。在终止反应中，RNARNADNADNA杂交体解体，杂交体解体，RNARNA聚合酶和聚合酶和RNARNA从从DNADNA链上被释放出来，同时重新形成链上被释放出来，同时重新形成DNADNA双螺旋。双螺旋。第7页，共66页，编辑
6、于2022年，星期二第一节：原核生物的转录机制第一节：原核生物的转录机制 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶是大肠杆菌细胞中最大的酶之一，该酶聚合酶是大肠杆菌细胞中最大的酶之一，该酶至少有至少有5 5种亚基组成，它们分别是种亚基组成，它们分别是、和和亚基。亚基。RNARNA聚合酶全酶包括两个聚合酶全酶包括两个亚基，另外亚基，另外4 4个亚基各一个分子个亚基各一个分子（即（即2 2）。全酶）。全酶(holoenzyme)(holoenzyme)是转录起始所是转录起始所必需的。必需的。因子对转录的延伸不是必需的。在转录起始因子对转录的延伸不是必需的。在转录起始后它就从转录复合物上释放出来。不含后它
7、就从转录复合物上释放出来。不含因子的酶称为因子的酶称为核心酶（即核心酶（即2 2）。）。一、大肠杆菌一、大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶第8页，共66页，编辑于2022年，星期二aasbbwCore(a2,bba2,bbpw w)Combined molecular weight 390 KDaSigma subunits-bind transiently to the core-vary in size-direct RNA polymerase to specific DNA binding sitesa-a-subunitsMW=35.6 KDaw-w-subunitsMW=11 KDa
8、Not required for activityb-b-subunitsMW=155 KDa MW=151 KDa第9页，共66页，编辑于2022年，星期二Eubacterial RNA Pol Subunits a2bba2bbs sHoloenzyme a2bba2bbCore bbbbCatalytic Center s sSpecific Promoter Recognition第10页，共66页，编辑于2022年，星期二 大肠杆菌中最常见的大肠杆菌中最常见的因子是因子是7070（因其分子量为（因其分子量为70 70 KDKD而得命）。而得命）。因子在全酶对启动子的识别中起关键作因子
9、在全酶对启动子的识别中起关键作用，但并不参与链的延伸过程。大肠杆菌有多种用，但并不参与链的延伸过程。大肠杆菌有多种因子。因子。它们识别不同类型的启动子序列。在它们识别不同类型的启动子序列。在RNARNA链延伸链延伸8 89 nt9 nt时，时，因子会从因子会从RNARNA聚合酶中释放出来。然后核心酶沿聚合酶中释放出来。然后核心酶沿DNADNA模板移动合成模板移动合成RNARNA链。释放出来的链。释放出来的因子可以再和其因子可以再和其他核心酶结合重新起始转录。他核心酶结合重新起始转录。第11页，共66页，编辑于2022年，星期二二、二、7070启动子启动子启动子是启动子是DNADNA分子上分子上
10、RNARNA聚合酶首先结合的序列。大肠杆菌聚合酶首先结合的序列。大肠杆菌中，其中最常见的中，其中最常见的因子是因子是7070（因其分子量为（因其分子量为70 KD70 KD而得而得命）。命）。7070识别的启动子由识别的启动子由4040至至60 bp60 bp的序列组成。通过比的序列组成。通过比较不同基因的启动子序列，人们在大肠杆菌基因的启动子中较不同基因的启动子序列，人们在大肠杆菌基因的启动子中发现了两个发现了两个6 bp6 bp的共有序列，一个在的共有序列，一个在1010位置，另一个在位置，另一个在3535位置。共有序列是指一系列相关但不相同的序列在各位置。共有序列是指一系列相关但不相同的
