第13章转录第二部分

1、二、真核生物的转录二、真核生物的转录l1.染色质和核小体结构对转录有深刻的影响染色质和核小体结构对转录有深刻的影响l2.真核细胞真核细胞RNA聚合酶高度分工聚合酶高度分工l3.启动子以外的序列（启动子以外的序列（顺式作用元件顺式作用元件）参与调节基）参与调节基因的转录因的转录l4.转录还需要许多被称为转录还需要许多被称为转录因子转录因子的蛋白质的参与的蛋白质的参与l5.转录与翻译不存在偶联关系转录与翻译不存在偶联关系l6.转录的产物多为单顺反子，而原核基因的转录产转录的产物多为单顺反子，而原核基因的转录产物多为多顺反子物多为多顺反子（一）真核生物的转录系统的特点（一）真核生物的转录系统的特点

2、TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 启动子启动子 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始l顺式作用元件：顺式作用元件：同一同一DNA分子中具有转录分子中具有转录调节功能的特异调节功能的特异DNA序列。包括启动子，序列。包括启动子，增强子、沉默子和调增强子、沉默子和调控元件等。控元件等。真核细胞真核细胞RNA pol启动子性质启动子性质增强子和沉默子增强子和沉默子l增强子（增强子（enhancer）：是一种能够大幅度增）：是一种能够大幅度增强基因转录效率的顺式作用元件。强基因转录效率的顺式作用元件。l沉默子（沉默子（silencer）：与增强子相反，是一种

3、）：与增强子相反，是一种阻止基因表达的顺式作用元件。阻止基因表达的顺式作用元件。l作用特性：作用特性：与启动子不同，其作用与与启动子不同，其作用与距离、方距离、方向和位置均无关向和位置均无关；对临近的基因作用最强；某；对临近的基因作用最强；某些增强子或沉默子具有组织特异性。些增强子或沉默子具有组织特异性。增强子和沉默子的作用特性增强子和沉默子的作用特性增强子作用的环出模型增强子作用的环出模型 （三）转录因子（三）转录因子（transcript factor,TF）l反式作用因子：反式作用因子：是能直接或间接地识别或结合各种顺式是能直接或间接地识别或结合各种顺式作用元件，参与调控基因转录的蛋白质

4、。顺式作用元件作用元件，参与调控基因转录的蛋白质。顺式作用元件必须由反式作用因子与之结合后才能对转录起调控作用。必须由反式作用因子与之结合后才能对转录起调控作用。l转录因子：转录因子：真核真核RNA聚合酶不能识别聚合酶不能识别DNA上的启动子，上的启动子，识别这些启动子序列的反式作用因子称为识别这些启动子序列的反式作用因子称为转录因子。转录因子。l转录因子转录因子在转录中主要有两大基本功能：一是作为装配在转录中主要有两大基本功能：一是作为装配因子或定向因子识别和结合核心启动子，招募因子或定向因子识别和结合核心启动子，招募RNA聚聚合酶正确地与启动子结合；其次是调节合酶正确地与启动子结合；其次是

5、调节RNA聚合酶的聚合酶的活性活性参与参与RNA-pol转录的转录的TF TFH57（a a）（ ）TFE与与RNA-polRNA-pol结合，解螺旋酶结合，解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD与启动子的结合与启动子的结合12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子ATPaseATPase, ,解螺旋酶和解螺旋酶和CTDCTD激酶活性激酶活性促进启动子的解链和清空促进启动子的解链和清空T

6、FH与与RNA-pol结合，结合，协助招募协助招募TFH， 激活激活TFH，促进启动子解链，促进启动子解链57（a a）TFE30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB12，19，35TFA辅助辅助-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子b b34（四）真核生物（四）真核生物 RNARNA聚合酶聚合酶IIII 所负责的基因转录过程所负责的基因转录过程1. 转录起始转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样

7、化，转录起始时，多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。板，其起始过程比原核生物复杂。转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)：真核生物真核生物RNA-polRNA-pol不与不与DNADNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。 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PO

8、L IIIIFCTD转录预起始复合物的形成INRTATAUPE-20+1IIDIIAIIBHJE转录起始复合物的形成CTD的磷酸化INRTATAUPE-20+1IIDIIAIIBHJEPOL IIIIFCTDP P P PATP启动子清空INRTATAUPE-20+1IIDIIAIIBHJEPOL IICTDP P P PNTPsmRNA前体转录延伸因子模板理论模板理论(piecing theory) 一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与性，有专一性的复合物，再

9、与RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。配而有针对性地结合、转录相应的基因。 （二）转录延长（二）转录延长转录因子转录因子TFSTFS参与延伸参与延伸真核生物转录延长过程与原核生物大致相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似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。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位和转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。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

10、方向5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-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 和转录后修饰密切相关。和转录后修饰密切相关。（三）转录终止（三）转录终止-3末端的产生和多聚腺苷酸化末端的产生和多聚腺苷酸化转录后加工转录后加工Post-transcriptional Processing第三节第三节一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）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

