生物学第三章 转录课件

3转录3.1转录的要点3.2原核生物的转录3.3真核生物的转录3.4RNA的剪辑与加工生物学第三章转录中心法则生物学第三章转录3.1转录的纲要生物学第三章转录转录（transcription)

:拷贝出一条与DNA链序列完全相同的RNA单链的过程。有义链

sensestrand

(编码链codingstrand)与mRNA序列相同的那条DNA链。反义链

antisensestrand

(模板链Templatestrand)有义链的互补链，根据碱基配对原则指导mRNA合成的DNA链。关键词生物学第三章转录启动子（Promoter)RNA聚合酶识别和结合并启动转录的DNA序列.转录起始点

(startsite)与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，通常为一个嘌呤终止子(terminator)

DNA上引起RNA聚合酶终止转录的序列.关键词Transcriptionunit生物学第三章转录RNA的酶促合成rNTP

nrNTPrNTP-(rNMP)nnPPiDNAtemplateRNA-P,Mg2

RNA合成:前体为4种5-核苷三磷酸(rNTP)—ATP,GTP,CTP和UTP;模板为DNA双链分子中的一条链;催化合成的酶为RNApolymerase;不需要引物,直接开始新生RNA链的延伸;碱基配对原则:A-U(T),C-G;聚合反应中生成磷酸二酯键,释放出PPi;新生RNA链的延伸方向:53生物学第三章转录3.2原核生物的转录3.2.1RNA聚合酶3.2.2启动子的组成3.2.3转录的起始和延伸

3.2.4大肠杆菌中两种终止子

生物学第三章转录3.2.1RNA聚合酶RNA聚合酶核心酶：2

RNA聚合酶全酶：

2

RNA聚合酶各亚基的功能（见左图）生物学第三章转录生物学第三章转录

细菌RNApol的核心酶含两个相同的α亚基(由rpoA基因编码)，为核心酶的组装所必需，负责识别和结合启动子，其N-端结构域参与聚合酶的组装，C-端结构域参与和调节亚基之间的相互作用，以及和增强子元件结合。此外，α亚基在全酶与某些转录因子相互作用时也发挥重要作用。

β和β'亚基分别由基因rpoB和rpoC编码，目前认为二者共同构成催化部位。β亚基是催化部位的主体。研究表明，β亚基有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸，β'亚基带正电荷，与DNA静电结合，可结合两个Zn2+参与催化过程。利福平能与β亚基结合，强烈地抑制原核生物转录的起始，但对真核生物的RNApol不起作用，因此，可用于治疗结核病和麻风病。转录的另一种抑制剂肝素，因富含阴离子，能与DNA竞争性地结合于β'亚基上，表明β'亚基可能是RNApol与模板DNA的结合部位。生物学第三章转录Sigma因子是酶的别构效应物，提高RNA聚合酶对启动子的亲和力，降低与模板DNA上非特异位点的结合力。大肠杆菌中有多个

因子,每个因子能识别不同的启动子。sigma亚基只在转录的起始阶段起作用生物学第三章转录E.coli的σ因子由基因rpo

D编码，其主要作用是特异性地识别转录的起始位点启动子。启动子(promoter)是RNA聚合酶识别、结合并起始转录的一段特异性的DNA序列，一般位于转录起始位点(+1)的上游，可以同RNA聚合酶特异性结合，但本身的序列不被转录。核心酶虽可与DNA结合，但不能区别启动子和一般的DNA序列，或者说不能正确识别启动子的特异序列。σ因子与核心酶结合后，全酶对启动子的特异性结合能力是对其他DNA序列结合能力的107倍。其原因是，核心酶对DNA序列结合的亲和力建立在碱性蛋白和酸性核酸之间静电吸附作用力之上，这种结合是没有特异性的松散结合，而且被结合的DNA仍然保持双螺旋状态。σ因子能大大降低RNApol与一般DNA序列的结合常数和停留时间，同时又增加RNApol与启动子的结合常数和停留时间，使RNApol能正确的识别启动子的特异序列，并与之结合。生物学第三章转录

不同的σ因子可以识别不同的启动子。如E.coli的一般基因由σ70(Mr为70×103)识别,枯草芽孢杆菌σ因子的主要类型为σ43。识别热休克应激蛋白基因启动子的为σ32，温度升高时，基因rpoH的产物σ32浓度升高，温度回降时，σ32浓度降低。可以假设，σ70与σ32通过竞争已有的核心酶，调控蛋白质合成的起始。诱导σ32产生的基本信号是因温度升高引起的未折叠蛋白的聚集。在固氮菌中识别固氮酶相关基因启动子的为σ54，当培养基中缺乏氮时，E.coli中会有少量σ54存在，在这种情况下，基因会转向利用其它可替代的N源。