11、序列在各个位置上最常出现的核苷酸构成的序列。个位置上最常出现的核苷酸构成的序列。第12页，共66页，编辑于2022年，星期二大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别的启动子区第13页，共66页，编辑于2022年，星期二第14页，共66页，编辑于2022年，星期二 启动子的启动子的1010框和框和3535框的碱基序列都容许在一定范围内发生框的碱基序列都容许在一定范围内发生变化。它们与共有序列越相似，启动子的活性就越高，反之活性变化。它们与共有序列越相似，启动子的活性就越高，反之活性就越低。最初转录的就越低。最初转录的50 nt50 nt长的序列也影响着启动子的效率。这段长的序列也影响着启动子的效率。这段序
12、列控制着序列控制着RNARNA聚合酶离开启动子并开始全长转录物的合成。聚合酶离开启动子并开始全长转录物的合成。在一些较强的启动子中，如在一些较强的启动子中，如rRNArRNA基因的启动子中，位于基因的启动子中，位于3535序列序列的上游有一段富含的上游有一段富含A/TA/T的序列，发现了一种能与的序列，发现了一种能与RNARNA聚合酶发生特异聚合酶发生特异性相互作用的性相互作用的DNADNA元件，称为元件，称为UPUP元件。它能增强聚合酶与元件。它能增强聚合酶与DNADNA的结合，的结合，提高转录效率。提高转录效率。第15页，共66页，编辑于2022年，星期二 90 90的基因的转录起始位点是
13、嘌呤，的基因的转录起始位点是嘌呤，G G比比A A更常见。起始位更常见。起始位点两侧的碱基通常是点两侧的碱基通常是C C和和T T（如（如CGTCGT或或CATCAT）。起始位点附近的）。起始位点附近的序列也可影响转录的起始。序列也可影响转录的起始。第16页，共66页，编辑于2022年，星期二三、转录的起始、延伸和终止三、转录的起始、延伸和终止 RNARNA聚合酶的核心酶聚合酶的核心酶2 2对对DNADNA有一种非特异有一种非特异的亲和力。当的亲和力。当因子与核心酶结合形成全酶之后，全因子与核心酶结合形成全酶之后，全酶对非特异酶对非特异DNADNA的亲和力显著降低达的亲和力显著降低达20 00
14、020 000倍；同时倍；同时使全酶与启动子的结合能力增强了使全酶与启动子的结合能力增强了100100倍。总的效果是倍。总的效果是显著增强了全酶与启动子结合的特异性。在转录的起显著增强了全酶与启动子结合的特异性。在转录的起始阶段全酶识别并与启动子结合是很迅速的。一般认始阶段全酶识别并与启动子结合是很迅速的。一般认为聚合酶沿着为聚合酶沿着DNADNA滑动直达启动子序列。聚合酶与处于滑动直达启动子序列。聚合酶与处于双螺旋状态的启动子双螺旋状态的启动子DNADNA所形成的最初复合物被称为闭所形成的最初复合物被称为闭合复合物合复合物(closed complex)(closed complex)。第1
15、7页，共66页，编辑于2022年，星期二 当当RNARNA聚合酶与启动子区紧密结合后，围绕转录起始位点解开聚合酶与启动子区紧密结合后，围绕转录起始位点解开一小段一小段DNADNA双螺旋，形成开放复合物双螺旋，形成开放复合物(open complex)(open complex)。被打开的双。被打开的双螺旋的长度为螺旋的长度为121217 bp17 bp。开放复合物一旦形成，聚合酶即开始合。开放复合物一旦形成，聚合酶即开始合成成RNARNA。转录进入流产式起始阶段（转录进入流产式起始阶段（abortive initiationabortive initiation）。）。在这一时期，聚合酶会合成
16、并很快释放一些长度小于在这一时期，聚合酶会合成并很快释放一些长度小于1010个个核苷酸的核苷酸的RNARNA分子。一旦聚合酶成功地合成一条超过分子。一旦聚合酶成功地合成一条超过1010个个ntnt的的RNARNA，一个稳定的三元复合体就形成了，即一个包括聚合，一个稳定的三元复合体就形成了，即一个包括聚合酶、酶、DNADNA模板和生长中的模板和生长中的RNARNA链的复合体。于是，转录也由链的复合体。于是，转录也由起始阶段进入了延伸阶段，起始阶段进入了延伸阶段，因子也与因子也与RNARNA聚合酶分离。聚合酶分离。第18页，共66页，编辑于2022年，星期二第19页，共66页，编辑于2022年，星
