《RNA的转录合成》PPT课件.ppt

1 第8章RNA的转录合成Section8RNATranscription 原核生物RNA的转录真核生物RNA的转录RNA转录的抑制作用 2 原核生物RNA的转录RNATranscriptioninProkaryotes 转录的基本原则BasicPrinciplesofTranscription大肠杆菌RNA聚合酶EscherichiaColiRNAPolymerase大肠杆菌 70启动子TheE coli 70promoter转录的起始 延伸与终止Transcription initiation elongationandtermination 3 转录 以DNA为模板 在依赖于DNA的RNA聚合酶催化之下的一系列RNA酶促合成过程叫做转录 包括RNA链的起始 延伸 终止等步骤 转录的基本原则BasicPrinciplesofTranscription 4 5 大肠杆菌RNA聚合酶E coliRNAPolymerase 6 1 亚基 核心RNA聚合酶有2个 亚基 由rpoA基因编码 功能 1 参与RNA核心酶的组装 尚未发现有明确的转录功能 2 参与全酶和启动子的牢固结合 3 当RNA聚合酶核心酶沿着模板移动进行RNA链的延伸时 保证DNA双螺旋的不断地在前面解开 在后面恢复双螺旋 7 2 亚基 是RNA聚合酶的催化中心 由rpoB基因编码 可能含有两个结构域 分别负责转录的起始和延伸 具体是 结合核苷酸底物并催化磷酸二酯键形成证据 1 抗生素利福平 与 亚基结合 阻止RNA聚合酶转录的开始 2 利迪链菌素也与 亚基结合 抑制转录延伸 8 3 亚基 是RNA聚合酶的催化中心 由rpoC基因编码 负责核心酶与模板DNA的结合 9 4 因子 大肠杆菌中最常见的 因子是 70 特性 1 与核心酶结合形成了全酶 在启动子识别中起关键性的作用 2 原核生物含有多种 因子 以能识别各种类型的启动子 3 RNA链延伸至8 9nt时 因子就离开核心酶 4 因子数量只有核心酶的30 因此在任何时刻只有1 3的聚合酶是全酶 10 5 亚基 亚基的功能尚不清楚 也有人认为 亚基对于RNA聚合酶的结构和功能没有太大的影响 11 大肠杆菌 70启动子TheE coli 70promoter 1 70在基因中的位置及序列 为了方便 人们将mRNA开始转录的一个碱基 转录起始点 定为 1 沿转录方向顺流而下均用正值表示 溯流而上的启动子部分 均用负值表示 12 2 70的特征大小40 60bp 10序列 也叫pribnow框 含有保守序列TATAAT 其中带底线的称为保守T 它存在于目前已知的几乎所有启动子中 一般位于 6 5 到 9 8 该序列是聚合酶启动DNA解旋的序列 13 2 70的特征 续上 35序列 也叫Sextama框 也是RNA聚合酶覆盖的部分 RNA聚合酶依靠其 亚基识别该位点 因此又称为RNA聚合酶识别位点 其保守序列为TTGACA 14 2 70的特征 续上 启动子区域的共同功能 1 35序列组成增强与聚合酶 因子相识别和相互作用的识别区 2 10序列直接影响DNA的解旋速度 TTGACA 16 18bp TATAAT 5 8bp CG AT 35sequence 10sequence 1 15 启动子效率 10序列和 35序列之间距离的改变影响启动子的活性 间隔17bp活性最强 16 18 15 20bp 弱启动子没有 35序列 如 lac启动子 lac基因的表达需要一个辅助激活因子受体蛋白CAP cyclicAMPreceptorproteizod 与靠近启动子上的CRP位点结合 以增强启动子与RNA聚合酶的结合从而进行转录起始 16 转录的起始 延伸与终止Transcription Initiation ElongationandTermination 1启动子结合Promoterbinding2DNA解旋DNAunwinding3RNA链起始RNAchaininitiation4RNA链延伸RNAchainelongation5RNA链终止RNACHAINTERMINATION6依赖的 转录终止Rho dependenttermination 17 1 Promoterbinding 2 DNAUnwindingandinitiation 3 Elongation DNA解旋区 转录泡 18 17bp 3 Elongation 19 Termination 1 不依赖 因子的转录终止 Rho indepenttermination 发夹结构特点 回文序列中富含G C碱基对 在回文序列的下游方向又常有6个 8个A T碱基对 20 21 2 依赖 因子的转录终止 Rho depenttermination 结合RNA上72个核甘酸 发夹结构特点 依赖 因子的终止子中回文序列的G C对含量较少 在回文序列下游方向的序列没有固定特征 其A T对含量比前一种终止子低 22 因子是RNA聚合酶的一种重要的蛋白质辅助因子 催化解开DNA DNA和RNA DNA双螺旋结构 23 