B生物信息的传递从DNA到RNA.ppt

第三章第三章 生物信息的传递生物信息的传递 从从DNADNA到到RNARNA Molecular Biology 第一节第一节 RNARNA的转录的转录 第二节第二节 启动子与转录其始启动子与转录其始 第三节第三节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNAmRNA的的特征比较特征比较 第四节第四节 终止与抗终止终止与抗终止 第五节第五节 内含子的剪接、编辑及化学修饰内含子的剪接、编辑及化学修饰 第三章第三章 生物信息的传递生物信息的传递从从DNADNA到到RNARNA 第一节第一节 RNARNA的转录的转录 蛋白质蛋白质 翻译翻译 转录转录 逆转录逆转录 复制复制 复制复制 DNADNA RNARNA 是基因表达的第一步，也是最关键的一步。是基因表达的第一步，也是最关键的一步。 以以Double Strand DNADouble Strand DNA中的一条单链作为转录模板中的一条单链作为转录模板 一、转录一、转录(transcription):(transcription): 是指以是指以DNADNA为模板，在依赖于为模板，在依赖于DNADNA的的 RNARNA聚和酶催化下，以聚和酶催化下，以4 4中中NTPNTP（ ATPATP、 CTPCTP、GTPGTP和和UTPUTP）为原料，合成为原料，合成RNARNA的过程。的过程。 有义链 又称编码链 coding strand:指不作模板的DNA单链 反义链 又称模板链 template srand :指作为模 板进行RNA转录的链 在在依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶作用下进行转录作用下进行转录 A AU U、C CG G 合成合成RNARNA分子分子 转录合成转录合成RNARNA链的方向为链的方向为5353，模板单链模板单链DNADNA的极性的极性 方向为方向为3535， 而非模板单链的极性方向与而非模板单链的极性方向与RNARNA链相链相 同，均为同，均为5353。（书写）。（书写） 基因转录方式为基因转录方式为不对称转录不对称转录( (一条单链一条单链DNA DNA 为模板为模板,RNA,RNA 聚合酶的结合聚合酶的结合) ) RNARNA转录与转录与DNADNA复制比较有何异同？复制比较有何异同？ 转录的特点转录的特点 二、转录的基本过程二、转录的基本过程 ： 模板识别、转录起始、延伸、终止模板识别、转录起始、延伸、终止 从启动子从启动子 (promoter)(promoter)到终止子到终止子(terminator)(terminator)称为转录单位称为转录单位 ( (transcriptiontranscription unit) ( unit) (转录起始点转录起始点) ) 启动子启动子( (promoter)DNApromoter)DNA模板上专一地与模板上专一地与RNARNA聚合酶结合并决定转录从何聚合酶结合并决定转录从何 处起始的部位，也决定基因的转录效率。处起始的部位，也决定基因的转录效率。 转录起点即转录原点转录起点即转录原点记为记为1 1，其，其55上游记为负值，下游上游记为负值，下游 记为正记为正 值值 upstream start point downstreamupstream start point downstream 101 10 转录的起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应的DNA链上的 碱基，研究表明通常为一个嘌呤（A 或）。 1)1)模板识别模板识别 RNARNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子DNADNA双链相互作用并与之相互相结合的过双链相互作用并与之相互相结合的过 程程( (封闭型启动子复合物封闭型启动子复合物/ /开放型启动子复合物开放型启动子复合物) ) 转录泡：RNApol结合和转录的DNA模板区域，有17bp左右 DNA形 成解链区 2) 2) 转录起始转录起始 就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。 RNA聚合酶离开启动子，沿着DNA链移动并使新生RNA链不断 延长的过程。 始终保持三元复合物的结构 RNARNA聚合酶与产物聚合酶与产物RNA RNA不解离不解离 底物底物NTPNTP不断加到不断加到RNARNA链的链的 3-OH 3-OH 端，端，RNARNA链不断延伸链不断延伸 形成一个磷酸二酯键后，核心酶向前滑动形成一个磷酸二酯键后，核心酶向前滑动 4) 4) 转录终止：转录终止：当当RNARNA链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，RNARNA聚合聚合 酶不再形成新的磷酸二脂键，酶不再形成新的磷酸二脂键，RNA-DNARNA-DNA杂合物分离，转录泡杂合物分离，转录泡 瓦解，瓦解，RNARNA链释放下来。