第5章基因的转录和转录后加工

1、基因的转录和转录后加工第5章2第5章 基因的转录和转录后加工本章主要内容本章主要内容5.1 基因转录的基本原理基因转录的基本原理5.2 DNA指导下的指导下的RNA聚合酶聚合酶5.3 基因转录的基本过程基因转录的基本过程5.4 与基因转录起始和终止有关的与基因转录起始和终止有关的DNA结构结构5.5 原核和真核的原核和真核的mRNA特点比较特点比较5.6 RNA转录的抑制剂转录的抑制剂5.7 基因转录后加工过程和机制基因转录后加工过程和机制3第5章 基因的转录和转录后加工5.1 基因转录的基本原理基因转录的基本原理在生物界，RNA合成有两种方式：一是DNA指导指导的RNA合成，是生物体内RNA

2、的主要合成方式。另一是RNA指导指导的RNA合成，常见于病毒。4第5章 基因的转录和转录后加工转录产生的初级转录产物称为RNA前体（precursor），需经加工方具有生物学活性。5第5章 基因的转录和转录后加工基因的转录基因的转录是蛋白质生是蛋白质生成的必须步成的必须步骤骤6第5章 基因的转录和转录后加工另外，生物界中还存在逆转录（reverse transcription，RT）现象，即以RNA为模板合成DNA的过程7第5章 基因的转录和转录后加工HIV8第5章 基因的转录和转录后加工逆转录病毒侵入逆转录病毒侵入宿主细胞的过程宿主细胞的过程9第5章 基因的转录和转录后加工转录转录（tran

3、scription）就是在DNA指导下的RNA合成。RNA的转录开始于一个地方，终止于另一个地方，中间的转录区域叫做转转录单位录单位。一个转录单位中可以含有一个基因，也可以是几个基因。10第5章 基因的转录和转录后加工与转录有关的几个概念与转录有关的几个概念编码链编码链（正链，（正链，+链，正义链链，正义链, 非模板链）非模板链）模板链模板链（负链，链，（负链，链， 反义链反义链, 模板链）模板链）11第5章 基因的转录和转录后加工模板链及反意义链模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链。编码链及有意义链编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链

4、。由于基因分布于不同的DNA单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。12第5章 基因的转录和转录后加工不对称转录不对称转录DNA片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。13第5章 基因的转录和转录后加工基因的不对称转录基因的不对称转录14第5章 基因的转录和转录后加工原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U 合成过程:连续方向：53合成部位：细胞核内15第5章 基因的转录和转录后加工基因的转录由RNA聚合酶聚合酶催化，转录的起始是由启动启动区域区域控制的，转录的终止有终止子终止子参与调节，增强子增强子是可以显

5、著促进基因转录的DNA序列，衰减子衰减子可以降低转录效率的DNA序列。16第5章 基因的转录和转录后加工真核细胞中，单独的RNA聚合酶不能开启基因的转录，前来协助转录起始的蛋白质分子叫做转录因子转录因子。不同的RNA聚合酶所需要的转录因子有所差异。有些转录因子是各种RNA聚合酶共用的，有些转录因子是各种RNA聚合酶特有的。17第5章 基因的转录和转录后加工5.2 DNA指导下的指导下的RNA聚合酶聚合酶1960-1961年获得了DNA指导的RNA聚合酶。该酶的特点是：（1）以4种NTP为原料合成RNA；（2）需要DNA模板；（3）需要Mg2+；（4）合成链的方向是5到3；（5）不需要引物。18

6、第5章 基因的转录和转录后加工Structure of E coli RNA polymerases19第5章 基因的转录和转录后加工大肠杆菌有1种RNA聚合酶亚基 基因MW（103）亚基数功 能rpo A 402酶的装配，与启动子上游元件和活化因子结合rpo B 1551结合底物，催化磷酸二酯键形成rpo C 1601与模板DNA结合rpo D 32-931识别启动子,促进转录起始91未知聚合酶还有2个Zn, 亚基负责起始, 其他负责延伸。20第5章 基因的转录和转录后加工大肠杆菌RNA聚合酶由6个亚基构成。21第5章 基因的转录和转录后加工聚合速率慢，30-85 NTP/s。缺乏外切酶活性

7、,无校对功能不同的因子识别不同类型基因的启动子。可被药物利福平利福平抑制。人的RNA聚合酶对利福平利福平不敏感。利用此特点可研制杀菌药物。原核细胞原核细胞RNA聚合酶的特点：聚合酶的特点：22第5章 基因的转录和转录后加工真核生物的真核生物的RNA聚合酶有聚合酶有3种种一般有8-14个亚基，含有Zn，比原核复杂。酶的种类 功 能 对抑制剂的敏感程度RNA聚合酶I转录rRNA基因，形成一个45S前体，再加工对-鹅膏蕈碱不敏感RNA聚合酶II转录mRNA和大多数小RNA对-鹅膏蕈碱敏感RNA聚合酶III转录小RNA，包括tRNA、5SRNA U6RNA和scRNA等对-鹅膏蕈碱敏感中等23第5章