ω亚基由基因rpoZ编码，Mr为1.10×104，曾长期被忽略，甚至许多人不把它作为聚合酶的组分。然而，现在已经肯定，ω亚基是嗜热水生菌RNApol必不可少的组分，也是体外变性的RNApol成功复性所必需的，它与β亚基一起构成催化中心，稳定其与β'亚基的结合生物学第三章转录

因子与其相应的启动子因子基因功能-35区间隔-10区703254rpoDrpoHrpoN广泛热休克氮代谢TTGACATCTCNCCCTTGAACTGGNA15-17bp13-15bp6bpTATAATCCCCATNTATTGCA生物学第三章转录3.2.2启动子的识别序列生物学第三章转录

若以DNA编码链对应于RNA的第1个核苷酸为+1，其下游(downstream)即转录区依次记为正数，上游依次记为负数(没有0)，则RNApol结合区即启动子从–70延伸到+30。对比分析多种原核生物的启动子，发现几乎在所有的启动子起始点的上游都有一个6bp的一致序列。这个六联体的中心位于起始点上游10个碱基处，大多位于位置–18到–8之间，根据它的位置，六联体被命名为–10序列，或以发现者的名字命名为Pribnow框(Pribnowbox)。它的一致序列(consensussequence)是TATAAT。若用下标表示碱基在不同基因的启动子中出现的概率，–10序列可表示为T80A95T45A60A50T86，如果此位置对于任何碱基都没有明显的优先性则标为N。另一个保守六联体在起始点上游–35处，称–35序列。保守序列为TTGACA，可表示为T82T84G78A65C54A45。对上述共有序列进行化学修饰和定位诱变证明，–35序列与聚合酶对启动子的特异性识别有关，–10区富含A-T对，有利于DNA局部解链。生物学第三章转录启动子有三个部分1）

-10区,又称PribnowBox

保守序列为T80A95T45A60A50T96。在RNA聚合酶的作用下，富含AT的Pribnow框内的DNA双螺旋首先发生解链，与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。(下标表示碱基在不同基因的启动子中出现的概率

)2）-35区：保守序列为T82T84G78A65C54A45。3）转录启始点：多数为A或G生物学第三章转录-35和-10位点之间的序列为15～20bp，其中90%在16～18bp。虽然这一序列的确切顺序是不重要的，但它的长度对于使-35和-10序列保持适当的距离，以适应RNApol的几何形状是非常重要的。此外，某些转录活性超强的基因如rRNA基因，除了–35区域和–10区域的启动子序列以外，在–40和–60之间的区域还有一种富含AT(5‘-AAAATTATTTT-3’）的上游增强元件(upelement)，该序列可将转录活性提高30倍。启动子的一致序列是综合统计了多种基因的启动子序列以后得出的结果，迄今为止，在E.coli中还没有发现哪一个基因的启动子序列与一致序列完全一致。一个基因的启动子序列与一致序列越相近，则该启动子的启动效率就越高。不同基因在启动子序列上的差异，是基因表达调控的一种重要途径。生物学第三章转录3.2.3转录的起始封闭复合物:

全酶·DNA双链体开放复合物:全酶·开链DNA双链体

三元复合物（Ternarycomplex）:全酶·开链DNA双链体·新生RNA(upto9nucleotides)当新生RNA达到8-9个核苷酸长度时,

因子从RNA聚合酶上脱离下来，形成延伸三元复合物，包括核心酶·DNA·新生RNA.生物学第三章转录

核心酶与σ因子结合成全酶，RNApol全酶与非特异性DNA序列具有一定的亲和性，但亲和性较低。然而，一旦聚合酶与DNA结合，即可沿DNA滑动扫描，直到发现启动子序列。RNApol与启动子的结合则是特异性的，具有很高的亲和性。（1）RNApol全酶与双链DNA的非特异性结合生物学第三章转录（2）RNApol与启动子形成封闭复合物

一旦RNApol遇到–35区，便形成封闭复合物(closedcomplex)。在此阶段，DNA并没有解链，聚合酶主要以静电引力与DNA结合。这种复合物并不十分稳定，半衰期为15min～20min。足印法分析表明，在此阶段聚合酶复盖–55到+5区域。生物学第三章转录（3）封闭复合物转化成开放复合物σ因子使DNA部分解链，形成大小为12bp～17bp的转录泡，使DNA模板链进入活性中心，封闭复合物转变成开放复合物(opencomplex)。一开始，转录泡覆盖–10～–1，但它很快以一种依赖于Mg2+的方式从–12延伸到+2。开放复合物十分稳定，其半寿期在几个小时以上，此时的聚合酶与启动子的相互作用既有静电引力，又有氢键。足印法测定表明，在此阶段聚合酶复盖–55～+20区域。生物学第三章转录（4）RNA合成的起始