链释放下来。 3) 3) 延伸过程延伸过程 RNARNA链的延伸图解链的延伸图解 3 5 RNA-DNARNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋 聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向 新生新生RNARNA 复链复链 解链解链 有义链有义链 模板链（反义链模板链（反义链） 延长部位延长部位 RNARNA合成过程合成过程 起起 始始 双链双链DNADNA 局部解开局部解开 磷酸二酯磷酸二酯 键形成键形成 终止阶段终止阶段 解链区到达解链区到达 基因终点基因终点 延长阶段延长阶段 5 3 RNA 启动子 终止子 5 RNA聚合酶 5 3 5 3 5 离开 识别识别 （-dependent terminator）； 三、三、RNARNA聚合酶聚合酶 它催化它催化RNARNA主链中核苷酸间的主链中核苷酸间的3,53,5磷酸二磷酸二 酯键的形成，酯键的形成，RNARNA的合成必须有的合成必须有DNADNA模板存在模板存在 ，并且要非常精确。转录作用并没有校正（，并且要非常精确。转录作用并没有校正（ proofreadingproofreading）机制。）机制。 1.1.原核生物的原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 全酶全酶 ( (HoloHolo Enzyme) Enzyme)和核心酶和核心酶(Core Enzyme)(Core Enzyme) (1) (1) 全酶（全酶（HoloHolo Enzyme Enzyme） 用于转录的用于转录的 依靠空间结构与依靠空间结构与DNADNA模板结合模板结合 ( (与核心酶结合后与核心酶结合后 引起的构象变化引起的构象变化) ) 模板的识别阶段包括模板的识别阶段包括RNARNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合聚合酶全酶对启动子的识别，聚合 酶与启动子酶与启动子可逆性结合可逆性结合形成封闭复合物。形成封闭复合物。 专一性地与专一性地与DNADNA序列序列( (启动子启动子) )结合结合 半衰期：数小时半衰期：数小时 转录效率低，速度缓慢（转录效率低，速度缓慢（ 的结合的结合 ） 全酶 (Holo Enzyme)和核心酶(Core Enzyme) Core Enzyme Core Enzyme HoloHolo Enzyme Enzyme 用于转录的起始 ，专一性地与 DNA序列(启动子 )结合 作用于转录的延伸过作用于转录的延伸过 程（终止）程（终止） E. coliE. coli RNA polymerase RNA polymerase 用于起始和延伸 只用于起始只用于起始 36.5 KD 36.5 KD 151 KD 155 KD 11 KD 70 KD 使使RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 识识 别启动子的别启动子的SextamaSextama Box(Box(3535区区),), Editing 功能 有义DNA链结合位点 促使促使RNApolRNApol 与与DNADNA 模板链结合模板链结合 （1 1）核心酶（）核心酶（Core EnzymeCore Enzyme） 作用于转录的延伸过程（终止）作用于转录的延伸过程（终止） 依靠静电引力与依靠静电引力与DNADNA模板结合（蛋白质中碱性基团与模板结合（蛋白质中碱性基团与DNADNA的的 磷酸根之磷酸根之 间）间） 非专一性的结合（与非专一性的结合（与DNADNA的序列无关）的序列无关） 半衰期：半衰期：6060秒秒 E.ColiE.Coli RNApolRNApol 的亚基组成的亚基组成 core enzyme core enzyme （3 3）全酶的组装过程）全酶的组装过程 此外，新发现的一种此外，新发现的一种亚基的功能尚不清楚。亚基的功能尚不清楚。 （2 2） 因子因子 因子可重复使用因子可重复使用 修饰修饰RNApolRNApol构型构型 使使HoloHolo Enzyme Enzyme 识别启动子的识别启动子的SextamaSextama Box(Box(3535区区),),并通过并通过与模板链结合与模板链结合 E.coliE.coli中不同的中不同的 因子可识别不同的启动子因子可识别不同的启动子 （2 2）因子因子 核心酶的组建因子核心酶的组建因子 促使促使RNApolRNApol 与与DNADNA模板链结合模板链结合 前端前端因子使模板因子使模板DNADNA双链解链为单链双链解链为单链 尾端尾端因子使解链的单链因子使解链的单链DNADNA重新聚合为双链重新聚合为双链 （3 3）因子因子 完成完成NMPNMP之间的磷酸酯键的连接之间的磷酸酯键的连接; ; Editing Editing 功能功能 ( (排斥与模板链不互补的碱基排斥与模板链不互补的碱基);); 与与RhoRho （）因子竞争）因子竞争RNA 3RNA 3end;end; 构成构成HoloenzymeHoloenzyme 后后, ,因子含有两个位点因子含有两个位点; ; I site (initiation site . I site (initiation site . RifsRifs): ): 该位点专一性地结该位点专一性地结 合合; ; ATPATP或者或者GTP (GTP (需要高浓度的需要高浓度的ATPATP或或GTP);GTP); E E site(elongationsite(elongation site site RifRRifR): ): 对对NTPNTP非专一性地结合（非专一性地结合（ 催化作用和催化作用和EditingEditing功能）功能）. . 