17、期二 在在RNARNA链的延伸过程中，转录泡与链的延伸过程中，转录泡与RNARNA聚合酶一起沿聚合酶一起沿DNADNA移移动。转录泡的大小保持恒定表明，聚合酶在转录泡之前解动。转录泡的大小保持恒定表明，聚合酶在转录泡之前解旋旋DNADNA，而在其后复旋，而在其后复旋DNADNA。大约有。大约有4 48 nt8 nt的新合成的的新合成的RNARNA链与链与DNADNA模板形成模板形成RNARNADNADNA杂合体。杂合体。第20页，共66页，编辑于2022年，星期二第21页，共66页，编辑于2022年，星期二在细菌中存在两种不同的转录终止机制。一种终止类型不需要在细菌中存在两种不同的转录终止机制
18、。一种终止类型不需要RhoRho因子的参与，称为因子的参与，称为RhoRho非依赖型终止；另一种需要非依赖型终止；另一种需要RhoRho因子的因子的参与，称为参与，称为RhoRho依赖型终止。依赖型终止。介导介导RhoRho非依赖型终止的非依赖型终止的DNADNA序列称为序列称为RhoRho非依赖型终止子，非依赖型终止子，由两个序列元件构成：一段短的反向重复序列（大约由两个序列元件构成：一段短的反向重复序列（大约2020个个核苷酸），其后是一段大约由数个核苷酸），其后是一段大约由数个T T构成的序列。这些元件构成的序列。这些元件只有被转录之后才会引发聚合酶的终止反应，也就是说，只有被转录之后才
19、会引发聚合酶的终止反应，也就是说，它们是以它们是以RNARNA而不是而不是DNADNA的形式起作用。当的形式起作用。当RNARNA聚合酶在转录聚合酶在转录终止序列时，被转录出的终止序列时，被转录出的第22页，共66页，编辑于2022年，星期二反向重复序列会形成一种发卡结构。发卡的茎部通常有较高反向重复序列会形成一种发卡结构。发卡的茎部通常有较高的的G-CG-C含量，使其有较高的稳定性，从而使含量，使其有较高的稳定性，从而使RNARNA聚合酶在停顿。聚合酶在停顿。发卡之后通常是发卡之后通常是4 4个或更多的个或更多的U U碱基，从而导致碱基，从而导致RNARNA和模板链和模板链的弱结合。这利于的
20、弱结合。这利于RNARNA链的解离，从而终止转录。链的解离，从而终止转录。第23页，共66页，编辑于2022年，星期二第24页，共66页，编辑于2022年，星期二第25页，共66页，编辑于2022年，星期二 有些基因的终止序列需要一个辅助的蛋白质因子有些基因的终止序列需要一个辅助的蛋白质因子RhoRho才能有效地终止转录。才能有效地终止转录。RhoRho因子结合到单链因子结合到单链RNARNA的特定位的特定位点上，它利用水解点上，它利用水解ATPATP所产生的能量沿所产生的能量沿RNARNA链向聚合酶移链向聚合酶移动。当聚合酶遇到终止信号时，动。当聚合酶遇到终止信号时，RNARNA形成的发卡结
21、构有形成的发卡结构有关使聚合酶停顿下来，于是关使聚合酶停顿下来，于是RhoRho因子追上了因子追上了RNARNA聚合酶，聚合酶，它作为一种解旋酶，打开模板和转录产物之间的氢键，它作为一种解旋酶，打开模板和转录产物之间的氢键，造成转录终止造成转录终止 。第26页，共66页，编辑于2022年，星期二Rho in actionRho is a hexamer helicase.Can unwind RNA-DNA hybrids.第27页，共66页，编辑于2022年，星期二第二节：真核生物的转录机制第二节：真核生物的转录机制真核细胞内的真核细胞内的RNARNA聚合酶不止一种，在功能上有了分工，不同性
22、质的聚合酶不止一种，在功能上有了分工，不同性质的RNARNA由不同的由不同的RNARNA聚合酶负责合成。在真核细胞中有三种聚合酶负责合成。在真核细胞中有三种RNARNA聚合酶，聚合酶，即即RNARNA聚合酶聚合酶I I、RNARNA聚合酶聚合酶IIII和和RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII。一、真核生物一、真核生物RNARNA聚合酶聚合酶第28页，共66页，编辑于2022年，星期二 RNARNA聚合酶聚合酶I I合成合成5.8S rRNA5.8S rRNA、18S rRNA18S rRNA和和28S rRNA28S rRNA，存在于核仁中，对，存在于核仁中，对鹅膏蕈碱不敏感。鹅膏蕈碱不敏感。