8、基因的转录和转录后加工真核RNA聚合酶都是大而复杂的蛋白质复合物，通常有8-14个亚基，并含有Zn2+。其亚基组成亦很复杂，每个酶分子有2个大亚基,10个左右的小亚基。24第5章 基因的转录和转录后加工真核生物RNA聚合酶中没有细菌因子的对应物，因此必须借助各种转录因子转录因子才能选择和结合到启动子上。 25第5章 基因的转录和转录后加工真核生物RNA聚合酶I转录45S rRNA前体，经转录后加工产生5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA。 RNA聚合酶转录所有mRNA前体和大多数核内小RNA(snRNA)。 26第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶转录tRNA、5SrR

9、NA、U6snRNA和不同的胞质小RNA(scRNA)等小分子转录物。 27Yeast RNA polymerase II提示：注意RNA聚合酶与DNA之间的大小关系28第5章 基因的转录和转录后加工Yeast RNA polymerase II提示：注意酶与DNA之间的大小关系29第5章 基因的转录和转录后加工线粒体和叶绿体中的RNA聚合酶要小，结构也简单，与原核细胞的RNA聚合酶类似，能催化所有种类RNA的生物合成，并被原核生物RNA聚合酶的抑制物利福平利福平等抑制。 30第5章 基因的转录和转录后加工5.3 基因转录的基本过程基因转录的基本过程基因的转录可以分为4个阶段：模板的识别、转录

10、的起始、转录的延伸和终止。 基因转录的几个阶段概述*31第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶在亚基的引导下识别并结合到启动子上，然后DNA双链被局部解开，形成的解链区叫做转录泡。解链仅发生在与解链仅发生在与RNA聚合酶结合的部位。聚合酶结合的部位。 原核生物的转录原核生物的转录32转录泡转录泡(Transcription Bubble)33Transcription Initiation 34第5章 基因的转录和转录后加工在转录的起始阶段起始阶段RNA聚合酶结合在启动子上，RNA聚合酶按照碱基互补原则合成mRNA。合成开始后，亚基即离开RNA聚合酶，起始阶段结束。35第5章 基因的转录和

11、转录后加工在延伸阶段，随着酶沿DNA分子向前移动，解链区也跟着移动，新生RNA链不断生长，并与DNA模板链在解链区形成RNA-DNA杂交体，其后DNA恢复双螺旋结构，RNA链被置换出来。36第5章 基因的转录和转录后加工最后，RNA聚合酶在转录终止因子NusA帮助下识别终止信号，停止RNA链的生长，酶与RNA链离开模板，DNA恢复双螺旋结构。 37第5章 基因的转录和转录后加工核心酶具有基本的转录功能，对于转录的全过程都是需要的。而识别启动子和起始转录还需要亚基，识别转录的终止信号和终止转录还需要终止因子NusA的参与。 38第5章 基因的转录和转录后加工识别阶段：识别阶段：RNA聚合酶在聚合

12、酶在亚基引导亚基引导下结合到启动子上，下结合到启动子上，DNA双链局部双链局部解开解开起始阶段：在模板链上通过碱基配对合成起始阶段：在模板链上通过碱基配对合成最初的最初的RNA链链延伸阶段：核心酶向前移动延伸阶段：核心酶向前移动RNA链链不断生长不断生长终止阶段：终止阶段：RNA聚合酶到达基因转聚合酶到达基因转录终点，录终点，RNA和和RNA聚合酶从聚合酶从DNA上脱落。上脱落。39第5章 基因的转录和转录后加工 因子的功能在于引导RNA聚合酶稳定地结合到DNA启动子上。 40第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶与不同基因启动子的亲和力不一样，受亲和力的影响，起始频率也各不相同，rRNA

13、基因启动子为每秒1次，lacI启动子为每30 min一次。 41第5章 基因的转录和转录后加工不同的因子识别不同类型的启动子，可借以调节基因的转录。 大肠杆菌的因子有多种，最常见的是70。其他如识别热休克应激蛋白基因的因子为32，识别固氮酶和有关基因的因子为54等。一些噬菌体只编码自身的因子(如T4噬菌体)，这些因子使宿主细胞的核心酶被用于转录噬菌体的基因。 42第5章 基因的转录和转录后加工真核生物RNA聚合酶的转录过程大体与细菌相似，不同的是真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要转录因子转录因子协助才能起始转录。真核生物的转录过程分为装配、起始、延长和终止4个阶段，其间各