参与参与RNARNA非模板链（非模板链（sense strandsense strand）的结合）的结合 （充当（充当SSBSSB） 有义有义DNADNA链结合位点（链结合位点（ 亚基提供）亚基提供） DNA/RNADNA/RNA杂交链结合位点（杂交链结合位点（亚基提供）亚基提供） 双链双链DNADNA解链位点（前端解链位点（前端 亚基提供）亚基提供） 单链单链DNADNA重旋位点（后端重旋位点（后端亚基提供）亚基提供） 因子作用位点因子作用位点 原核生物原核生物RNApolRNApol (Core) (Core) 的结构与功能的结构与功能 RNA RNA polpol 执行多种功能执行多种功能 (1) (1) 识别识别DNADNA双链上的启动子；双链上的启动子； (2) (2) 使使DNADNA变性在启动子处解旋成单链；变性在启动子处解旋成单链； (3) (3) 通过阅读启动子序列，通过阅读启动子序列，RNA RNA polpol确定它自己的转录方向和模板链；确定它自己的转录方向和模板链； (4)(4)最后当它达到终止子时，通过识别停止转录。最后当它达到终止子时，通过识别停止转录。 （4 4） 因子因子 RNA链的延伸是在因子释放之后，在RNA聚 合酶四聚体核心酶的催化下进行。因RNA聚合 酶同时具有解开DNA双链，并使其重新闭合的 功能。随着RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA双链 不断解开和重新闭合。 真核生物中已发现有三种真核生物中已发现有三种RNARNA聚合酶，分别称聚合酶，分别称RNARNA 聚合酶聚合酶、。 RNARNA聚合酶聚合酶转录生成转录生成hnRNAhnRNA和和mRNAmRNA，是真核生物，是真核生物 中最活跃的中最活跃的RNARNA聚合酶聚合酶。 RNARNA聚合酶聚合酶转录的产物都是小分子量的转录的产物都是小分子量的RNARNA， tRNAtRNA的，的，5SrRNA5SrRNA的和的和snRNAsnRNA。 RNARNA聚合酶聚合酶转录产物是转录产物是45SrRNA45SrRNA，生成除，生成除5SrRNA5SrRNA 外的各种外的各种rRNArRNA。 2. 2. 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 第一节第一节 RNARNA的转录的转录 第二节第二节 启动子与转录起始启动子与转录起始 第三节第三节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNAmRNA的的特征比较特征比较 第四节第四节 终止与抗终止终止与抗终止 第五节第五节 内含子的剪接、编辑及化学修饰内含子的剪接、编辑及化学修饰 第三章第三章 生物信息的传递生物信息的传递从从DNADNA到到RNARNA 一、启动子（一、启动子（promoterpromoter）的结构与功能的结构与功能 启动子(promoter)：是指DNA分子上被RNA聚合酶识别 并结合形成起始转录复合物的区域 ，它还包括一些调节 蛋白因子的结合位点.启动子是由一些短的保守序列组成的 。位于转录起点附近。启动子可位于上游，也可在下游（ 个别）。 转录起点即转录原点原点记为1，其上游5记为负值，下游 记为正值 upstream start point downstreamupstream start point downstream 101 10 1.1.原核生物原核生物 的启动子的启动子 （1 1） SextamaSextama 框（框（SextamaSextama Box Box） -35序列，RNA聚合酶的松弛（初始）结合位点， RNA聚合酶依靠其亚基识别该位点 大多数启动子中共有序列为 T82T84G78A65C54A45 重要性:很大程度上决定了启动子的强度 （2 2） PribonowPribonow 框（框（PribonowPribonow Box Box -10序列，RNA聚合酶的牢固结合位点 一致序列：T80A95T45A60A50T96 （TATPUAT） 因此又称TATA Box (下标表示该碱基出现的频率百分数） （3 3） 起始位点（起始位点（initiation siteinitiation site）：）：1 1位点位点 RNARNA聚合酶的转录起始位点聚合酶的转录起始位点 起始起始NTPNTP多为多为ATPATP或或GTPGTP 起始过程起始过程 ： a. a. 