药学分子生物学转录课件

第三章

转录及其调控RNATranscription&RegulationEmail：第一篇药学分子生物学基础中心法则生物体遗传信息传递的方式reversetranscription中心法则（thecentraldogma）生物功能的实现（遗传信息的表达）：转录、翻译世代之间传递：DNA的复制DNA成熟的mRNA转录（transcription）生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录是遗传信息表达的第一步RNA转录复制VS转录转录与复制的共同点核苷酸聚合反应，生成磷酸二脂键以DNA为模板酶促反应遵从碱基配对规律方向：从5’→3’转录与复制的区别复制转录模板两股链均复制模板链转录（不对称转录）原料dNTPNTP引物需要RNA做引物不需要酶DNA聚合酶RNA聚合酶配对A-T,C-GA-U,T-A,G-C产物子代双链DNA（半保留复制）mRNA,tRNA，rRNA,smallRNA转录的模板结构基因（structuralgene）:DNA分子上转录出RNA的区段转录的模板结构基因（structuralgene）:DNA分子上转录出RNA的区段模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链DNA双链中，按碱基配对规律，能指引转录生成RNA的一股单链转录的模板结构基因（structuralgene）:DNA分子上转录出RNA的区段模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。

与模板链互补的链，特征是与转录的RNA序列类似（仅有T与U的区别）不对称转录(asymmetrictranscription)在DNA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；5335模板链编码链编码链模板链转录方向转录方向结构基因模板链并非永远在同一条单链上。基本内容：第一节：原核生物的转录第二节：真核生物的转录及转录后修饰第三节：转录调控（原核、真核）第一节

原核生物的转录核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)原核的RNA聚合酶核心酶与σ亚基原核RNA聚合酶的

σ亚基能识别启动子σ亚基在转录开始后脱离核心酶核心酶完成后续的转录过程-35区-10区图11-3原核生物的RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合（DNA双链已打开，σ因子尚未脱落）启动子(promoter)启动子:RNA聚合酶结合模板DNA的部位

5335结构基因调控序列RNA-pol原核RNA聚合酶的

σ亚基能识别启动子原核生物启动子保守序列开始转录(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区TTGACAAACTGT-35区RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55结构基因33RNA聚合酶保护区1-30-5010-10-40-205335转录的过程转录起始RNA的延长转录终止

原核生物与真核生物转录的聚合酶、起始、终止都有所不同原核生物转录的过程转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。原核生物转录的延伸亚基脱落，RNA–pol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(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi转录空泡(transcriptionbubble)转录空泡非模板DNARNA聚合酶RNA-DNA杂化双链，～12bpRNA解开双链模板链DNA恢复双链5’3’转录方向原核生物转录过程中的羽毛状现象53DNA核糖体RNARNA聚合酶电子显微镜照片转录未完成，翻译已经在进行着原核生物转录终止指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。依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止分类：依赖Rho因子的转录终止ATPρ因子：

1969年Roberts在被T4噬菌体感染的E.coli中发现与RNA转录物结合，改变RNA-pol构象，使其停顿有ATP酶活性，解旋酶（helicase）活性非依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构茎环结构使转录终止的机理回文序列导致RNA形成茎环结构改变了RNA-pol的构象，使其停顿RNA和DNA各自形成双链，使RNA/DNA杂化短链分开，释放RNA第二节真核生物的转录RNA聚合酶原核生物只有1种RNA聚合酶

催化合成mRNA、tRNA和rRNA真核生物具有3种不同的RNA聚合酶RNA聚合酶Ⅰ(RNA-polⅠ)

RNA聚合酶Ⅱ(RNA-polⅡ)

RNA聚合酶Ⅲ(RNA-polⅢ)RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶种类ⅠⅡⅢ对鹅膏蕈碱的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐受极敏感中度敏感转录产物真核生物的转录起始真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子（转录因子）的协助，它们与RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。