在前两个与模板链互补的NTP从次级通道进入聚合酶的活性中心以后，由活性中心催化第一个NTP的3'-OH亲核进攻第二个NTP的5'-磷酸基，形成第一个磷酸二酯键。第一个掺入的核苷酸总是嘌呤核苷酸，这是因为聚合酶的第一个NTP结合位点优先结合嘌呤核苷三磷酸，而第二个NTP结合位点与4种NTP结合的亲和力相同。此外，新合成的初级转录物一般含有5'-三磷酸，这与成熟的RNA分子不同。一旦有了第一个磷酸二酯键，RNA-DNA-RNApol的三元复合物(theternarycomplex)就形成了。RNApol全酶催化形成6个～10个磷酸二酯键以后，与核心酶结合的σ因子即释放出来，从此转录进入延伸阶段。生物学第三章转录3.2.4转录延伸

RNA链延伸的过程

一旦RNApol合成了大约10nt左右的RNA链，延伸便开始了。这时转录物的长度足以让RNA取代σ因子的位置，使RNApol的核心酶与σ因子解离。核心酶因此而可以离开启动子，沿模板链移动了，这一过程称启动子清空(promoterclearance)。在σ因子被释放以后，延伸因子Nus-A蛋白加入进来，转录即进入延伸阶段。失去σ因子的核心酶通过封闭的钳子握住DNA，以更快的速度沿着DNA模板链移动，使延伸反应可以持续进行。RNApol的结构变化使延伸中的RNA链从RNA/DNA杂交双链中脱离，单链DNA重新与互补链配对，转录泡的大小维持在17bp左右。也就是说，随着RNA链的延伸，转录泡与核心酶一起沿着DNA模板链同步移动。释放出来的σ因子可以重新与核心酶结合，启动新一轮DNA的转录，称为RNApol的循环。生物学第三章转录

转录泡的维持需要DNA在转录泡前面解链，同时在转录泡后面重新形成双链，拓扑异构酶能够在转录泡的前方解除因解链形成的正超螺旋，在转录泡的后方解除因解链形成的负超螺旋。生物学第三章转录生物学第三章转录延伸的暂停和阻滞

在延伸阶段，RNApol每催化1个新的磷酸二酯键形成，就面临3种选择，其一是继续延伸合成新的磷酸二酯键，其二是倒退切除新掺入的核苷酸，其三是延伸复合物解离，完全停止转录。

(1)暂停若在转录过程中，转录产物形成了特定的二级结构，如发夹结构，或NTP暂时短缺，均有可能造成转录暂停。暂停有可能使原核生物转录和翻译同步，也有可能对转录调节蛋白发挥作用有帮助，还有可能是转录倒退或完全终止的前奏。RNA合成的重新启动需要GreA和GreB蛋白来解除暂停状态，在RNApol倒退后，GreA和GreB切除3'-端几个核苷酸，以便让RNA的3'-OH能重新回到活性中心。生物学第三章转录(2)倒退如果在转录过程中发生了错误，RNApol即向后滑动，新生mRNA的3‘-端被暴露出来，错误的寡聚核苷酸被内源核酸酶GreA或GreB蛋白切除。GreA和GreB很相似，它们的氨基酸序列有35％是相同的。然而，它们的作用机制略有不同，其中GreA切除2nt～3nt长的寡聚核苷酸，GreB切除2nt～9nt长的寡聚核苷酸。可见，倒退可能是对新合成mRNA进行校对的一种手段。

(3)阻滞若暂停的RNApol倒退，使RNA堵塞了有关的通道，转录就会被完全阻滞。解除RNApol的阻滞状态，同样需要GreA或GreB剪切突出的RNA,解除RNApol前进的障碍。生物学第三章转录RNA聚合酶的两种校对功能焦磷酸裂解编辑反应:通过重新加合一个焦磷酸基团使错误合成的核苷酸得以释放水解编辑:在一种Cre蛋白的协助下，聚合酶可以从错误加合核苷酸处后退一个或几个核苷酸，从而使RNA3’-OH端离开活性中心而被切割，后退的聚合酶则利用重新位于活性中心的3’-OH进行延伸。生物学第三章转录3.2.5转录的终止

转录终止于具有终止功能的特定DNA序列，这一特定的序列称作终止子(terminator)。协助RNApol识别终止子的辅助因子(蛋白质)称终止因子(terminationfactor)。根据终止子结构的特点和其作用是否依赖于终止因子，将E.coli的终止子分为两类。一类称为不依赖于ρ因子的终止子，属于强终止子。另一类为依赖于ρ因子的终止子，属于弱终止子。生物学第三章转录3.2.5大肠杆菌中两种终止子类型内在终止子