23、RNARNA聚合酶聚合酶IIII合成所有的合成所有的mRNAmRNA以及部分以及部分sn RNAsn RNA，存在，存在于核质中，对于核质中，对鹅膏蕈碱非常敏感。鹅膏蕈碱非常敏感。RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII合成合成tRNAtRNA、5S rRNA5S rRNA和某些和某些sn RNAsn RNA，也存，也存在于核质中，对在于核质中，对鹅膏蕈碱中度敏感。鹅膏蕈碱中度敏感。第29页，共66页，编辑于2022年，星期二每种每种RNARNA聚合酶都含有两个大亚基和聚合酶都含有两个大亚基和12121515个小亚基，其中一些个小亚基，其中一些亚基为二种或三种亚基为二种或三种RNARNA聚合酶所共
24、有。研究得最清楚的真核生物聚合酶所共有。研究得最清楚的真核生物RNARNA聚合酶是酵母的聚合酶是酵母的RNARNA聚合酶，编码酵母聚合酶，编码酵母RNARNA聚合酶各亚基的基聚合酶各亚基的基因已被克隆，并且被测序。因已被克隆，并且被测序。RNARNA聚合酶各亚基也通过聚合酶各亚基也通过SDSSDS聚丙烯聚丙烯酰胺凝胶电泳得到了分离。酰胺凝胶电泳得到了分离。第30页，共66页，编辑于2022年，星期二第31页，共66页，编辑于2022年，星期二所有所有RNA pol RNA pol 的最大的亚基的的最大的亚基的C-C-端都含有一段七肽端都含有一段七肽串联重复序列串联重复序列Tyr-Ser-Pro
25、-Thr-Ser-Pro-SerTyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser，延伸形，延伸形成一个尾巴，被称为羧基末端结构域（成一个尾巴，被称为羧基末端结构域（carboxyl-carboxyl-terminal domainterminal domain，CTDCTD）。酵母的）。酵母的Pol IIPol II的的CTDCTD中有中有2727个这样的重复序列，哺乳动物中有个这样的重复序列，哺乳动物中有5252个重复，每一重个重复，每一重复都包含特定的磷酸化位点。复都包含特定的磷酸化位点。第32页，共66页，编辑于2022年，星期二第33页，共66页，编辑于2022年，星期二二、二、
26、RNA Pol I RNA Pol I 负责转录的基因负责转录的基因 1.1.核糖体核糖体RNARNA基因基因rRNArRNA是细胞内占优势的转录产物，占细胞是细胞内占优势的转录产物，占细胞RNARNA总量的总量的80809090。真核细胞中有真核细胞中有4 4种种rRNArRNA，5S5S、5.8S5.8S、18S18S和和28S rRNA28S rRNA。在真核。在真核细胞基因组中，细胞基因组中，18S18S、5.8S5.8S和和28S rRNA28S rRNA基因构成一个转录单位，基因构成一个转录单位，由由RNARNA聚合酶聚合酶I I负责转录。负责转录。5S rRNA5S rRNA则单
27、独由则单独由RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII转录。转录。第34页，共66页，编辑于2022年，星期二rRNArRNA基因属于中度重复序列，集中成簇，形成基因属于中度重复序列，集中成簇，形成rDNArDNA。人类。人类细胞在不同的染色体上分布有细胞在不同的染色体上分布有5 5个个rRNArRNA基因簇，每一基因簇，每一rRNArRNA基基因簇含有许多转录单位，转录单位之间是非转录间隔区。因簇含有许多转录单位，转录单位之间是非转录间隔区。第35页，共66页，编辑于2022年，星期二第36页，共66页，编辑于2022年，星期二真核生物真核生物rDNArDNA的编码区在各物种间显示很强的保守性，但