转录调控是基因表达调控的关键点，也是当今生命科学研究热点。了解真核生物的转录过程，是研究转录调控的重要基础。转录起始上游的DNA序列转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子AATAAA切离加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体启动子核心序列转录起始前上游区段顺式作用元件(cis-actingelement)转录因子(transcriptionalfactors,TF)直接或间接结合RNA聚合酶的反式作用因子RNA-polI————TFIRNA-polII————TFIIRNA-polIII————TFIII参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ蛋白激酶活性，使CTD磷酸化TFⅡHATPase57（a）34（b）TFⅡE解螺旋酶30，74TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物，TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒38TFⅡD功能分子量(kD)转录因子蛋白激酶活性，使CTD***TFⅡHATPase57（a）34（b）TFⅡE解螺旋酶TFⅡF促进RNA-polⅡ结合及作为其他因子结合的桥梁33TFⅡB稳定TFⅡD-DNA复合物12，1935TFⅡA辅助TBP-DNA结合TAF**结合TATA盒TBP*TFⅡD亚基组成*TBP:TATAbindingprotein,TATA结合蛋白**TAF:TBPassociatedfactors,TBP辅助因子***CTD:carboxylterminaldomain,RNA-polII大亚基羧基末端结构域POL-ⅡTFⅡFⅡHⅡECTD-P转录起始前复合物

(pre-initiationcomplex,PIC)TATAⅡAPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物ⅡAⅡBTBPTAFTATAPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化，RNA-pol往下游移动。进入转录的延长阶段后，大多数TF都会脱离。ⅡB拼板理论(piecingtheory)

不同的转录因子相互辨认，以多种组合搭配方式结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因“七巧板理论”人类基因组中几万个基因的表达，300多个转录因子就能满足不同类型基因表达的需要真核生物转录延长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现象。RNA-pol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解聚现象。转录延长中的核小体移位核小体移位的现象只见于试管中（invitro）的转录实验细胞培养（invivo）实验表明核小体在转录过程可能发生解聚RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录方向真核生物转录终止5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3hnRNA真核生物的转录后修饰真核生物转录后修饰

（post-transcriptionalmodification）几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)一、mRNA的首、尾的修饰5端形成帽子结构(m7GpppGp—)生成甲基化的三磷酸双鸟苷在核内完成hnRNA刚刚合成25-30nt时，就形成了“帽子”结构起始蛋白质翻译的必须避免被RNA核酸酶降解

3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)维持mRNA作为模板的活性增加mRNA本身的稳定性主要功能帽子结构甲基化的三磷酸双鸟苷帽子结构的生成转录产物hnRNA第一个核苷酸往往是5’-三磷酸鸟苷pppG5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi磷酸酶水解与另一个pppG反应，生成三磷酸双鸟苷甲基化，第一或第二鸟嘌呤碱基发生甲基化帽子结构完成二、mRNA的剪接（去除内含子）核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体snRNP（smallnuclearribonucleoprotein）snRNARNA剪接的场所hnRNA和snRNAhnRNA(hetero-nuclearRNA)：

核内的初级转录物（成熟的RNA剪接前的“前体”）snRNA(smallnuclearRNA)hnRNA和snRNA外显子(exon)和内含子(intron)外显子（编码区）在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子（非编码区）隔断基因的线性表达，而在剪接过程中被除去的核酸序列。蛋白质内含子——胰岛素的C基因二、mRNA的剪接（去除内含子）断裂基因(splitegene)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。CABD编码区（外显子）A、B、C、D非编码区（内含子）鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交（模拟电镜图片）基因全长为7.7kb，肽链长386个氨基酸hnRNA和snRNA外显子(exon)和内含子(intron)内含子的分类根据基因的类型和剪接的方式，通常分为4类I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此类内含子；IV：是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。自我剪接二、mRNA的剪接（去除内含子）hnRNA和snRNA外显子(exon)和内含子(intron)内含子的分类mRNA的剪接除去hnRNA中的内含子，将外显子连接二、mRNA的剪接（去除内含子）snRNP与hnRNA结合成为剪接体①snRNP与hnRNA结合成为剪接体（续）②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2U1、U4、U5UACUACA-AGUGU6E1E2U2剪接过程的二次转酯反应

(twicetransesterification)pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子1内含子外显子2G-OHUpUpGpA三、mRNA的编辑(mRNAediting)RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differentialRNAprocessing)。人类apoB（载脂蛋白B）基因

mRNA（14500个核苷酸）肝脏apoB100（分子量为500000）肠道细胞apoB48（分子量为240000）mRNA编辑C变为U小结：mRNA的转录后加工加“帽子”、“尾巴”mRNA的剪接（hnRNA去除内含子）mRNA的编辑(mRNAediting)tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNADHU-loopTψ-looptRNA的转录后加工RNAaseP内切酶tRNA核苷酸转移酶连接酶ATPADP碱基修饰（1）（1）（3）（2）（4）（2）还原反应如：UDHU（4）脱氨反应如：AI

