RNA的转录ppt课件

本章目录,1.RNA转录概述2.启动子的结构与功能3.细菌的RNA聚合酶4.真核生物的RNA聚合酶及其转录5.真核生物基因转录的启动子6.类型基因转录的转录因子7.类型基因转录起始复合物的装配8.类型和基因转录的转录因子9.RNA转录的抑制,DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成信使RNA、翻译生成蛋白质的过程来控制生命现象。,基因表达包括转录(transcription)和翻译(translation)两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同(U替换T)的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。,7.1RNA转录概述,1.转录具有选择性。不是所有基因同时表达，与发育相关。2.转录起始于模板的特定起点。3.催化转录反应的酶是一类依赖于DNA的RNA聚合酶。4.被转录的DNA双链中只有其中的一条链作为RNA合成的模板。5.转录起始由DNA分子上的启动子控制。6.合成RNA的底物是4种核糖核酸三磷酸。7.新合成的RNA链总是以5到3方向延伸。,7.1.1RNA转录的一般特点,与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链(codingstrand)或称有意义链(sensestrand)。另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链(templatestrand)或称反义链(antisensestrand)。,7.1.1RNA转录的一般特点,5GCAGTACATGTC33cgtcatgtacag5,DNA,5GCAGUACAUGUC3,mRNA,NAlaValHisValC,多肽链,转录,翻译,非模板链/正链/有义链/编码链,模板链/负链/反义链,不对称转录:模板链并非永远在同一单链上,生物体内共有3种RNA：1、信使RNA(messengerRNA，mRNA)编码特定蛋白质序列-模板；2、转移RNA(transferRNA，tRNA)特异性解读mRNA中的遗传信息、将其转化成相应氨基酸并将其加入多肽链中-搬运工具；3、核糖体RNA(ribosomalRNA，rRNA)直接参与核糖体中蛋白质合成-场所。,转录和翻译的速度基本相等，37时，转录生成mRNA的速度每秒钟合成14个密码子，而蛋白质合成的速度大约是每秒钟15个氨基酸。,单链病毒DNA转录,病毒DNA单链,互补链（模板链）,病毒RNA单链,复制,复制,5,3,单链RNA病毒转录,正链RNA病毒,负链RNA病毒,5,5,3,3,翻译,3,5,翻译,复制,7.1.2原核生物和真核生物基因转录的差异,原核生物只有一种RNA聚合酶，真核生物有三种；转录产物差异很大。原核生物初始转录产物大多数是有编码功能的序列，真核生物的初始转录产物有内含子序列；真核生物初始转录产物历经剪接、修饰等转录后加工过程，原核生物很少加工；原核生物转录产物mRNA为多顺反子，真核生物单顺反子。,启动子是RNA聚合酶识别、结合和启动转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异结合和转录起始所需的保守序列，但启动子本身不被转录。核心启动子(corepromoter):RNA聚合酶直接识别并结合的启动子。上游启动子元件(upstreampromoterelement,UPE):位于核心启动子上游,是RNA聚合酶与核心启动子结合时辅助因子结合的位点（强启动子必需）。核心启动子与启动子上游部位共同构成原核基因启动子。,7.2原核生物启动子的结构与功能,启动子区是RNA聚合酶的结合区，其结构直接关系到转录的效率。那么，启动子区有什么结构特点呢?Pribnow设计了一个实验，他把RNA聚合酶全酶与模板DNA结合后，用DNaseI水解DNA，然后用酚抽提，沉淀纯化DNA后得到一个被RNA聚合酶保护的DNA片段，约有4144个核苷酸对。,研究原核生物启动子结构的方法,-Pribnow实验,他分离了fd噬菌体等被酶保护的区域，并进行了序列分析，以后又有人做了50多个启动子的序列分析后发现，在被保护区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列TATAA，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区(Pribnowbox)，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为10区。