28、是基的编码区在各物种间显示很强的保守性，但是基因间的非转录间隔区和转录间隔区在长度和顺序上变异很大。因间的非转录间隔区和转录间隔区在长度和顺序上变异很大。非转录间隔区是非转录间隔区是rDNArDNA中变化最大，也是十分重要的一个区域。中变化最大，也是十分重要的一个区域。它含有启动子，控制它含有启动子，控制rRNArRNA基因的转录；存在很多小段重复顺序，基因的转录；存在很多小段重复顺序，具有增强子功能；存在于转录终止有关的信号。具有增强子功能；存在于转录终止有关的信号。第37页，共66页，编辑于2022年，星期二2.RNA Pol I promoter人类的人类的rRNArRNA基因的启动子由
29、核心启动子和上游控制元件两个部基因的启动子由核心启动子和上游控制元件两个部分构成。核心元件（分构成。核心元件（core elementcore element）包括转录起始位点，跨越）包括转录起始位点，跨越4545到到2020区域，可以单独起始转录。位于区域，可以单独起始转录。位于180180107107的上的上游控制元件（游控制元件（upstream control element,UCEupstream control element,UCE）可以显著提高）可以显著提高转录效率。两种元件密切相关，二者有转录效率。两种元件密切相关，二者有8585的序列一致性，并的序列一致性，并且富含且富含G
30、CGC。一般来说转录起始位点附近的序列富含。一般来说转录起始位点附近的序列富含ATAT，使，使DNADNA分分子在此区段容易解螺旋。子在此区段容易解螺旋。第38页，共66页，编辑于2022年，星期二第39页，共66页，编辑于2022年，星期二3.upstream binding factor and selectivity factor 3.upstream binding factor and selectivity factor I I（上游结合因子和选择因子（上游结合因子和选择因子I I）RNARNA聚合酶聚合酶I I需要两种辅助因子。需要两种辅助因子。UBFUBF（upstream b
31、inding upstream binding factor factor）是一种）是一种DNADNA序列特异性结合蛋白，结合在序列特异性结合蛋白，结合在UCEUCE的上的上半段半段。UBFUBF是一种装配因子（是一种装配因子（assembly factorassembly factor）。选择）。选择因子（因子（selectivity factor 1,SL1selectivity factor 1,SL1）本身并没有启动子）本身并没有启动子结合专一性。但是，结合专一性。但是，在在UBF1UBF1与启动子结合后，与启动子结合后，SL1SL1与与UBF1UBF1DNADNA复合物结合，也就是说
32、复合物结合，也就是说SL1SL1与启动子的结合需与启动子的结合需要要UBF1UBF1的介导。的介导。SL1SL1的结合使得的结合使得RNARNA聚合酶聚合酶I I 结合到核心结合到核心启动子上起始转录。启动子上起始转录。第40页，共66页，编辑于2022年，星期二三、三、RNA Pol III genes:5S rRNA and tRNA RNA Pol III genes:5S rRNA and tRNA transcriptiontranscription RNA RNA聚合酶聚合酶IIIIII是一个至少由是一个至少由1616种不同的亚基构成的复合体，与种不同的亚基构成的复合体，与RNAR
33、NA聚合酶聚合酶IIII一样也位于核质种。一样也位于核质种。RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII负责负责5S rRNA5S rRNA、tRNAtRNA、无、无帽子结构的帽子结构的snRNA(small nuclear RNA)snRNA(small nuclear RNA)和和snoRNA(small nucleolar snoRNA(small nucleolar RNA)RNA)的转录。的转录。第41页，共66页，编辑于2022年，星期二1.tRNA1.tRNA基因的转录基因的转录tRNAtRNA基因的启动子也位于转录起始位点之后，由两个非常保基因的启动子也位于转录起始位点之后，由两个非常
