第三章第1节转录机制

本文档共60页；当前第1页；编辑于星期六\9点52分本章主要内容转录的机制RNA的加工本文档共60页；当前第2页；编辑于星期六\9点52分第一节

转录的机制一些基本概念RNA聚合酶原核生物DNA的转录真核生物DNA的转录本文档共60页；当前第3页；编辑于星期六\9点52分一些基本概念基因上的信息被用来合成功能性基因产物的过程。功能性基因产物包括蛋白质和功能性RNA(tRNA,rRNA等）

基因表达（geneexpression)本文档共60页；当前第4页；编辑于星期六\9点52分

一些基本概念转录（transcription)

以DNA为模板合成RNA的过程编码链(codingstrand)

也叫有意义链(sensestrand)或Crick链，DNA双链

中与mRNA序列相同的那条DNA链模板链(templatestrand)

也叫反义链（antisensestrand)或者Watson链，DNA双链中按照碱基互补配对原则指导mRNA合成的链本文档共60页；当前第5页；编辑于星期六\9点52分

5’→3’3’→5’DNA转录的简单图解本文档共60页；当前第6页；编辑于星期六\9点52分一些基本概念不对称转录（asymmetrictranscription)

DNA分子双链上的某一任意给定的区域内，DNA只有

一条链被转录，另一条链不转录5’5’3’3’编码链模板链转录方向模板链编码链转录方向本文档共60页；当前第7页；编辑于星期六\9点52分RNA聚合酶RNA聚合酶也叫依赖于DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase,RNApol)

多亚基RNA聚合酶家族：

细菌

古细菌

真核生物细胞核

叶绿体单亚基RNApol家族：噬菌体

线粒体本文档共60页；当前第8页；编辑于星期六\9点52分RNA聚合酶催化反应的特点模板：DNA原料：NTPs(ATP,GTP,CTP,UTP)辅助因子：Mg2+/Mn2+合成方向：5’→3’只有5’→3’聚合的活性，没有外切酶活性催化RNA的从头合成，不需要引物转录起始受多种调节蛋白的调节本文档共60页；当前第9页；编辑于星期六\9点52分原核生物的RNA聚合酶本文档共60页；当前第10页；编辑于星期六\9点52分原核生物的RNA聚合酶一种RNA聚合酶负责所有RNA包括mRNA,rRNA和tRNA的合成

核心酶（coreenzyme):α2ββ’ω

全酶（holoenzyme):

α2ββ’ωσ本文档共60页；当前第11页；编辑于星期六\9点52分大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析亚基基因大小（kDa)亚基数功能αrpoA362

参与聚合酶的组装，启动子识别以及参与和调节蛋白的相互作用βrpoB1511Β和β’一起构成催化中心β’rpoC1551ω?111未知σrpoD701

识别启动子，存在多种不同的σ因子，用来识别不同的启动子本文档共60页；当前第12页；编辑于星期六\9点52分本文档共60页；当前第13页；编辑于星期六\9点52分真核生物中的RNA聚合酶真核生物中三类RNA聚合酶（I,II,III)的DEAE-Sephadex凝胶分离本文档共60页；当前第14页；编辑于星期六\9点52分真核生物中的RNA聚合酶α－鹅膏蕈碱本文档共60页；当前第15页；编辑于星期六\9点52分真核生物中的RNA聚合酶45SrRNA本文档共60页；当前第16页；编辑于星期六\9点52分经免疫共沉淀及SDS分离纯化的酵母RNA聚合酶II的亚基组成本文档共60页；当前第17页；编辑于星期六\9点52分不同生物RNApol三维结构的比较羧基端结构域（carboxyl-terminaldomain,CTD)YSPTSPT本文档共60页；当前第18页；编辑于星期六\9点52分RNApol的三维结构钳状结构使聚合酶能锚定在DNA模板上舵状结构是防止DNA/RNA杂交双链持续存在翼状结构是防止在转录延伸阶段转录物掉下来β叶片上的次级通道，NTP进入酶活性中心MRNA可以通过聚合酶背部的离开通道出来本文档共60页；当前第19页；编辑于星期六\9点52分原核生物的DNA转录转录单元（transcriptionunit)

一段从启动子开始到终止子结束的DNA序列本文档共60页；当前第20页；编辑于星期六\9点52分原核生物转录的起始启动子（promoter)

能被RNA聚合酶直接或间接识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列一般位于基因上游启动子序列具有高度保守性本文档共60页；当前第21页；编辑于星期六\9点52分DNaseIfootprinting本文档共60页；当前第22页；编辑于星期六\9点52分本文档共60页；当前第23页；编辑于星期六\9点52分←上游下游→本文档共60页；当前第24页；编辑于星期六\9点52分原核生物启动子的特征-10区（Pribnowbox)