14、种因子的作用比细菌复杂得多。真核生物的转录真核生物的转录43第5章 基因的转录和转录后加工5.4 与基因转录起始和终止有关的与基因转录起始和终止有关的DNA结构结构启动子启动子终止子终止子增强子增强子绝缘子绝缘子44第5章 基因的转录和转录后加工5.4.1 启动子（启动子（promotor）不同种类的启动子序列有共同的特点。指RNA聚合酶识别结合和开始转录的一段DNA序列。45第5章 基因的转录和转录后加工为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结合呢?显然启动子处的核苷酸顺序具有特异的形状以便与RNA聚合酶结合，就好像酶与其底物的结构相适合一样。 46第5章 基因的转录和转录后加工原核启动子：原核

15、启动子：约55bp,分为起始点、结合部位、识别部位。起始点：起始点：转录起始部位以+1表示。 47第5章 基因的转录和转录后加工结合部位：结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5-TATAAT-3 ,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所。识别部位：识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5-TTGACA-3, 因子识别此部位。 48第5章 基因的转录和转录后加工-10保守区保守区49第5章 基因的转录和转录后加工原核生物启动子特点原核生物启动子特点50第5章 基因的转录和转录后加工大肠杆菌的大肠杆菌的亚基直接和亚基直接和-10和和-3

16、5两两个保守区作用，促进转录的起始。个保守区作用，促进转录的起始。51第5章 基因的转录和转录后加工-10保守区，6bp，TATAAT，Pribnow box，有助于DNA双链解开-35保守区，TTGACA，叫识别区，是聚合酶亚基识别DNA序列的位置。52第5章 基因的转录和转录后加工原核生物亦有少数启动子缺乏这两个序列（-35和-10)之一。在这种情况下，RNA聚合酶往往不能单独识别这种启动子，而需要有其他的辅助蛋白质帮助。 53第5章 基因的转录和转录后加工启动子中的-10和-35序列是RNA聚合酶所结合和作用必需的顺序。但是附近其他DNA顺序也能影响启动子的功能。 54第5章 基因的转录

17、和转录后加工远隔部位的富有远隔部位的富有AT的的DNA顺序顺序能增进转录起始能增进转录起始的频率的频率55第5章 基因的转录和转录后加工Ecoli细胞中主要的因子称为70，但大肠杆菌细胞中还有另外一些因子能够识别其顺序与E.coli的主要启动子不同的另一些基因的启动子，并促使核心酶起始转录其他的基因。 56第5章 基因的转录和转录后加工这些变异的因子在细胞中有特别功能，通常能剧烈改变细胞RNA的合成方式，以便在需要时使一组全新的基因得以表达。 57第5章 基因的转录和转录后加工这种情况是在枯草杆菌(Bacillus subtilis)中首次发现的，它们的作用是开启在芽胞形成过程中需要的一整套新

18、的蛋白质的表达。 58第5章 基因的转录和转录后加工在E.coli中共有17个热休克基因，基因表达有赖于转录改变。基因hrpR是其主要调节者，是转到热休克反应所必需的。hrpR的产物是一个32KD的蛋白质，也是一种因子，称为32。 59第5章 基因的转录和转录后加工然而32很不稳定，故调控它的表达状况就可以使其量迅速增多减少。32能引导核心酶在热休克基因的启动子处起始转录。这些启动子的顺序与正常的共同顺序是不同的。特别是其-10顺序几乎完全不同。60第5章 基因的转录和转录后加工因子基因功用-35顺序间隔距离-10顺序70rpoD正常状态TTGACA10-18bpTATAAT32rpoH热休克

19、CNCTTGAA13-15bpCCCCATNT ErpoE热休克未知未知未知60rpoN氮的利用CTGGNA6bpTTCGAFfliA鞭毛 CTAAA 15bpGCCGATAAE.coli的不同的不同因子识别不同的共同顺序因子识别不同的共同顺序61第5章 基因的转录和转录后加工E.coli的另一种因子是在氮饥饿时起作用的，称为60。正常时E.coli细胞中仅有少量60，但当介质中氨缺乏时，60即大量增多，以开启某些可利用其他氮源的基因。这就是说，60能引导核心酶识别启动子的另一种共同顺序。60所识别的-35顺序实际上位于-20处，因为-10和-35两个顺序之间的间距特别短，只有6bp。62第5

20、章 基因的转录和转录后加工枯草杆菌的正常因子(相当于E.coli中的70)称为43，。它能识别70所识别的共同顺序。从一组基因表达变换为另一组基因表达往往需要更换因子。63第5章 基因的转录和转录后加工枯草杆菌的枯草杆菌的因子及其相应启动子的共同顺序因子及其相应启动子的共同顺序因子因子来源和用途来源和用途-35顺序顺序-10顺序顺序43营养生长期TTGACATATAAT37芽孢形成期应用AGGNTTTGGNATTGNT32芽孢形成期应用AAATCTANTGTTNTA29芽孢形成期合成TTNAAACATATT28不应用于芽孢形成期CTNAAACCGATATgp28SP01中期基因表达AGGAGA