如：A

mA

G

mG（1）甲基化

（3）核苷内的转位反应如：UψrRNA的转录后加工转录45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA内含子28S5.8S18S内含子第三节转录调控

（原核、真核）基因转录激活调节基本要素基因的结构、性质生物个体或细胞所处的内、外环境细胞内所存在的转录调节蛋白特异DNA序列调节蛋白DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质RNA聚合酶基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化功能不同的基因的表达不同不受调控的基因：（相对）基本（组成性）基因表达（constitutivegeneexpression）管家基因（housekeepinggenes）表达受调控的基因：某些基因的表达在生命过程的某个时期，或外界环境的改变发生了变化诱导和阻遏基本（组成性）基因表达

（constitutivegeneexpression）某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeepinggene)。管家基因（housekeepinggenes）无论表达水平高低，某些基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为基本（组成性）基因表达(constitutivegeneexpression)1

原核生物操纵子转录调控模式编码物质代谢有关酶类：编码分解代谢的酶——可诱导型乳糖操纵子编码合成代谢的酶——可阻遏型色氨酸操纵子原核生物的基因结构特点（与真核生物的主要区别）：无内含子操纵子——转录单元多顺反子mRNA转录没有结束，翻译已经开始诱导和阻遏表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。

如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。Lehninger's.Principles.of.Biochemistry.4th原核生物

蛋白质因子——操纵子(operon)机制特异DNA序列编码序列

启动序列

操纵序列

其他调节序列(promoter)(operator)操纵子通常由2个以上结构基因和多种表达调控元件在基因组中成簇串联组成表达调控元件：promoter，operator原核生物中最常见的表达调控单位雅各布(1920～)法国生物学家、分子生物学家莫诺(1910～1976)法国生物学家1961年雅格布与莫诺合作提出了“信使核糖核酸”和“操纵子”概念，阐明了RNA在遗传过程中的信息传递作用和乳糖操纵子在蛋白质生物合成中的调节控制机制，于1965年获诺贝尔生理学和医学奖。是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。1)

启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列共有序列(consensussequence)

决定启动序列的转录活性大小。某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。2操纵序列

——阻遏蛋白(repressor)的结合位点当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白3)其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。操纵子的结构与功能典型的操纵子结构：控制区信息区结构基因I调节基因（阻遏或增强）P启动基因O

操纵基因DNA乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子(lacoperon)的结构

结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶编码与乳糖分解代谢有关的基因ZYAOPDNA

调控区CAP结合位点启动序列操纵序列阻遏基因乳糖操纵子(lacoperon)的结构Lehninger's.Principles.of.Biochemistry.4th乳糖操纵子的调节机制没有乳糖的时候，该基因是不需要表达的，即该基因的表达是被抑制的。mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因有乳糖存在的时候，需要表达，降解乳糖mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶CAP的正性调节++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP协调调节※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；※如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖。葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolicrepression)。

mRNA低半乳糖时高半乳糖时

葡萄糖低cAMP浓度高

葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOO若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖。Lehninger's.Principles.of.Biochemistry.4th转录终止调节复习《RNA的合成——转录》的内容衰减子的作用——色氨酸操纵子TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶?色氨酸操纵子——可阻遏型转录调控UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序列衰减子区域UUUU……前导mRNA1234衰减子结构

第10、11密码子为trp密码子终止密码子14aa前导肽编码区:

包含序列1形成发夹结构能力强弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密码子

UUUU……UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时转录衰减机制125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’trp密码子

