第五章-转录详解课件

第五章转录

（transcription）第一节转录的基本原理一、基本概念1、转录2、转录单位3、启动子4、终止子转录(

transcription

)——生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录RNADNA

转录单位：一个转录区段可视为一个转录单位(操纵子，包括若干个结构基因及其上游的调控序列。

+1转录起点编码区(开放阅读框)转录终点启动子终止子转录单位复制和转录的共同点:DNA模板碱基配对规律生成磷酸二酯键链延长方向5'→3'二、复制与转录的异同A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA（半保留复制）产物RNA聚合酶DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制需要引物不需要引物复制和转录的不同点:5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译转录模板在一个转录区内，只有一条DNA链作为模板，叫做模板链复制和转录的不同点模板链(templatestrand)有意义链或Watson链DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的一股单链。编码链(codingstrand)反义链或Crick链DNA双链中碱基序列与RNA一致的一股链。反义核酸：以编码链为模板合成的核酸，称为反义核酸（反义RNA、反义DNA）。

序列与模板链一致，能抑制mRNA表达。5335模板链编码链（codingstrand）编码链模板链（templatestrand）

高度的忠实性(highfidelity)转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪基序列，严格遵守碱基互补原则。然而，转录出错率高于复制出错率原因：RNA聚合酶没有校读功能复制和转录的不同点高度的进行性(highlyprogressive)正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止前RNA聚合酶不从模板链解离下来一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离下来的酶不可能与解离点重新结合复制和转录的不同点调控区：调控转录的区域不在转录产物的序列中，而是在转录开始位点的上游复制调控的区域是存在复制产物序列中复制和转录的不同点不对称转录

（asymmetrictranscription）*在DNA分子双链上某一区段，一股链可转录，另一股链不转录；*模板链并非永远在同一单链上。复制和转录的不同点模板链结构基因转录方向转录方向模板链编码链编码链模板链不对称转录

第二节与转录起始和终止有关的DNA结构一、原核生物启动子和终止子启动子：

是指RNA聚合酶识别、结合并起始转录的一段具有高度保守性DNA序列。转录因子：辅助转录的蛋白质因子。上游：转录起点前为上游，用负的数码来表示，起点前第一个核苷酸为-1。下游：转录起点后(即转录区)为下游，用正的数码来表示，起点核苷酸为+1。(一)启动子结构

启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对mRNA的合成极为重要。

1、转录起始点

转录开始的位置

超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录始点。2、—10序列，位于转录起始位点上游—10bp左右，有一个6个碱基组成的保守序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部位，又称为TATA盒或Pribnow盒。

特点：不同的启动子，其位置略有不同不同的启动子，每个碱基出现的频率不同。

3、—35序列：位于转录起始位点上游35bp处，故称—35序列，有一个6个碱基组成的保守序列TTGACA.不同启动子的—35序列的每个碱基出现的频率不同。—35序列是RNA聚合酶初始结合的部位—35序列的核苷酸结构决定了启动子的强度4、作用部位间隔区-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并不重要。-35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。实验结果表明：

-35序列和-10序列之间的间隔区长度为17bp时转录效率最高。大多数启动子为16~18bp-35序列和-10序列之间的间隔区长度也是决定启动子强度的因素之一。开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205335原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)55RNA聚合酶保护区结构基因33原核生物的RNA聚合酶σ亚基结合位点：-35序列β‘亚基结合位点：-10序列核心酶

coreenzyme全酶

holoenzyme5.CAP结合位点缺乏葡萄糖时cAMPCAPCAP结合位点激活Gal、mal和lac等操纵子的启动子被激活降低CAP结合位点附近的富含GC区域的双螺旋的稳定性机制(二)、终止子结构终止转录的信号序列(终止子)存在于RNA聚合酶已转录过的序列中。终止子按其序列结构和作用特点可分为两类：1、依赖ρ因子（Rho)的转录终止

具有控制转录终止作用的蛋白质因子。依赖ρ的终止子，必需在ρ因子存在时，才发生终止作用。终止点前无寡聚U序列，回文对称区不富含GC

机制：

ρ因子与RNA3’-OH结合，抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。2、不依赖ρ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。发夹结构：反向碱基互补序列末端PolyU：U:A不稳定.TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTTDNA或UUUU˙

˙

˙

˙

˙

˙UUUU˙

˙

˙

˙

˙

˙茎环结构RNA茎环结构终止转录的机理

使RNA聚合酶变构，转录停顿；末端polyU使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG5335RNA-pol二、真核生物启动子真核生物的RNA聚合酶