全酶与启动子结合的封闭型启动子复合物的形成全酶与启动子结合的封闭型启动子复合物的形成 （ R R位点被位点被因子发现并结合因子发现并结合 ） b b、 开放型启动子复合物的形成开放型启动子复合物的形成 RNApolRNApol的一个适合位点到达的一个适合位点到达1010序列区域，诱导富序列区域，诱导富 含含ATAT的的 PribnowPribnow 框的框的“熔解熔解”， 形成形成121217bp17bp的泡状物，同时酶分子向的泡状物，同时酶分子向 1010序列转移并与之牢固结合序列转移并与之牢固结合 开放型启动子复合物使RNApol聚合酶定向 两种复合物均为二元复合物（全酶和DNA ） 1217bp c. c. 在开放型的启动子复合物中，在开放型的启动子复合物中，RNApolRNApol的的I I位点和位点和E E位点的位点的 核苷酸前体间形成第一个磷酸二酯键（ 亚基） 三元复合物形成 +1位多为CAT模式,位于离开保守T 69 个核苷酸处 -6-9 bp- G C T A TTGACA TATAAT -16-18 bp- +1 -35 sequence-10 sequence 4. 4. 因子解离因子解离 核心酶与核心酶与DNADNA的亲和力下降的亲和力下降 起始过程结束起始过程结束核心酶移动进入延伸过程核心酶移动进入延伸过程 核心酶 1217bp （4 4） 启动子各位点与转录效率的关系启动子各位点与转录效率的关系 A:35 序列与10 序列与转录效率的关系 标准启动子 35 TTGACA 10 TATAAT B:35序列与10序列的间隔区与转录效率的关系 碱基序列并不重要 间距非常重要，17bp的间距转录效率最高 间距上的突变种类： 间距趋向于17bp 上升突变 间距远离17bp 下降突变 则不同的启动子则不同的启动子 a. a. 与标准启动子序列同源性越高与标准启动子序列同源性越高 启动强度越大启动强度越大 b. b. 与标准启动子同源性越低与标准启动子同源性越低 启动强度越小启动强度越小 c. c. 与标准启动子差异很大时与标准启动子差异很大时 由另一种由另一种因子启动因子启动 原因原因: : 3535序列通过被序列通过被 因子识别的容易因子识别的容易 决定启动子强度决定启动子强度 1010序列影响开放型启动子复合物形成的速度序列影响开放型启动子复合物形成的速度 决定启动子强度决定启动子强度 E.ColiE.Coli各各识别的启动子的序列识别的启动子的序列 原核生物的转录与翻译同时进行原核生物的转录与翻译同时进行 实际上在原核生物中，实际上在原核生物中，RNARNA的转录、蛋白质的合成以及的转录、蛋白质的合成以及mRNAmRNA 的降解通常是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜包的降解通常是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜包 裹的细胞核。另外，裹的细胞核。另外，RNARNA的转录和多肽链的合成都是从的转录和多肽链的合成都是从55向向 33方向进行，只要方向进行，只要mRNAmRNA的的55端合成后，即可以开始蛋白质端合成后，即可以开始蛋白质 的翻译过程。在原核生物中的翻译过程。在原核生物中mRNAmRNA的寿命一般只有几分钟。的寿命一般只有几分钟。因因 此，往往在此，往往在33端端mRNAmRNA的转录还没有最后结束，的转录还没有最后结束，55端端mRNAmRNA在在 完成多肽链的合成后，已经开始降解。完成多肽链的合成后，已经开始降解。 原核生物转录的过程原核生物转录的过程 原核生物转录的过程原核生物转录的过程 1.1.聚合酶全酶上的聚合酶全酶上的p p因子能识别启动子，并识别有因子能识别启动子，并识别有 义链，从而使全酶定位到启动子部位。义链，从而使全酶定位到启动子部位。 2. 2. 由全酶在启动子附近将由全酶在启动子附近将DNADNA局部解链，约解开局部解链，约解开 1717个碱基对。（酶与启动子结合的部位是个碱基对。（酶与启动子结合的部位是ATAT富集区富集区 ，有利于解链），有利于解链） 3.3.第一个核苷三磷酸第一个核苷三磷酸( (常常是常常是GTPGTP或或ATP)ATP)结合到全结合到全 酶上，形成酶上，形成“启动子启动子- -全酶全酶- -核苷三磷酸核苷三磷酸”三元起始三元起始 复合物。复合物。 原核生物转录的过程原核生物转录的过程 4. 4. 第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的33羟基上，形成了第羟基上，形成了第 一个磷酸二酯键。一个磷酸二酯键。 5. p5. p因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶 6. 6. 