RNA聚合酶在没有任何其他因子的参与下，可以在该位点终止转录。内在终止子的组成包括一个富含G·C碱基的二重对称区。一个在RNA的3’端的寡聚U序列。不依赖于ρ

因子的终止子:生物学第三章转录

不依赖于ρ因子的终止子(Rho-independentterminator)通常有一个富含AT的区域和一个或多个富含GC的区域，具有回文对称序列，该序列转录生成的RNA能形成茎环二级结构，可终止RNA聚合酶的转录作用。茎环结构的下游有一串U序列，而RNA上的多聚U(rU)和DNA模板上的多聚A(dA)之间的碱基对，具有相对较弱的氢链，使RNA链容易从模板脱离，从而终止转录。另外，茎环结构也可能促进RNA聚合酶从模板链脱离(图7-8)。突变实验证明，凡是影响到富含GC茎稳定的突变，或改变dA-rU杂交片段长度的突变均会影响终止子的效率。RNApol延伸的速率，RNA发夹结构的强度和大小，以及U的长度均能影响到终止的效率。生物学第三章转录依赖于ρ因子的转录终止

依赖于ρ因子的终止子(Rho-dependentterminator)，其回文对称序列中不含GC区，其下游也无一串U序列。这一结构所形成的茎环结构，是一类弱终止子。依赖于ρ因子的终止子在细菌染色体中较少见，而在噬菌体中广泛存在。生物学第三章转录依赖于ρ

因子的终止子Rhofactor:N端是RNA-binding区。C端时ATP酶区.Rhofactor结合在新生RNA上的一个特定位点.这个特定位点是一个富含C少G的这样一个区域.生物学第三章转录Rhofactor

结合在RNA的特定位点，沿着RNA5’-3’方向朝转录泡靠近，使RNA从模板DNA上释放,转录复合物解体,完成转录过程.Rhofactor

不能结合到任何一个正在被翻译的转录物上.生物学第三章转录3.3真核生物的转录3.3.1真核生物RNA聚合酶3.3.2启动子和增强子3.3.3转录起始

3.3.4转录延伸3.3.4转录终止

生物学第三章转录真核生物转录的特点

真核生物的转录过程大致分为装配、起始、延伸和终止四个阶段，其延伸和终止与原核生物大致相似，但装配和起始存在很大的差别。

(1)染色质结构的影响真核细胞DNA在转录之前或转录之中，染色质和核小体的结构必须发生某种有利于转录的变化，进入转录状态。如染色质构象从紧密状态变为松散状态，核小体结构临时解体或重塑(remodeling)，只有这样，参与转录有关的酶和蛋白质才能识别启动子和模板等，并顺利地催化转录。(2)RNApol的差别真核生物有3种RNApol，RNApolI负责转录18SrRNA和5.8SrRNA，RNApolII负责转录mRNA和snRNA，RNApolIII

负责转录tRNA、5SrRNA、U6snRNA和scRNA。真核生物的RNApol具有更多的亚基，不能直接识别启动子，无解链酶活性。此外，线粒体和叶绿体RNApol与原核生物类似。生物学第三章转录(3)转录起始的差别真核生物DNA上包括许多参与转录调控的序列，与被调控的基因位于同一条染色体DNA上，称顺式作用元件(cis-actingelement)，如启动子、增强子和沉默子等。顺式作用元件只有与特殊的蛋白质因子结合才会起作用。由于这些蛋白质因子的基因通常位于其它DNA分子之上，与被调节的基因呈反式关系，因此被称为反式作用因子(trans-actingfactors)。在转录的起始阶段，有多种顺式作用元件和反式作用因子相互作用，才能装配成起始复合物。(4)转录与翻译偶联关系的差别原核细胞的转录与翻译在时间和空间上存在偶联关系。而在真核细胞内，转录发生在细胞核，翻译则发生在细胞质，两者不存在偶联关系。(5)转录产物的差别真核细胞转录的产物多为单顺反子，而原核细胞的转录产物大多数为多顺反子。原因是在原核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。而在真核转录系统之中，每一个蛋白质的基因都有自己独立的启动子。生物学第三章转录3.3.1

真核生物RNA聚合酶RNApolymeraseI

合成rRNA,

在核仁.RNApolymeraseII

合成前体(heterogeneousnuclear)RNA(hnRNA),mRNA的前体,在核质中.RNApolymeraseIII

合成tRNAs,5SrRNA和一些其他小RNAs,位于核质中.所有真核RNApolymerases有大约12个亚基,相对分子量大于500kD.几个小亚基是三类聚合酶共有的.生物学第三章转录3.3.2启动子和增强子RNA聚合酶I启动子由一个启动子核心区和上游启动子原件(UPE)组成.核心启动子是可以起始转录所必需的最少一套序列元素。从转录起始点向上游或下游延伸a.RNApolymeraseI启动子生物学第三章转录b.RNA聚合酶III启动子PolIIIPromoter