34、保守的序列构成，分别被称为守的序列构成，分别被称为A A框（框（5 5-TGGCNNAGTGG-3-TGGCNNAGTGG-3）和和B B框框(5(5-GGTTCGANNCC3-GGTTCGANNCC3)。同时这两个序列还编码。同时这两个序列还编码tRNAtRNA的的D D环和环和TCTC环。这意味着环。这意味着tRNAtRNA基因内的高度保守序列同时基因内的高度保守序列同时也是高度保守的启动子的序列。也是高度保守的启动子的序列。第42页，共66页，编辑于2022年，星期二转录因子转录因子TFIIICTFIIIC可与启动子的可与启动子的A A框和框和B B框结合。框结合。TFIIIBTFIII
35、B与与A A框上游框上游序列结合。序列结合。TFIIIBTFIIIB没有序列特异性，因此它的结合位点由没有序列特异性，因此它的结合位点由TFIIICTFIIIC在在DNADNA上的结合位置决定。上的结合位置决定。TFIIIBTFIIIB促使促使RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII与转录起始位与转录起始位点结合并起始转录。点结合并起始转录。第43页，共66页，编辑于2022年，星期二第44页，共66页，编辑于2022年，星期二2.rRNA2.rRNA基因的转录基因的转录与与RNARNA聚合酶聚合酶I I转录的转录的rRNArRNA基因一样，基因一样，5S rRNA5S rRNA基因也是串联基因也
36、是串联排列形成基因簇。在人类基因组中有一个大约由排列形成基因簇。在人类基因组中有一个大约由20002000个个5S 5S rRNArRNA基因组成的基因簇。基因组成的基因簇。5S rRNA5S rRNA基因的启动子位于转录起基因的启动子位于转录起始位点下游，转录区的内部，被分成两个部分，始位点下游，转录区的内部，被分成两个部分，A A框和框和C C框。框。A A可位于可位于50506565，C C框位于框位于81819999。第45页，共66页，编辑于2022年，星期二5S rRNA5S rRNA基因启动子的基因启动子的C C框是一个特异框是一个特异DNADNA结合蛋白结合蛋白TFIIIATF
37、IIIA的结合位的结合位点。点。TFIIIATFIIIA作为装配因子使得作为装配因子使得TFIIICTFIIIC与与5S rRNA5S rRNA基因启动子相互作基因启动子相互作用。用。A A框也可能稳定框也可能稳定TFIIICTFIIIC与与DNADNA的结合。一旦的结合。一旦TFIIICTFIIIC结合到启动子结合到启动子上，上，TFIIIBTFIIIB就会结合在转录起始位点附近，促进就会结合在转录起始位点附近，促进RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII的结的结合而起始转录。合而起始转录。第46页，共66页，编辑于2022年，星期二第47页，共66页，编辑于2022年，星期二3.3.RNARN
38、A聚合酶聚合酶IIIIII的上游启动子的上游启动子还有一类还有一类RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII负责转录的基因（例如负责转录的基因（例如7SK RNA7SK RNA、7SL RNA7SL RNA和和U6 snRNAU6 snRNA基因）的启动子位于转录起始位点的基因）的启动子位于转录起始位点的上游，属于外部启动子。在这类启动子含有三种元件，靠上游，属于外部启动子。在这类启动子含有三种元件，靠近转录起始位点的上游序列近转录起始位点的上游序列TATATATA框，是转录起始所必需的。框，是转录起始所必需的。TATATATA框上游的是近序列原件（框上游的是近序列原件（proximal seque
39、nce proximal sequence element,PSEelement,PSE）和远端序列元件（）和远端序列元件（distal sequence distal sequence elementelement）。）。第48页，共66页，编辑于2022年，星期二TATATATA框被含有框被含有TBPTBP的转录因子所识别，实际上的转录因子所识别，实际上TBPTBP就是识别就是识别TATATATA框的亚基。框的亚基。TBPTBP亚基与其他亚基结合形成一个复合体，其亚基与其他亚基结合形成一个复合体，其中一些亚基是中一些亚基是pol IIIpol III聚合酶启动子特异性的，这也可以解释聚合酶