,科学家不久后又从噬菌体的左、右启动子PL及PR和SV40启动子的35bp附近找到了另一段共同序列:TTGACA。经过数年的努力，分析了46个大肠杆菌启动子的序列以后，确证绝大部分启动子都存在这两段共同序列，即位于10bp处的TATA区和35bp处的TTGACA区。-10位的TATA区和-35位的TGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力。,-35区-10区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100-35-10+1G(A)C(U),-35和-10都是大致位点,转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。常把起点前面即5末端的序列称为上游(upstream)，而把其后面即3末端的序列称为下游(downstream)。在描述碱基的位置时，一般用数字表示，起点为+1，下游方向依次为+2、+3，上游方向依次为-1、-2、-3。,转录起点,与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基（通常为嘌呤）。,转录单元(transcriptionunit)是一段从启动子开始至终止子(terminator)结束的DNA序列。RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。在细菌中，一个转录单元可以是一个基因，也可以是几个基因。53启动子结构基因终止子*,7.2.1启动子的结构,细菌启动子结构有以下特征：转录起始点、-10序列（定义）、-35序列，-10序列与-35序列之间较严格的距离。大量研究证实，-10区与-35区之间间距为17bp时转录效率最高，大约相隔2个螺距。,TTGACA,TATAAT,-35框,-10框,+1转录起始点,5,3,3,5,7.2.2启动子的功能,1.-35区能够增强启动子与聚合酶因子识别作用；2.-10区对DNA解旋十分重要，决定着转录方向；3.起始位点附近的序列（约30个碱基）影响转录起始效率。,TTGACA,TATAAT,-35框,-10框,+1转录起始点,5,3,3,5,-60,-40,增强子,上游元件,原核生物中经对启动子的比较，它们有共有序列：在上游10bp处为TATAAT，又称为Pribnow盒在上游35bp处为TTGACA。T82T84G78A65C54A45T80A95T45A60A50T96,2020/5/8,生科院,27,对于启动子研究发现，绝大多数突变能造成转录功能明显下降，或完全抑制，这类突变称为启动子的下降突变。下降突变会减少共同序列的相似性，或使两个共同序列间距远离17bp。能使启动子转录水平提高的突变称为上升突变。上升突变一般都趋向于与启动子共同序列更接近，或使两个共同序列间距接近17bp。,7.3细菌的RNA聚合酶,7.3.1RNA聚合酶概述20世纪60年代初期在微生物和动植物细胞中分离获得；60年代末分离纯化了它的亚基，并建立了离体反应系统。7.3.2大肠杆菌的RNA聚合酶,原核生物RNA聚合酶在细菌中，一种RNA聚合酶几乎负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成。大肠杆菌RNA聚合酶：2个亚基1个亚基1个亚基1个亚基,2020/5/8,生科院,30,7.3.3T7RNA聚合酶（略）,7.3.4因子的结构与功能,功能：识别启动子功能,7.3.5核心聚合酶的结构与功能,核心酶：保证新生RNA链延伸。,7.4真核生物的RNA聚合酶及其转录,7.4.1真核生物基因转录的特点真核基因转录比原核基因转录复杂，涉及更多的酶和蛋白因子。1.真核生物基因转录的特点1）转录单元为单顺反子；2）真核生物的RNApol（3类）高度分工；3）真核生物RNA转录除RNApol外，需要多种蛋白因子参与（转录因子）；4）真核基因调控转录的顺式元件比原核基因复杂；5）真核基因转录水平的调控以正调控为主。,7.4.2真核基因转录的实验系统利用特殊的实验系统，检测真核基因的转录活性和确定启动子功能区域，从而发现与启动子结合的蛋白质因子等，常见的实验系统如下：1）爪蟾卵母细胞系统；2）转基因系统；3）转染系统；4）体外实验系统。