的启动子位于转录起始点的下游.转录过程需要一些转录因子的参与,TFIIIBandTFIIIC参与tRNA的合成,加上TFIIIA参与与5SrRNA的合成.生物学第三章转录c.RNA聚合酶II启动子在-25~-35区含有TATA序列(TATAbox)，主要作用是使转录精确地起始。在-70~-80区CAAT序列(CAATbox);在-80~-110区含有GC序列(GCbox);CAAT区和GC区主要控制转录起始频率。生物学第三章转录RNApolII催化的转录受各种顺式作用元件的控制，包括核心启动子、调控元件(regulatoryelements)、增强子和沉默子。这些元件通过不同的组合，可以构成巨大数量的不同的启动子，它们可被特异的转录因子识别和相互作用。就一个启动子而言，只含其中的1～3种元件。若基因表达不受时间空间和环境条件的影响，则启动子是组成型的。若基因表达受时间、空间以及环境条件的影响，则是诱导型。(1)核心启动子核心启动子(corepromoter)也称基础启动子(basalpromoter或minimalpromoter)，其功能是招募和定位RNApolII到转录起始点，从而正确地启动基因的转录，也可通过促进转录复合物的装配或稳定转录因子的结合而提高转录的效率。属于核心启动子的元件有TATA盒、起始子(initiator,Inr),TFIIB识别元件(TFIIBrecognitionelement,BRE)，下游启动子元件(downstreampromoterelement,DPE)和GC盒。生物学第三章转录TATA盒亦称Goldberg-Hogness盒，含TATA(A/T)A(A/T)7个碱基的保守序列，位于–25到–30区域，与原核细胞启动子的Pribnow盒相似，但位置不同。Inr位于–3～+6，复盖转录的起始点，多数Inr的–1碱基为C，+l碱基为A。TATA盒和Inr属于招募和定位元件，二者共同决定转录的起点。BRE可视为TATA盒向上游的延伸，位于–37到–32区域，为转录因子TFIIB的识别序列。DPE位于Inr下游，在+28到+32区域，在Inr的存在下发挥其促进转录起始的作用。生物学第三章转录(2)上游元件上游元件包括上游临近元件(upstreamproximalelements,UPE)和上游诱导元件(upstreaminducibleelements,UIE)，它们能够与特殊的反式作用因子结合。UPE为一些短的核苷酸序列，长度约为6nt～20nt，位于核心启动子上游近侧100bp～200bp范围内或更上游区段，最常见的是增强子元件(enhancerelement)。UPE的功能是调节转录起始的效率，但不影响转录起始点的特异性，属于UPE的有CCAATA盒、GC盒和八聚体基序(octamermotif,OCT)等。UPE通常存在于大多数蛋白质基因(特别是管家基因)的上游，而且往往不止一个拷贝。生物学第三章转录d.增强子生物学第三章转录增强子（enhancer）:DNA上能促进启动子转录效率的顺式作用序列。特点：1)与启动子区域的相对位置不固定，可近可远，可以在启动子的上游或下游。2)在两个方向都可以起作用，3)一些增强子具有组织特异性。生物学第三章转录Changesinthestructureofchromatinatthepromoteratinitiationoftranscription3.3.3转录的起始生物学第三章转录转录因子普通转录因子,与RNAPloymerase一起结合到转录起始点和TATAbox.

激活因子是转录因子，能识别一些特殊的短序列元件，它们与启动子或增强子结合。辅激活蛋白一种能增加序列特异性转录因子对真核细胞基因转录激活作用的辅助因子。通常与通用转录因子联结而起作用。调节因子调节染色体结构生物学第三章转录①TFIIDTFIID的Mr为8.0×106，含一个TATA结合蛋白(TATAbindingprotein,TBP)和11个TBP相关因子(TBP-associatedfactors,TAFs)，TBP共有180个氨基酸残基，有2个非常相似的由6个氨基酸残基组成的马橙状结构域，TBP主要识别TATA序列，并与DNA小沟结合，仿佛马鞍横跨在DNA分子上，使小沟扩展为几乎是平面的构象，TATA盒因此而弯曲约80°。TBP还与两个大的TAFs(TAF250和TAF150)一起与起点附近的DNA接触，复盖–37～–17区域。TFIID除识别和结合核心启动子外，还可结合和招募其他GTFs。生物学第三章转录TFIID