40、启动子特异性的，这也可以解释为什么为什么RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII专一性地结合到这类启动子上。专一性地结合到这类启动子上。TBPTBP及其及其相关蛋白的作用就是保证相关蛋白的作用就是保证RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII的准确定位。的准确定位。第49页，共66页，编辑于2022年，星期二1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶II II体外转录起始的基本机制体外转录起始的基本机制 RNARNA聚合酶聚合酶IIII识别的启动子由三部分组成：起始框（识别的启动子由三部分组成：起始框（initiator initiator boxbox），），TATATATA框和上游元件（框和上游元件（upst
41、ream elementupstream element）构成。其中起）构成。其中起始框和始框和TATATATA框是体外框是体外RNARNA聚合酶精确起始转录所需的最少一组序聚合酶精确起始转录所需的最少一组序列元件，因此又称基本启动子。列元件，因此又称基本启动子。四、四、RNA Pol II基因的转录基因的转录第50页，共66页，编辑于2022年，星期二(1)Inr and TATA box第51页，共66页，编辑于2022年，星期二所有的真核生物所有的真核生物RNARNA聚合酶自身均不能识别并结合启动子，聚合酶自身均不能识别并结合启动子，它们需要转录因子的辅助才能与启动子结合起始体外转录。它
42、们需要转录因子的辅助才能与启动子结合起始体外转录。RNARNA聚合酶聚合酶II II进行体外基本转录（进行体外基本转录（basal transcriptionbasal transcription）所必需）所必需的转录因子称为通用转录因子。它们的作用包括识别启动子的转录因子称为通用转录因子。它们的作用包括识别启动子序列、组装转录起始复合体、打开序列、组装转录起始复合体、打开DNADNA双链和诱发启动子双链和诱发启动子逃离（逃离（promoter clearancepromoter clearance）。）。（2）通用转录因子与转录起始）通用转录因子与转录起始第52页，共66页，编辑于2022年
43、，星期二基本转录的起始，依赖转录因子与启动子的相互作用，以基本转录的起始，依赖转录因子与启动子的相互作用，以及各种通用转录因子间的相互作用。通过这种相互作用，及各种通用转录因子间的相互作用。通过这种相互作用，转录因子按照特定的时空顺序组建转录起始复合物，其中转录因子按照特定的时空顺序组建转录起始复合物，其中TBPTBP与与TATATATA框的结合则是这一过程的开端。复合物中的框的结合则是这一过程的开端。复合物中的转录因子不仅募集转录因子不仅募集RNARNA聚合酶聚合酶II II并介导它与并介导它与DNADNA的结合，的结合，而且提供解旋酶、而且提供解旋酶、ATPaseATPase和蛋白激酶等在
44、内的启动转录起和蛋白激酶等在内的启动转录起始所必需的各种活性。始所必需的各种活性。第53页，共66页，编辑于2022年，星期二 TFIIDTFIID是一个多蛋白复合体，复合体中有一条多肽链即为是一个多蛋白复合体，复合体中有一条多肽链即为TATATATA结合蛋白结合蛋白（TBPTBP），呈马鞍型（），呈马鞍型（saddle shapedsaddle shaped）结构。）结构。TBPTBP是一种序列特异性是一种序列特异性DNADNA结结合蛋白，作用于合蛋白，作用于DNADNA的小沟。马鞍型结构的内部与的小沟。马鞍型结构的内部与TATATATA框结合，这种结合框结合，这种结合使使DNADNA发生弯