当当s s因子从核心酶上脱落后，核心酶与因子从核心酶上脱落后，核心酶与DNADNA链的结合变得疏松链的结合变得疏松( (依靠依靠 其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力) )，可以在模板链，可以在模板链 上滑动，方向为上滑动，方向为DNADNA模板链的模板链的 3 53 5，同时将核苷酸逐个加到，同时将核苷酸逐个加到RNARNA链链 的的3-OH3-OH端，使端，使RNARNA链以链以 5 35 3方向延伸。方向延伸。 7. DNA7. DNA分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为 终止子。终止子。 二、 真核生物的启动子 三种 RNApol 三种转录方式 三种启动子 三类基因，类 类 类 一个真核基因按功能可分为两部分，即一个真核基因按功能可分为两部分，即调节区和结构基因调节区和结构基因 。结构基因的。结构基因的DNADNA序列指导序列指导RNARNA转录；如果该转录；如果该DNADNA序列转录序列转录 产物为产物为mRNAmRNA，则最终翻译为蛋白质。，则最终翻译为蛋白质。调节区由两类元件组调节区由两类元件组 成，一类元件决定基因的基础表达，又称为启动子成，一类元件决定基因的基础表达，又称为启动子；另一；另一 类元件决定类元件决定组织特异性表达或对外环境及刺激应答组织特异性表达或对外环境及刺激应答；两者；两者 共同调节表达。共同调节表达。 RNApol的启动子 结构最复杂 位于转录起始点的上游,有多个短序列元件组成 通用型启动子（无组织特异性） （一）RNApol的启动子结构 1. 1. 核心元件：核心元件： （1） TATA框（Hogness 框或 Goldberg-Hogness 框） 位于-25处 一致序列为T82A97T93A85A63（T37）A83A50（T37） 相当于原核的-10序列。但-10是不可缺少的，而真核启动中也有的缺乏TATA 框。其作用是： A： 选择正确的转录起始位点，保证精确起始，故也称为选择子（selector） ，当有的基因缺少TATA框时，可能由Inr来替代它的这一作用，如鼠的脱氨核苷 转移酶（Tdt）基因就没有TATA框，但有17bp的Inr； B: 影响转录的速率。 2. 上游启动子元件（UPE） 上游元件包括上游元件包括CAAT boxCAAT box、GC boxGC box、等，它们的保守序列和结合的蛋白、等，它们的保守序列和结合的蛋白 质因子也各不相同。质因子也各不相同。 （1） CAAT boxCAAT box的保守序列是的保守序列是GGCTCAATCTGGCTCAATCT，一般位于上游，一般位于上游-75bp -75bp左右紧左右紧 靠靠-80-80，其功能是，其功能是控制转录起始活性控制转录起始活性。能和。能和CTFCTF（识别（识别CATTCATT的转录因子）的转录因子） 相结合。增强启动子的效率、频率，不影响启动子的特异性（距转录起相结合。增强启动子的效率、频率，不影响启动子的特异性（距转录起 始点的距离，正反方向）始点的距离，正反方向） （2） GC boxGC box的保守序列是的保守序列是GTGGGCGGGGCAATGTGGGCGGGGCAAT，常以多拷贝形式存在 ，常以多拷贝形式存在-90-90 处处。在真生物和病毒的一些启动子中常存在。在真生物和病毒的一些启动子中常存在GCGC框，框，它的作用也是控制转它的作用也是控制转 录效率。录效率。 还有其它的一些还有其它的一些UPEUPE，如，如八聚体（八聚体（OctamerOctamer），），KBKB，ATFATF等等 而CAAT区或GC区是决定转录产物产率高低的 CAAT区和GC区主要控制转录起始频率，基本不参与起始位点的确定。 （1） 增强子（enhancer） 增强子增强子：增强子是长约：增强子是长约 100-200bp100-200bp的序列，它们与启动的序列，它们与启动 子不同，可以位于转录起始位点的上游，也可位于其下子不同，可以位于转录起始位点的上游，也可位于其下 游。有些增强子和静息子在游。有些增强子和静息子在DNADNA序列中的方向是严格由序列中的方向是严格由 55到到33方向排列，而另外一些则是自方向排列，而另外一些则是自33向向55方向排方向排 列。增强子和静息于与其他调节元件的列。增强子和静息于与其他调节元件的DNADNA序列是互相重序列是互相重 叠的。叠的。 3远端调控区 增强子的特点： 具有远距离效应具有远距离效应。常在上游。常在上游-200bp-200bp处，但可增强远处启动子的处，但可增强远处启动子的 转录，即使相距十几转录，即使相距十几KbKb也能发挥其作用；也能发挥其作用； 无方向性。无方向性。无论在靶基因的上游，下游或内部都可发挥增强转无论在靶基因的上游，下游或内部都可发挥增强转 录的作用；录的作用； 顺式调节。顺式调节。只调节位于同一染色体体上的靶基因，而对其它染只调节位于同一染色体体上的靶基因，而对其它染 色体上的基因无作用；色体上的基因无作用； 无物种和基因的特异性，无物种和基因的特异性，可以接到异源基因上发挥作用，如将可以接到异源基因上发挥作用，如将 SV40SV40的增强子接到兔的增强子接到兔-珠蛋白基因前，引入珠蛋白基因前，引入LelaLela细胞，此珠蛋白基细胞，此珠蛋白基 因转录增强因转录增强200200倍。