7.4.3研究真核基因转录起点的技术1）测定转录起始位点：杂交分析，引物延伸，S1核酸酶图谱技术；2）测定相对的转录速度。,7.4.4真核生物基因转录的RNA聚合酶1.真核生物RNA聚合酶的分类概述,2.真核生物RNA聚合酶的亚基组分3类RNApol都是由1417个亚基组成的多亚基蛋白复合体，一般特点为：1）结构复杂，比原核复杂的多；2）结构有相似性；3）有几种共同亚基。根据结构与功能，真核细胞的RNApol亚基分为核心亚基、共同亚基和非必需亚基。核心亚基：在结构与功能上与原核RNApol核心酶相关的亚基一样都是酶活性所必需的。共同亚基：存在于三类真核RNApol中，主要参与底物NTP定位、在模板上连续滑动而不脱落、维持反应进行。非必需亚基：尚未发现具体功能。,7.5真核基因转录的启动子真核生物细胞核基因有3大类，分别由3类不同的RNApol转录，不同的基因启动子差异显著。基因转录调控区包括启动子区和各种调控元件。调控元件包括增强子、沉默子和上游控制元件等顺式作用元件，是调控因子识别与结合的部位。1.类型基因启动子类型基因启动子是RNApol的启动子，主要控制rRNA前体基因转录。2.类型基因启动子类型基因启动子是RNApol的启动子，主要启动编码蛋白质等基因的表达，由核心启动子和上游启动子元件构成。,3.类型基因启动子类型基因的启动子是RNApol所识别的，转录基因包括tRNA基因、5SrRNA基因等。根据类型基因启动子所处的位置，可以分为2种：基因内启动子和转录起点上游启动子。基因内启动子：研究非洲爪蟾5SrRNA基因启动子序列时发现的，已发现5SrRNA、tRNA启动子都位于基因内部。转录起点上游启动子：调控元件位于5侧翼区，有3种元件：1）TATA框；2）近端序列元件；3）远端序列元件。,启动子区的基本结构真核生物中：TATA序列(TATAbox)：位于-25-35，使转录精确地起始，TATA序列也叫核心启动元件。CCAAT序列(CAATbox)：位于-70-80，CAAT区主要控制转录起始频率。GCCACACCC或GGGCGGG序列（GCbox）：位于-110-80，主要控制转录起始频率。并非每个基因中都包含这3个区域。,2020/5/8,生科院,38,-90区-75区-25区GGGCGGGCCAAT.TATAAA-90-75-25+1ARNA,真核生物启动子的结构,核心启动子（corepromoter）上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）,核心启动子,定义：指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区,作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始,TATA常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A50,上游启动子元件,包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等,作用：控制转录起始频率。,CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bp,7.6类型基因转录的转录因子真核生物RNApol不能单独结合于启动子上，需要依赖转录因子协助。转录因子（TF)：真核生物RNApol在转录过程中所需要的各种蛋白质因子。转录因子分为2大类：1）通用转录因子(GTF)；2）基因特异性转录因子（GSTF）。,7.7类型基因转录起始复合物的装配,7.8类型和的转录因子,1.类型基因的转录因子类型基因启动子主要负责rRNA前体基因的转录。除了RNApol外，还包括2类转录因子：1）核心结合因子；2）UPF结合因子(上游结合因子)。2.RNApol转录起始复合物（省略）,3.类型基因的转录因子目前发现3类类型基因转录因子：TFA、TFB、TFC。TFA是5SrRNA基因转录的必需因子；TFB和TFC不仅参与5SrRNA基因转录，还参与RNApol的所有转录。4.RNApol转录起始复合物的装配（省略）,增强子及其功能增强子是长约100200bp的序列，它们与启动子不同，可以位于转录起始位点的上游，也可位于其下游。增强子具有增加启动子的作用，与启动子一起都可视为基因表达调控中的顺式作用元件，可与转录因子和RNA聚合酶结合，启动并调节基因转录。,2020/5/8,生科院,49,增强子及其功能增强子的特点：增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相