种类

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

对鹅膏蕈碱

的反应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNA、snRNA耐受极敏感中度敏感转录产物（一）RNA聚合酶I的启动子核心启动子：即上游启动子，-45到+20，决定转录起始的精确位置。远启动子：即上游启动子元件影响转录的频率。(二)RNA聚合酶II的启动子顺式作用元件------

真核生物结构基因上游的调控区存在的相似或一致性的DNA序列。

-GCGC---CAAT---TATA转录起始TATA盒CAAT盒GC盒

增强子顺式作用元件结构基因1.起始子即转录起始点位置，转录起始的第一个碱基大多为A，两侧各有若干个嘧啶核苷酸。2、TATAbox：也称基本启动子在-30~-25区域有一个七核苷酸保守序列TATA(A/T)A(A/T)TATA框与RNA聚合酶II结合后才能转录开始。3、CAAT框位于-75附近，有一个保守序列GG(C/T)CAATCTCAAT框控制转录起始的频率CAAT框保守序列的正反取向都能发挥作用3、增强子是指能使和它连锁的基因转录明显增加的DNA序列，又称远上游序列。性质：(1)增强效应非常明显(2)增强效应与其位置和取向无关(3)大多为重复序列：适合与某些蛋白结合，核心序列是TGTGG(AAA/TTT)G(4)其增强效应有严密的组织性和细胞特异性：只有特定的蛋白质参与才能发挥功能(5)没有基因专一性：与不同的基因组合均表现增强效应(6)许多增强子还受外部信号的调控：39（三）RNA聚合酶Ⅲ识别的启动子基因的产物：tRNA、5SrRNA、既有上游启动子也有下游启动子。下游启动子位于它们转录的基因编码序列内称为内部启动子）三、原核生物和真核生物转录启动子的结构异同

1、原核生物启动子类型少，而真核生物的多；2、原核生物启动子结构组成与真核生物RNA聚合酶II更接近3、原核生物和真核生物RNA聚合酶II的转录起始位点第一个碱基均为嘌呤碱4、原核生物启动区范围小5、原核生物启动子结构简单第三节原核生物和真核生物转录及抑制剂一、原核生物转录的起始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。

辨认起始位点：

亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全酶(2)与模板疏松结合。

酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固结合。形成闭链式启动子复合物(二元复合物)转录起始过程：2.DNA双链解开:RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约12~17个核苷酸，拓扑异构酶参与。

形成开链式启动子复合物(二元复合物)3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。RNApol(2)-DNA-5'pppGpN-OH3转录起始复合物(三元复合物):

RNA聚合酶-DNA模板-四磷酸二核苷酸5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi●原核生物转录起始复合物σ因子与核心酶形成全酶，σ因子发现起始位点，全酶与-35序列结合，形成闭链的启动子复合物。酶分子向-10序列转移并牢固结合。-10序列及起始位点处发生局部解链，形成开链式启动子复合物。在β亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸二酯键，这时由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA链组成三元复合物。σ因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续合成RNA.二、转录延长1.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；

2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi3.转录空泡的形成：转录空泡(transcriptionbubble)：

DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转录复合物。RNA-pol：40bp以上；

解链：20bp；RNA/DNA：12bp。DNA/DNA双链比DNA/RNA杂化双链稳定

稳定性:G≡C>A=T>A=U50RNA链的延长，会出现降低速度或延宕，而不是以恒定的速度进行，是延长阶段的重要特点。聚合酶在通过一个富含G-C对的模板后约8-10个碱基，会出现一次延宕。延宕作用可能在RNA链的终止和释放过程中起重要作用。转录延宕依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止三、转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落。

机制524、转录终止终止子（terminator，t）：提供转录停止信号的DNA序列。遇到终止子才能终止转录，将新生的RNA链释放，并与模板DNA脱离。

●强终止子－内部终止子

●弱终止子－需要ρ因子（rhofactor）又称为ρ依赖性终止子(Rho-dependentterminator)不依赖Rho(ρ)因子的转录终止依赖Rho(ρ)因子的转录终止53不依赖因子的终止终止子富含CG序列出现转录延宕；终止子poly(U)与模板链的poly(A)相互作用力较弱，新生的RNA链很容易从模板链上解离下来54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。55终止效率与二重对称序列（至少6bp）和寡聚U（至少4个U）的长短有关，长度↑，终止效率↑。56依赖因子的终止因子：又称释放因子，六聚体蛋白，可以水解NTP，其解旋酶促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。57原核生物转录过程中的现象DNA核糖体RNARNA聚合酶二、真核生物的转录起始（一）转录起始转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板的启动子，其起始过程比原核生物复杂，顺式作用元件(cis-actingelement)：DNA分子上可影响（调控）转录的序列。启动子，增强子，沉默子。1、转录起始前的上游区段:

真核生物的转录起始也需要RNA聚合酶辨认、结合转录起点上游的DNA序列，生成起始复合物。AATAAA切离加尾转录终止点修饰点转录起始点-25bpTATA盒CAAT盒GC盒

增强子外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体顺式作用元件DTATAABDNATATAFE2、RNA聚合酶与模板DNA的结合需一系列转录因子(TF)的参与。RNA聚合酶转录因子(TF)：能与顺式作用原件识别、结合，调节真核基因转录的蛋白质，称为转录调节因子，简称转录因子，也称反式作用因子。参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ

TBP：TATAbindingprotein,TATA结合蛋白TAF:TBPassociatedfactor,TBP辅因子,不同基因TAF不同CTD:RNA-polⅡ大亚基羧基末端结构域3.转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。

POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化转录的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物TATAⅡAⅡBTAFⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化（二）转录延长RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。与原核生物大致相似，

没有转录与翻译同步的现象。RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录延长中的核小体移位转录方向（三）转录终止

——和转录后修饰密切相关。转录终止修饰点:

DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同序列,参与转录终止过程,这些序列称之。5’------AAUAAA-5’------AAUAAA--Poly(A)mRNA核酸酶-GUGUGUGAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点5’5’3’3’RNA-pol3加尾五、RNA生物合成抑制剂定义：能阻断、抑制或干扰RNA的代谢过程，最终抑制转录的一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。分类：

按照抑制剂作用性质的不同可分为三类第一类是嘌呤和嘧啶类似物——形成核苷酸类似物而抑制RNA合成第二类是通过与DNA结合而改变模板的功能如：EB等第三类是与RNA聚合酶结合而影响其活力，如有些抗生素或化学药物，由于能抑制RNA聚合酶，因而抑制RNA的合成。1、利福霉素机制：抑制RNA聚合酶的活性，因而抑制细菌RNA的合成2、利迪链菌素机制：与RNA聚合酶β亚基结合，抑制转录过程中RNA链的延长。3、α-鹅膏蕈碱机制：抑制真核生物RNA聚合酶第四节转录后加工及其机制几种主要的修饰方式：1、剪接(splice)2、剪切(clavage)3、碱基修饰4、添加一

mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰1、5端形成帽子结构

5m7GpppGp

—

(

NTP)n帽子结构:

(m7GpppGp—)7-甲基鸟嘌呤-三磷酸鸟苷帽子结构的功能:

核内生成,保护mRNA不被核酸外切酶水解。

与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。促进某些RNA的合成。此外还可以形成帽子1，帽子2等，第一第二位的核苷酸的2’-O位上被甲基化形成帽子1，帽子2，3、mRNA的甲基化2、3端加上聚腺苷酸（polA）尾巴(NTP)

n—

AAAAAA-OH3

（长约100-200bp）

生成：在核内修饰,与转录终止同时进行.

作用：增加mRNA稳定性，维持翻译模板活性。（二）

mRNA内的剪接1、hnRNA和snRNA核内的初级mRNA称为杂化核RNA

（hetero-nuclearRNA,hnRNA

)

snRNA

(smallnuclearRNA)（并接体）核内的蛋白质核糖核酸蛋白体snRNA2、断裂基因、外显子和内含子

真核生物的结构基因，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。断裂基因(splitegene)

CABD编码区A、B、C、D非编码区外显子(exon)

内含子(intron)

真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的DNA序列。

真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的DNA序列。3.

内含子的分类:基因的类型和剪接的方式I类：线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因；II类：线粒体、叶绿体mRNA基因；I

II类:自我剪切III类：多数mRNA基因；套索结构剪接

IV类：是tRNA基因，剪接过程需酶及ATP。翻译后内含子：胰岛素原，酶原。3、mRNA的剪接——除去hnRNA中的内含子，将外显子连接DNAmRNA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、转录后修饰二tRNA的转录后加工剪切

(a)剪接(b)(c)添加碱基修饰(d)碱基修饰的方式：（2）还原反应

如：UDHU

（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AIm

如：AA（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）三rRNA

的转录后加工转录45S-RNA剪接18S-RNA5.8S,28SRNArDNA28S5.8S18S四膜虫的rRNA二级结构rRNA的剪接采用自我剪接方式顺势剪接和反式剪接顺势剪接：在同一基因内去除内含子，连接外显子；反式剪接：在不同基因之间的外显子剪接。五、核酶具有酶促活性的RNA称为核酶。核酶(ribozyme)四膜虫rRNA内含子的二级结构四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接（核酶）方式。rRNA前体（35S）,内含子（9S）414核苷酸5´-