是一种普通转录因子。可以结合到启动子转录起始点TATA序列上游序列，帮助RNA聚合酶II与启动子结合.它包括TBP(TATA结合蛋白)和TAF(TBP-结合因子)基团。生物学第三章转录②TFIIATFIIA由3个亚基组成，其功能包括与TBP氨基端的马镫状结构域结合，取代与TBP结合的负调控因子如NC1和NC2/DR1，稳定TBP与TATA盒的结合。③TFIIBTFIIB为单一肽链，同TATA元件上游大沟(至BRE)和下游小沟的碱基有特异性相互作用。TFIIB与TBP-TATA的非对称性结合，造成了前起始复合物其余部分的非对称性组装，及由此引起的单向转录。TFIIB还能与TBP羧基端的马橙状结构域结合，与TFIIF的RAP30亚基结合，从而将RNApolII和TFIIF形成的复合物招募到启动子上。此外，TFIIB能稳定TBP与DNA的结合，为多种激活蛋白的作用目标。④TFIIFTFIIF由RAP38和RAP74亚基组成，可以同RNApolII及其它因子结合，一起被募集到启动子上，稳定DNA-TBP-TFIIB复合体，并为募集TFIIE和TFIIH创造条件。还可降低延伸过程中的暂停，保护延伸复合物免受阻滞。RAP74具有解链酶活性，可能参与启动子的解链。在无TFIIB的情况下，激活磷酸酶，导致CTD的去磷酸化。生物学第三章转录⑤TFIIETFIIE由34kD亚基和57kD亚基组成，其功能包括与RNApolII结合，招募TFIIH。调节TFIIH的解链酶、ATP酶和激酶活性，参与启动子的解链。⑥TFIIHTFIIH有9个亚基，具有解链酶，ATP酶和蛋白激酶活性，它的1个亚基是细胞周期素H(cyclinH)。其功能包括与TFIIE紧密结合和相互调节，其中2个最大的亚基(XPB和XPD)所具有的解旋酶活性，促进转录过程中DNA模板的解链。TFIIH还参与第一个磷酸二酯键的形成，其激酶活性导致RNApolII的CTD磷酸化，从而促进启动子的清空。TFIIH解链酶活性还参与核苷酸切除修复，其突变可导致着色性干皮病。生物学第三章转录起始复合物由RNA聚合酶II和一整套普通转录因子组成。按一定顺序在核心启动子TATA序列上组装而成。起始复合物生物学第三章转录起始复合物形成后在特定条件下，在TFⅡH解旋酶活性的催化下引起启动子区域的解链，并同时对RNA聚合酶Ⅱ大亚基羧基端七肽重复序列中的Ser进行磷酸化修饰，使RNA聚合酶Ⅱ起始转录并脱离其他普通转录因子。起始后进入启动子清除过程生物学第三章转录3.3.4转录的延伸PolIIenzyme:脱去大多数的转录因子;

与延伸因子相互作用延伸因子:hSPT5:加速延伸TFIIS:加速延伸和帮助RNA聚合酶行使校对功能。减少延伸过程中RNA聚合酶II在某些位点的停留时间而增加转录速度。其次，还可以激活RNA聚合酶II内在的RNase活性，从而去除因错误加合的核苷酸，提高转录的准确性。生物学第三章转录3.3.5转录终止RNApolymeraseI在一个18个碱基对的终止区终止转录。RNApolymeraseIII在一个富含G·C区的一个poly(U)4区域终止转录。RNApolymeraseII?生物学第三章转录

转录的终止当转录进行到3'-末端，遇到终止信号或终止子序列时，RNApolII的CTD在TFIIF的作用下去磷酸化，转录随即终止。RNApolII/TFIIF复合物离开模板，再与中介因子形成复合物，参与下一轮的转录循环。实验表明，对原核生物的转录终止起重要作用的可能是茎环结构，特别茎部的3'-多聚U序列，及其附近的富含G-C区。但真核生物RNA聚合酶转录的终止区，似乎不存在典型的茎环结构，3'-末端也不见典型的多聚U，RNApolII转录终止的机制有待进一步研究。生物学第三章转录3.4RNA的剪接和加工3.4.1mRNA剪接和加工3.4.2rRNA剪接3.4.3tRNA剪接和修饰3.4.4RNA编辑生物学第三章转录

基因转录的直接产物即初级转录物(primaryrtanscripts)通常是没有功能的，必须经历转录后加工(posttranscriptionalprocessing)才会转变为有活性的成熟RNA分子。转录产物的加工是基因表达的一个重要环节，对其进行深入研究，可以促进生命科学基础学科的发展，例如核酶就是在研究转录产物加工时发现的。此外，这一领域的研究，也有可能为生命科学在农业和医学领域的应用提供新途径，比如参与转录产物加工的小RNA，及其与蛋白质的复合物RNP如何影响某些基因的表达和细胞的功能，有无可能用此途径控制疾病，已成为当前研究工作的一个热点领域。生物学第三章转录3.4.1mRNA的剪接和加工生物学第三章转录原核生物mRNA前体的加工