结构基因前导DNARNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构2

真核生物转录调控TypesofsequencesinthehumangenomeLehninger's.Principles.of.Biochemistry.4thLINE：longinterspersedelementSINE：shortinterspersedelement比原核生物复杂30亿碱基对，3.6万个基因，2－15％表达真核生活基因表达的多级调控基因激活转录起始转录后加工mRNA降解蛋白质翻译翻译后加工修饰蛋白质降解等DNARNA蛋白质DNA暴露碱基后RNA聚合酶才能有效结合。活化状态的基因表现为：1.对核酸酶敏感2.结合有非组蛋白及修饰的组蛋白3.低甲基化。最有效的调节环节，通过DNA元件与调控蛋白相互作用来调控基因表达。RNA编辑、剪接、转运翻译水平可通过特异的蛋白因子阻断mRNA翻译翻译后对蛋白的加工、修饰也是基本调控环节siRNA,microRNA

真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂基本共同点：转录起始的调节是关键点根本不同点：原核生物：启动子在缺少转录因子情况下就具有天然活性真核生物：强力启动子在缺少转录因子（调节蛋白）的情况下往往没有活性真核VS原核多种RNA聚合酶，结构复杂，并伴随必须的转录因子；正性调节是主要形式。因此，在转录的基本状态受到制约的情况下，使得每个真核细胞基因需要活化才能被转录；真核细胞有更大、更为复杂、种类更多的调节蛋白。单一启动子可以被分散在DNA分子上、数量近乎无限的调节序列所控制。真核细胞对基因表达起始的调控至少在下面几个方面与原核细胞存在不同：真核细胞基因及其调控区域受到染色质结构的限制，转录的活化与转录调控区域、转录区域内染色质结构的诸多变化相关；真核生物转录水平的调控染色质水平核小体中组蛋白解离、乙酰化DNA去甲基化、拓扑结构变化转录活化因子的活化和表达转录因子磷酸化、去磷酸化转录起始复合物的组装和活化转录终止的调节真核生物转录后水平的调控真核生物翻译水平的调控第一部分

ControlofTranscriptionInitiation转录起始调控(一）基因活化蛋白质改变局部染色质结构异染色质（heterochromatin）是转录非活性的。常染色质（euchromatin）中的转录活性区域对核酸酶敏感，特别是转录基因的5’-侧翼区1000nt以内是高敏感位点(hypersensitivesites)。很多高敏感位点是调节蛋白质的结合序列，而这些区域核小体的相对缺少也使得这些蛋白质易于与之结合。转录活化染色质与非活化染色质在结构上有很大不同。转录活化染色质与非活化染色质的组蛋白共价修饰的方式也不相同。组蛋白修饰：核小体的核心组蛋白（H2A，H2B，H3，H4）中赖氨酸残基的非可逆性甲基化，丝氨酸与苏氨酸残基的磷酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色质的特点。DNA修饰：真核细胞DNA的CpG序列（CpG岛）中的胞嘧啶被甲基化为5-甲基胞嘧啶是常见现象，但转录活性染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。染色质重塑（chromatinremodeling）基因活化蛋白质可以通过改变基因的启动子和调节序列区域的染色质结构来促进转录开始。这种改变局部染色质结构的过程被称为染色质重塑。最主要的两种方式：

组蛋白的共价修饰核小体重塑（nucleosomeremodeling）染色质重塑组蛋白乙酰化位点：组蛋白乙酰化转移酶（histoneacetyltransferases,HATs），也称组蛋白乙酰化酶（histoneacetylase）主要作用于核小体的核心组蛋白所富含的赖氨酸残基，降低整个核小体对DNA的亲和性。时间：基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。作用：使染色质进入转录活性状态；还可能促进或防止与其它转录或调节相关蛋白的相互作用。可逆转：组蛋白脱乙酰化酶(histonedeacetylase)减少核小体的乙酰化，使染色质恢复转录非活性状态。顺式作用元件(cis-actingelement)“cis-”有“分子内”的意思顺式作用元件可以理解为：DNA分子上具有可影响（调控）转录的各种组分这些调控元件在某一基因上不可能全部齐备，而是若干种互相搭配，以多样化的形势调节转录的起始。有些基因的调控区域结构简单，可被一个单一信号启动“开关”。但更多的基因调控区域结构复杂顺式作用元件(cis-actingelement)与基因表达调控有关的DNA序列分子内作用元件