倍。 具有组织的特异性。具有组织的特异性。 增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。 有相位性有相位性。其作用和。其作用和DNADNA的构象有关。的构象有关。 有的增强子可以对外部信号产生反应有的增强子可以对外部信号产生反应。如热体克基因在高温下。如热体克基因在高温下 才表达。编码重金属蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达。才表达。编码重金属蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达。 某些增强子可以被固醇类激素所激活。某些增强子可以被固醇类激素所激活。 En. Elem. En. Elem En. Elem. -250 -180 coreC TCII TCI sphII sphI Ap3 Ap2 Ap1 e.g. SV40 Enhancer (-179 -250) 远距离控制，无方向性 mRNA +1GC CAAT TATA 促进转录复合体基本转录复合体 （2）减弱子（dehancer） 在某些基因的上游远端或下游远端在某些基因的上游远端或下游远端具有负调具有负调 节序列节序列，其作用不受距离和方向的影响，叫，其作用不受距离和方向的影响，叫 做减弱子。如做减弱子。如C-C-mosmos基因上游基因上游0.80.8或或1.8Kb1.8Kb处有处有 一序列，使一序列，使C-C-mosmos不易被反转录病毒的长末端不易被反转录病毒的长末端 重复序列（重复序列（LTRLTR）所激活。在）所激活。在C-C-mycmyc基因的基因的33 端也存在着减弱子。端也存在着减弱子。 (3) 上游激活序列（UASs） UASsUASs是酵母中远上游序列是酵母中远上游序列类似于增强子。它仅影响转录程度，对位点类似于增强子。它仅影响转录程度，对位点 选择不起作用。选择不起作用。和增强子不同的和增强子不同的是它有方向性，不能在启动子的下游起是它有方向性，不能在启动子的下游起 作用作用。它结合的转录因子是。它结合的转录因子是GCN4GCN4和和GAL4GAL4，识别位点为，识别位点为ATGACTCATATGACTCAT。 真核细胞中存在着大量特异性或组成型真核细胞中存在着大量特异性或组成型 表达的、能够与不同基因启动子区表达的、能够与不同基因启动子区UPEUPE相结合相结合 的转录调控因子。的转录调控因子。基因转录实际上是基因转录实际上是RNARNA聚合聚合 酶、转录调控因子和启动子区各种调控元件酶、转录调控因子和启动子区各种调控元件 相互作用相互作用的结果。的结果。 （二）RNApol 启动子结构 （1） 分为三类，每种识别方式不同 a、 下游启动子（内部启动子） 位于转录起始点的下游 5SRNA 和 tRNA基因 可分为两类 b、 上游启动子 snRNA （2 2）内部启动子的发现）内部启动子的发现 最早发现于非洲爪蟾的5S rRNA基因 试验设置： 非洲爪蟾的卵母细胞提取液作为体外转录体系，进行缺失试验 以不同长度的5S rRNA基因为模板进行转录 结果： 缺失55以前和缺失80以后的序列都能正常转录 缺失55到80序列不能转录 结论： 5S rRNA基因的启动子位于基因内部 该启动子可使RNApol在其上游的55bp处起始转录 （3 3） 内部启动子分为两类内部启动子分为两类 均含两个短序列元件，中间由其他序列隔开 第一类： 含A框和C框 （5S rRNA基因） 第二类： 含A框和B框 （tRNA基因、VARNA基因）间隔序列 长短差异很大 其中内部启动子起被 RNApol 识别的作用 小结：小结： 不同启动子中每种元件与转录起始点的距离不同 不同启动子中的相应元件互相交换,形成的杂交 启动子功能没有变化 各种元件将相应的蛋白因子结合到启动子上， 组成起始复合物，蛋白因子间的相互作用决定 了转录的起始 三、三、 真核生物转录的起始真核生物转录的起始 三种RNApol均没有对启动子特异序列的识别能力 转录起始过程需要很多的辅助因子(转录因子)参与, 并且按一定顺序与DNA形成复合物,协助RNApol定 位于转录起始点 转录因子和转录起始复合物的形成 能直接、间接辨认和结合转录上游区段 DNA的蛋白质，现已发现数百种。 在真核细胞中在真核细胞中RNARNA聚合酶通常不能单独发挥转录作聚合酶通常不能单独发挥转录作 用，而需要与其他转录因子共同协作用，而需要与其他转录因子共同协作( (蛋白质蛋白质蛋蛋 白质相互作用白质相互作用) )。 重点：真核生物转录起始一般首先是转录因子之间 相互结合激活，然后转录因子与RNARNA聚合酶聚合酶结合并激 活，最后它们再与DNA 分子结合。 反式反式作用因子作用因子 概念：主要存在于真核生物的细胞核内的一类蛋 白质，通过它们之间以及与顺式作用元件和RNA聚 合酶的相互作用而调节转录活性。 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的 ，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。 