21、TTTNTTTgp33-34SP01晚期基因表达CGTTAGAGATATT64第5章 基因的转录和转录后加工噬菌体往往有其自己的因子，借以在噬菌体发育的某一特殊阶段开动其所需要的某些噬菌体基因的转录。65第5章 基因的转录和转录后加工真核基因启动子结构真核基因启动子结构真核启动子结构是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列，但真核不同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而需要多种蛋白质因子的相互协调。66第5章 基因的转录和转录后加工不同蛋白质因子又能与不同DNA序列相互作用，不同基因转录起始及其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同启动

22、子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列也更长。 67第5章 基因的转录和转录后加工真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100-200bp序列或更长，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件。68第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶聚合酶I的启动子的启动子由2部分保守序列组成。一部分在转录起始点附近，一部分在上游。69第5章 基因的转录和转录后加工真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶II的大多数启动子中包含有一个保守序列，即-25序列，TATA-box。功能和原核中的-10保守序列类似。TATA-box周围的序列也很重要，可以影响到基因的转录起始的效率。上游有一些DNA元件还可以调节转录。7

23、0第5章 基因的转录和转录后加工真核生物RNA聚合酶II的启动子真核基因RNA聚合酶II的功能*71第5章 基因的转录和转录后加工哺乳类哺乳类RNA聚合酶聚合酶II启动子中常见的元件启动子中常见的元件元件名称共同序列结合的蛋白因子名称 分子量 结合DNA长度 TATA boxTATAAAATBP 30,000 10bpGC box GGGCGGSP-1 105,000 20bpCAAT box GGCCAATCT CTF/NF1 60,000 22bpOctamer ATTTGCAT Oct-1 76,000 20bpOct-2 53,000 23bpk BGGGACTTTCC NFk B 4

24、4,000 10bpATFGTGACGTAFT ? 20bp72第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶III 转录小的RNA基因，包括tRNA、5SRNA和U6snRNA和scRNA等。这类聚合酶的启动子位于转录起始点这类聚合酶的启动子位于转录起始点的下游，即基因的内部。的下游，即基因的内部。73第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶III转录的5S rRNA基因中，启动子位于转录单位之中，在转录起点的下游50个碱基以后。一般5S rRNA基因的启动子约在+55到+80之间。在tRNA基因中，更奇怪的是，其启动子分为两段，均在基因内部。A段在+8和+30之间，B段在+51和+72之间。

25、两段必须同时存在，否则不能起始。74第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶能识别各种各样不同的启动子顺序，当然，还是要依靠一些辅助因子，例如，RNA聚合酶在转录爪蟾的5SRNA基因时，需要一个37KD的蛋白质转录因子TFA的协助。75第5章 基因的转录和转录后加工76第5章 基因的转录和转录后加工真核生物的启动子不是由聚合酶来识别，而是由转录因子转录因子识别。多种转录因子与聚合酶在转录起始点上形成前起始复合物前起始复合物而促进转录。转录因子转录因子(transcription factor, TF)77第5章 基因的转录和转录后加工聚合酶I和III的启动子数量不多，需要的辅助因子也不多，聚

26、合酶 II 的启动子和识别启动子的辅助因子也非常的多。78第5章 基因的转录和转录后加工转录起始转录起始复合物复合物79第5章 基因的转录和转录后加工是结合于 RNA 聚合酶的启动子上面，为转录起始所必须的蛋白质复合物，他们按照一定的次序结合在启动子上面，形成起始复合物，它们的结合是受到一定的调节的。它们依次叫做UBF、SL1和TFIIA、TFIIB、C、D.TFIIIA、B、C等。基本转录因子基本转录因子(general transcription factor)80第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶聚合酶II转录起始复合转录起始复合物的组装物的组装81第5章 基因的转录和转录后加工

27、不同与一般的基本转录因子（general transcription factor）,这些转录因子是与启动子、上游调控元件（upstream regulational elements，UREs）、增强子中的特殊基序结合等而对基因的转录起调控作用。转录因子转录因子82在基因的启动子附近组装成一个在基因的启动子附近组装成一个复杂的起始复合物，才具备了转复杂的起始复合物，才具备了转录的最基本的要求。这些基本转录的最基本的要求。这些基本转录因子按照严格的一定次序结合录因子按照严格的一定次序结合在启动子在启动子TATA-box上面。上面。83第5章 基因的转录和转录后加工84第5章 基因的转录和转录后

28、加工85第5章 基因的转录和转录后加工转录因子因为要和DNA、蛋白等相互作用，自身还要形成二聚体结构，所以一般都含有多个结构域（domains）a 与DNA结合的结构域b 与蛋白质结合的结构域c 激活结构域86第5章 基因的转录和转录后加工真核启动子真核启动子和调节蛋白和调节蛋白87第5章 基因的转录和转录后加工比较原核和真核细胞的比较原核和真核细胞的RNA聚合酶聚合酶启动子的保守序列启动子的保守序列(1)原核细胞的保守区一般是： 10区：6bp，TATAAT， Pribnow box，有助于DNA双链的解开 35区：TTGACA，叫做识别区，是亚基识别DNA序列的位置。88第5章 基因的转录