真核生物RNA的转录TranscriptioninEukaryotes 真核生物的RNA聚合酶EukaryoticRNAPolymerases真核生物的启动子EukaryoticPromoter 24 真核生物RNA聚合酶EukaryoticRNAPolymerases 真核细胞中有三种RNA聚合酶 RNA聚合酶I RNA聚合酶 RNA聚合酶 除了这3种聚合酶以外 真核生物细胞中的线粒体和叶绿体还含有其他的RNA聚合酶 25 3种RNA聚合酶的性质和功能 26 RNA聚合酶亚基RNApolymerasesubunits 三种聚合酶均含有12个以上的亚基 其中编码每一个RNA聚合酶两个大亚基的DNA序列具有同源 三种聚合酶均含有与E coliRNAPol核心 2 亚基相同源的亚基 其中最大亚基与E coliRNAPol中的 亚基相似 第二大亚基与E coliRNAPol的含有活性位点的 亚基相似 RNAPolI和III 共存两个亚基 PolII专有亚基与E coliRNAPol的 亚基具有同源性 至少还有5种小亚基普遍存在于这3种聚合酶中 此外仅存在于某一特定聚合酶中的亚基还有4 7个 27 真核生物RNA聚合酶的活性EukaryoticRNApolymeraseactivity 真核生物的RNA聚合酶与原核生物的共同点 1 转录方向为5 3 合成与反义模板链互补的RNA 2 转录起始时不需要引物 只需要前体核苷酸ATP GTP CTP UTP 28 真核生物的RNA聚合酶与原核生物的不同点 1 有三个聚合酶 2 真核生物RNA聚合酶在与启动子结合 起始转录之前需要一些额外的起始蛋白 转录因子 的参与 3 RNA聚合酶II的羧基端含有一段7个氨基酸的重复序列 称作羧基末端结构域 即CTD carboxylterminaldomain 这7个氨基酸的重复序列是Tyr 酪 Ser 丝 Pro Thr Ser Pro Ser 在老鼠中重复52次 在酵母中重复26次 这种结构对酶的活性是必要的 29 真核生物的转录因子 1 基本转录因子 basalfactor 2 上游因子 upstreamfactor 3 诱导因子 induciblefactor 30 真核生物的启动子EukaryoticPromoter 启动子 启动子是指位于基因5 端上游 能够被RNA聚合酶和其他转录因子识别并与之结合 从而起始基因转录的一段DNA序列 是基因表达调控中非常重要的顺式作用元件 调控元件 顺式作用元件 启动子 增强子 沉默子 反式作用因子启动子类型 I型启动子 II型启动子 III型启动子 31 rRNA基因 rDNA 人类rDNA编码产生一个45S的rRNA转录物 13000nt 这一转录物随后被切成18S 2000nt 5 8S 160nt 和28S 5000nt 各1个的rRNA 人类细胞在不同的染色体上分布有5簇rDNA重复基因 串联基因簇 每簇有40个拷贝 拷贝之间被非转录的间隔序列分开 图 这种RNA多基因拷贝的连续转录是产生足够且加工的rRNA rRNA和蛋白质结合形成了核糖体 1 I型启动子 RNA聚合酶I启动子 32 processedinto rDNA 33 每一个rRNA簇被称为一个核组织区域 nucleolarorganizerregions 在rRNA合成活跃阶段 前rRNA转录物与rDNA捆扎在一起可在显微镜下看到 圣诞树 Christmastreestructures 样的结构 图 34 2 I型启动子的特征I型启动子由两部分的转录控制区域构成 核心元件 Coreelement CE 和上游控制元件 Upstreamcontrolelement UCE 前rDNA RNAPolIpromotersinhumancells 35 上游结合因子 Upstreambindingfactor1 UBF1 一种特异DNA结合蛋白 与UCE和核心元件上游的一段序列结合 UBF1可使转录速率大大增强 UBF1的两个结合位点序列之间没有明显的相似性 UBF1的分子先结合一个序列元件 随后通过蛋白 蛋白之间的互作结合 导致在两个位点间的DNA形成一个环状结构 3 RNA聚合酶与转录因子 36 选择因子1 Selectivityfactor1 SL1 聚合酶I转录所必需 SL1结合并稳定UBF DNA复合物 且与核心元件游离的下游部分相互作用 SL1本身没有与启动子特异结合的特性 它促使PolI与UBF DNA复合物的结合并起始转录 37 38 2 II型启动子 RNA聚合酶II识别 RNAPolII RNA聚合酶II 1 RNAPolII存在于核质中2 负责所有编码基因和一些snRNA基因的转录3 合成的前mRNA需经过一系列的加工 如RNA5 端生成帽子结构 RNA3 端加上polyA尾巴以及内含子剪接 39 TypicalRNAPolIIgenes 40 II型启动子Promoter 特征 1 TATAbox 在上游约 25 35bp位置 有7对共有碱基序列5 TATA A T A A T 3 决定RNAPolII的位置或正确的起始转录 