11、苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)5端加帽：端加帽：5 端端 帽子结构的功能帽子结构的功能C提高提高mRNA的稳定性的稳定性C参与识别起始密码子的过程，提高参与识别起始密码子的过程，提高mRNA的可翻的可翻译性译性C有助于有助于mRNA通过核孔从细胞核运输到细胞质通过核孔从细胞核运输到细胞质C提高剪接反应的效率提高剪接反应的效率。变性变性与成熟的与成熟的mRNA杂交；杂交；在电镜下观察在电镜下观察DNA 模板链模板链成熟的成熟的mRNA（二）（二）mRNA的剪接的剪接R-环技术环技术发现发现基因断裂基因断裂现象现象鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图

12、DNAmRNA目目 录录R-环技术环技术发现发现基因断裂基因断裂现象现象真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。 1.断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区2. 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，在断裂基因及其

13、初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列，也就是基因的核酸序列，也就是基因中编码氨基酸的序列。中编码氨基酸的序列。 内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列，也就是基因中不编码氨基除去的核酸序列，也就是基因中不编码氨基酸的序列。酸的序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰3. mRNA的剪接（的剪接（RNA splicing）mRNA的剪接：除去的剪接：除去hnRNA中的内含子，并将中的内含子

14、，并将相邻的外显子连接起来，形成成熟的相邻的外显子连接起来，形成成熟的m RNA。snRNP与与hnRNA结合成为结合成为剪接体（剪接体（splicesomesplicesome）核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（snRNPsnRNP发音为发音为 snurpssnurps ）snRNA参与剪接的主要有：参与剪接的主要有：U1-snRNP、 U2-snRNP、 U4-snRNP、 U5-snRNP和和U6-snRNP。剪接体组装过程剪接体组装过程剪接供体位点剪接供体位点剪接受体位点剪接受体位点分支点分支点UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UA

15、CUACA - AGUGU6E1E2U1、U4无活性的剪接体无活性的剪接体U5激活的剪接体激活的剪接体剪接过程中的剪接过程中的两次转酯反应两次转酯反应二、真核细胞二、真核细胞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RNAaseP（外切（外切酶）、内切酶酶）、内切酶目目 录录1.剪切和修剪：核糖剪切和修剪：核糖核酸酶催化核酸酶催化tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP目目 录录2. 添加添加CCA3.碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内

16、的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）目目 录录4.酵母酵母Pre-tRNA的剪接的剪接真核细胞真核细胞Pre-RNA具有小的内含子具有小的内含子三、真核细胞三、真核细胞rRNA前体的后加工前体的后加工 1)剪切、修剪和修饰剪切、修剪和修饰 2)剪接剪接 （某些真核生物，如（某些真核生物，如四膜虫）四膜虫）四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构1.四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5 -端核苷酸序列端核苷酸序列四、核四、核 酶酶最简单的核

17、酶二级结构最简单的核酶二级结构锤头状结构锤头状结构(hammerhead structure) 通常为通常为60个核苷酸个核苷酸左右左右 同一分子上包括有同一分子上包括有催化部份和底物部催化部份和底物部份份 催化部份和底物部催化部份和底物部份组成锤头结构份组成锤头结构 除除rRNA外，外，tRNA、mRNA的加工也可采用的加工也可采用自我剪接方式。自我剪接方式。 2. 2.核酶：核酶：具有催化性质的具有催化性质的RNA底物部分底物部分3.核酶研究的意义核酶研究的意义 反转录反转录Reverse Transcription反转录酶反转录酶(reverse transcriptase） ： 以以R

18、NA为模板，四种为模板，四种dNTP为底物，依据碱基互为底物，依据碱基互补原则指导合成补原则指导合成DNA链的酶，又称逆转录酶、反链的酶，又称逆转录酶、反向转录酶。含有此种酶的病毒称为向转录酶。含有此种酶的病毒称为反转录病毒反转录病毒。l反转录酶含有两个亚基，小亚基是大亚基的特异性水反转录酶含有两个亚基，小亚基是大亚基的特异性水解产物，它的作用是保护大亚基免受水解。解产物，它的作用是保护大亚基免受水解。l大亚基具有三个酶活性：（大亚基具有三个酶活性：（1）53的依赖于的依赖于RNA的的DNA聚合酶活性，该活性用来催化负链聚合酶活性，该活性用来催化负链DNA的合的合成；（成；（2）核糖核酸酶）核

19、糖核酸酶H活性，该活性用来水解活性，该活性用来水解RNA引物和基因组引物和基因组RNA；（；（3）53的依赖于的依赖于DNA的的DNA聚合酶活性，该活性用来合成正链聚合酶活性，该活性用来合成正链DNA。HIV-1反转录酶反转录酶p51p66指形区指形区掌状区掌状区拇指区拇指区RNase HDNA连接区连接区RNA模模板板一、反转录过程 RNA指导指导的的DNA合成合成反转录酶反转录酶 RNA水解水解RNase H DNA指导指导的的DNA合成合成DNA 聚合酶聚合酶二、转录与癌变癌基因癌基因(oncogene，onc)：病毒基因组中的一些特殊序病毒基因组中的一些特殊序列，进入宿主细胞后，可诱发癌症，又称病毒癌列，进入宿主细胞后，可诱发癌症，又称病毒癌基因基因(virus oncogene，v-onc)。原癌基因原癌基因(proto-oncogenes , pro-onc)：存在于宿