保守序列是TATAAT，是RNA聚合酶牢固结合位点-35区

保守序列是TTGACA,是RNA聚合酶σ因子的结合位点，也是RNA聚合酶的初始结合位点-10区和-35区之间碱基序列不重要，但它们之间的距离很重要，一般为16～19bp本文档共60页；当前第25页；编辑于星期六\9点52分

增强元件（upelement)

转录活性极强的基因（rRNA基因）除了-10区和-35区，在-40和-60之间有一种富含AT的启动子序列，可将转录活性提高30倍本文档共60页；当前第26页；编辑于星期六\9点52分强启动子和弱启动子

一个基因启动子序列与一致序列越接近，启动子的启动效率就高，为强启动子；启动子序列与一致序列相差越大，启动效率越低，为弱启动子上升突变和下降突变

启动子突变提高基因转录活性,叫上升突变TATGTT→TATATT

启动子突变降低了基因转录活性，叫下降突变TATAAT→AATAAT（乳糖操纵子）本文档共60页；当前第27页；编辑于星期六\9点52分转录起始复合物的形成

RNApol会重复催化短RNA的合成并释放它们，称为流产转录或无效合成（abortivesynthesis)本文档共60页；当前第28页；编辑于星期六\9点52分原核生物转录的延伸σ因子释放以后，延伸因子NusA加入进来，转录进入延伸阶段失去σ因子的核心酶通过封闭的钳子夹住DNA,快速沿着DNA模板链移动,随着NTP的加入，不断延伸RNA链延长中的转录复合物也叫转录泡（transcriptionbubble)转录泡大约17bp左右转录的延伸和转录泡的结构本文档共60页；当前第29页；编辑于星期六\9点52分原核生物转录的终止当RNA聚合酶到达基因末端的终止子(terminator)时，就从DNA模板上脱离，释放出RNA链终止子：提供转录终止信号的DNA序列终止子分为两类：1.不依赖于ρ因子（rhofactor)的终止(Rho-

independent

terminator)2.依赖ρ因子的转录终止(Rho-dependent

terminator)本文档共60页；当前第30页；编辑于星期六\9点52分不依赖于ρ因子的终止子这类终止子也称为内在终止子（intrinsicterminator)

内在终止子有两个结构特点：1）终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重

对称区／反向重复IR区，由这段DNA转录产生的RNA容

易形成发夹结构2）在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，转

录产物的3’端为寡聚U本文档共60页；当前第31页；编辑于星期六\9点52分Intrinsic

terminator本文档共60页；当前第32页；编辑于星期六\9点52分不需要ρ因子的终止机制

本文档共60页；当前第33页；编辑于星期六\9点52分依赖ρ因子的转录终止子此类终止子不能形成强的发夹结构，不能诱导转录的自发终止，需要ρ因子的帮助才能准确地终止转录ρ因子是同源六聚体，具有NTP酶和解链酶活性优先结合位点称为Rho因子利用位点（Rhoutilizationsite,rutsite)本文档共60页；当前第34页；编辑于星期六\9点52分本文档共60页；当前第35页；编辑于星期六\9点52分真核和原核生物DNA转录的主要区别染色质和核小体结构对转录有深刻的影响真核生物的RNApol与原核生物的RNApol的差别

真核RNApol更大，含更多亚基不能直接识别启动子，需要转录因子需要解链酶，原核RNApol具有解链酶活性真核RNApol高度分工，不同RNA由不同RNApol负责催化转录本文档共60页；当前第36页；编辑于星期六\9点52分真核和原核生物DNA转录的主要区别转录除了需要RNApol,还需要很多蛋白质（如转录因子）的参与启动子以外的序列参与调节基因的转录

顺式作用元件（cis-actingelement)是指对基因表达具有调节活性的DNA序列，它们与相关的基因位于同一条DNA分子上，呈顺式关系，通常不编码蛋白质，包括启动子，增强子，沉默子等