反式作用因子(trans-actingfactor)与基因表达调控有关的蛋白质分子间作用因子对顺式作用元件-反式作用因子相互作用的各种信号进行解读，并整合所获信息来决定邻近基因的开与关。1.顺式作用元件(cis-actingelement)——可影响自身基因表达活性的DNA序列BADNA编码序列转录起始点不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。

exon1intron1exonnintronn上游下游转录起始点增强子沉默子启动子TATA盒GC盒CAAT盒增强子真核细胞顺式作用元件（cis-actingelements）包括启动子（promoter）、其它调控元件及特定的远隔序列。（一）近起始点的TATA盒/起始子是真核生物启动子的核心序列真核细胞的启动子是包括转录起始点（transcriptioninitiationsite或transcriptionstartsite）在内的、有通用转录因子及RNA聚合酶组装、结合的一段DNA序列。典型的启动子核心序列（coresequences）是在转录起始位点上游25~35bp处，有一保守的TATA序列，被称为TATA盒（TATAbox），真核细胞的TATA盒多为TATAAAA序列。TATA盒与原核细胞的启动子一样，对RNA聚合酶II的转录起始位点起定位作用。（二）启动子中的上游元件协助真核基因调节GC盒(GCbox)(GGGCGG)CAAT盒(CAATbox)(GCCAAT)启动子上游元件（promoter-proximalelements,或upstreampromoterelements）是一些位于TATA盒上游的DNA序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率与专一性。常见的序列是：(三）远距离增强子促进RNA聚合酶II的转录增强子（enhancer）是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列；在酵母中，被称为上游活化序列（upstreamactivatorsequences,UASs）。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。增强子距转录起始位点的距离变化很大，从100nt到50000nt，甚至更大。但总是作用于最近的启动子。增强子所处位置在所调控基因的上游或下游，但主要位于上游。下游内含子当中，乃至下游最后外显子以外的序列也可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。（四）沉默子可抑制基因的转录负性调节元件——沉默子（silencer）有些DNA序列既可以作为正性，又可以作为负性调节元件发挥顺式调节作用，这取决于细胞内存在的转录因子的性质。有部分基因含有负性调节元件，当其结合特异转录因子时，对基因转录起阻遏作用。二、反式作用因子：转录因子基因调节蛋白（generegulatoryproteins）反式作用因子（trans-actingfactors）转录调节因子(transcriptionregulationfactors)转录因子是由不同的功能结构域构成的调节蛋白上游因子（upstreamfactors）：与上游调控元件结合的蛋白质可诱导因子（induciblefactors）：在某些特殊生理情况下才被诱导产生的，可与调控元件结合的蛋白质2.真核基因的调节蛋白还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。反式作用因子(trans-actingfactor)

这种调节作用称为反式作用。cDNAaDNA反式调节C顺式调节mRNAC蛋白质CBAmRNA蛋白质AA转录因子分为：通用转录因子特异转录因子RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，为各类真核细胞所共有、通用，决定3种RNA转录的类别。通过结合它的调节序列直接、或间接活化或阻遏特异基因的转录。正调控反式作用因子负调控反式作用因子二、反式作用因子(trans-actingfactors)能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA（顺式作用元件）的蛋白质，从而影响基因表达现已发现数百种大部分转录因子是活化基因转录，至少有两个不同的功能结构域：DNA结合域（DNA-bindingdomain）激活域（activationdomain）反式作用因子与顺式作用元件的相互接触的部位

——蛋白质与DNA的相互作用的部位

同源结构域（homodomain）螺旋－转角－螺旋锌指模体（zincfingermotif）碱性亮氨酸拉链模体（basicleucinezippermotif）碱性螺旋-环-螺旋结构片层也可识别DNA（一）DNA结合域转录因子含有不同的DNA结合域