反式作用因子少数也是DNA结合蛋白。 有些基因可以合成调控自身的蛋白质分子。 为蛋白质编码的基因的准确转录受为蛋白质编码的基因的准确转录受多种转录因子多种转录因子 的调控。的调控。RNA聚合酶必须在特定的转录因子的参与下 才能起始转录。 至今有至今有2020种以上蛋白因子参与转录起始，可分为二类种以上蛋白因子参与转录起始，可分为二类 ： 1、 通用(基础)转录因子(basal transcriptional activity) ： 包括TF II A、TF II B、 TF II D、 TF II E、TF II F、TF II H、TF II J等。这些蛋白因子对于准确转录起始是必需的。 2. 2. 启动子特异性转录激活蛋白启动子特异性转录激活蛋白 它们通过与启动了附近或远离启动子的它们通过与启动了附近或远离启动子的DNADNA分分 子上调控区子上调控区( (增强子增强子) )相结合，作用于转录起始复合相结合，作用于转录起始复合 体组装过程体组装过程，具有，具有DNADNA结合域和激活转录所需要的结合域和激活转录所需要的 激活结构域。激活结构域。 举例：举例：酵母双杂交酵母双杂交 典型真核基因转录调控示意图典型真核基因转录调控示意图 通用转录因与通用转录因与RNARNA聚合酶聚合酶II II在启动处组装成转录起始复合体在启动处组装成转录起始复合体; ; 不同的基因调控蛋白结合到各自的基因调控序列上不同的基因调控蛋白结合到各自的基因调控序列上; ; 转录起始速率是由转录起始速率是由调控蛋白与通用转录起始复合体相互作用调控蛋白与通用转录起始复合体相互作用而而 得以调整得以调整. . 基因调控序列基因调控序列启动子启动子调控蛋白的调控蛋白的spatial spatial 关系关系 A. A. 结合于增强子处的调控蛋白结合于增强子处的调控蛋白NtrCNtrC 与细菌与细菌RNARNA聚合酶的相互作用聚合酶的相互作用 B. B. 为为A A的电镜图谱的电镜图谱 真核基因转录的综合调控真核基因转录的综合调控 一般情况，细胞中一般情况，细胞中通用转录因子通用转录因子的种类同基因转的种类同基因转 录的调控蛋白因子录的调控蛋白因子( (包括转录激活蛋白、辅助激活蛋包括转录激活蛋白、辅助激活蛋 白、负调控蛋白因子等白、负调控蛋白因子等) )相比，相比，种类较少种类较少，但在细胞，但在细胞 中的含量是丰富的；中的含量是丰富的； 这些通用转录因子在启动子区同这些通用转录因子在启动子区同RNARNA聚合酶聚合酶 一起组装成转录起始复合物一起组装成转录起始复合物; ; 特异性调控蛋白因子特异性调控蛋白因子种类繁多，但含量即非种类繁多，但含量即非 常之少，它们通过其常之少，它们通过其DNADNA结合域识别特定的结合域识别特定的 DNADNA序列，这种特性决定了特异性开或关。序列，这种特性决定了特异性开或关。 参与RNA-pol转录的TF 转录起始复合物: 一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因 子。转录因子之间互相结合，生成有活性， 有专一性的聚合物，再与RNA聚合酶搭配而 有针对性地结合相应基因形成转录起始复合 物。 POL- TFF A B 由RNA-Pol 催化转录的PIC Pol- TFF H E TBP TAF TFD-A-B-DNA复合物 TATA A B TBP TAF TATA H E CTD-P PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化 第一节第一节 RNARNA的转录的转录 第二节第二节 启动子与转录其始启动子与转录其始 第三节第三节 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNAmRNA的的特征比较特征比较 第四节第四节 终止与抗终止终止与抗终止 第五节第五节 内含子的剪接、编辑及化学修饰内含子的剪接、编辑及化学修饰 第三章第三章 生物信息的传递生物信息的传递从从DNADNA到到RNARNA 一、原核生物一、原核生物mRNA mRNA 的特征的特征 原核生物原核生物mRNAmRNA的半衰期短的半衰期短 大多以多顺反子的形式存在大多以多顺反子的形式存在 3.3.原核生物原核生物mRNAmRNA的的5-5-端无帽子结构端无帽子结构 原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA结构的比较结构的比较 二、真核生物二、真核生物mRNA mRNA 的特征的特征 1.1.大多数的真核大多数的真核mRNAmRNA转录后在转录后在5-5-端加一个端加一个7-7-甲基鸟苷甲基鸟苷, ,同同 时第一个核苷酸的时第一个核苷酸的C2C2也是甲基化的也是甲基化的, ,这种这种m7G m7G pppppp N m N m结构结构 被称为被称为帽子结构帽子结构(cap sequence)(cap sequence)。 