29、和转录后加工(2) 真核细胞RNA聚合酶II的启动子区域的保守序列：7080：CAAT box ，CCAAT80110：GC box，GCCACACCC或GGGCGGG2535: TATA区更上游的区域还可能有增强子等序列89第5章 基因的转录和转录后加工原核细胞的启动子范围比较小，一般Pribnow区的中心位于-7到-10，上游-30到-70为正调控因子结合的序列，1到-20 一般是负调控因子结合的序列。90第5章 基因的转录和转录后加工真核细胞的调控区范围较大，-40到-110 为上游激活区。而且在更上游的区域，许多基因还含有GC区和增强子区。一般将TATA区域以上的保守序列称为上游启动子

30、元件（UPE）或上游激活序列（UAS）。91第5章 基因的转录和转录后加工一般来说，TATA区的主要作用是使得转录精确的起始,TATA区突变的结果会使基因在不同的地方起始转录。而CAAT区和GC区的主要作用是控制基因转录的起始频率，不参加转录的起始具体位置。9293第5章 基因的转录和转录后加工真核细胞中虽然这几种的上游启动子元件都是十分重要的,但并不是每个基因的启动子区都含有这几种序列.基因的转录实际上是RNA聚合酶、转录调控因子和启动子区各种元件相互作用的结果。94第5章 基因的转录和转录后加工5.4.2 终止子（终止子（terminator）与启动子不同的是，目前为止，还没有发现某个单一

31、的DNA序列具有特异的转录终止功能，但是也发现了一些具有终止基因转录的终止区，如农杆菌胭脂碱合成酶基因的终止区可以用来终止几乎所有的基因转录，说明还是存在基因转录的终止机制的。95第5章 基因的转录和转录后加工细菌和真核生物转录一旦起始，通常都能继续下去，直至转录完成而终止。但在转录的延伸阶段RNA聚合酶遇到障碍会停顿和受阻，酶脱离模板即终止。真核生物中有一些能与酶结合的延伸因子，可抑制停顿和防止受阻。转录结束，RNA聚合酶和RNA转录产物即被释放。 96第5章 基因的转录和转录后加工提供转录停止信号的DNA序列称为终止子终止子，协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子(蛋白质)则称为终止终止因

32、子因子(termination factor)。97第5章 基因的转录和转录后加工DNA的转录终止信号可被RNA聚合酶本身或其辅助因子所识别。在转录过程中，RNA聚合酶沿着模板链向前移动，它所感受的信号来自正在转录的序列，而不能感受尚未转录的信号，即终止信号位于已转录的序列中。 98第5章 基因的转录和转录后加工所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，其产生的RNA可形成发夹结构。该结构可使聚合酶减慢移动或暂停RNA的合成。然而如果酶所遇到的不是终止序列，它将继续移动并进行转录。 99第5章 基因的转录和转录后加工大肠杆菌存在两类终止子：一类称为不依赖于的终止子，或简单的终止子；另一

33、类称为依赖于的终止子。 100第5章 基因的转录和转录后加工不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡结构。在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，所以转录产物的3端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。 101第5章 基因的转录和转录后加工发卡（发卡（hairpin）结构和一连串的结构和一连串的形成一个典型的转形成一个典型的转录终止信号录终止信号102第5章 基因的转录和转录后加工不依赖不依赖的的终止终止103第5章 基因的转录和转录后加工在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破

34、坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rU/dA区域。两者共同作用使RNA从三元复合物中解离出来。104第5章 基因的转录和转录后加工终止效率与二重对称序列和寡聚U的长短有关，随着发卡式结构(至少6bp)和寡聚U序列(至少4个U)长度的增加，终止效率逐步提高。105第5章 基因的转录和转录后加工依赖于依赖于因子的终止因子的终止 因子是一个相对分子质量为2.0 x105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷酸三磷酸，它通过催化NTP的水解促使转录终止。106依赖于依赖于因子因子的终止的终止107第5章 基因的转录和转录后加工现在一般认为，RNA合成起始后，因子就

35、附着在新生的RNA链上，沿着5到3的方向移动，到达RNA链的3端后取代暂停在终止位点的RNA聚合酶，从模板链上释放RNA，完成转录。 108第5章 基因的转录和转录后加工正如RNA聚合酶识别启动子需要有因子一样，识别终止子也需要一些特殊的辅助因子。109第5章 基因的转录和转录后加工NusA因子可提高终止效率NusA分子量为69 000，可与RNA聚合酶的核心酶结合，形成复合物。110第5章 基因的转录和转录后加工因子完成起始功能后即脱落下来，由核心酶(2)合成RNA。 然后NusA结合到核心酶上，由NusA识别终止子序列。 111第5章 基因的转录和转录后加工转录终止后，RNA聚合酶脱离模板