反式作用因子（trans-actingfactors)指能结合在顺式作用元件上参与调控靶基因转录效率的蛋白质，包括转录因子，共调节因子本文档共60页；当前第37页；编辑于星期六\9点52分真核和原核生物DNA转录的主要区别转录与翻译不存在偶联转录产物多为单顺反子，原核基因转录产物多为多顺反子因为原核生物转录系统中功能相关的基因共享一个启动子，以一个共同的转录单位进行转录真核中，每个蛋白质的基因都有独立的启动子本文档共60页；当前第38页；编辑于星期六\9点52分RNApolI所负责的DNA的转录负责rRNA基因的转录，生成45SrRNA,随后经过加工生成18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNAI类启动子由核心启动子和UCE（上游控制元件）组成转录的终止位于18nt组成的终止子区域，需要转录终止因子的参与（DNA结合蛋白）UCE结合因子选择性因子本文档共60页；当前第39页；编辑于星期六\9点52分RNApolⅢ所负责的DNA的转录负责转录小分子RNA,如tRNA,5SrRNA,snoRNA等III类启动子分为内部启动子和外部启动子远端序列元件近端序列元件本文档共60页；当前第40页；编辑于星期六\9点52分终止与原核生物不需要ρ因子的机制类似，富含GC的序列和小串U，U长度短于原核生物，GC序列不需要形成茎环结构本文档共60页；当前第41页；编辑于星期六\9点52分RNApolⅡ负责的DNA的转录负责催化合成mRNA,带有帽子结构的snRNA以及某些病毒RNA的转录控制RNApolII所负责的基因转录的顺式作用元件

II类启动子上游诱导元件

增强子沉默子等

本文档共60页；当前第42页；编辑于星期六\9点52分II类启动子II类启动子由核心启动子（corepromoter)和上游启动子元件（upstreampromoterelement,UPE)组成本文档共60页；当前第43页；编辑于星期六\9点52分核心启动子核心启动子也称为基础启动子（basalpromoterorminimalpromoter),相当于原核生物的启动子，参与招募和定位RNApolⅡ到转录起始位点，从而正确地起始转录，包括：

TATA盒

起始子（initiator,Inr)

下游启动子元件(downstreampromoterelement,DPE)TFIIB识别元件(TFIIBrecognitionelement,BRE)本文档共60页；当前第44页；编辑于星期六\9点52分核心启动子TATA盒

位于-25到-30区域的一段富含AT的碱基序列，与原核生物Pribnow盒/-10区类似保守序列是TATAAA两类基因没有TATA盒（看家基因和发育调节基因）特异性基因（specializedgene）通常都具有TATA盒参与转录起始位点的定位本文档共60页；当前第45页；编辑于星期六\9点52分核心启动子起始子（initiator,Inr)转录起始位点附近具有保守性序列，是起始最佳转录所必需的，称为起始子起始子和TATA盒决定转录的起点本文档共60页；当前第46页；编辑于星期六\9点52分核心启动子TFIIB识别元件（TFIIBrecognitionelement,BRE)

转录因子TFIIB的识别位点，位于TATA盒上游,保守序列为（G/C)(G/C)(G/A)CGCC下游启动子元件（downstreampromoterelement,DPE)

果蝇基因启动子普遍有DPE,保守序列是G(A/T)CG位于Inr下游约30bp处，作用需要Inr存在可以补偿因TATA盒缺失造成的转录抑制本文档共60页；当前第47页；编辑于星期六\9点52分上游启动子元件上游启动子元件（upstreampromoterelement,UPE)/上游激活序列（upstreamactivatingsequence,UAS)位于核心启动子上游近侧，调节转录起始的效率，包括：GC盒

富含GC碱基对（GGGCGG/CCGCCC)，通常位于TATA盒上游且不止一个拷贝

特异性转录因子Sp1与GC盒结合能够增强转录效率CCAAT/CAAT盒

-70～-80bp左右，与转录因子CTF结合本文档共60页；当前第48页；编辑于星期六\9点52分上游诱导元件上游诱导元件(upstreaminducibleelement,UIE)

有些基因受到细胞内外环境中各种特殊信号诱导才表达，UIE存在这些基因核心启动子上游，如：

激素反应元件（hormoneresponseelement,HRE)cAMP反应元件（cAMP-responseelement,CRE)

金属反应元件（metal-responseelement,MRE)

热激反应元件（heat-shockresponseelement,HSE)

CTNGAATNTTCTAGA,由HSP70或其他激活蛋白识别本文档共60页；当前第49页；编辑于星期六\9点52分增强子和沉默子增强子（enhancer)是一种能够大幅度增强基因转录效率的顺式作用元件沉默子（silencer)是一种抑制基因转录的顺式作用元件增强子作用特点：

1）远距离效应2）无方向性3）顺式调节4）无物种和基因的特异性5）有组织和细胞特异性6）有的增强子可以对外部信号产生反应本文档共60页；当前第50页；编辑于星期六\9点52分本文档共60页；当前第51页；编辑于星期六\9点52分转录因子转录因子(transcriptionfactor)是能结合特定的DNA序列从而调控基因表达的蛋白质，是一种反式作用因子。转录因子大多有DNA结合域（DNA-