细菌的转录和翻译不存在时空间隔，mRNA的初始转录产物一般不需要加工，在转录的同时即可翻译。多顺反子的mRNA可被翻译成多聚蛋白质，再切割成不同的蛋白质分子，但也有少数多顺反子mRNA需通过内切核酸酶切成较小的单位后才进行翻译。例如，E.coli位于89～90位置的一个操纵子含有rp1J(编码核糖体大亚基蛋白L10)、rplL(编码核糖体大亚基蛋白L7/L12)、rpoB(编码RNApolβ亚基）和rpoC(编码RNApolβ'亚基)4个基因，在转录出多顺反子mRNA前体后，由RNaseIII将核糖体蛋白与RNApol亚基的mRNA切开，各产生两个成熟的mRNA，之后再各自进行翻译。核糖体蛋白质的生成必须与rRNA的合成水平，和细胞的生长速度相适应，其mRNA应当有较高的翻译水平。而细胞内RNApol的水平则要低得多，其mRNA不需要较高的翻译水平。将二者的mRNA切开，有利于它们各自的翻译调控。生物学第三章转录真核生物mRNA前体的加工生物学第三章转录Pre-mRNA被称为核不均一RNA,经过剪接、修饰、加工后成为成熟mRNA，才可以作为蛋白质合成的模板。Pre-mRNA包含内含子和外显子。前体mRNA生物学第三章转录RNA加工包括

5

端和3

端的修饰,内部磷酸化,剪接,或断裂.RNA剪接主要包括内含子的切除和外含子的连接过程.关键词生物学第三章转录形成5'-端帽子结构帽子结构的类型真核生物的hnRNA和绝大多数成熟mRNA的5'-端，都含有以7-甲基鸟苷(7-methylguanosine,m7G)为末端的帽子结构(capstructure)，G与mRNA链上的核苷酸方向相反，像一顶帽子倒扣在mRNA连上，因此而得名。有3种帽子结构形式，帽子0没有2'-甲基-核苷酸，帽子1末端的第一个核苷酸为2'-甲基-核苷酸，帽子2末端的第一个和第二个核苷酸为2'-甲基-核苷酸生物学第三章转录5

帽子：1)N7-甲基鸟嘌呤核苷酸部位称CapO，符号m7GPPPX,单细胞真核生物如酵母只具有CapO。2)如果在原来转录物的第一个核苷酸的2

-OH位也产生甲基化，则构成Cap1，符号m7GPPPXm.。除了单细胞真核生物外的其余真核生物的主要帽子形式。3)如果在第二个核苷酸的2‘-OH位再产生甲基化，构成Cap2，符号m7GPPPXmpYm,。只存在有些真核生物中。加帽反应在RNA只有20-40个核苷酸长时就开始了。生物学第三章转录帽子结构的形成

已知在转录的初始产物中，在5'-端都有三个磷酸基团(α位、β位和γ位)，5'-帽子结构就是在此位置上逐步形成的，基本反应的顺序为：

(1)核苷酸磷酸水解酶从生长着的RNA5'-端切去γ磷酸基团。

(2)鸟苷酸转移酶催化一分子游离GTP的α位磷酸基攻击RNA5'-端的β位磷酸基，形成5',5'-三磷酸的连接，封闭了RNA的5'-端。

(3)由鸟苷酸-7-甲基转移酶催化，将SAM的活性甲基转移到鸟嘌呤的N7位，形成帽子0。

(4)由2'-O-甲基转移酶催化，将SAM的活性甲基转移到mRNA5'-端第一个核苷酸的2'-OH上，形成帽子1。再转移一个甲基到mRNA5'-端第二个核苷酸的2'-OH上，形成帽子2。生物学第三章转录5

端帽子结构的功能(1)对mRNA的保护作用细胞中有许多能够水解mRNA的核酸酶，如果没有5'-端帽子结构，有可能在mRNA还未完全转录，或者尚未到达发挥功能的细胞部位就被降解了。(2)对翻译的促进作用真核生物合成蛋白质时，有一种起始因子能够识别5'-端帽子结构，称帽子结合蛋白，使mRNA能与核糖体小亚基结合起始翻译(见第9章)。如果没有帽子结构，mRNA的翻译能力就下降或消失。用化学方法除去5'-端的m7G后，病毒RNA及珠蛋白mRNA的模板活性立即消失，说明带甲基的5'-端帽子是翻译所必需的。(3)促进mRNA的输送5'-端帽子结构有利于成熟的mRNA从细胞核输送到细胞质。U6snRNA由RNApolIII转录，缺乏5'-帽子结构，仍保持着转录起始时形成的5'-三磷酸末端，因而被留在细胞核内，不能进入细胞质。此外，帽子结构可能有助于mRNA前体的正确拼接。