36、，NusA又被所取代，由此形成RNA聚合酶起始复合物和终止复合物两种形式的循环。因此Nus因子也可以看作是RNA聚合酶的亚基。 112第5章 基因的转录和转录后加工有关真核生物转录的终止信号和终止过程了解甚少。 113第5章 基因的转录和转录后加工是一种能够提高转录效率的DNA序列，最早是在SV40病毒中发现长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍5.4.3 增强子（增强子（enhancer）增强子通常占100-200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，其基本核心组件常为8-12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。 114第5章 基因的转录和转录后加工(1) 增强子提高

37、同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离起作用，通常可距离1-4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。增强子的作用有以下特点：增强子的作用有以下特点：115第5章 基因的转录和转录后加工116第5章 基因的转录和转录后加工117第5章 基因的转录和转录后加工(2) 增强子的作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒置就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。 118第5章 基因的转录和转录后加工(3) 增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性。但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可

38、以影响不同类型启动子的转录。 119第5章 基因的转录和转录后加工(4) 增强子必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用。增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有特异性蛋白质因子所决定的。120第5章 基因的转录和转录后加工5.5 原核和真核的原核和真核的mRNA特点比较特点比较5.5.1 原核生物原核生物mRNA的特征的特征 (1) 原核生物mRNA的半衰期短 细菌基因的转录与翻译是紧密相联的，基因转录一旦开始，核糖体就结合到新生mRNA链的5端，启动蛋白质合成，而此时该mRNA的3端还没有转录完。121第5章 基因的转录和转

39、录后加工绝大多数的细菌的mRNA的半衰期短得令人吃惊，mRNA的降解紧随着蛋白质翻译过程发生。现在一般认为，转录开始1 min后，降解就开始了。 122第5章 基因的转录和转录后加工(2) 许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在 多顺反子mRNA是一组相邻或相互重叠基因的转录产物，这样的一组基因可被称为一个操纵子(operon)，是生物体内的重要遗传单位， 123第5章 基因的转录和转录后加工(3) 原核生物mRNA的5端无帽子结构，3端没有或只有较短的polyA结构，原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处有一被称为SD序列(Shine-Dalgarno sequence)的保守区，

40、该序列与16S rRNA的 3端反向互补，在核糖体与mRNA的结合过程中起作用。 124第5章 基因的转录和转录后加工5.5.2 真核生物真核生物mRNA的特征的特征 (1) 真核生物mRNA的5端存在“帽子”结构 真核生物的mRNA(不包括叶绿体和线粒体)5端都是经过修饰的，基因转录一般从嘌呤(主要是A，也可能是G)起始。125第5章 基因的转录和转录后加工然而，如果在体外用核酸酶处理成熟mRNA，其5端并不产生预期的核苷三磷酸，而产生以5-5三磷酸基团相连的二核苷酸，5终端是一个在mRNA转录后加上去的甲基化的鸟嘌呤。126真核真核mRNA基因的基因的5端帽子结构核类型端帽子结构核类型Ca

41、pping the 5 End 127第5章 基因的转录和转录后加工mRNA 5端加“G”的反应是由腺苷酸转移酶腺苷酸转移酶完成的，据测算，这个反应非常迅速， mRNA几乎一诞生就是戴上帽子的。128第5章 基因的转录和转录后加工帽子结构可能使mRNA免遭核酸酶的破坏。实验表明，去除珠蛋白mRNA 5端的7-甲基鸟嘌呤后，该mRNA分子的翻译活性和稳定性都明显下降。而且有帽子结构的mRNA更容易被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成，甲基化的帽子结构可能是蛋白质合成起始信号的一部分。129第5章 基因的转录和转录后加工(2) 大多数mRNA具有poly(A)尾巴 大多数真核生物mR

42、NA的3末端都有poly(A)序列，长度为40-200个，poly(A)序列是在转录后加上去的。130第5章 基因的转录和转录后加工poly(A)是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式，它提高mRNA在细胞质中的稳定性。当mRNA刚从细胞核进入细胞质时，其poly(A)尾巴一般比较长，随着mRNA在细胞质内逗留时间延长，poly(A)逐渐变短消失，mRNA进入降解过程。 131第5章 基因的转录和转录后加工总结：观看基因转录的动画原核细胞基因的转录1*原核细胞基因的转录2*真核基因转录的起始*基因的转录示意图*132第5章 基因的转录和转录后加工5.7 基因转录后加工过程和机制基因转录后加工