螺旋-回折-螺旋是常见的DNA结合模体之一通过氨基酸残基的侧链基团与DNA的大沟碱基边缘的化学基团相互作用锌指模体（zincfingermotif）富含Cys或His残基的多肽与Zn2＋形成配位键２.锌指结构是一类含锌的DNA结合蛋白质模体C2H2型锌指（Zincfinger）碱性亮氨酸拉链模体缠绕成两组α-螺旋N-端富含碱性氨基酸，亲水性C-端有疏水性每7个残基规律性的出现一个Leu，使两组α-螺旋呈拉链状3.亮氨酸拉链同时调节DNA结合与蛋白质二聚体化4.碱性螺旋-环-螺旋结构也可调节DNA结合及蛋白质二聚体化碱性螺旋-环-螺旋（basichelix-loop-helix，bHLH）bHLH双体DNA大沟螺旋螺旋环5.片层也可识别DNA在前面所述的DNA结合域中，至少一个-螺旋被插入DNA双螺旋的大沟中。但一些转录因子含有替代的结构，如-片层和环，它们特殊的氨基酸组成，可以识别DNA双螺旋分子大沟表面的特殊序列。反向平行β片层DNA大沟α螺旋Zn2＋（二）转录因子也有蛋白质-蛋白质相互作用区域——激活域（activationdomain）亮氨酸拉链和碱性螺旋－环－螺旋的结构特点使它们易于形成同（源）或异（源）二聚体。异（源）二聚体（heterodimer）的形成增加了结构和功能的多样性。转录因子的激活结构域通过与其它蛋白质结构域之间的相互作用，对启动子上通用转录因子与RNA聚合酶吸引、定位、以及修饰来提高转录起始效率。真核细胞中较为常见的结构域是3种：富含谷氨酰胺激活结构域（glutamine-richactivationdomains）富含脯氨酸激活结构域（proline-richactivationdomains）酸性氨基酸激活结构域(acidicactivationdomains)。4.对RNA聚合酶的影响：⑴

原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。⑵

调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。（二）基因活化蛋白质促进RNA聚合酶与通用转录因子在转录起始位点的组装①基因活化蛋白质与增强子或UASs的结合；②通用转录因子在启动子处的组装；③辅助激活子(coactivator)和/或中介子（medicator）在通用转录因子/RNA聚合酶II复合物与基因活化蛋白质之间的辅助和中介作用。RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：基因活化蛋白质与增强子结合后，通过与全酶复合体中的中介子相互反应，使全酶复合体在空间上更接近启动子并有效组装。此外，多数全酶复合体中缺少一些通用转录因子，如TFIID与TFIIA，它们需要在启动子处分别组装，最后形成稳定的转录起始复合物（transcriptioninitiationcomplex），启动转录。激活抑制Lehninger's.Principles.of.Biochemistry.4th(三）真核基因阻遏蛋白以各种方式抑制转录阻遏蛋白（repressorprotein）一些既有DNA结合域，也有与其它蛋白相互作用的抑制结构域。也有一些基因阻遏蛋白没有DNA结合域，而是通过蛋白质-蛋白质间相互作用，调节基因激活蛋白及其它转录因子的作用。②基因阻遏蛋白与基因活化蛋白分别与DNA调节序列结合，但阻遏蛋白通过与活性蛋白的基因活化区域相互作用，使后者不能发挥活化作用；真核细胞阻遏蛋白有更多可能的作用机制：①结合沉默子或与基因活化蛋白竞争同一DNA调节序列；⑤吸引组蛋白脱乙酰化酶。④补给阻遏性染色质重塑复合体（repressivechromatinremodelingcomplexes）；③直接作用于通用转录因子；第二部分

转录后调控PosttranscriptionalControls一、真核细胞mRNA5端加帽和3端多聚腺苷酸化修饰除组蛋白外，所有真核细胞mRNA都有5端的“帽”和3端的poly(A)尾结构。5端的“帽”和3端的poly(A)尾均有其特有的作用。5加帽的作用在于：①有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；④5帽结合蛋白复合体参与mRNA和核糖体的结合来起始翻译。③促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；②协助mRNA的剪接。在剪接第一个外显子时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；poly(A)尾可结合一种或多种特殊蛋白，避免mRNA被酶降解，并在翻译过程中具有重要作用。许多原核mRNA也含有poly(A)尾，但是此尾的功能是促进mRNA降解，而不是保护mRNA免于被降解。poly(A)尾的作用：二、选择性剪接可以使同一基因产生不同的蛋白质许多初始转录本可以通过一种以上的选择性剪接（alternativeRNAsplicing）方式，去除不同的内含子而被加工形成不同的mRNAs，因而形成不同的多肽。人视黄醛还原酶mRNA的选择性剪接mRNAPre-mRNA同种异型mRNA初始转录本含有所有选择性加工途径所需要的分子信号。一种细胞偏好何种选择性加工途径取决于加工因子——RNA结合蛋白的特异性。