生物学第三章转录形成3'-端的多聚腺苷酸3‘-端多聚腺苷酸的特点

除了组蛋白的mRNA以外，真核生物mRNA的3'-端都有polyA序列，其长度一般为40～200nt。RNA的3'-端加入polyA的过程称为3'-端多聚腺苷酸化(polyadenylation)。转录产物3'-端加上polyA的位置称为polyA位点(polyadenylationsite)。用能在C和U后面切割的RNaseA以及能在G后面切割的RNaseT1等RNA内切核酸酶将mRNA水解，得到的polyA在超速离心中的沉降系数约为7S，相当于150～200nt。同时，用这两种RNase酶解，还能证明在polyA结构中不存在G、U或C。从细胞核中得到的polyA沉降系数与细胞质并不一致，核内的hnRNA的3'-端polyA比mRNA的稍长一些。因为一旦mRNA进入细胞质，它的polyA就开始不断降解。同时细胞质polyA聚合酶(cytoplasmicpolyApolymerase)再重新催化其延长，进行着降解-合成-降解的转换，维持3'-端polyA的长度为200nt左右生物学第三章转录

3

多聚(A)尾:保守序列AAUAAA是初级转录产物准确切割的信号。也是多聚(A)加尾所必需的。内切核酸酶在AAUAAA序列下游切割RNA.poly(A)合成酶将大约~200个A残基加在RNA的3

端.生物学第三章转录长的poly(A)尾是PolII转录物所特有的.1.转录物的poly-A尾部信号2.RNA的切割3.多聚A合成酶催化多聚腺苷酸反应聚合过程:生物学第三章转录多聚A尾的作用(1)提高mRNA的稳定性polyA尾巴在与PABP结合以后，可保护mRNA免受3'-核酸外切酶的降解。已有证据表明，当一种mRNA的尾巴长度降到一个临界值(酵母<10A～15A)的时候，常常被作为mRNA降解的信号。实际上，在某些生物早期发育过程中，可以通过控制其mRNA尾巴的长度来调控某些基因的表达。

(2)提高mRNA翻译的效率Revel等利用卵母细胞做的体内实验发现，不带polyA的mRNA(polyA–mRNA)与带polyA的mRNA(polyA+mRNA)翻译速度在开始时没有什么差别，但是6小时后，前者已经不能翻译了，而后者仍然有很高的翻译活性。这可能与polyA+mRNA的半寿期比polyA–mRNA长有关，但更重要的是polyA提高了mRNA的翻译效率。翻译时，PABPI与mRNA结合，促进了mRNA的翻译，而polyA–mRNA因为不能与PABPI结合，所以不能有效翻译。加入过量的polyA竞争与PABPI的结合，可以抑制polyA+mRNA的翻译。

polyA可以使带有帽子结构的mRNA翻译效率提高21倍，而帽子结构可以使polyA+mRNA的翻译效率提高297倍。不过，某些mRNA虽然没有polyA尾巴，但仍然能够被有效地翻译，比如组蛋白的mRNA没有polyA尾巴，也能进行很好的翻译。

生物学第三章转录(3)影响最后一个内含子的切除PolyA和帽子结构都参与了mRNA的拼接，二者均可以促进与其最近的内含子的拼接。

(4)参与基因表达调控许多mRNA前体的3'-端含有不止一个拷贝的AAUAAA序列，利用不同的加尾信号进行加尾反应，可形成不同长度的mRNA，合成不同的蛋白质。某些先天缺乏终止密码子的mRNA，通过加尾反应可形成终止密码子。此外，可用含有oligodT或oligoU的亲和层析柱或磁珠，将mRNA与其他类型的RNA分离开来。还可用人工合成的oligodT作为引物，将含有polyA的mRNA逆转录成cDNA。某些mRNA分子也有少量的修饰核苷酸，如A的C6被甲基化修饰，大概占总腺苷酸的0.1％，修饰既可以发生在内含子上，也可以发生在外显子上，甲基化作用的功能目前仍然不清楚。生物学第三章转录mRNA前体中内含子的剪接

基因断裂普遍存在于真核生物及其病毒的基因组中，在高等生物的基因组中，绝大多数编码蛋白质的基因是断裂的，只有少数是连续的。一般说来，一个典型的真核生物蛋白质基因，内含子序列约占90%。包含内含子序列的mRNA前体必须通过拼接，切除内含子，将外显子连接起来，才能形成成熟的mRNA。实验证明，拼接反应与加帽加尾一样都属于共转录事件。如人抗肌营养不良基因有78个内含子，其mRNA前体的长度达2×106nt，完成一次转录约需16个小时，很难想象它的拼接反应要等到转录完成以后才进行。有人使用电镜直接观察到果蝇早期胚胎的转录与拼接同步，而且拼接点的选择早于加尾点的选择。

mRNA前体拼接的精确性同样取决于顺式元件和反式因子，最重要的顺式元件位于外显子和内含子交界处，而反式因子主要是五种snRNP，以及一些游离的蛋白质因子。生物学第三章转录1.

三个保守的识别位点：内含子的5

端与其上游外显子的接合部,即5

剪接位点GU。2)内含子