43、过程和机制5.7.1 rRNA基因的转录后加工5.7.2 tRNA基因的转录后加工5.7.3 mRNA基因转录后的加工5.7.4 RNA的拼接编辑和再编辑133第5章 基因的转录和转录后加工除原核的mRNA之外，其他的RNA分子转录后都要经过加工，才能成为成熟有功能的生物分子，这个过程叫做“转录后的加工”或“RNA的成熟”。其中以真核mRNA的加工最为复杂；真核细胞的RNA加工是在细胞核内进行的，与原核的不同。134第5章 基因的转录和转录后加工5.7.1 rRNA基因的转录后加工基因的转录后加工5.7.1.1 原核生物原核生物rRNA前体的加工前体的加工 在原核生物中，rRNA的基因在形成多

44、顺反子转录物后，经断裂成为rRNA的前体，然后进一步加工成熟。135第5章 基因的转录和转录后加工rRNA的基因原初转录物生成后，先进行碱基和核糖的甲基化等加工，再由核酸内切酶切开转录的前体除去多余的序列进行加工。问题：原核细胞内的rRNA有哪几种？大小分别是多少？136原核原核rRNA的加工的加工137第5章 基因的转录和转录后加工5.7.1.2 真核生物真核生物rRNA前体的加工前体的加工 真核生物的核糖体比原核生物的核糖体更大，结构也更复杂。 138第5章 基因的转录和转录后加工真核细胞的核糖体的组成真核细胞的核糖体的组成139第5章 基因的转录和转录后加工真核生物rRNA基因拷贝数较多

45、，通常在几十至几千之间，由RNA聚合酶I转录产生一个长的rRNA前体。 140第5章 基因的转录和转录后加工真核生物细胞的核仁核仁是rRNA合成、加工和装配成核糖体的场所。rRNA的成熟也需要经过碱基修饰和剪切等加工过程。 不同真核生物rRNA前体的加工过程可略有不同。RNaseIII以及其他核酸内切酶在rRNA前体的加工中起重要作用。141真核真核rRNA的加工的加工142真核真核rRNA的加的加工在核仁内完成工在核仁内完成143第5章 基因的转录和转录后加工在真核生物中5S rRNA基因也是成簇排列的，由RNA聚合酶III转录，经过适当加工即与28S rRNA和5.8S rRNA以及有关蛋

46、白质一起组成核糖体的大亚基。 144第5章 基因的转录和转录后加工多数真核生物的rRNA基因不存在内含子。有些rRNA基因含有内含子但并不转录.145第5章 基因的转录和转录后加工线粒体和叶绿体rRNA基因的排列方式和转录后加工过程一般都与原核生物的rRNA基因类似。 146第5章 基因的转录和转录后加工5.7.2 tRNA基因的转录后加工基因的转录后加工大肠杆菌染色体基因组共有tRNA的基因约60个。原核生物原核生物tRNA前体的加工前体的加工 147第5章 基因的转录和转录后加工tRNA前体的加工包括：由核内切酶在tRNA两端切断；由核酸外切酶从5端和3端逐个切去附加的顺序进行修剪；在tR

47、NA 3端加上 CCA序列；核苷酸进行修饰和异构化。 148第5章 基因的转录和转录后加工成熟tRNA分子的3端有CCA-OH结构，有的是原来基因中就有的，有的是转录后修饰时加上的。149第5章 基因的转录和转录后加工成熟的tRNA分子中存在众多的修饰成分，包括各种甲基化碱基和多种稀有碱基。tRNA修饰酶具有高度特异性；每一种修饰核苷都有催化其生成的修饰酶。 150第5章 基因的转录和转录后加工原核原核tRNA转录后的加工转录后的加工151第5章 基因的转录和转录后加工tRNA中的稀有碱基中的稀有碱基152第5章 基因的转录和转录后加工真核生物真核生物rRNA前体的加工前体的加工 真核生物tR

48、NA基因的数目比原核生物tRNA基因的数目要大得多。如大肠杆菌基因组约有60个tRNA基因，啤酒酵母有320-400个，果蝇850个，爪蟾1150个，而人体细胞则有1300个。真核生物的tRNA基因也成簇排列，并且被间隔区所分开。 153第5章 基因的转录和转录后加工tRNA基因由RNA聚合酶转录，转录产物为4.5S或稍大的tRNA前体，相当于100个左右的核苷酸。成熟的tRNA分子为4S，约70-80个核苷酸。154第5章 基因的转录和转录后加工前体分子在tRNA的5端和3端都有附加的序列，需切除。与原核生物类似的RNaseP可切除5端的附加序列，但是真核生物RNaseP中的RNA单独并无切

49、割活性。3端附加序列的切除需要多种核酸内切酶和核酸外切酶的作用。155第5章 基因的转录和转录后加工真核生物tRNA前体的3端不含CCA序列，成熟tRNA 3端的CCA是后加上去的。 tRNA含有许多稀有碱基，也是在加工的过程中修饰而成的。156第5章 基因的转录和转录后加工具有内含子的tRNA前体还须将内含子切掉。但除去的机理与mRNA中内含子的除去机理完全不同。157真核真核tRNA转转录后的加工录后的加工158第5章 基因的转录和转录后加工真核真核tRNA转录后的加工转录后的加工159第5章 基因的转录和转录后加工160第5章 基因的转录和转录后加工5.7.3 mRNA基因的转录后加工基