45、曲变形。所形成的发生弯曲变形。所形成的TBPTBPDNADNA复合体为其他通用转录因子和聚复合体为其他通用转录因子和聚合酶与启动子的结合提供了一个平台。合酶与启动子的结合提供了一个平台。第54页，共66页，编辑于2022年，星期二第55页，共66页，编辑于2022年，星期二 TFIIATFIIA与与TFIIDTFIID结合，稳定结合，稳定TFIIDTFIIDDNADNA复合体。一旦复合体。一旦TFIIDTFIID与与DNADNA结结合，另一个转录因子合，另一个转录因子TFIIBTFIIB就会与就会与TFIIDTFIID结合，而结合，而TFIIBTFIIB又可以与又可以与RNARNA聚合酶结合。
46、这似乎是转录起始过程中的重要一步，因为通过聚合酶结合。这似乎是转录起始过程中的重要一步，因为通过与与TFIIDTFIID和和RNARNA聚合酶的相互作用，聚合酶的相互作用，TFIIBTFIIB引导引导RNARNA聚合酶聚合酶IIII和另一和另一转录因子转录因子TFIIFTFIIF一起加入到起始复合体中，并正确定位。一起加入到起始复合体中，并正确定位。TFIIFTFIIF的的作用可能是帮助作用可能是帮助RNARNA聚合酶与启动子的结合。聚合酶与启动子的结合。第56页，共66页，编辑于2022年，星期二第57页，共66页，编辑于2022年，星期二 RNA RNA聚合酶结合之后，聚合酶结合之后，TF
47、IIE TFIIE和和TFIIHTFIIH按顺序迅速结合到复合体上。按顺序迅速结合到复合体上。TFIIHTFIIH是一个大的由多个亚基构成的蛋白质复合体。它具有是一个大的由多个亚基构成的蛋白质复合体。它具有DNADNA解旋解旋酶、酶、ATPaseATPase和和CTDCTD激酶活性，它的作用是打开激酶活性，它的作用是打开DNADNA双链并使双链并使RNARNA聚合酶聚合酶IIII的羧基末端结构域磷酸化。的羧基末端结构域磷酸化。TFIIETFIIE的作用是引导的作用是引导TFIIHTFIIH与起始复合与起始复合体结合，并对体结合，并对TEIIHTEIIH的解旋酶活性和激酶活性进行调节。的解旋酶活
48、性和激酶活性进行调节。第58页，共66页，编辑于2022年，星期二TATAInr5335TFIIFRNA pol IITFIIDTFIIATFIIB TBPTFIIETFIIHTotal complex has more than 30 polypeptidesRNA pol II(12)TBP(1)TFIIA(3)TFIIB(1)TFIID(12)TFIIE(2)TFIIF(2)TFIIH(12)The assembly of the transcription apparatus:Transcription initiation第59页，共66页，编辑于2022年，星期二5335DNA u
49、nwinding to produce an open complexclosed complexTransition from transcriptional initiation to elongation第60页，共66页，编辑于2022年，星期二5335DNA unwinding to produce an open complexopen complexPPPPPPPhosphorylation of RNA polymerase II第61页，共66页，编辑于2022年，星期二5335Start of mRNA synthesismRNAPPPPPP第62页，共66页，编辑于202
50、2年，星期二2 2、上游启动子元件、上游启动子元件 RNA RNA聚合酶聚合酶IIII在体内进行有效转录还需要上游元在体内进行有效转录还需要上游元件。上游元件的长度通常是件。上游元件的长度通常是5 510 bp10 bp，位于转录起，位于转录起始位点始位点5050200 bp200 bp处，能够极大地提高转录效率。处，能够极大地提高转录效率。一个启动子可以具有多个上游元件，同一个上游元一个启动子可以具有多个上游元件，同一个上游元件也可以存在于不同启动子的不同位置。件也可以存在于不同启动子的不同位置。第63页，共66页，编辑于2022年，星期二 常见的上游元件包括常见的上游元件包括GCGC框、框