2 帽子位点 Capsite 即转录的起始位点 大都为A碱基 3 CAATbox 即上游调控元件 UREs 保守序列为GG C T CAATCT 一般位于 75bp附近 该序列确保启动子的有效转录 A 41 其他真核生物的启动子 1 缺乏TATA框 只含起始元件 如老鼠的末端脱氧核苷酸转移酶基因 其起始元件位于转录起始点附近 从 6至 11 序列为GCCCTCATTCTGGAGAC 2 没有TATA框 也不含起始元件 只有20 50bp的GC区 这些启动子的转录效率很低 42 食用菌gpd启动子 1ATTCAAGCAGTCAATGGATTGGAGTGTATTTAGAATCGAAGGTTGTGGAA51CAAGGAAAAGATGCGGACGAAAAACACAACTGATCCTTTTATAGATAATC101GCGCTTCAGTCAAATCTTGATTGCGTGATGTTGTGACTTCGACAATAGCC151CTAAAGTCTAGACCTTAGAACACTTTAGTACCTCGGACCTGCGATTGGGT201AGGATTTACTGGCCGAGTCCTTTGGGATGGACTGCCAATCAGCAAACGTT251CTTCAGTTCTATCGCCCCATGACTAAGGTTGCCTGGAACCGTGCTCGAGC301TTTGGATGGAAGTGCCTTTGAAAAGCCCTGCAAAGTCTTGCAAATGCTAC351AGCTTCCTCCCTGGCCTGGGTTTGTTGTTCTAGAACTACTCTCATTCTTA401TCTTCTGCATACAACCATTTCATGCTATCCCAGGATACACCGGTTTCACC451GTAGTAGCCTTATGGATGCAACTTTGACGCACTGACAATCTGACTGATAT501CGACCAATAAGAATAGATAAAACTCCCTGTCCGAGTCCTTTCCGTGATAC551ATGTGGCTCTCCGACTGCACTCTAACGCCGATAGGATACGGGCCCGCTCA601GATAACCAGCA 43 Gfp基因在灰盖鬼伞菌丝中的表达 ck pLg gfp转化子Lg2pGg gfp转化子Gg1 普通光源 蓝光激发 ck pLg gfp转化子Lg2pGg gfp转化子Gg1 荧光显微镜下的菌丝荧光图 44 ck pLg gfp转化子Lg2 pGg gfp转化子Gg1pLr gfp转化子Lr1 共聚焦显微镜下菌丝荧光图片 45 Fluorescencemicroscope 46 增强子Enhancer 在远离转录起始点 上游或下游 的一段可增强启动子活性的调控元件 大小为100 200bp 最初在DNA病毒SV40的基因组中发现 特性 1 加强相连基因从正确起始位点的转录活性 2 增强子无论是在下游或在上游均可激活转录 3 无论是在下游或在上游 可在远离起始位点1Kb以上发挥作用 4 两个启动子串联在一起时 增强子优先激活距离最近的那一个 沉默子Silencer 47 II型基因转录的转录因子和转录起始复合物 转录因子 真核生物RNA聚合酶转录需要的各种蛋白质辅助因子称之 以TFIIX表示 以发现顺序命名 如 TFIIA TFIIB等 转录起始复合物的组装过程 p268 269 48 3 III型启动子 RNA聚合酶III识别 RNA聚合酶III 1 Containsatleast16differentsubunits2 Locatedinnucleoplasm 核质 3 Synthesizestheprecursorof5SrRNA thetRNAsandothersnRNAsandsmallcytosolic 胞质 RNAs III型启动子的类型 下图 基因内启动子转录起点上游启动子 49 PromotersforRNApolymeraseIII Mayconsistofbipartite 双向的 sequencesdownstreamofthestartpoint withboxAseparatedfromeitherboxCorboxB Ortheymayconsistofseparatedsequencesupstreamofthestartpoint Oct PSE TATAbox 5SrRNA基因 U6等基因 tRNA基因 50 tRNA的基因内启动子 1 Transcriptioncontrolregions promoters oftRNAliesafterthestartsite 2 TwohighlyconservedsequenceswithinthetRNAcodingregion calledAbox 5 TGGCNNAGTGG andBbox 5 GGTTCGANNCC ThesesequencesalsoencodeimportantsequencesinthetRNAitself theD loopandT C loop tRNA二级结构形式 Highlyconservedsequencein