帽子结构具有帽子结构具有促进核蛋白体与促进核蛋白体与mRNAmRNA的结合、加速翻译起始的结合、加速翻译起始 速度的速度的作用作用, ,同时可以增强同时可以增强mRNAmRNA的稳定性。的稳定性。 HNCH3 m7G 帽子0 帽子帽子1 1 （Cap-1Cap-1） m7GpppXmpYp-m7GpppXmpYp-第一个核苷第一个核苷 酸的酸的 2-O 2-O 位上产生甲基化（位上产生甲基化（A N6 A N6 位甲基化）位甲基化） 帽子帽子2 2（Cap-2Cap-2）m7GpppXmpYmpm7GpppXmpYmp第二个核苷酸的第二个核苷酸的 2-O 2-O 位上产生甲基化（位上产生甲基化（A A、GG、C C、U U） 二、二、mRNAmRNA的转录后修饰的转录后修饰- -帽子帽子 1 1、 帽子的种类帽子的种类 帽子帽子0 0（Cap-0Cap-0） m7GpppXpYp-m7GpppXpYp-（共有）共有） m7G N7m7G N7甲基鸟苷甲基鸟苷 帽子帽子1 1 （Cap-1Cap-1） m7GpppXmpYp-m7GpppXmpYp-第一个核苷酸的第一个核苷酸的 2-O 2-O 位位 上产生甲基化（上产生甲基化（A N6 A N6 位甲基化）位甲基化） 帽子帽子2 2（Cap-2Cap-2）m7GpppXmpYmpm7GpppXmpYmp第二个核苷酸的第二个核苷酸的 2-O 2-O 位上产生位上产生 甲基化（甲基化（A A、G G、C C、U U） 其中: 单细胞真核生物只有单细胞真核生物只有 Cap0Cap0 Cap1 Cap1 是其余真核生物的主要帽子形式是其余真核生物的主要帽子形式 Cap2 Cap2 存在于某些真核生物中存在于某些真核生物中 2 2、 帽子结构的生成帽子结构的生成 甲基供体都为甲基供体都为SS腺苷甲硫氨酸（腺苷甲硫氨酸（SAMSAM） RNARNA鸟苷酸转移酶鸟苷酸转移酶-戴帽酶（戴帽酶（capping enzymecapping enzyme） 3 3、 帽子结构的功能帽子结构的功能 （1 1） 对翻译起识别作用对翻译起识别作用-为核糖体识别为核糖体识别RNARNA提供信号提供信号 Cap0 Cap0 的全部都是识别的重要信号的全部都是识别的重要信号 Cap1,2 Cap1,2 的甲基化能增进识别的甲基化能增进识别 （2 2） 增加增加mRNA mRNA 的稳定性的稳定性，使使55端免遭外切核酸酶的攻击端免遭外切核酸酶的攻击 （3 3） 与某些与某些RNARNA病毒的正链合成有关病毒的正链合成有关 （Cap1Cap1、 Cap2 Cap2 ） 除帽子结构外的除帽子结构外的Euk.mRNAEuk.mRNA内部甲基化内部甲基化m6Am6A形式形式 三、三、mRNAmRNA的转录后修饰二的转录后修饰二- - 多聚（多聚（A A）尾巴尾巴 1 1、 33端端-约长约长200bp (200bp (大多数大多数EukEuk. .的的mRNA) mRNA) （poly(A)+ poly(A)+ poly(Apoly(A)- )- ） 大多数大多数mRNAmRNA的的 33末端有一段由几十个到百余个腺苷酸末端有一段由几十个到百余个腺苷酸 聚合而成的多聚腺苷酸结构，称为多聚腺苷酸尾聚合而成的多聚腺苷酸结构，称为多聚腺苷酸尾(poly (poly A tail)A tail) 2 2、 poly(A) poly(A) 的生成的生成 a a、 RNARNA末端腺苷酸转移酶（末端腺苷酸转移酶（poly(A) poly(A) 聚合酶）催化聚合酶）催化 前体前体ATPATP 与与poly Apoly A结合蛋白结合蛋白( (poly(Apoly(A)-binding protein, PABP)-binding protein, PABP) 相结合而存在。相结合而存在。 反应如下：反应如下： 多聚核糖核酸多聚核糖核酸 + + nATPnATP MgMg+ + 或 或 MnMn+ + 多聚核糖核酸多聚核糖核酸(A)n + (A)n + nPPinPPi b b、添加位点添加位点 内切酶内切酶(360KDa)(360KDa)切除一段序列切除一段序列 由由poly(A) poly(A) 聚合酶催化添加聚合酶催化添加poly(A)poly(A) 内切酶的识别位点（有其它因子参与）内切酶的识别位点（有其它因子参与） 切点上游切点上游 131320bp20bp处的处的AAUAAAAAUAAA 切点下游的切点下游的 GUGUGUG GUGUGUG （单细胞单细胞EukEuk. .除外）除外） 3 3、 poly(A) poly(A) 的功能的功能 c c、对含对含 poly(A) poly(A) 的的mRNA mRNA 失去失去 poly(A) poly(A) 可减弱其翻译可减弱其翻译 （1 1） 可能与核质转运有关可能与核质转运有关 （2 2） 与与mRNAmRNA的寿命有关的寿命有关 （3 3） 与翻译有关与翻译有关 a a、 缺失可抑制体外翻译的起始缺失可抑制体外翻译的起始 b b、 胚胎发育中，胚胎发育中，poly(A) poly(A) 对其对其mRNAmRNA的翻译有影响（非的翻译有影响（非poly(A) poly(A) 化的化的 为储藏形式）为储藏形式）