50、因的转录后加工原核生物原核生物mRNA前体的加工前体的加工 细菌的mRNA大多不需要加工，一经转录即可直接进行翻译。但也有少数多顺反子mRNA需通过切成较小的单位然后再翻译。 161第5章 基因的转录和转录后加工原核原核mRNA基本上不加工，基本上不加工，转录还没有完成，翻译就转录还没有完成，翻译就开始了开始了162第5章 基因的转录和转录后加工真核生物真核生物mRNA前体的加工前体的加工 其中的加工过程十分复杂，主要有(1) 5端形成特殊的帽子结构(2) 3端被切开，加上polyA尾巴。(3) 除去内含子转录来的序列(4) 链内部碱基进行甲基化。163真核真核mRNA转录转录后的加工后的加工

51、164第5章 基因的转录和转录后加工(1) 5端形成特殊的帽子结构端形成特殊的帽子结构真核生物的mRNA都有5端帽子结构，几乎是mRNA一诞生就被戴上了。 1650型帽子只有型帽子只有1个个甲基化位点甲基化位点I型帽子还有第型帽子还有第2个甲基化位点个甲基化位点II型帽子还有第型帽子还有第3个甲基化位点个甲基化位点1665端帽子可能在翻译过程中起识别作用以及对mRNA起稳定作用。 用化学方法除去珠蛋白mRNA的帽子核苷酸会导致该基因不能有效地被翻译，表明帽子结构对翻译功能是很重要的。帽子结构还可以保护mRNA避免5端受核酸外切酶的降解。 第5章 基因的转录和转录后加工167第5章 基因的转录和

52、转录后加工(2) 3端被切开，加上多聚腺苷酸尾巴端被切开，加上多聚腺苷酸尾巴真核生物mRNA的3端通常都有20-200个长度的腺苷酸尾巴，加尾过程在细胞核内进行的。168第5章 基因的转录和转录后加工RNA聚合酶的转录产物是在3端切断，然后多聚腺苷酸化。高等真核生物(酵母除外)的细胞和病毒mRNA在靠近3端区都有一段非常保守的序列AAUAAA，距离多聚腺苷酸加入位点11-30 bp。这一序列是链的切断和多聚腺苷酸化的信号多聚腺苷酸化的信号（加尾信号）（加尾信号）。 169 Polyadenylation of a Primary Transcript. 170第5章 基因的转录和转录后加工多聚

53、腺苷酸尾巴对于mRNA的成熟来说是必需的，同时还可以防止核酸外切酶对mRNA的降解。171第5章 基因的转录和转录后加工(3) 通过拼通过拼接除去内接除去内含子转录含子转录来的序列来的序列172第5章 基因的转录和转录后加工(4) 链内部碱基的甲基化链内部碱基的甲基化真核生物mRNA分子内部往往有甲基化的碱基，主要是N6-甲基腺嘌呤(m6A)。不过也有一些真核生物细胞和病毒mRNA中并不存在N6-甲基腺嘌呤。173第5章 基因的转录和转录后加工RNA的拼接编辑和再编辑的拼接编辑和再编辑真核生物的mRNA转录后的加工方式多种多样的，非常复杂。最普通的就是外显子的拼接，内含子除去。此外，还有选择性

54、拼接、编辑和再编码等方式，所以，真核生物的一个基因转录后可以产生多种蛋白质。174第5章 基因的转录和转录后加工外显子的拼接外显子的拼接大多数真核基因都是断裂基因，基因的转录产物需通过拼接，去除内含子，使编码区成为连续序列。内含子具有多种多样的结构，拼接机制也是多种多样的。有些内含子可以催化自身拼接(self-splicing)，有些内含子需在拼接体(spliceosome)作用下才能拼接。 175第5章 基因的转录和转录后加工176第5章 基因的转录和转录后加工(1) 类型I自我拼接(2) 类型自我拼接(3) 核mRNA的拼接体的拼接 (4) 核tRNA的酶促拼接。 迄今所知，迄今所知，RNA的拼接有的拼接有4种方式种方式177第5章 基因的转录和转录后加工类型类型I自我拼接自我拼接1981年Cech T在研究四膜虫(Tetrahymena thermophila)rRNA前体拼接过程中发现，此类拼接无需蛋白质的酶参与作用，它可自我催化完成。178第5章 基因的转录和转录后加工Cech称具有催化功能的RNA为核酶(ribozyme)。由于发现核酶，1989年Cech T和Altman S共同获诺贝尔化学奖。Altman的贡献是发现RNaseP中的M1 RNA单独也有催化功能。179第5章 基因的转录和转